DE19535051C1

DE19535051C1 - Spindelmutter/Gewindespindel-Anordnung

Info

Publication number: DE19535051C1
Application number: DE19535051A
Authority: DE
Inventors: Hartwig Heinen
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell GmbH
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2015-09-22
Also published as: EP0764804B1; US5761963A; EP0764804A1; CA2185772A1; DE59601596D1; CA2185772C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umsetzung der Drehbewegung einer Spindelmutter in eine kraftabhängige Linearbewegung einer Gewindespindel nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige Vorrichtung findet vorzugsweise Anwendung bei einem elektromotorischen Ventilantrieb.

Ein bekannter elektromotorischer Ventilantrieb dieser Art umfaßt einen elektrischen Synchronmotor, der über ein zwischengeschaltetes Zahnradgetriebe eine Spindelmutter antreibt, in deren Innengewinde eine Gewindespindel mit einem entsprechenden Außengewinde eingreift. Die Gewindespindel ist mit einer Ventilstange gekoppelt, die den Schließkörper eines Ventils bei ihrer Verschiebung gegen einen entsprechenden Ventilsitz führt. Bei einem Dreiwege-Ventil arbeitet der Schließkörper mit zwei Ventilsitzen zusammen. Um eine vorbestimmte Schließkraft des Ventils zu erzeugen, ist die Spindelmutter in einem Lager axial verschiebbar angeordnet, und es ist jeweils eine Feder, vorzugsweise ein Tellerfedernpaket, zwischen einem ortsfesten Anschlag und einem Gegenlager an der Spindelmutter eingespannt. Beim Anschlag am jeweiligen Ventilsitz führt daher die Spindelmutter eine axiale Verschiebebewegung aus und komprimiert eine der beiden Federn bis ein Endschalter den Synchronmotor ausschaltet. Damit ist das Ventil geschlossen und der Schließkörper liegt mit einer vorbestimmten Schließkraft am Ventilsitz an.

Aus der DE 31 34 820 C2 ist ein derartiger elektromotorischer Stellgliedantrieb bekannt, bei dem allerdings die Gewindespindel durch den Synchronmotor angetrieben ist und die Spindelmutter mit der Ventilstange gekoppelt ist. Auch dort sind zwei Tellerfederpakete angeordnet, gegen die die Gewindespindel bis zur Endlagenabschaltung verschoben wird.

Als nachteilig hat sich bei dieser bekannten Konstruktion die Notwendigkeit der Anordnung zweier Federn erwiesen. Darüber hinaus ergaben sich Festigkeitsprobleme bei einer Ausführung der Spindelmutter in Kunststoff. Durch die Anordnung von Quetschringen als Gegenlager für die Tellerfedern in umlaufenden Nuten der Spindelmutter, die dauernd anstehende Vorspannkraft der Tellerfedern und die zusätzliche Krafteinleitung bei Verschiebung der Spindelmutter ergaben sich Dauer-Festigkeitsprobleme, die praktisch nur dadurch umgangen werden konnten, daß die Spindelmutter aus Bronze hergestellt wurde.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie einfacher, preisgünstiger und auch bei einer Ausführung der Spindelmutter in Kunststoff dauerfest ist.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.

Anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnung sei im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines bekannten elektromotorischen Ventilantriebs;

Fig. 1a eine Einzelheit aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 2 eine Schnittansicht durch die erfindungsgemaße Vorrichtung; und

Fig. 3 eine Schnittansicht durch die erfindungsgemaße Vorrichtung entlang einer versetzten Schnittlinie.

Gemäß den Fig. 1, 1a umfaßt der Ventilantrieb in bekannter Weise einen gehäusefest gelagerten Synchronmotor 10, der über ein zwischengeschaltetes Zahnradgetriebe 12 eine Spindelmutter 14 antreibt, in deren Innengewinde eine Spindel 16 mit ihrem Außengewinde eingreift, so daß sich bei einer Drehung der Spindelmutter 14 die Gewindespindel 16 in axialer Richtung verschiebt. Die Spindelmutter 14 ist in beiden Richtungen durch Tellerfederpakete 18, 18′ gegen einen gehäusefesten Kugellagerring 20 vorgespannt, wobei in umlaufende Nuten 22, 22′ eingelegte Quetschringe 24, 24′ das bewegliche Gegenlager für die Tellerfederpakete vorgeben. Die Gewindespindel 16 ist über eine Kupplung 26 mit einer nicht-dargestellten Ventilstange kuppelbar. Wenn mit der Ventilstange ein Schließkörper verbunden ist und dieser Schließkörper an einem Ventilsitz zum Anschlag gelangt, so wird die Ventilstange und die mit ihr verbundene Gewindespindel an einer weiteren Axialbewegung gehindert, und die Spindelmutter 14 verschiebt sich dementsprechend gegen die Kraft einer der beiden Tellerfederpakete. Die Tellerfederpakete 18, 18′ werden komprimiert bis ein von der Spindelmutter 14 betätigter Endschalter den Synchronmotor 10 ausschaltet.

Diese bekannte Konstruktion weist die eingangs erwähnten Nachteile auf und wird durch die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Lösung verbessert.

