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Anwendungsbereich der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf elektrische
Stellglieder und insbesondere auf isolierende Elektronik, die bei
Stellgliedern in industriellen Anwendungen wie z.B. einem Motor
oder einer Turbine verwendet werden.
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Hintergrund der Erfindung
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Elektrische
Stellglieder werden üblicherweise
in industriellen Anwendungen zur Umsetzung der Steuerung von Motor-
oder Turbinenparametern verwendet. Zum Beispiel können elektrische
Stellglieder dazu verwendet werden, um eine Absperrklappe zu positionieren,
die den Flüssigkeitsstrom
durch eine Turbine steuert. Ein deutlich zu berücksichtigender Umweltfaktor
bei solchen industriellen Anwendungen besteht darin, dass Turbinen
und Motoren beträchtliche
Vibrationen während
des Betriebs erzeugen. Da elektrische Stellglieder typischerweise
direkt auf der Turbine oder dem Motor mithilfe entsprechender Flansche
oder Träger
montiert werden, werden die Vibrationen von dem Motor oder der Turbine
direkt zum elektrischen Stellglied übertragen. Es ist jedoch wünschenswert,
die Elektronik für
die Steuerung elektrischer Stellglieder nicht solchen von dem Motor oder
der Turbine eingebrachten Vibrationen auszusetzen, da diese zu Fehlfunktionen
oder Problemen bei der Zuverlässigkeit
in der Elektronik und somit zu einer Verkürzung der Lebensdauer führen können.
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Ein
Versuch gemäß dem vorherigen
Stand der Technik, dieses Problem zu lösen, bestand darin, die Elektronik
an einem entfernten Standort, getrennt von den Vibrationen zu montieren.
Dies ist jedoch vom Kunden nicht gewünscht, da zwei separate Baugruppen
separat montiert werden müssen,
da ordnungsgemäße Verkabelung
und elektrische Anschlüsse
für die
separaten Baugruppen erforderlich sind und da wertvoller Einbauraum
hierfür
genutzt wird. Aus diesen und anderen Gründen ist es wünschenswert,
die Elektronik als integralen Bestandteil in das elektrische Stellglied
mit aufzunehmen. Ein solcher Wunsch nach einer integrierten Elektronik lässt sich
nur schwer mit den schwierigen Umwelteinflüssen verbinden, die mit den
Vibrationen verknüpft sind.
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Einige
Ansätze
gemäß dem vorherigen Stand
der Technik, dieses Problem zu lösen,
bestehen darin, ein elastisches Material zu verwenden, das solche
Vibrationen absorbiert.
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Die
folgenden Dokumente beziehen sich u.a. auf diesen Ansatz:
Das
Dokument US-5331239, das den Stand der Technik darstellt, die dem
Ansatz der Erfindung am nächsten
kommt, beschreibt einen integrierten Wechselrichtermotor, der an
einer Kühlerplatte
befestigt ist, die durch eine Vielzahl von Kühlrippen an der Unterseite
des Wechselrichters gebildet wird; beide Seitenwände der Kühlerplatte werden jeweils an beiden
Seitenflächen
des Haupt-Motorkörpers
befestigt. Dabei sind der Haupt-Motorkörper und der Wechselrichter
als integrale Komponenten strukturiert. Gummidämpfer werden jeweils zwischen
den beiden Seitenwänden
der Kühlerplatte
und den Befestigungsanschlüssen
eingebracht, die an beiden Seiten der Lastseite sowie der lastfreien
Seite des Haupt-Motorkörpers ausgebildet
sind.
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Das
Dokument US-4883982 beschreibt eine Motorbaugruppe zur Nutzung in
Kombination mit einer Lüftungsanlage,
die als Lüftungssystem
im Automobilbereich zur Zufuhr von Kühlluft bzw. als Heizung des
Fahrzeuginnenraums verwendet werden kann. Die Baugruppe umfasst
ein Tragelement, das sich am Lüftungssystem
montieren lässt.
