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Servomotor Die Erfindung betrifft einen Servomotor, vorzugsweise für
kurzzeitige Arbeitsleistungen. Solche Arbeitsleistungen sind z. B. das Anheben eines
Fahrzeugs, etwa um eine Reparatur an einem Rad ausführen zu können, ferner das Zusammendrücken
der Backen eines Schraubstocks oder Spannfutters, um ein Werkstück oder ein Werkzeug
festzuhalten, oder das Anheben einer Last, um eine Rolle oder ein anderes Transportmittel
darunterzuschieben, oder die Betätigung einer Bremse usw. - Die Bewegungen erfolgen
dabei vielfach gegen eine nicht geringe Gegenkraft, die man bei Handbetätigung durch
geeignete Hilfsmittel, wie z. B. Zahnradübersetzungen, Flaschenzug o. a. m., verringert.
Diese Mittel verlangsamen den Arbeitsvorgang, vergrößern durch in ihnen unvermeidlicheVerluste,
die aufzuwendende Arbeit und vermehren das Gewicht der Apparatur, was von Bedeutung
ist für transportable Einrichtungen.
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Diese Nachteile werden erfindungsgemäß durch einen Servomotor vermieden,
dessen Wirkungsweise auf der Erwärmung eines eingeschlossenen Stoffes beruht, der
als Arbeitsmittel dient und vorzugsweise seinen Aggregatzustand ändert,
d. h. bei der Erwärmung verdampft und bei der Abkühlung wieder flüssig oder
fest wird. Man wählt dafür vorteilhafterweise einen Stoff, dessen Verdampfung bei
normalem Druck bei etwa 3o bis
70' einsetzt und dessen Verdampfungswärme
klein ist, etwa unter ioo WE/kg. je nach den Benutzungsbedingungen
ka=
man unter mehreren Stoffen einen auswählen. Folgende keineawegs vollzähligen Beispiele
seien genannt:
| Siedepunkt Verdampfungs- |
| wärme |
| Schwefelkohlenstoff C S2 460 0 85 WE/kg |
| Äthyläther C4 Hlo 0 34,5 go x$ |
| Äthylbromid C, H" Br 38 0 59 |
| Methyljodid C H3 J 43 0 46 |
| Chloroform C H C13 62' 58 |
Ferner: Äthylacetat, Äthyljodid, Benzol, Methylacetat u. a.
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Diese Stoffe haben eine günstig liegende Siedetemperatur und eine
niedrige Verdampfungswärme. Da es sich bei richtiger Ausbildung und Bemessung des
Servomotoris. nur um geringe Volumina handelt, die von dem verdampften Arbeitsmittel
unter Druck auszufüllen sind, erfordert die Verdampfung der deshalb auch nur geringen
Menge des Arbeitsmittels auch nur eine geringe Wärmezufuhr, die z. B. durch eine
kleine Gasflamme, Benzinflamme, Spiritusflarnme, ein Kerzenlicht oder eine elektrische
Heizeinrichtung mit Batteriespeisung oder Netzspeisung ohne Schwierigkeit zu erhalten
ist. Diese Betriebsweise ist bequem und einfach, sie ist sicher und jederzeit einsatzbereit.
Die Anordnung kann leicht auch so getroffen werden, daß mehrere Heizmöglichkeiten
benutzbar sind, z. B. eine elektrische und daneben auch eine Beheizung durch eine
äußere Flamme, etwa durch Abbrennen einer kleinen Menge 01 oder Spiritus
in einer am Servomotor dafür vorgesehenen Mulde oder Rinne.
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Der Servomotor braucht bei entsprechender Ausbildung des zu bewegenden
Gerätes oder Maschinenteiles oder des Werkzeuges nur die Bewegung zu leisten. Das
Festhalten der erreichten Stellung kann dann durch mechanische Sperrmittel gesichert
werden, solange es notwendig ist. Wenn man zum Vergleich an elektromagnetische Haltevorrichtunget,
denkt, Z. B. an solche zum Einspannen eines Werkzeuges oder Werkstückes,
kann durch anhaltende, z. B. elektrische Beheizung eine ebenfalls beliebig lange
anhaltende Kraft durch das Arbeitsmittel erzeugt werden, sogar mit geringerem elektrischem
Aufwand als bei einer elektromagnetischen Haltevorrichtung.
