DE19603306C2 - Elektromotorische Vorrichtung zum Drehen einer Welle, sowie Verwendung der Vorrichtung als Antrieb einer Abgas-Absperrvorrichtung und als Antrieb einer drehzahl- und lastabhängigen Ventilsteuerung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromotorische Vorrichtung zum Drehen einer Welle gemäß dem Anspruch 1.

Zum Drehen von Wellen im Bereich zwischen 0° und 360° werden vielfach elektromotorische Antriebe verwendet. Beispielsweise sind Schrittmotoren bekannt, um Wellen in bestimmten Winkelstufen (Schritten) zu drehen. Alternativ ist es auch bekannt Getriebeeinrichtungen vorzusehen, um Wellen weniger als einen Vollwinkel (360°) mittels eines elektromotorischen Antriebs zu drehen. Derartige Antriebe sind z. B. in DUBBEL, Taschenbuch für den Maschinenbau, 14. Auflage, 1981, im Kapitel S, Fertigungstechnik - Elemente der Werkzeugmaschinen, 9.2 Antriebe, beschrieben.

Aus DE 40 20 275 C2 ist ein drehbar gelagerter Stellantrieb bekannt, der mittels Magneten zwischen zwei Endpositionen hin- und herschaltbar ist. Aus DE 30 05 921 A1 ist ein monostabiles Drehankersystem bekannt, bei dem ein Anker elektromotorisch aus einer Ruhelage ausgelenkt werden kann und bei Wegfall der auslenkenden Kraft selbsttätig wieder mittels Magnetkraft in die Ruhelage zurückgedreht wird.

Beispielsweise sind Abgas-Absperrvorrichtungen nach DIN 3388/2 bekannt, sogenannte Diermayer-Klappen, die mittels eines Elektromotors angetrieben werden. Siehe hierzu den Prospekt der Firma Diermayer "Diermayerklappen, Abgas- Absperrvorrichtungen nach DIN 3388/2, Technische Information und Einbauanweisung, Stand Februar 1994. Diese Abgas- Absperrvorrichtungen bzw. Abgasklappen werden zwischen Feuerstätte und Abgaskamin geschaltet, und diese Abgasklappen schließen während der Betriebspausen der Feuerstätte automatisch den Abgasweg, so daß die Wärme erhalten bleibt. Fordert ein Temperaturregler von der Feuerstätte Wärme an, so hält zunächst der Stellantrieb der Abgasklappe Strom. Der Getriebemotor öffnet die Absperrscheibe gegen die Kraft einer Feder. Durch die Kopplung von der Motorwelle zur Klappenwelle und zurück zum Endschalter ist sichergestellt, daß der Endschalter nur bei ordnungsgemäß montiertem Stellantrieb und voll geöffneter Abgasklappe betätigt wird. Erst bei durchgeschaltetem Endschalter kann der Steuerstrom zum Stellglied (z. B. Magnet-Motorventil bzw. Feuerungsautomat) der Feuerstätte fließen, die dann in Betrieb geht. Der kurzschlußfeste Motor bleibt während der Betriebszeit unter Spannung. Beim Abschalten wird die Kraft der Feder die Absperrscheibe über eine Fliehkraftbremse langsam in die geschlossene Stellung und der Getriebemotor in seine Ausgangslage zurückgeführt. Durch das langsame Verschließen der Abgasklappe wird nach dem Ende der Feuerung noch der Abzug der Rauchgase bzw. Abgase ermöglicht. Nachteilig bei dieser bekannten Abgasklappe ist es, daß sie vergleichsweise aufwendig und teuer in der Herstellung ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromotorische Vorrichtung zum Drehen einer Welle bereitzustellen, die einfach im Aufbau und zuverlässig im Betrieb ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß umfaßt die Vorrichtung eine Halterung, an der die zu drehende Welle drehbar gelagert ist. Wenigstens ein Schwenkarm aus einem nichtmagnetischen Material ist mit einem Ende fest mit der zu drehenden Welle verbunden und an dem anderen Ende des Schwenkarms ist ein erster Magnet mit einem Nord- und einem Südpol befestigt. An der Halterung ist ein Rahmenprofil befestigt, das eine erste und eine zweite Gleitfläche aufweist, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Das Rahmenprofil bzw. die beiden Gleitflächen sind so geformt, daß sich der erste Magnet über den gesamten Schwenkbereich des Schwenkarms zwischen den beiden Gleitflächen bewegt. Dabei ist der Nordpol des ersten Magneten der ersten Gleitfläche und der Südpol der zweiten Gleitfläche zugewandt. Durch einen zweiten Magneten wird ein magnetischer Kreis geschlossen, der ausgehend von dem zweiten Magneten durch das Rahmenprofil mit der ersten Gleitfläche, den ersten Magneten, das Rahmenprofil mit der zweiten Gleitfläche und zurück zum zweiten Magneten gebildet wird.