Stationäre und
ringförmige,
drehbare Baugruppen werden auf der einen Seite der Trägerplatte
montiert, während auf
der anderen Seite eine Leiterplatte inkl. Schaltkreis für die Motorsteuerung
montiert wird. Die stationäre
Baugruppe verfügt über eine
Vielzahl von Windungen, die mit elektrischer Energie versorgt werden können, um
ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen. Die ringförmige, drehbare
Baugruppe verfügt über eine
Anzahl von Dauermagnetelementen, die um die stationäre Baugruppe
herum angeordnet werden und ein Käfigläufergebläse einbinden können, um
dem Lüftungssystem
Luft zuzuführen.
Der Steuerungsschaltkreis ist mit den Windungen verbunden, um an
eine oder mehrere dieser Windungen zu einem gewünschten Zeitpunkt eine Spannung
anzulegen und an den Windungen in einer voreingestellten Abfolge
ein Magnetfeld zu erzeugen und somit die drehbare Baugruppe in Drehung
zu versetzen.
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Das
Dokument US-4339231 beschreibt ein Gehäuse, das eine Anzahl elektrischer
Komponenten trägt,
um eine Tauchpumpe zu steuern. Am Gehäuse ist ein Verteilerkasten
angebracht, der über eine
Leitung mit Strom von einer Spannungsquelle versorgt wird und in
den ferner die elektrischen Leitungen der Pumpe führen. Eine
gemeinsame Wand zwischen dem Gehäuse
und dem Verteilerkasten verfügt über abgedichtete Öffnungen
für den
Durchgang der Zufuhrleitungen von den elektrischen Steuerungskomponenten
zum Verteilerkasten, in welchem diese mit der Stromquelle und den
weiteren elektrischen Leitungen verbunden werden.
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Das
Dokument JP-2000217324 stellt einen bürstenlosen Motor vor, der in
der Lage ist, die Kosten für
einen Antriebsschaltkreis in stärkerem
Maße als
bei einem konventionellen Motor zu reduzieren. Ein herausragendes
Montagestück
des Gehäuses und
eine Montagebohrung im Schutzgehäuse
des Schaltkreises werden ineinander eingepasst. Ein erstes vibrationsbeständiges Gummistück wird
zwischen der Montageoberfläche
des herausragenden Montagestückes
und dem Umfang der Montagebohrung im Schutzgehäuse des Schaltkreises eingebracht.
Ein zweites vibrationsbeständiges
Gummistück
wird zwischen der Kühlfläche des
herausragenden Montagestücks
und dem Befestigungselement eingebracht, das am Schutzgehäuse des
Schaltkreises befestigt ist. Sowohl das erste und zweite vibrationsbeständige Gummistück als auch
das herausragende Montagestück
werden gegen den Umfang gepresst, um somit das Schutzgehäuse des
Schaltkreises an dem herausragenden Montagestück über die beiden vibrationsbeständigen Gummistücke zu befestigen.
Ein Belüftungsspalt
als Verbindung zwischen Schutzgehäuse des Schaltkreises und außenliegendem
Bereich ist an mindestens einem der vibrationsbeständigen Gummistücke und
dem herausragenden Montagestück
ausgebildet.
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Eine
Verstärkung
der durch den Motor oder die Turbine eingebrachten Vibrationen kann
nicht durch diese o.g. Lösungsvorschläge der Dokumente mit
dem vorherigen Stand der Technik vermieden werden, somit besteht
der Wunsch nach einer Lösung
für dieses
Problem.
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Zusammenfassender Überblick über die
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Rotationsstellglied,
das sich bei industriellen Anwendungen direkt auf eine tragende Oberfläche montieren
lässt und
das über
eine integrierte Elektronik verfügt,
die durch Vibrationsdämpfer
gegenüber
Vibrationen geschützt
ist. Das Rotationsstellglied gemäß der Erfindung
umfasst ein Statorgehäuse,
das ein Blechpaket und die Spulen beinhaltet. Das Statorgehäuse verfügt über eine
Befestigungsstruktur, die sich an der tragenden Oberfläche montieren
lässt (wie
z.B. die Montagefläche
eines Motors bzw. einer Turbine), so dass das Gehäuse gestützt ist.
Der Rotor wird drehbar im Statorgehäuse gelagert. Das Stellglied
umfasst ferner ein Gehäuse zur
Aufnahme der Elektronik, die die abgegebene Leistung des elektrischen
Stellglieds steuert. Vibrationsdämpfer,
die durch das Statorgehäuse
getragen werden, stützen
wiederum das Elektronikgehäuse; hierbei
werden Vibrationen, die an der Befestigungsstruktur ankommen und
durch das Statorgehäuse verlaufen,
gedämpft,
bevor sie auf das Elektronikgehäuse
treffen.