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Benutzt man ein mechanisches Sperrmittel, so# wird der Servomotor,
um die Sperre zu lösen, kurzzeitig betätigt, bei gelöster Sperre kühlt sich dann
sein Arbeitsmittel ab, und der Motor kehrt in seine Anfangsstellung zurück. Eine
solche Betätigungsweise kommt beispielsweise für die Verwendung des Servomotors
bei einem Wagenheber in Betracht. Erst hebt er den Wagen in die gewünschte Höhe;
dort hält den Wagen eine mechanische Sperre, die .sich erst lösen läßt, wenn. sie
zuvor durch ein erneutes »Anwärmen des Arbeitsmittels entlastet wurde. Die Sperre
wird dann z. B, elektromagnetisch zurückgehalten, während der Wagenheber bei fortschreitender
Abkühlung des Arbeitsmittels wieder zusammensinkt, den Wagen also wieder auf seine
Räder stellt. Wird der Servomotor bei einem Schraubstock angewendet, so kann der
erzeugte Preßdruck zwischen den Backen vom Grad der Beheizung abhängig sein. Bei
einer anderen Ausführungsart dient der Servomotor dazu, den Backenabstand nur bis
zum Anliegen am Werkstück zu verringern, also das langwierige Drehen an der Schraubspindel
durch eine selbsttätige Bewegung der einen Backe zu ersetzen. Dafür kann beispielsweise
ein Fußkontakt in einem elektrischen Heizkreis vorgesehen sein, so daß der Arbeiter
beide Hände frei hat. Sobald die automatische Bewegung aufhören soll, kann eine
Sperrklinke die verschiebbar gelagerte Mutter für die Schraubspindel festlegen,
so daß das eigentliche Festspannen des Werkstückes jetzt durch eine nur kleine Verdrehung
der Schraubspindel erfolgt. Die Schraubspindel kann wesentlich kürzer' sein als
bei normalen Schraubstöcken der bisherigen Bauart.
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Es gibt noch zahlreiche andere, an sich ebenfalls neue Anwendungsmöglichkeiten
für den neuen Servomotor. Er kann z. B. auch verwendet werden, um ein Türschloß
oder ein Schrankschloß ohne Schlüs#sel zu betätigen, oder um eine zusätzliche Sicherheit
für ein solches Schloß zu schaffen. Zum Öffnen des Schlosses ist dann eine Erwärmung
bi.s auf einen vorbestimmten Temperaturbereich dem Arbeitsmittel zu erteilen. Ein
Beispiel dafür ist in einer noch zu beschreibenden Abbildung wiedergegeben.
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Das Arbeitsmittel wird, um Verluste zu vermeiden, am besten in einem
bei innerem Überdruck sich kräftig dehnenden Behälter, Beutel oder Schlauch hermeti,sch
eingeschlossen. Der Behälter kann ein Dehnungshohlkörper aus Metall sein oder aus
natürlichern oder synthetischem Gummi oder einer anderen geeigneten elastischen
Masse bestehen. Man kann den Druck des Dehnungskörpers unmittelbar auf den zu steuernden
Maschinenteil einwirken lassen oder, etwa weil es an dem dazu notwendigen Platz
fehlt, auch mittelbar, indem der Dehnungskörper eine Flüssigkeit, 01 oder
Glycerin, ,verdrängt, die ihrerseits hydraulisch den Maschinenteil oder das Gerät
steuert. Eine derartige Ausführungsforrn kommt z. B. bei einem Wagenheber in Betracht,
weil dort eine möglichst kleine Anfangshöhe erforderlich ist. Außerdem kann man
die für die bekannten hydraulischen Wagenheber bekannten Dichtungen als erprobte
Maschinenteile übernehmen.
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Zur Erläuterung der Erfindung sind einige Ausführungsbeispielt in
Abb. i bis 4 skizziert.
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Abb. i erläutert ein Anwendungsbeispiel der Erfindung bei einem Wagenheber,
wie ihn Automobile mit sich führün; Abb. 2 und 3 behandeln zwei Anwendungsbeispiele
bei Schraubstöcken; Abb. 4 gibt ein Beispiel für einen Einsatz des neuen Servomotors
bei einem Türschloß oder Schrankschloß.