Wenigstens einer der beiden Magneten ist ein Elektromagnet, vorzugsweise ist der erste Magnet ein Dauer- oder Permanentmagnet und der zweite Magnet ist ein Elektromagnet (Anspruch 2), weil sich zu dem "stationären" zweiten Magneten die Stromzuführung einfacher realisieren läßt. Durch Beaufschlagung des Elektromagneten mit Strom entsprechender Polung und Stärke wird der Dauermagnet mit einer bestimmten Kraft von dem Elektromagneten angezogen bzw. bei entgegengesetzter Polung abgestoßen, wodurch auf die starr mit dem Schwenkarm verbundene Welle ein Drehmoment ausgeübt wird.

Eine Änderung der magnetischen Kraft führt zu einem Drehmoment auf die Welle. Gesättigt ist das Rahmenprofil dann, wenn beispielsweise der elektro- und der dauermagnetische Kraftfluß den Profilquerschnitt voll ausfüllen. Jede Änderung der magnetischen Kraft unterhalb dieses Sättigungsgrades führt in dieser Anordnung zu einer Verdrehung der Welle. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist hinsichtlich ihres Wirkungsgrades (maximale Stellkraft bei minimaler elektrischer Energie) sensibel, was die genaue Dimensionierung von Dauer- und Elektromagneten sowie den Querschnitt der dazwischen angeordneten Rahmenprofile betrifft.

Durch die Erfindung können herkömmliche Konstruktionen aus Elektromotor und Untersetzungsgetriebe ersetzt werden. Die Größe des Drehwinkels und die Größe des Drehmoments können durch entsprechende Dimensionierung und durch eine elektronische Steuerung des Elektromagneten relativ genau definiert werden. Ein Vorteil der Erfindung besteht in der robusten und störunanfälligen Arbeitsweise und dem preiswerten und einfachen Aufbau.

Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einem Elektromagneten und einem Drehbereich zwischen 0° und 180°;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit zwei Elektromagneten und einem Drehbereich zwischen 0° und 180°;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung der Ausführungsform nach Fig. 3 entlang der Linie A-A;

Fig. 5 und 6 eine dritte Ausführungsform der Erfindung, die sich von der zweiten Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 dadurch unterscheidet, daß die magnetischen Kreise der beiden Elektromagnete entkoppelt sind;

Fig. 7, 8 eine vierte Ausführungsform in analoger Darstellung zu der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4;

Fig. 9 eine fünfte Ausführungsform der Erfindung mit zwei Elektromagneten und einem Drehbereich zwischen 0° und 180°;

Fig. 10 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 9 mit teilweiser Schnittdarstellung;

Fig. 11 und 12 eine sechste Ausführungsform der Erfindung mit zwei Elektromagneten und einem Drehbereich zwischen 0° und über 180° entsprechend der Darstellung in Fig. 9 und 10;

Fig. 13 eine siebte Ausführungsform der Erfindung mit zwei Elektromagneten und einem Drehbereich von 0° bis 360° entsprechend der Darstellung in Fig. 9;

Fig. 14 eine achte Ausführungsform der Erfindung mit drei Elektromagneten und einem Drehbereich von 0° bis 360° entsprechend der Darstellung in Fig. 9;

Fig. 15 eine neunte Ausführungsform der Erfindung, die sich von der Ausführungsform nach Fig. 14 dadurch unterscheidet, daß die magnetischen Kreise der Elektromagnete entkoppelt sind;

Fig. 16 eine zehnte Ausführungsform der Erfindung mit zwei Elektromagneten und einem Drehbereich von 0° bis 90° mit dem Schwenkarm in zwei unterschiedlichen Stellungen;

Fig. 17 die Ausführungsform von Fig. 16, die die Halterung genauer zeigt;

Fig. 18 und 19 eine elfte Ausführungsform der Erfindung mit vier Elektromagneten, zwei Schwenkarmen in unterschiedlichen Schwenkebenen und einem Drehbereich von 0° bis 180° entsprechend der Darstellung in Fig. 3 und 4;

Fig. 20 und 21 eine zwölfte Ausführungsform der Erfindung mit zwei Elektromagneten, zwei Schwenkarmen in einer einzigen Schwenkebene und einem Drehbereich von 0° bis 90° entsprechend der Darstellung in Fig. 3 und 4;

Fig. 22 und 23 eine dreizehnte Ausführungsform der Erfindung, die sich von der Ausführungsform nach Fig. 21 und 22 dadurch unterscheidet, daß die zwei magnetischen Kreise entkoppelt sind und daß die zwei Elektromagneten außerhalb des Schwenkbereichs der Schwenkarme angeordnet sind;

Fig. 24 eine vierzehnte Ausführungsform, die sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, daß mittels einer Torsionsfeder eine Rückstellkraft auf den Schwenkarm ausgeübt wird;

Fig. 25 eine Modifikation der fünften Ausführungsform gemäß Fig. 9 und 10, und

Fig. 26 ein elektrisches Schaltbild zur Erläuterung der Anwendung der zehnten Ausführungsform nach Fig. 16 und 17 zum betätigen einer Abgasklappe.

