DE2739136C2

DE2739136C2 - Stellgerät mit Spindeltrieb

Info

Publication number: DE2739136C2
Application number: DE2739136A
Authority: DE
Inventors: Klaus Betzing; Ulrich 5800 Hagen Betzing; Volker Betzing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-08-31
Filing date: 1977-08-31
Publication date: 1982-06-03
Also published as: DE2739136A1

Description

bei einem möglichst langen Hub mit einem möglichst preiswerten Stellgerät zu übertragen, wobei auch für eine entsprechende Erhöhung der Knicksteifigkeit der dem Stellgerät zugeordneten Teleskopteile Sorge getragen werden solL

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Verwendung der Merkmale des Anspruchs 1, wobei ein erstes und ein zweites Teleskopteil aneinander geführt und zur vollen Aufnahme aller Druck-, Zug- und Querkräfte ausgelegt ist und sich das erste Teleskopteil von einem unteren Spindelzuglager bis zu einem Lagerträger des oberen Spindelzuglagers erstreckt und die Kugelspindel etwa in der Querschnittsmitte beider Teleskopteile angeordnet ist sowie das den Stößel bildende zweite Teleskopteil mit seinen Wandungen oder Einzelsäulen die Spindel mit einen Abstand umgibt, der gleich oder größer ist als der zu den Wandungen oder Einzelsäulen des ersten Teleskopteiles.

Durch diese erfindungsgemäße Lösung werden beiden Teleskopteilen möglichst große Durchmesser zugeordnet, so daß diese besonders knick-, druck- oder zugsteif ausgebildet werden können. Dies kann mit verhältnismäßig einfachen konstrutiven Mitteln und geringem Kostenaufwand geschehen. Die Spindel oder die Spindeln können in neutraler Position etwa in der Querschnittsmitte angeordnet sein, ihr Durchmesser ist gering und daher ist das Gewicht gering. Die Teleskopteile sind trotz großen Durchmessers aus Leichtbauteilen herstellbar bzw. in ihrer Konstruktion leicht gestaltet.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich nach Aufgabe und Lösung aus den Unteransprüchen 2 bis 6. Die Ansprüche 2 und 3 befassen sich mit einer Anordnung zur Erhöhung der Knicksteifigkeit mit Hilfe eines dritten Teleskopteiles, während sich die Ansprüche 4, 5 und 6 auf die vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung der Teleskopteile beziehen.

Die Ansprüche 7, 8 und 9 befassen sich mit einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung, die ggf. auch von den übrigen Ansprüchen unabhängige Anwendungen erfaßt und von der Aufgabenstellung ausgeht, bei überlangen Stellgeräten Sonderkonstrukionen zu vermeiden und damit die Kosten derartiger Gräte entscheidend zu senken. Ein langes Stellgerät bildet einen Träger, der schon aufgrund seines Eigengewichtes erheblichen Biegebeanspruchungen unteworfen ist. Trapezspindeln, insbesondere jedoch gerollte Kugelspindeln, werden nur in genormten, handelsüblichen Längen hergestellt. Alle Überlängen würden erhebliche Mehrkosten bzw. Sonderanfertigungen erfordern. Die Hubgeschwindigkeit von Stellgeräten ist abhängig von der Auslegung der Spindel, dem Steigungswinkel und der Drehzahl der Spindel. Wünschenswert ist die Verwendung der üblichen Steigungen, Drehzahlen und Spindeldurchmesser. Sowohl eine Hubgeschwindigkeitsverlangsamung als auch eine -steigerung erforderten bisher stets ein geändertes konstruktives Konzept. Die Erfindung strebt aber ein Baukastensystem an, bei dem stets mit den gleichen Grundbauteilen ein großes Spektrum an Anforderungen erfüllt werden kann. Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß wenigstens zwei von einem gemeinsamen Antrieb oder getrennten Antrieben angetriebene Spindeln in axialer Verlängerung zueinander so verbunden sind, daß ihre Kupplungsmittel versteifende Knoten innerhalb des von der Kombination mehrerer Einzelgeräte zusammengestellten langen Stellgerätes bilden. Der oder die versteifenden) Knoten können dann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung von einem Antriebsblock gebildet sein, wobei in weiterer Ausgestaltung zwei steuerbare Antriebsblöcke zu einem derartigen Knoten verbunden sind.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich schon aus der Lösung der Aufgabenstellungen, denn es wird durch dii Erfindung nunmehr möglich, industrielle Stellaufgaben über lange Wege bei großen Kräften mit für die jeweilge Aufgabe angepaßten Kosten zu erstellen und ίο somit Stellgeräte mit Spindeltrieb auch dort einzusetzen, wo bisher ausschließlich hydraulische oder pneumatische Zylinder zur Anwendung kommen. Da die Hubgeschwindigkeit jedes Teilstellgerätes sich zu der Hubgeschwindigkeit der anderen Teilstellgeräte addiert, sind die anwendbaren Hubgeschwindigkeiten in einem großen Bereich variabel. Die Zeichnung zeigt mit