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In Abb. i ist i der Fußteil und 2 der bewegliche hebbart Teil eines
Wagenhebers. Der Fußteil enthält einen Federungskörper 3, der in, diesem
Beispiel aus sechs einen gasdichten gemeinsamen
Hohlraum bildenden
einzelnen federnden Gliedern besteht. Ein Topf 4 am unteren Ende ist damit verbunden,
in dem sich eine Flüssigkeit befindet, die durch eine Heizspirale 5 elektrisch
erwärmt werden kann. Dafür sind Leitungen 6, gegebenenfalls eine einzige
Dralitleitung und ein Anschlußstecker 7 vorgesehen. Zu der Einrichtung gehört
noch eine mechanische Sperrvorrichtung, die aus einer oder nach Bedarf mehreren
Sperrwalzen 8 auf zugehörigen Schrägflächen 9 besteht. Es ist noch
eine Freiklinke io vorhanden, die bei Erregung eines kleinen Elektromagnets i i
die Walze 8 nicht in die Sperrstellung gelangen läßt. Der Elektromagnet ii
wird über eine Leitung 12 gespeist. In der Zuleitung von der Autobatterie zum Wagenheber
oder von einer Netz-,steckdose zum Wagenheber sind je ein Schalter
13
und 14 vorgesehen für die Heizwicklung 5 und den Elektromagnet i
i, die eingeschaltet sind, solange der zugehörige Schalter durch anhaltenden Druck
mit der Hand geschlossen gehalten wird. Zum Hochfahren des Wagenhebers braucht man
nur einen der Schalter 13 und 14 zu schließen, bis die Erwärmung und die
dadurch verursachte Druckentwicklung im Dehnungskörpür 3 den Wagen genügend
gehoben hat. Die mechanische Selbstsperrung hält dann den Wagenheber in der erreichten
Stellung fest. Will man den Wagen wieder senken, dann schließt man beide Schalter
13 und 14. Sobald dann der sich dehnende Dehnungskörper die Sperrwalze
8 entlastet, hebt der Elektromagnet i i die Sperrwalze hoch, so daß der Teil
2 des Wagenhebers mit fortschreitender Abkühlung des Arbeitsmittels im Dehnungskörper
langsam herabsinkt.
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Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Abbildung nicht maßstäblich
gehalten ist. Namentlich ist die Länge des Federungskörpers 3 in kaltem Zus,tand
geringer als gezeichnet. Uni die Hubhöhe des Teiles 2 Zu steigern, kann ein zweiter
Dehnungskörper im Innern des hohlen Teiles 2 untergebracht sein. Zwischen beiden
liegt dann als Druckfläche für beide eiiie Platte 15, die zweckmäßigerweise eine
Wärmeisolierung darstellt. Man hat es in der Hand, durch Wahl der Wärmeisolierung
16, 17 die Geschwindigkeit der Wiederabkühlung des Arbeitsmittels iiach der Abschaltung
der Heizquelle zu bestimmen.
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Wenn nicht durch einen elektrischen Strom, sondern durch eine äußere
Flamme geheizt werden soll, dann kanii man am Fußende unten eine Rinne vorsehen
für die Aufnahme einer kleinen Menge Benzin ()dcr einer sonstigen Brünnflüssigkeit,
die mittels eities Streichholzes angezündet wird. Der Topf 4 aus gut wärmeleitendern
Stoff erhält dann zweckin;. ßig einen Ansatz ebenfalls aus gut leitendem Stoff,
der nach außen bis in den Bereich der Flamme a
liervortritt. Um die mögliche
Hubhölie des Wagenhebers zu steigerii, ist es notwendig, den ausfahrbaren Teil 2
im Innerii des Fußteiles i so weit wie möglich nach unten zu verlängern. Zu dem
Zweck kann man die Platte 15 fortla.ssen und den Dehnungskörper
3 in das Innere des Teiles 2 verlegen. Man kann aber auch, beispielsweise
weil man es vorzieht, einen kürzeren Dehnungskörper mit größerem Durchmesser zu
verwenden, den Dehnungskörper außerhalb des Wagenhebers, etwa seitlich am Fußteil,
anordnen und durch ihn eine Flüssigkeit verdrängen, die im Wagenheber hydraulisch
zur Wirkung kommt. Man hat dann volle Freiheit in der Wahl des Durchmessers des
Dehnungskörpers, der dadurch einfacher wird, und kann ihn sogar ganz vom Wagenheber
trennen, mit dem er nur durch eine Druckleitung verbunden sein muß. Das hydraulische
Zwischenglied bietet ferner eine Möglichkeit der Kraftübersetzung, was ebenfalls
von großem Wert sein kann.