In der nachfolgenden Figurenbeschreibung verschiedener bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder einander entsprechende Teile der Erfindung mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einem Drehbereich zwischen 0° und 180°. Die erste Ausführungsform umfaßt eine Halterung 2 an der ein Schwenkarm 4 mit einem Ende 6 an einer Welle 8 drehbar gelagert ist. An dem anderen Ende 7 des Schwenkarms 4 ist ein Dauermagnet 10 befestigt mit einem magnetischen Nordpol 11 und einem magnetischen Südpol 12.

An der Halterung 2 ist starr ein Rahmenprofil 14 mit einem ersten und einem zweiten Rahmenprofilelement 15 und 16 befestigt. Das Rahmenprofil 14 bzw. die beiden Rahmenprofilelemente 15 und 16 ist/sind halbkreisförmig geformt und umfassen radial bezüglich der Welle 8 sich wegerstreckende Profilansätze 17. Im Bereich des halbkreisförmigen Teils des Rahmenprofils 14 weisen die beiden Rahmenprofilelemente 15 und 16 eine erste und eine zweite Gleitfläche 18 und 19 auf, die einander gegenüberliegend und in konstantem Abstand zueinander angeordnet sind. Das Rahmenprofilelement 14 ist hierbei so dimensioniert, daß der Dauermagnet 10 an dem Ende 7 des Schwenkarms 4 über den gesamten Schwenkbereich zwischen den beiden Gleitflächen 18 und 19 sich bewegt. Der Nordpol 11 des Dauermagneten 10 ist hierbei der ersten Gleitfläche 18 bzw. dem ersten Rahmenprofilelement 15 und der Südpol 12 des Dauermagneten 10 ist hierbei der zweiten Gleitfläche 19 bzw. dem zweiten Rahmenprofilelement 16 zugewandt.

Ein Ende 22 des Rahmenprofils 15 wird durch einen Anschlag 24 abgeschlossen. Von dem anderen Ende 23 des Rahmenprofils 14 erstrecken sich in radialer Richtung die Profilansätze 17 weg. Zwischen den beiden Profilansätzen 17 ist ein Elektromagnet 26 mit einer Spule 27 und einem Weicheisenkern 28 angeordnet. Hierbei sind die beiden Stirnflächen des Weicheisenkerns 28 mit den beiden Rahmenprofilelementen 15 und 16 bzw. deren Profilansätzen 17 fest verbunden.

Durch die Dimensionierung des Anschlags 24 und des Weicheisenkerns 28 werden die beiden Rahmenprofilelemente 15 und 16 im konstanten Abstand zueinander gehalten. Wie insbesondere aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist jeweils zwischen den beiden Polen 11 und 12 des Dauermagneten 10 und den Gleitflächen 18 bzw. 19 ein Luftspalt 30 vorgesehen, so daß der Dauermagnet 10 sich zwischen den beiden Gleitflächen 18 und 19 ohne Reibung bewegen kann.

Sowohl die Halterung 2 als auch der Schwenkarm 4 bestehen aus einem nichtmagnetischen Material. Die Rahmenprofilelemente 15 und 16 bestehen ebenso wie der Spulenkern 28 aus einem ferromagnetischen Material.

Anstelle der beiden Luftspalte 30 kann der Dauermagnet 10 auch mittels Rollen- oder Gleitmaterial, z. B. Teflon, zwischen den Rahmenprofilelementen 15 und 16 geführt sein.

Im stromlosen Zustand der Spule 27 des Elektromagneten 26 tritt das magnetische Kraftfeld des Dauermagneten 10 über den oberen Luftspalt 30 in das erste Rahmenprofilelement 15 ein, durchsetzt den Spulenkern 28, das zweite Rahmenprofilelement 16 und kehrt über den unteren Luftspalt 30 in den Dauermagneten 10 zurück, so daß der magnetische Kreis geschlossen ist. Die Dimensionierung der Rahmenprofilelemente 15 und 16, des Dauermagneten 10 sowie des Spulenkerns 28 wird so gewählt, daß das Rahmenprofil 14 und der Spulenkern 28 den Sättigungswert nicht erreichen.