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht mit Teilschnitten eines erfindungsgemäßen Stellgerätes,

F i g. 2 eine Ausführungsform nach F i g. 1, jedoch mit geteiltem Stößelrohr,

Fig.3 eine Darstellung der Verbindungsarme mit Mutter,

F i g. 4 die Anordnung der Mutter mit Verbindungsarmen in einem Stellgerät,

F i g. 5 die Anordnung der Trägersäulen von Stößel und Lagerträger,

Fig.6 eine Anordnung nach Fig.5, jedoch unter Verwendung von Profilrohren,

F i g. 7 die perspektivische Darstellung eines Stellgerates mit dreieckiger Gußform,

F i g. 8 ein Zweispindelstellgerät mit im Querschnitt H-förmigen Lagerträger bzw. Teleskopteil,

F i g. 9 die hintereinander angeordnete Anordnung mehrerer Einzelstellgeräte,

Fig. 10 die Zusammenfassung zweier Antriebsblöcke zu einem Bambusknoten.

Bei einem Stellgerät 1 sind die Zuglager 2 der Spindel 3, die mit ihrer Mutter 4 im ersten Teleskopteil 5 angeordnet ist, an beiden Enden eines Lagerträgers 8 angeordnet. Das untere Spindelzuglager 7 ist im Antriebsblock 16 und das obere Spindelzuglager 9 im Lagerträger 8 angeordnet.

Der Antriebsblock 16 trägt den Motor 31, beliebige Steuer- und Schaltmittel 32 und ggf. Lagerzapfen 33 oder einen Anschlußflansch 34. Mit ihm fest verbunden ist das erste Teleskopteil 5, das ein beispielsweise einseitig geschlitztes Rechteckrohr 23 ist. Dieses wird von einem Gleitrahmen 35 umgeben, von dem nach innen gerichtet die Mutter 4 ausgeht und beispielsweise so über Schrauben 36 befestigt ist. Der Gleitrahmen 35 bildet das untere Ende des Stößels 10 und dieser das zweite Teleskopteil 6 mit den Anschlußmitteln 30. Der sich unterhalb des Gleitrahmens 35 öffnende Spindelraum 15 ist durch Umhüllungen 14 nach außen abgedeckt, die im dargestellten Ausführungsbeispiel das dritte Teleskopteil 13 bilden. Dieses dritte Teleskopteil 13 hat auch die Aufgabe, eine zusätzliche Versteifung zu erzielen, und es umfaßt den Stößel 6 führend.

Der Stößel 6 ist bei Fig.2 aus zwei U-Profilen 18 zusammengesetzt, die ein Rechteckrohr 19 umschließen. Dieses Rohr 19 weist zwei seitliche Schlitze 37 auf, die von Armen 20 durchdrungen sind, die ihrerseits eine Verbindung zwischen dem Stößel 6 und der Mutter 4 herstellen. Die Arme 20 können, wie die F i g. 3 zeigt, duich elastische Mittel 38 zur Dämpfung von Stoßbelastungen unterteilt sein und Rollen 39 tragen, die in Schlitzen 37 geführt sind.

Das erste Teleskopteil 5 und das zweite Teleskopteil 6

können in Einzelsäulen 12 aufgeteilt sein, die, wie F i g. 5 zeigt, als Rundrohre und, wie Fig.6 zeigt, als Profilrohre ausgebildet sein können. Die Profilform kann so gewählt sein, daß sich die Einzelsäulen zu einem Kreisring ergänzen, wie die F i g. 6 zeigt. s

Die F i g. 7 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach F i g. 1 nur durch die Auflösung des Lagerträgerrohres in Einzelsäulen 12 und eine dreieckige Grundform beider Teleskopteile 5 und 6. Zur Abdeckung des Spindelraumes 15 kann ein drittes ι ο Teleskopteil 13 oder aber auch eine als Faltenbalg ausgebildete Umhüllung 14 vorgesehen sein.

Reicht eine einzige Spindel nicht aus, um die erforderlichen Kräfte zu übertragen, so kann, wie F i g. 8 zeigt, anstelle einer Spindel auch eine Doppelspindelan- r> Ordnung gewählt werden. Der Lagerträger 8 bildet ein Doppel-T-Profil 21, in dessen Z-förmigen Kanälen 22 je eine Spindel 3 von je einer Mutter 4 umgeben angeordnet ist, und der Stößel 10 bildet ein Rechteckrohr.