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Es
ist ein Aspekt der Erfindung, dass die Vibrationsdämpfer eine
Anzahl von Zuganker-Baugruppen umfassen. Diese Zuganker-Baugruppen werden
in Paare axial einander entgegengesetzter Bohrungen im Elektronik-
und im Statorgehäuse
eingesetzt. Jede Zuganker-Baugruppe liegt an dem einen Ende auf
dem Statorgehäuse
auf, während
das andere Ende das Elektronikgehäuse gegen das Statorgehäuse zieht.
Jede Zuganker-Baugruppe verfügt über ein
Befestigungselement mit einem Gewinde an einem Ende, das diese Baugruppe
befestigt und dadurch das Elektronikgehäuse in Richtung des Statorgehäuses zieht.
Ein Anschlagmechanismus begrenzt die Befestigung des Befestigungselements
mit Gewinde, indem eine axial ausgerichtete Anschlagfläche am Gewinde
des Befestigungselements eingreift. Hierdurch ergibt sich eine Barriere
in Form eines Spalts zwischen dem Elektronikgehäuse und dem Statorgehäuse, wodurch
die direkte Übertragung
von Vibrationen vermieden wird. Diese axial ausgerichtete Anschlagfläche steht
mit Bezug auf das Befestigungselement mit Gewinde radial nach außen gerichtet
hervor, um diese Barriere in Form eines Spalts auszubilden. Es wird
mindestens ein elastisches Element verwendet, um die Vibrationen
zu dämpfen.
Das elastische Element liegt auf dem Statorgehäuse auf, greift in die Zuganker-Baugruppe
ein und stützt
das Elektronikgehäuse.
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Das
elastische Element besteht aus einem Paar elastischer O-Ringe; die
O-Ringe befinden sich in einem zusammengedrückten Zustand und erzeugen
eine Vorspannung am Elektronikgehäuse in den einander entgegengesetzten
Richtungen.
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Die
weiteren Zielsetzungen und Vorteile der Erfindung werden in der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen
deutlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
beigefügten
Zeichnungen als Bestandteil der Spezifikation stellen verschiedene
Aspekte der vorliegenden Erfindung dar; sie dienen zusammen mit
der Beschreibung dazu, die Grundprinzipien der Erfindung zu erläutern. Die
Zeichnungen zeigen Folgendes:
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1 stellt
einen Querschnitt eines elektrischen Stellglieds dar, das über einen
vibrationsdämpfenden
Mechanismus in Übereinstimmung
mit der bevorzugten Ausführungsart
der Erfindung verfügt.
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2 stellt
eine vergrößerte Ansicht
eines Teils von 1 dar.
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3 stellt
eine isometrische Ansicht des in 1 dargestellten
Stellglieds dar.
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4 stellt
einen Querschnitt einer ersten alternativen Ausführungsart der Erfindung dar.
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5 stellt
einen Querschnitt einer zweiten alternativen Ausführungsart
der Erfindung dar.
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Auch
wenn die Erfindung in Verbindung mit bestimmten bevorzugten Ausführungsarten
beschrieben wird, ist nicht beabsichtigt, eine Beschränkung für diese
Ausführungsarten
anzugeben. Es ist ganz im Gegenteil beabsichtigt, sämtliche
Alternativen, Modifikationen und artverwandte Bauformen zu umfassen,
die in den Geist und den Umfang der Erfindung fallen, wie diese
in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Für die Zwecke
der Darstellung und mit Bezug auf die 1 und 2,
wird eine bevorzugte Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung als Vibrationsdämpfer 10 dargestellt,
der in einem elektrischen Rotationsstellglied 12 beinhaltet
ist. Das elektrische Rotationsstellglied 12 verfügt über ein
Blechpaket/Drahtwindungen 14, das/die innerhalb eines Statorgehäuses 16 für den Stator
gesichert ist/sind, sowie ferner über eine Abgangswelle 18,
die mit Dauermagneten 20 für den Rotor bestückt ist.