Beaufschlagt man den Elektromagneten 26, dessen Spulenkern 28 vom Magnetfeld des Dauermagneten 10 durchflossen wird, mit Gleichstrom, so entsteht im Spulenkern 28 sowie im Rahmenprofil 14 zusätzlich ein Magnetfeld, das sich dem Feld des Dauermagneten 10 innerhalb dem Rahmenprofil 14 und dem Spulenkern 28 überlagert. Ist dieser Gleichstrom in der Spule 27 so gerichtet, daß das daraus resultierende Magnetfeld dem Magnetfeld des Dauermagneten 10 gleichgerichtet ist, so bewirkt die Reaktion der beiden magnetischen Kraftfelder zwischen Dauermagnet 10 und Elektromagnet 26 die Bewegung des Schwenkarms 4 in eine Richtung.

Bei entgegengesetzter Polung des Stroms durch die Spule 27 bewirkt die Reaktion eine Bewegung des Schwenkarms 4 in die andere Richtung.

Im Gegensatz zum Stand der Technik bewirkt hier die Kopplung des elektromagnetischen und des dauermagnetischen Kraftfeldes im Rahmenprofil 14, dessen magnetische Flußdichte den Sättigungswert erreicht hat, eine Bewegung des Dauermagneten 10, wel­ che über den Schwenkarm 4 zu einer Verdrehung der Welle 8 führt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 lediglich dadurch unterscheidet, daß neben dem ersten Elektromagneten 26-1 an dem Ende 23 des Rahmenprofils 14 aus dem Schwenkbereich des Schwenkarms 4 abgesetzt zwischen zwei Profilansätzen 17 ein zweiter Elektromagnet 26-2 vorgesehen ist, der in seinem Aufbau dem Aufbau des ersten Elektromagneten 26-1 entspricht.

Durch das Vorsehen von zwei Elektromagneten 26-1 und 26-2 kann die auf den Schwenkarm 4 ausgeübte und damit auf die Welle 8 übertragbare Kraft bzw. das auf die Welle 8 ausübbare Drehmoment erhöht werden, da durch entsprechende Polung der Elektromagneten 26-1 und 26-2 eine Abstoßung von dem einen Elektromagneten und gleichzeitig eine Anziehung des Dauermagneten 10 durch den anderen Elektromagneten herbeigeführt werden kann.

Die Drehbewegung des Schwenkarms 4 wird bei der zweiten Ausführungsform nicht durch einen Anschlag an den Enden 23 und 22 des Rahmenprofils 14 begrenzt, sondern der Schwenkarm 4 bzw. der Dauermagnet 10 hält bei geeigneter elektrischer Ansteuerung der beiden Elektromagnete 26-1 und 26-2 an jener Stelle - am Ende 22 oder 23 - mit seiner Bewegung inne, an der das Dauermagnetfeld den kürzesten Weg zum Spulenkern 28 findet. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer geräuscharmen Ausführung, da der Schwenkarm 4 in seiner Maximalstellung auf keinen mechanischen Anschlag aufschlägt. Außerdem kann folglich auch kein mechanischer Verschleiß am Anschlag entstehen, da er nicht vorhanden ist.

Die Fig. 5 und 6 zeigen schematisch eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die sich von der zweiten Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4 lediglich dadurch unterscheidet, daß die Rahmenprofilelemente 15 und/oder 16 jeweils aus zwei Teilen 15-1 und 15-2 bestehen. Die beiden Teile 15-1 und 15-2 bzw. 16-1 und 16-2 der Rahmenprofilelemente 15 und 16 greifen ineinander und sind durch einen Luftspalt 34 voneinander beabstandet. Durch das Ineinandergreifen der Teile 15-1 und 15-2 bzw. 16-1 und 16-2 bleibt die halbkreisförmige Form des Rahmenprofils 14 erhalten.

In den Fig. 7 und 8 ist eine vierte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese vierte Ausführungsform unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsformen durch einen Halteelektromagneten 36, der zwischen den sich von dem Ende 22 weg erstreckenden Profilansätzen 17 angeordnet ist. Der Halteelektromagnet 36 umfaßt eine Spule 37 und ein U-förmiges Joch 38, dessen Schenkel 39 auf die Welle 8 hin ausgerichtet sind.

Durch entsprechende Beschickung mit Strom des ersten Elektromagneten 26 wird der Schwenkarm 4 gegen eine nicht dargestellte auf die Welle 8 einwirkende Federkraft in die Stellung ausgelenkt, wie sie in den Fig. 7 und 8 gezeichnet ist. Wird nun der erste Elektromagnet 26 stromlos, versucht die auf die Welle 8 wirkende Rückstellkraft den Schwenkarm 4 in die Ausgangsstellung zurückzudrehen. Dies kann vorübergehend durch den Halte-Elektromagneten 36 verhindert werden, der dann, wenn der Elektromagnet 26 stromlos wird, durch eine geeignete Energiequelle (nicht dargestellt), z. B. in Form eines Akkus oder in Form eines Elektrolytkondensators, mit Strom versorgt wird, so daß der Dauermagnet 10 bzw. der Schwenkarm 4 für eine bestimmte Zeitdauer in der in den Fig. 7 und 8 gezeigten Stellung gehalten wird. Ist die Kurzzeitenergiequelle entladen, wird der Schwenkarm 4 durch die Rückstellkraft in die Ausgangsstellung zurückgedreht.