Die Zusammenfassung mehrerer Einzelstellgeräte 1 zu einem verlängerten Gerät zeigt die Fig.9. Die Hubgeschwindigkeiten aller Stellgeräte addieren sich, wenn sie gleichgerichtet laufen und subtrahieren sich, wenn sie entgegengerichtet laufen. Lange Stellgeräte für einen großen Hub mußten bisher sehr aufwendig und schwer gebaut werden, da wegen der auftretenden Biegemomente und der Druckkomponente auch im Durchmesser entsprechend groß dimensionierte Spindeln Verwendung finden mußten. Die Antriebsblöcke 16 jo bilden bambusknotenartige Versteifungen 40, durch die der von dem Gesamtgerät gebildete Träger 24 biegesteifer gemacht werden kann.

Werden zwei derartige Antriebsbiöcke 16 zu einem Doppelblock 41 zusammengefaßt, so entsteht eine Ausiührungsform nach F i g. 10, wobei natürlich mehrere solcher Doppelgeräte wiederum zu einer Einheit entsprechend F i g. 9 zusammengefaßt werden können. Die Motoren 31 können getrennt gesteuert sein, so daß den Einzelstellgeräten nicht nur unterschiedliche Hubgeschwindigkeiten sondern auch unterschiedliche Drehrichtungen zugeordnet werden können. Der Teilschnitt nach Fig. 10 zeigt einen Aufbau ähnlich wie der nach den F i g. 1 und 7. Die Arme 20 sind auf den Einzelsäulen 12 geführt und durch elastische Mittel 38 unterteilt Die Mutter 4 läuft auf der Spindel 3, die mit ihrem oberen Zuglager 9 im Lagerträger 8 aufgehängt und mit ihrem unteren Lagerträger 7 an den Antriebsblock 16 angeschlossen ist. Der Lagerträger 8 kann beispielsweise über Rollen oder Gleitsteine 23 an den Innenflächen 24 des Stößels 10 geführt sein, der das zweite Teleskopteil 6 bildet. Ein drittes Teleskopteil 13 dient als Knickversteifung und äußere Umhüllung 14.

	Begriffsliste
1	Stellgerät
2	Zuglager
3	Spindel
4	Mutter
5	erstes Teleskopteil
6	zweites Teleskopteil
7	unteres Spindelzuglager
8	Lagerträger
S	oberes Spindeizugiager
10	Stößel
11	Wandungen
12	Einzelsäulen
13	drittes Teleskopteil
14	Umhüllung
15	Spindelraum
16	Antriebsblock
17	Rohr
18	U-Profil
19	Rechteckrohr
20	Arm
21	Doppel-T-Profil
22	Kanäle
23	einseitig geschlitztes Rechteckrohr
24	Träger
25	Rechteckprofile
26	gemeinsamer Antrieb
27	getrennter Antrieb
28	Kupplungsmittel
29	versteifende Knoten
30	Anschlußmittel
31	Motor
32	Schaltmittel
33	Lagerzapfen
34	Anschlußflansch
35	Gleitrahmen
36	Schrauben
37	Schlitze
38	elastische Mittel
39	Rollen
40	Versteifungen
41	Doppelblock

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: Antriebsblöcke (16) zu einem Knoten (29) verbunden sind.

1. Stellgerät mit beidendig in Zuglagern gelagerter, motorisch drehbar angetriebener, nur Zugkräfte übertragender Spindel, deren drehgesicherter Mutter Axialbewegungen ausführt und mit im axialen Bewegungsverlauf angeordneten Dämpfungsmitteln, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) ein erstes (5) und ein zweites Teleskopteil (6) sind aneinander geführt und zur vollen Aufnahme aller Druck-, Zug- und Querkräfte ausgelegt, wobei sich das erste Teleskopteil (5) von einem unteren Spindelzuglager (7) bis zu einem Lagerträger (8) des oberen Spindelzuglagers (9) erstreckt;

b) die Spindel (3) ist etwa in der Querschnittsmitte beider Teleskopteile (5, 6) angeordnet, wobei das den Stößel (10) bildende zweite Teleskopteil (6) mit seinen Wandungen (11) oder Einzelsäulen (12) die Spindel mit einem Abstand umgibt, der gleich oder größer ist als der zu den Wandungen (U) oder lEinzelsäulen des ersten Teleskopteiles (5).

2. Stellgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes' Teleskopteil (13) als Schlitzverschluß bzw. dichtende Umhüllung (14) für den Spindelraum (15) dient.

3. Stellgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Teleskopteil (13) ein auch Knickkräfte aufnehmendes, am Außenumfang des Stößels (10) geführtes, fest mit einem Antriebsblock (16) verbundenes Teil ist.

4. Siellgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (10) ein Rohr (17) ist, welches den Lagerträger (8) umschließt und dieser ein U-Profil

(18) oder ein geschlitztes Rechteckrohr (19) ist, wobei die Mutter (4) über einen als Verbindungsmittel dienenden Arm (20) mit dem Stößel verbunden ist.

5. Stellgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Lagerträger (8) ein Doppel-T-Profil (2) dient, in dessen beiden U-förmigen Kanälen (22) je eine Spindel (3) von je einer Mutter (4) umgeben angeordnet ist und der Stößel (10) ein Rechteckrohr

(19) bildet.

6. Stellgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einzelsäulen (12) des Lagerträgers (8) und des Stößels (10) zu einer Ringform ergänzen.

7. Stellgerät mit einer Kombination von mehreren Spindeln, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei von einem gemeinsamen Antrieb (26) oder getrennten Antrieben (27) angetriebene Spindeln (3) in axialer Verlängerung zueinander so verbunden sind, daß ihre Kupplungsmittel (28) versteifende Knoten (29) innerhalb des von der Kombination mehrerer Einzelgeräte zusammengestellten langen Stellgerätes (1) bilden.

8. Stellgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die versteifende(n) Knoten (29) je von mindestens einem Antriebsblock (16) gebildet sind.

9. Stellgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennt steuerbare

Die Erfindung bezieht sich auf Stellgeräte mit beidendig in Zuglagern gelagerter, motorisch drehbar angetriebener, nur Zugkräfte übertragender Spindel,

ίο deren drehgesicherte Mutter Axialbewegungen ausführt, und mit im axialen Bewegungsverlauf angeordneten Dämpfungsmittels versehen ist

Ein Stellgerät dieser Art ist aus der DE-OS 21 06 933 bekannt Hier handelt es sich jedoch nicht um Stellgeräte im eigentlichen Sinne, sondern um eine Vorrichtung zum Drehen einer Welle, insbesondere eines Ventilschaftes, mit einem rechtwinklig an der zu drehenden Welle befestigten Arm, einer gegenüber dem Arm drehbar befestigten Schnecke und einer mittels Gewinde auf der Schnecke befestigten, in axialer Richtung bewegbaren Zapfenmutter. Ein Stellgerät aber soll axialen Zug oder Schub ausüben und beispielsweise einen hydraulischen Zylinder ersetzen können.

Ein Stellgerät mit Spindeltrieb, bei dem die Spindel beidendig gelagert ist, ist aus der DE-OS 24 61 773 zu entnehmen. Hier sind die Spindeln parallel zueinander angeordnet und gemeinsam angetrieben, und mehrere Muttern sind kardanisch mit einem Stößel verbunden. Durch' diese Ausbildung läßt sich eine hohe Leistung auch mit Spindeln geringen Durchmessers übertragen und es lassen sich große Hublängen erreichen. Gerollte Kugelspindeln sind beispielsweise in häufig verwendeten Längen und Durchmessermaßen sehr preiswert,

J5 während größere Durchmesser Sonderanfertigungen erfordern und unverhältnismäßig viel teurer in der Beschaffung sind.

Bei Stellgeräten mit Spindeltrieb muß zwischen Trapezspindeltrieb und Kugelspindel mit Kugelumlaufmutter unterschieden werden. Während bei Trapezspindeltrieben der Wirkungsgrad sehr niedrig, etwa bei 0,3 liegt, können mit Kugelumlaufmuttern und Kugelspindeln Wirkungsgrade bis 0,9 erreicht werden. Die Letztgenannten sind daher nicht selbsthemmend. Soll eine Selbsthemmung vorgesehen sein, so ist es erforderlich, eine zusätzliche Bremse, beispielsweise eine Federdruck- oder Magnetbremse, vorzusehen. Je nach dem Verwendungszweck werden daher Kugelspindeltriebe oder Trapezspindeltriebe in Stellgeräten verwendet. Werden gerollte Kugelspindeln und Kugelumlaufmuttern verwendet, müssen Spitzenbelastungen vermieden werden, hierzu ist es bekannt, axiale Dämpfungen sowie auch Rotationsdämpfungen einzuschalten und durch besondere konstruktive Maßnahmen die Schwungmomente des Motors oder anderer rotierender Teile so gering wie möglich zu halten.

Eine Spindel, die beiendig in Zuglagern aufgehängt ist, vermeidet die Aufnahme von Druckkräften. Daraus folgt daß auch keine Biegekräfte durch diese Druckkräfte erzeugt werden können. Je nach der verwendeten Länge kann daher eine nur auf Zugkräfte beanspruchte Spindel ein Vielfaches der Kräfte übertragen, die sonst einer auch auf Druck beanspruchten Spindel zugemutet werden könnten. Die Grenzen der Belastung liegen daher meist mehr in der Ausbildung der Kugelumlaufmutter, deren Belastung natürlich in den zugelassenen Grenzen bleiben muß.
Aufgabe der Erfindung ist es, möglichst hohe Lasten