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Abb. 2 zeigt einen Schraubstock mit einem festen Teil 2o und einem
beweglichen Teil:m. Beide sind durch ein Gelenk 23 miteinander verbunden.
Der feste Teil 2o ist am Werktisch 24 festgeschraubt. je ein Blech 25 liegt
vor und hinter den Teilen 20 und 21. Diese Bleche werden hinter dem Rücken des Teiles
21 durch einen Bolzen 26 und am andern Ende durch ein Querblech
27 zusammengehalten. Ein Federungskörper 28 mit einer Heizspirale
29 liegt derart innerhalb des von den Blechen 25 gebildeten Rahmens, daß
er einerseits gegen den Rücken des Teiles 20 und anderseits gegen das Querblech
27 anliegt. Über einen am Bein des WerktischeS 24 angebrachten Regler
30 wird der Strom in der Spirale 29 eingeschaltet und eingestellt. Durch
die eintretende Erwärmung dehnt sich der Dehnungskörper 28, und in gleichem
Maße wird der Abstand zwischen den Backen der Teile 20 und 21 geringer. Ist so das
Werkstück gefaßt, dann hängt es von dem Grad der eingestellten Heizstärke ab, mit
welcher Kraft das Werkstück zwischen den Backen eingespannt wird. Unterbricht man
den Heizstrom, dann beginnt die Abkühlung des im Dehnungskörper eingeschlossenen
Arbeitsmittels und alsbald auch die öffnung der Schraubstockbacken.
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Eine andere Anwendung der Erfindung bei einem Schraubstock zeigt Abb.
3. Der bewegliche Teil 21 des Schraubstocks hat eine im Vergleich zu den
üblichen etwas verkürzte Schraubspindel 31. Die Mutter für diese Spindel
ist mit 32 bezeichnet und wird von der Spindel 31 getragen. Durch
zwei an ihr befestigte Blechfahnen 33, die in je einem senkrechten
Schlitz im Teil 21 verschiebbar #sind, ist die Mutter 32 an einer Drehbewegung
gehindert. Durch Rechtsdrehen der Spindel V zieht man die Mutter 3-- an den.Kopf
3,4 der Spindel heran. Die Mutter 32
ist nun in einen BlechbÜgel
35 eingehängt, der den Teil 2o und einen auf dessen Rücken aufgesetzten Dehnungskörper
36 umschließt. Wird eine Heizeinrichtung 37 eingeschaltet, so streckt
sich der Dehnungskörper 36 und zieht die Mutter 32 nach links, bis
die beiden Backen des Schraubstocks das Werkstück berühren. In dieser Stellung oder
kurz vorher kann ein Fallbügel 38, der bei 39 drehbar gelagert ist,
in eine passende Aussparung4o des Blechbügels 35 einfallen. Die Mutter
32 kann dann nicht nach rechts zurückweichen, wenn jetzt die SpindelschraubeV
angezogen wird, um das Werkstück endgültig festzuspanilen. Läßt man den Fallbügel
38
außer Gebrauch, dann hängt der Einspanndruck von dem Federungskörper 36, d.
h. vom Grad der Erwärmung des eingeschlossenen Arbeitsmittels, ab.
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Die Heizeinrichtung 37 besteht hier aus einem vom Innern des
Dehnungskörpers ausgehenden und am äußeren Ende geschlossenen Röhrchen, das in Längsrichtung
von einem mittels des Reglers 30 eingestellten elektrischen Strom durchflossen
wird und sich dabei erwärmt. Die Menge des Arbeitsmittels in dem Dehnungskörper
ist groß genug, um das Röhrchen stets gefüllt zu halten. Auch beim Schraubstock
kann ein hydraulisches Zwischenmittel angewendet werden; der hydraulische Zylinder
nimmt dann etwa die Stelle des Dehnungskörpers ein.