Diese Ausführungsform ist insbesondere für die Anwendung der vorliegenden Erfindung als Antrieb für Rauchgasklappen geeignet und ersetzt den komplizierten Fliehkraftreglermechanismus bei Rauchgasklappen nach dem Stand der Technik.

In den Fig. 9 und 10 ist schematisch eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform umfaßt ebenfalls zwei Elektromagneten 26-1 und 26-2, die hier den Schwenkbereich des Schwenkarms 4 begrenzen bzw. als Anschlag wirken. Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsformen liegen hier die Spulenkerne 28 der Elektromagneten 26-i (i kann sein 1, 2, 3 oder 4) senkrecht zur Welle 8. Dies bedingt eine L-förmige Ausbildung des Schwenkarms 4, wie dies aus Fig. 10 zu ersehen ist.

Bei einer in Fig. 25 dargestellten Modifikation der fünften Ausführungsform wird eine anschlagförmige Begrenzung der Schwenkbewegung des Schwenkarms 4 durch die Elektromagnete 26-1 und 26-2 dadurch vermieden, daß die beiden Elektromagnete 26-1 und 26-2 zwischen zwei Profilansätzen 17 angeordnet sind, die von dem halbkreisförmigen Rahmenprofil 14 rechtwinklig (parallel zur Welle 8) nach oben oder unten abgesetzt sind (in Fig. 25 nach oben).

Hinsichtlich ihrer Funktionsweise unterscheidet sich diese fünfte Ausführungsform (mit Modifikation) nicht von den vorhergehenden Ausführungsformen der Erfindung.

In den Fig. 11 und 12 ist eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt, bei der der Schwenkbereich bzw. der Drehbereich des Schwenkarms 4 größer als 180° ist. Das Rahmenprofil 14 ist hierbei in Aufsicht gemäß Fig. 11 in etwa 80% eines Vollkreises ausgebildet, an dessen Enden 22 und 23 die beiden Elektromagneten 26-1 und 26-2 den Schwenkbereich des Schwenkarms 4 begrenzen. Durch geeignete Ansteuerung der beiden Elektromagneten 26-i kann in gleicher Weise wie bei den vorhergehenden Ausführungen der Schwenkarm 4 von einer Extremstellung in die andere Extremstellung bzw. zu Zwischenstellungen bewegt werden.

In Fig. 13 ist eine siebte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die eine Verdrehung der Welle 8 um 360° ermöglicht. Das Rahmenprofil 14 ist nahezu vollständig kreisförmig, lediglich die Enden 22 und 23 werden durch einen Luftspalt 40 getrennt. Von beiden Enden 22 und 23 erstrecken sich Profilansätze 17 in radialer Richtung nach außen. Zwischen den Profilansätzen 17 sind aus dem Schwenkbereich des Schwenkarmes abgesetzt die beiden Elektromagnete 26-1 und 26-2 angeordnet. Durch entsprechende Beaufschlagung der Elektromagneten 26-i mit Strom kann der Schwenkarm 4 durch Schwung mehr als eine Volldrehung ausführen, d. h. der Luftspalt 40 wird übersprungen.

In Fig. 14 ist schematisch eine achte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die ebenfalls eine Drehung der Welle 8 um 360° und mehr ermöglicht und drei Elektromagnete 26-1, 26- 2 und 26-3 aufweist. Das Rahmenprofil 14 bzw. die Rahmenprofilelemente 15 und 16 sind kreisförmig ausgebildet und weisen drei in gleichen Abständen voneinander sich radial von dem kreisförmigen Teil wegerstreckende Profilansätze 17 auf.

Durch entsprechende Ansteuerung der drei Elektromagneten 26-i kann der Schwenkarm 4 mit dem Dauermagneten 10 um mehr als den Vollwinkel gedreht werden.

Fig. 15 zeigt eine neunte Ausführungsform der Erfindung, die sich von der achten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 14 dadurch unterscheidet, daß die einzelnen magnetischen Kreise der drei Elektromagneten 26-i voneinander magnetisch entkoppelt sind. Dies geschieht in analoger Weise zu der dritten Ausführungsform gemäß den Fig. 5 und 6 indem wenigstens eines der Rahmenprofilelemente 15 oder 16 aus drei Teilen besteht. In Fig. 15 besteht das erste Rahmenprofilelement 15 aus den Teilen 15-1, 15-2 und 15-3.

