DE2015305A1

DE2015305A1 -

Info

Publication number: DE2015305A1
Application number: DE19702015305
Authority: DE
Priority date: 1969-04-03
Filing date: 1970-03-31
Publication date: 1970-10-08
Also published as: FR2042805A5; GB1291304A; DE2015305B2; US3548227A; DE2015305C3

Description

Dipi.-Ing. Heinz Bcrdehie

Pötentanv/cli·
D-8 München 26, Postfach 4

0811 /292555

München, den 31.3.1970

Mein Zeichen: P 921

Beschreibung zum Patentgesuch

der Firma USM Corporation in Flemington₅ New Jersey, BOSTON, Massachusetts, V.St.v.A.

betreffend: Stellglied mit elektromagnetischem Antrieb,

Priorität: 3. April 1969 - V. St. v. A.

Die Erfindung betrifft ein Stellglied mit elektromagnetischem Antrieb mit einem feststehenden Gehäuse und einem elektromagnetisch betätigten Spannungswellengetriebe einschließlich eines Ständers und eines Rotors.

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Elektromagnetisch getriebene Spannungswellengetriebe sind bekannt, und zwar sowohl solche, deren Drehbewegungen absatzweise ausgelöst werden (siehe U.S.A. Patentschriften 3,169,202, 3,169,201, und 3,331,97¹O. Diese bekannten Vorrichtungen kennzeichnen sich durch geringes Gewicht und Größe, sehr hohe Übersetzungsverhältnisse bei sehr geringem toten Gang und hohem Drehmoment.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Stellglied zu schaffen, das die mit hoher Geschwindigkeit und schwerelos laufenden Erregungszonen eines Magnetfeldes über ein Reduktionsgetriebe in lineare Bewegung umwandelt. Damit im Zusammenhang steht die weitere Aufgabe, eine gedrungene und kräftige Vorrichtung für präzise elektrische Steuerung der linearen Bewegung eines Stellgliedes mit starkem Positionshaltevermögen zu schaffen, die unter normalen Umständen keine magnetischen Bremsen erfordert.

Erfindungsgemäß ist das Stellglied eine axial bewegbare Schraubenspindel in einer Kugellagermutter, die an der Nabe eines als Rotor ausgebildeten Spannrades befestigt ist, welches in einem Stator mit feststehendem Gehäuse läuft. Nach weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist entweder die Mutter bezüglich der Spindel oder die Spindel bezüglich der Mutter drehbar, liegt der Rotor achsrecht zur Mutter und Schraube; hat der Rotor eine drehbar im Gehäuse gela-

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gerte Nabe, in der die Spindel axial bewegt werden kann, und ist die Spindel mit einer Handkurbel versehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und

Fig. 2 einen Schnitt entlang Linie 11-11 in Fig. 1.

Ein feststehendes Gehäuse 10 mit von seinem Äußeren abstehenden Kühlrippen 12 (Fig. 2) ist mit Verschlüssen Ii und 16 (Fig. 1) versehen. Um einen in dem Gehäuse 10 befestigten Ständer 18 zur Erzeugung eines durch die Ständerwicklungen rotierenden magnetischen Feldes unter Strom setzen zu können, sind elektrische Leitungen 20 vorgesehen, die durch einen Durchlaß 22 in das Gehäuse 10 laufen und an einen geeigneten Stromkreis angelegt sind. Entsprechend der Art des Stromkreises rotiert das Magnetfeld entweder schrittweise oder kontinuierlich. Im* vorliegenden Fall werden um den Umfang des Ständers 18 ausgelegte .Ständerwicklungen paarweise erregt, wobei jeweils zwei sich diametral gegenüberliegende Wicklungs- paare unter Strom gesetzt werden. Die derart an den Wicklungen erzeugten elektromagnetischen Kraftlinien spannen ein

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konzentrisch zum Stator liegendes Spannrad 24 an diametral gegenüberliegenden Stellen aus, so daß dieses einen ellipsenförmigen Querschnitt annimmt, wobei die Spannradellipse im Bereich ihrer Hauptachse mit dem vom Ständer 18 gebildeten starren Ring kraftschlüssig in Eingriff nimmt, wobei sich dieser Kraftschluß gemäß den Arbeitsprinzipien bekannter Spannungswellengetriebe um den Umfang des Ständerringes herum fortpflanzt.

Das Spannrad 24 ist Teil eines Rotormechanismus 26, Wie bei Spannungswellengetrieben üblich ist das Spannrad 24 ein Hohlzylinder mit einem radial ausspannbaren offenen Ende 28 und einem geschlossenen Ende 30, das an einer koaxialen Nabe 32 befestigt ist. Um das Spannrad 24 bezüglich des Ständerringes drehen zu können, befindet sich am offenen Ende 2P eine äußere Umfangsverzahnung 34, welche mit einer inneren Umfangsverzahnung 36 des Ständers 18 an difjnetral gegenüberliegenden Stellen in Eingriff steht, wobei die Verzahnung 34 im Ständer l8 mehr Zähne aufweist als die Verzahnung des Spannrades 24. Die Differenz in der Zahl der Zähne beträgt entsprechend den Prinzipien der Spannungswellengetriebe bei elliptisch ausgebogenem Spannrad zwei oder ein Vielfaches von zwei.

Der Rotormechanisrius 26 wird von den Verschlüssen 14 und l6 getragen und gegen axiale Verlagerung gesichert. Das Ende 30 des Spannrades 24 wird von einer Kiemmutter 40 erfaßt, die auf

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ein verjüngtes Ende der Nabe 32 geschraubt ist. In einer Ausnehmung des Verschlusses 16 befindet sich ein Kugellager 42, das von einem Klemmring 44, der in einer Ringnut in der Mutter 40 steckt, in seiner Stellung gehalten wird. Eine Mutter 46 im gegenüberliegenden Verschluß l4 hält ein Kugellager 48 gegen eine Schulter in dem Verschluß 14, wobei ein Klemmring 50 auf der Nabe 32,der mit der Schulter in einer Ebene liegt, das Kugellager 48 gegen axiale Verlagerung auf der Nabe 32 sichert.