Gemäß Fig. 2 ist die Spindelmutter 14 entlang ihres Umfanges mit achsparallelen Nuten 28 versehen, in die Spannhaken 30 eingelegt sind. Vorzugsweise sind die Nuten 28 und die Spannhaken 30 viermal um jeweils 90° versetzt über den Umfang der Spindelmutter 14 vorgesehen. Die Nuten 28 sind länger als die Spannhaken 30, und die Spannhaken 30 sind axial verschiebbar, wobei sie sich zwischen dem Nutengrund und dem ortsfesten Kugellager 20 bewegen. Die Enden der Nuten 28 sind vertieft, um eine Auslenkung der aus Federstahl bestehenden Spannhaken 30 zu ermöglichen, so daß Spannringe 32, 32′ über die hakenförmigen Enden der Spannhaken 30 gezogen werden können, nachdem zuvor ein Tellerfederpaket 18 über den Spannhaken 30 geschoben worden ist. Eine Paßscheibe 34 liegt an dem ortsfesten Kugellager 20 an und dient als Gegenlager für das Tellerfederpaket 18. In den Umfangsbereichen der Spindelmutter 14, wo die Nuten 28 nicht vorhanden sind, weist die Spindelmutter 14 einen umlaufenden Bund 36 aufs der bei einer Verschiebung nach oben den Spannring 32 und bei einer Verschiebung nach unten die Paßscheibe 34 mitnimmt.

Aus dem vorstehend beschriebenen Aufbau ergibt sich folgende Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung:
Bei einer Krafteinleitung gemäß dem Pfeil F₁ in Fig. 2 drückt der Bund 36 der Spindelmutter 14 gegen den Spannring 32, so daß dieser Spannring die Kraft bzw. die Bewegung über die vier Spannhaken 30 auf den gegenüberliegenden Spannring 32′ überträgt. Das Kugellager 20 und die Paßscheibe 34 bilden hierbei ein ortsfestes Gegenlager. Bei der Verschiebung der Spindelmutter 14 wird somit das Tellerfederpaket 18 komprimiert, bis über den nicht dargestellten Endschalter der Synchronmotor ausgeschaltet wird.

Bei einer Krafteinleitung entlang des Pfeiles F₂ überträgt der Bund 36 der Spindelmutter 14 über die Paßscheibe 34 die Kraft bzw. die Bewegung auf das Tellerfederpaket 18, wobei der Spannring 32′ über den Spannhaken 30, den Spannring 32 und das ortsfeste Kugellager 20 festgehalten wird.

Diese neuartige Spannhaken-Konstruktion bietet einige Vorteile. So wird beispielsweise die Vorspannung des Tellerfederpaketes von den Spannhaken aufgenommen. Dadurch ergibt sich keine zusätzliche Dauerbelastung der Spindelmutter während des Normalbetriebes. Die umlaufenden Nuten für die Quetschringe können entfallen, so daß die entsprechenden Kerbspannungen reduziert werden. Im Gesamtbereich der Spindelmutterbewegung ergibt sich ferner keine Kraftaddierung bezüglich der eingeleiteten Kräfte F₁ bzw. F₂. Ferner vermeiden die Spannhaken eine Reibung zwischen dem Tellerfederpaket und der Spindelmutter. Alle diese Punkte resultieren darin, daß die Spindelmutter 14 problemlos in Kunststoff ausgeführt werden kann.

Claims

1. Vorrichtung zur Umsetzung der Drehbewegung einer Spindelmutter (14) in eine kraftabhängige Linearbewegung einer Gewindespindel (16), insbesondere für einen elektromotorischen Ventilantrieb, wobei die Spindelmutter in der jeweiligen Endstellung der Gewindespindel in beiden Richtungen eine Verschiebebewegung gegen die Kraft einer Feder (18, 18′) ausführt, die jeweils zwischen einem ortsfesten und einem verschiebbaren Anschlag eingespannt ist, gekennzeichnet durch in achsparallelen Nuten (28) in der Spindelmutter (14) eingelegte Spannhaken (30), die eine einzige in beiden Verschieberichtungen wirksame Feder (18) übergreifen, wobei die Spannhaken (30) mit Hakenenden versehen sind, die jeweils Spannringe (32, 32′) übergreifen und die Spindelmutter (14) in den Umfangsbereichen außerhalb der Nuten (28) mit einem im Durchmesser erweiterten Bund (36) versehen ist, und wobei die einzige Feder (18) zwischen einem der beiden Spannringe (32′) und dem Bund (36) angeordnet ist und der andere der beiden Spannringe (32) zwischen dem Bund (36) und dem Spannhaken (30) bzw. zwischen dem Spannhaken (30) und dem ortsfesten Anschlag (20) gehalten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere gleichmäßig über den Außenumfang der Gewindespindel (14) verteilte Nuten (28) und Spannhaken (30).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anordnung einer Paßscheibe (34) zwischen dem Bund (36) und der einzigen Feder (18).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhaken (30) aus Federstahl bestehen und die Nuten (28) an ihren Enden vertieft sind und im mittleren Bereich als Gegenlager und Führung für die Spannhaken (30) ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ortsfeste Anschlag durch ein gehäusefestes Kugellager (20) vorgegeben ist, in welchem die Spindelmutter (14) axial verschiebbar angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (14) aus Kunststoff besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsausdehnung der Nuten (28) größer als die Länge der Spannhaken (30) ist.