Die Ausführungsformen gemäß den Fig. 14 und 15 sind besonders für ein neuartiges Motormanagement geeignet, bei der mittels der vorliegenden Erfindung die Ventilsteuerzeiten drehzahl- und lastabhängig gesteuert werden. Damit lassen sich aufwendige hydraulische Lösungen ersetzen. Mit den Ausführungsformen gemäß Fig. 14 und 15 ist auf einfache Weise auch eine Verdrehung der Welle 8 um mehr als 360° und Vielfache davon möglich.

In den Fig. 17 und 16 ist eine zehnte Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt, die zwei Elektromagnete 26-1 und 26-2 umfaßt und eine Drehung der Welle 8 zwischen 0° und 90° ermöglicht. Das Rahmenprofil 14 weist die Form eines Viertelkreises auf, an deren Enden sich in radialer Richtung Profilansätze 17 wegerstrecken, zwischen denen die Elektromagneten 26-1 und 26-2 außerhalb des Schwenkbereichs des Schwenkarms 4 angeordnet sind. Die Fig. 17 zeigt die rechtwinklige Ausbildung der Halterung 8 im Detail und in Fig. 16 sind die beiden Endstellungen des Schwenkarms 4 dargestellt.

Die gestrichelte Gerade 32 in Fig. 16 gibt die Zug- oder Druckrichtung einer Rückstellfeder an, durch die der Schwenkarm 4 nach Auslenkung aus seiner Ausgangslage wieder in seine Ausgangslage zurückgeholt werden kann.

Die Fig. 18 und 19 zeigen eine elfte Ausführungsform der Erfindung mit vier Elektromagneten 26-1, 26-2, 26-3 und 26-4. Wie insbesondere aus Fig. 19 zu ersehen ist, entspricht die elfte Ausführungsform der Erfindung einer "Verdoppelung" der zweiten Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4, d. h. auf der Welle 8 sind in verschiedenen Ebenen zwei Schwenkarme 4-1 und 4-2 angeordnet, die Dauermagnete 10-1 und 10-2 tragen. Das Rahmenprofil 14 umfaßt drei Rahmenprofilelemente 15, 16 und 17, die untereinander bzw. übereinander angeordnet sind. Die vier Elektromagnete 26-i sind zwischen Profilansätzen 17 angeordnet, die sich wie bei der zweiten Ausführungsform radial von dem halbkreisförmigen Teil des Rahmenprofils 14 wegerstrecken. Die beiden Elektromagneten 26-1 und 26-3 einerseits und die beiden Elektromagneten 26-2 und 26-4 andererseits sind untereinander angeordnet. Der Schwenkarm 4- 1 mit dem Dauermagneten 10-1 bewegt sich zwischen den ersten beiden Rahmenprofilelementen 15 und 16, während sich der zweite Schwenkarm 4-2 zwischen dem zweiten Rahmenprofilelement 16 und dem dritten Rahmenprofilelement 17 bewegt. Beide Schwenkarme 4-i sind starr mit der Welle 8 verbunden.

Durch diese elfte Ausführungsform läßt sich eine größere Kraftwirkung auf die Welle 8 ausüben.

In den Fig. 20 und 21 ist eine zwölfte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform umfaßt ebenfalls zwei Schwenkarme 4-1 und 4-2, die jedoch im Gegensatz zu der elften Ausführungsform in der gleichen Drehebene liegen und an der Welle 8 um 180° versetzt zueinander angeordnet sind. Das Rahmenprofil 14 ist kreisförmig ausgebildet, wobei zwei Elektromagneten 26-1 und 26-2 ohne Profilansätze zwischen den Rahmenprofilelementen 15 und 16 angeordnet sind und so den Drehwinkel der Schwenkarme 4-1 und 4-2 begrenzen.

In den Fig. 22 und 23 ist eine dreizehnte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die ebenfalls zwei Schwenkarme 4-1 und 4-2 umfaßt, die in gleicher Weise aufgebaut sind, wie die Schwenkarme 4-1 und 4-2 der zwölften Ausführungsform der Erfindung. Das Rahmenprofil 14 ist ebenfalls kreisförmig ausgebildet, wobei es zwei Profilansätze 17 aufweist, die um 180° versetzt angeordnet sind, an denen die beiden Elektromagneten 26-1 und 26-2 angeordnet sind.

Zur Entkopplung der magnetischen Kreise der beiden Elektromagneten 26-i ist das erste Rahmenprofilelement 15 aus zwei Teilen 15-1 und 15-2 aufgebaut, wobei die Teile 15-i durch einen Luftspalt 34 voneinander getrennt sind.