Ein auf einem axialen Vorsprung des Verschlusses 14 sitzender halbstarrer Ring 52 (Fig. 1), dämpft beim Umlaufen der Spannradausspannung entstehende übermässige heftige Bewegungen indem er sich gegen die Innenwand des Spannrades 24 unter dessen Verzahnung 34 legt. Außerdem sorgt der Ring 52 dafür, daß das Spannrad 24 an gleichmäßig voneinanderliegenden. Umfangsstellen mit dem vom Ständer 18 gebildeten, starren Reaktionsring kämmt. Wie bei anderen elektromagnetischen Spannungswellengetrieben, ist auch bei der vorliegenden Vorrichtung im Innern des Spannrades 24 als Teil des Rotors 26 eine Spiralfeder 54 aus dünnem Federstahl vorgesehen, die den magnetischen Kraftlinien des Ständers 18 im Spannrad 24 eine größere Angriffsfläche bietet.

Zum Rotieren mit der Nabe 32 ist eine gegen Axialbewegungen gesicherte Mutter 56 (Fig. 1) vorgesehen. Die Mutter 56 wird von einer in ein Ende der Nabe 32 geschraubten Ringmutter 58 mit einer inneren Schulter der Nabe:32 verklemmt. In der Mutter 56

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steckt eine Schraubenspindel 62, wobei zwischen dem Gewinde der Mutter 56 und dem der Spindel 62 Kugeln 60 liegen deren Zweck es ist die beim Rotieren der Mutter entstehende Reibung mit dem Gewinde der Spindel 62 so weit wie möglich zu verringern. Die Spindel läßt sich entsprechend der Umdrehungsrichtung der Mutter 56 in beide Richtungen axial verschieben, wobei gegebenenfalls auf der Spindel 62 eine Stellmutter vorgesehen ist, die ein Herausgleiten der Spindel 62 aus der Mutter 56 verhindert. In der dargestellten Ausführungsform verläuft ■ die Spindel 62 durch einen nicht drehbaren Schlitten 66, der in einer Führung $9 von einem festliegenden Block 68 getragen wird. Anstelle des Schlittens 66 kann indessen die Spindel natürlich auch mit anderen linear zu bewegenden Vorrichtungen verbunden sein.

Die Arbeitsweise des Stellgliedes ist die Oleiche ob der Schlitten 66 von einem kontinuierlich laufenden oder von einem sich absatzweise drehenden Getriebe bewegt wird. Der Eingriff der Zähne 3^ und 36 miteinander an im Umfang voneinander abliegenden Stellen, wie z.B. im Bereich der Hauptachse des in Fig. 2 dargestellten elliptisch ausgebogenen Spannrades 24, wird beim Umlaufen der Eingriffstellen um den Umfang des Ständers 18 fortgepflanzt. Da der Ständer 18 selbst festliegt und das Spannrad 2k bei verminderter Geschwindigkeit in einer der Erregungsrichtung der Ständerwicklungen entgegengesetzten Richtung gedreht wird, wird auch die Mutter 56 entsprechend gedreht. Folglich erfährt die gegen Umdrehung gesicherte Spindel 62 eine lineare

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Bewegung, wobei der Schlitten 66 entweder nach rechts oder nach links, Je nach der Erregungsrichtung des Ständers 18 verschoben w&d. :

Eine am Schlitten 66 vorgesehene Stellmutter Sk kann gegen die Spindel 62 geschraubt werden, um diese festzulegen wenn der Schlitten 66 in der gewünschten Lage ruht. Gegebenenfalls kann in der Spindel 62 eine abnehmbare Handkurbel 67 vorgesehen sein. Die Kurbel 67 kann sowohl unabhängig von der elektrisch ausgelösten Bewegung der Spindel 62 oder zusammen mit dieser bedient werden, um den Schlitten 66 axial zu verstellen. Die Vorrichtung kann auch so gebaut sein, daß die in den Fall gegen Umdrehung gesicherte Mutter 56 sich axial bewegt und die gegen Axialbewegung gesicherte Spindel 62 gedreht wird.

Die sich aus der Erfindung erbebenden Vorteile liegen insbesondere darin-j, daß die Vorrichtung bei einfachem Aufbau infolge der Verbindung eines Spannungswellengetriebes mit einem von einer Kugellagermutter betätigten Gewindegetriebe ein erschütterungsfreies Bewegen ohne nennenswerte Trägkeit des Stellgliedes, d.h. der Spindel 62 ermöglicht.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.) Stellglied mit elektromagnetischem Antrieb mit einem feststehenden Gehäuse und einem elektromagnetisch betätigten Spannungswellengetriebe einschließlich eines Ständers und eines Rotors, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (24; 5¹O antriebsmäßig mit einer Kugellagermutter (56) und einer Schraubenspindeleinheit (62) verbunden ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellagermutter (56) bezüglich der Schraubenspindel (62) drehbar ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenspindel (62) drehbar ist.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich* net, daß der Rotor (24; 54) bezüglich der Kugellagermutter-Schraubensplndeleinheit (56; 62) ko-axlal liegt.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (24; 54) mit einer drehbar im Gehäuse (10) gelagerten Nabe (32) versehen ist und daß die Schraubenspindel (62) in der Nabe 32 axial bewegbar ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenspindel (62) mit einer Handkurbel (67) versehen ist.

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