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Den Einsatz des neuen Servomotons, bei einem Sicherheitsschloß erläutert
an einem willkürlichen Beispiel Abb. 4. Dabei sind der Einfachheit wegen alle Teile
so gezeichnet, als wenn sie in derselben Ebene od#er. jedenfalls in zur Zeichenebene
parallelen Ebenen lägen. Die Schloßzunge ist i; ihr gegenüber steht eine Gegenzunge
2. Die Grenzfläche zwischen beiden muß so weit nach links geschoben werden, daß
sie gerade in der Öffnungsebene 3 li ' egt; dann läßt sich die Tür
öffnen. Mit der Zunge i ist eine Schablone 4 verbunden und mit dieser ein StÖßel
5.
Dürch ein nicht gezeichnet-es Handrad wird ein Nocken 8 gedreht.
Dieser drückt auf eine Kappe 7
und weiter auf eine Feder 6, die auf
dem Stößel 5
aufliegt. Wenn dadurch die Schablone 4 nach links verschoben
wird, ist das Schloß geöffnet. Schablone4 enthält in drei Nuten 9, io, i
i je ein Sperrglied 12, 13, 14 an je einer Stange 15, 16, 17,
die alle um eine Achse 18 schwenkbar sind. Von den drei Stangen gehen drei Platinen
ig, 2o, 21 nach oben bis in den Bereich des Schlüssels 22. Wird der Schlüssel in
ein Schlüßselloch 23 ganz eingeschoben, dann werden die Platinen ig, 20,
21 je so weit herabgedrückt, daß die Sperrglieder 12, 13, 14 in der Schablone
4 in einer durchgehenden MittelnUt 24 stehen. Der Weg für eine Bewegung der Schablone
4 nach links ist dann frei.
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Das Schloß kann noch auf eine andere Weise, und zwar ohne Schlüssel,
geöffnet werden. Dazu* wird ein Servomotor nach der Erfindung eingesetzt. Die Stangen
19, 20, 21 können auch durch den linken Arm eines doppelarmigen Hebels
25 herabgedrückt werden. Dazu ist dann ein Keil 26 nach links zu schieben.
Das richtige Maß dafür ist dann erreicht, wenn eine Rolle 27 am rechten Ende
des Hebels 25
auf dem Keil die der Linie 28 entsprechende Lage einnimmt.
Dann ist wiederum die Schablone frei für eine Bewegung nach links, um die Tür zu
öffnen. Die Verschiebung des Keiles 26 kann nun ein Deh-
nungskörper
mit einer beheizten und leicht siedenden Flüssigkeit, ein Servomotor nach der Erfindung,
bewirken. Es ist eine Erwärmung bis auf einen bestimmten Temperaturbereich notwendig,
weil vorher die Sperrglieder 12, 13, 14 nicht die Mittelnut 24 erreichen. Eine übertriebene
Erwärmung führt die Sperrglieder wieder aus der Mittelnut heratts und jenseits der
Mitteinut von neuem in die Sperrnuten 9, io, i i, so daß das Schloß dann
wieder verriegelt ist. Der Einsatz des Servomotors nach der Erfindung ist durch
einen Pfeil 29 angedeutet. An einem Thermometer oder einem sonstigen Anzeigegerät
erkennt man, wie weit die Erwärmung des Arbeitsmittels gekommen ist.
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Statt Ersatz für den Schlüssel kann der Servomotor auch eine zusätzliche
Sicherung bilden. Beispielsweise kann ein Sperriügel nur durch einen Servornotor
nach der Erfindung verstellbar sein, so daß das Schloß ohne richtige Bedienung des
Servomotors nicht geöffnet werden kann.
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Die gegebenen Beispiele sollen die Erfindung weder auf diese Anwendungsfälle
noch auf die gezeigten Arten der Durchführung beschränken, da weder die einen noch
die anderen vollzählig und vollständig beschrieben oder gezeichnet werden können.