Bei allen beispielshaft beschriebenen dreizehn Ausführungsformen der Erfindung kann die Position bzw. Lage des Schwenkarms 4 und damit der Drehwinkel durch eine geeignete Sensorik erfaßt werden. Zu diesem Zweck werden die Spulenwicklungen 27 der Dauermagneten 26-i und ggfs. auch des Haltemagneten 36 zusätzlich zu dem Gleichstrom mit einem schwachen hochfrequenten Wechselstrom beschickt. Durch die Auswertung der sich überlagenden Gleich- und Wechselströme, durch Messen und Auswerten der magnetischen Sättigung der einzelnen Spulenkerne und der magnetischen Widerstände der Spulen läßt sich eine genaue Lokalisierung der Dauermagneten 10 und damit eine Bestimmung des jeweiligen Drehwinkels erreichen. Durch eine entsprechende Ausbildung der Elektronik läßt sich so jeder von dem technischen Aufbau her mögliche Drehwinkel der Welle 8 realisieren.

Fig. 24 (Darstellung entsprechend Fig. 2) zeigt schematisch eine vierzehnte Ausführungsform der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform lediglich dadurch unterscheidet, daß auf den Schwenkarm 4 durch eine in der Welle 8 gekapselte Torsionsfeder 45 eine Rückstellkraft ausgeübt wird. Hierbei hat die Welle 8 einen größeren Durchmesser, der es ermöglicht, von einer Seite her eine Ringnut 47 einzubringen. Dieser Hohlraum 47 dient zur Aufnahme der Torsionsfeder 45 die mit einem Ende mit der Welle 8 bzw. dem Schwenkarm 4 und mit dem anderen Ende an der Halterung 2 befestigt ist. Hauptvorteil dieser Ausführungsform ist die raumsparende und geschützte Unterbringung einer Rückstell- bzw. Torsionsfeder 45, die z. B. die Aufgabe haben kann, die Welle 8 bzw. den Schwenkarm 4 nach deren Auslenkung wieder in die Ausgangslage zurückzudrehen.

Die zehnte Ausführungsform gemäß den Fig. 16 und 17 ist besonders zur Betätigung einer Abgasklappe geeignet, wie sie in herkömmlichen Gebäudeheizungen vielfach eingesetzt wird. Fig. 26 zeigt ein elektrisches Schaltbild, das die Einbindung der zehnten Ausführungsform in die Elektrik einer Heizungsanlage zeigt.

In herkömmlichen Heizungsanlagen wird die Abgasklappe mittels eines Elektromotors betätigt. Hierzu liefert der entfernt lokalisierte Thermostat 220 V Wechselspannung an den Elektromotor der Klappe. Dieser dreht mit 120 Ncm über ein Untersetzungsgetriebe langsam die Klappe von ZU nach AUF und spannt gleichzeitig eine starke Feder. Erst wenn die Klappe ganz geöffnet ist, verbindet ein elektrischer Schalter die 220 V mit dem Brenner der Heizung. Liefert der Thermostat keinen Strom mehr, bleibt der Brenner stehen. Unmittelbar nach Stromausfall beginnt die Feder mit dem Schließvorgang, wird aber durch Getriebe, Motor und mechanischen Fliehkraftregler dergestalt abgebremst, daß die Klappe 7 Sekunden bis in die ZU-Stellung benötigt, damit die verbleibende Abgassäule zwischen Brenner und Klappe abziehen kann.

Diese komplizierte und aufwendige Vorrichtung wird durch die vorliegende, Erfindung erheblich vereinfacht. Wie aus Fig. 26 zu ersehen ist, liefert der Thermostat 40 220 V Wechselspannung an einen Schalter 41, der zwischen Thermostat 40 und Brenner 42 angeordnet ist, so daß der Brenner 42 zunächst noch stromlos bleibt. Über einen parallel dazu angeordneten Gleichrichter 43 und einen Umschalter 46 wird die Spule 26-2 versorgt, über den Umschalter 46 und eine Diode 44 auch die Spule 26-1.

Dadurch wird die Klappe vom ZU- in den AUF-Zustand versetzt. Außerdem wird der Schalter 41 und der Umschalter 46 betätigt. Der Schalter 41 leitet die ankommenden 220 V an den Brenner 42 weiter. Der Umschalter 46 leitet den Gleichstrom über einen PTC-Widerstand 48 nur noch auf die Spule 26-1, die Spule 26-2 wird ausgeschaltet, da die Diode 44 in Sperr- Richtung geschaltet ist.

Während der Betriebsdauer des Brenners 42 wird der PTC- Widerstand 48 warm und erhöht seinen Widerstandswert, wodurch der Strom zu der einzigen noch aktiven Spule 26-1 zunehmend verringert wird.

Liefert der Thermostat keinen Strom mehr, bleibt der Brenner 42 stehen. Ein parallel zu dem Gleichrichter 43 geschalteter Kondensator 50 beginnt sich langsam über den PTC-Widerstand 48 und die Spule 26-1 zu entladen und verschafft der Spule 26-1 bei geeigneter Dimensionierung der beteiligten Elemente ein kleines Magnetkraftfeld, welches ausreicht, mindestens 7 Sekunden der Feder entgegenzuwirken.

Da die Feder nicht einen Motor und einen Fliehkraftregler gegen ein Untersetzungsgetriebe in Bewegung versetzen muß, braucht ihre Konstante nur einen Bruchteil der derzeitigen Technik zu betragen, um auszureichen, die grundsätzlich leichtgängige Klappe um 90° in die ZU-Stellung zurückzudrehen. Weiter ist bei der vorliegenden Erfindung vorteilhaft: Wesentlich kostengünstigere Herstellung, weit geringerer Stromverbrauch, geringerer Wartungsbedarf.

Claims (16)

1. Elektromotorische Vorrichtung zum Drehen einer Welle (8), mit
einer Halterung (2), an der die Welle drehbar gela­ gert ist,
wenigstens einem im wesentlichen in radialer Rich­ tung von der Welle abstehenden mit der Welle fest ver­ bundenen Schwenkarm (4) aus einem nichtmagnetischen Ma­ terial, an dem ein erster Magnet (10) mit Nord- und Südpol (11, 12) befestigt ist,
einem mit der Halterung verbundenen Rahmenprofil (14), das eine erste und eine zweite Gleitfläche (18, 19) aufweist, die einander gegenüberliegend angeordnet sind,
wobei das Rahmenprofil zumindest im Bereich der Gleitflächen aus einem ferromagnetischen Material be­ steht,
wobei der Abstand der zwei Gleitflächen voneinander und die Größe des Rahmenprofils, des ersten Magneten und des Schwenkarms so gewählt sind, daß der erste Ma­ gnet zwischen den beiden Gleitflächen beweglich ange­ ordnet ist, und
wobei der Nordpol (11) des ersten Magneten (10) der ersten Gleitfläche (18) und der Südpol (12) des ersten Magneten (10) der zweiten Gleitfläche (19) zugewandt ist, und
wenigstens einem zweiten Magneten (26), durch den ein magnetischer Kreis durch den ersten Magneten, das Rahmenprofil, den zweiten Magneten, wiederum das Rah­ menprofil und zurück in den ersten Magneten geschlossen wird, wobei wenigstens einer der Magneten (10, 26) ein Elektromagnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Magnet ein Dauermagnet (10) und der zwei­ te Magnet ein Elektromagnet (26) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gleitflächen (18, 19) ebene Flä­ chen sind und der senkrechte Abstand der beiden Gleit­ flächen voneinander konstant ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Nordpol (11) des ersten Magneten (10) und der ersten Gleitfläche (18) und dem Südpol (12) des ersten Magne­ ten (10) und der zweiten Gleitfläche (19) ein Luftspalt (30) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Elektromagnet (26) eine mit Strom beaufschlagbare Spule (27) mit einem Kern (28) aus ferromagnetischem Material umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen des Kerns (28) der Spule (27) mit der ersten und zweiten Gleitfläche (18, 19) verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (26) außerhalb des Schwenkbe­ reichs des Schwenkarms (4) angeordnet ist, und daß die Stirnflächen des Kerns der Spule des Elektromagneten mit dem Rahmenprofil (14) verbunden sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Elektromagneten (26-1, 26-2) räumlich getrennt vonein­ ander vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei magnetischen Kreise durch die wenigstens zwei Elektromagnete (26-i) voneinander ent­ koppelt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei magnetischen Kreise dadurch voneinander entkoppelt sind, daß das Rahmenprofil (14) mehrteilig (15-i bzw. 16-i) ausgeführt ist und daß die Teile des Rahmenprofils, die einem bestimmten magneti­ schen Kreis zugeordnet sind von den Teilen des Rahmen­ profils, die einem anderen magnetischen Kreis zugeord­ net sind, durch einen Luftspalt (34) voneinander ge­ trennt sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Rahmenprofil (14) aus einem ersten und ei­ nem zweiten Rahmenprofilelement (15, 16) besteht,
daß auf dem ersten Rahmenprofilelement (15) die er­ ste Gleitfläche (18) und auf dem zweiten Rahmenprofile­ lement (16) die zweite Gleitfläche (19) angeordnet ist, und
daß der wenigstens eine Elektromagnet (26) die bei­ den Rahmenprofilelemente (15, 16) verbindet.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Schwenkarme (4-1, 4-2) vorgesehen sind, an deren Enden jeweils Dauermagnete (10-1, 10-2) befestigt sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Schwenkarme (4-i) in einer ein­ zigen Schwenkebene angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Schwenkarme (4-i) in unter­ schiedlichen Schwenkebenen angeordnet sind.

15. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Antrieb einer Abgas-Ab­ sperrvorrichtung.

16. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Antrieb einer drehzahl- und lastabhängigen Ventilsteuerung in Kraftfahrzeugen.