Die Welle 18 ist in einem Radiallagersatz 22 mit einem
Abstand zwischen den einzelnen Lagern des Satzes um die eigene Achse
drehbar gelagert. Bei diesem bestimmten Rotationsstellglied 12,
das in diesem Dokument vorgestellt wird, handelt es sich um eine
Ausführung
als Stellglied, das sich variabel positionieren lässt und
bei dem die Welle 18 zwischen zwei Winkelpositionen pendeln
kann (ferner lässt sich
die Welle in diskreten Positionen zwischen diesen beiden Winkeln
positionieren). Auch wenn in diesem Dokument eine bevorzugte Anwendung
dargestellt wird, werden Fachleute es zu schätzen wissen, dass der Vibrationsdämpfer 10 der
vorliegenden Erfindung ebenfalls in anderweitigen elektrischen Antriebsgeräten wie
z.B. linearen Stellgliedern, Elektromotoren und intelligenten Ventilen
(die ein elektrisches Stellglied umfassen) Anwendung finden kann.
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Wie
in 3 dargestellt, beinhaltet das Statorgehäuse 16 eine
Vielzahl von Befestigungsstrukturen, die verwendet werden können, um
das Stellglied 12 in verschiedenen Ausrichtungen auf der Montagefläche eines
Motors (nicht dargestellt) bzw. einer Turbine (nicht dargestellt)
montieren zu können;
zu diesen Befestigungsstrukturen gehören ein Endflansch 24,
der Bohrungen für
die Aufnahme der Befestigungsbolzen beinhaltet, eine seitliche,
ebene Montagefläche 26,
die Gewindebohrungen zur Aufnahme von Bolzen enthält, sowie
eine Aussparung 28 um das Statorgehäuse, die verwendet werden kann,
um eine Montage mit Halterungen zu vereinfachen. Der Vorteil besteht
darin, dass diese Befestigungsstrukturen eine starre Befestigung
an der Montagefläche
des Motors bzw. der Turbine bieten. Mit einer starren Befestigung
geht die genaue Steuerung der abgegebenen Drehleistung nicht verloren,
wenn die Eingangswelle (nicht dargestellt) eines Motors bzw. einer
Turbine die voreingestellte abgegebene Leistung des Stellglieds
erhält.
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Zu
dem Stellglied 12 gehört
die integrierte Elektronik in Form einer elektronischen Steuerungstafel 30,
die sicher in einem Elektronikgehäuse 32 befestigt wurde.
Die elektronische Steuerungstafel 30 enthält verschiedene
Elektronikkomponenten, wie z.B. einen Mikroprozessor für elektronische
Steuerungszwecke, der in diesem Fachgebiet ausreichend bekannt ist.
Die elektronische Steuerungstafel 30 ist, obwohl nicht
dargestellt, mit dem Blechpaket/Drahtspule 14 in nutzbarer
Weise über
Drähte oder
ein anderes biegsames Leitermaterial verbunden, so dass im Motor
bzw. in der Turbine induzierte Vibrationen nicht über die
elektrischen Leitungen aufgrund der Biegsamkeit des gewählten Leitermaterials übertragen
werden. Die elektronische Steuerungstafel 30 ist ferner
an einen Positionssensor angeschlossen, hier als Hallgeber 34 dargestellt,
der die Impulse eines Magnets auf der Welle 36 erkennen
kann; weitere Einzelheiten hierzu können dem Antrag mit der Seriennr.
09/793,356 entnommen werden, der zum gleichen Datum wie die vorliegende
Erfindung eingereicht wurde und sich im Besitz des Bevollmächtigten befindet.
In diesem Fall wurde der Hallgeber 34 direkt an der elektronischen
Steuerungstafel 30 montiert. Der Hallgeber gibt eine Rückmeldung
bezüglich
der Position, die dazu genutzt wird, um die abgegebene Drehleistung
anzuzeigen und einzustellen. Die gesonderten Details der elektronischen
Steuerungstafel und die einzelnen elektronischen Steuerungsfunktionen
sind nicht für
die vorliegende Erfindung von Bedeutung, da die verschiedenen Elektronikanordnungen
im Fachgebiet ausreichend bekannt sind; es ist jedoch wichtig, dass
eine solche Elektronik aufgrund der Umweltbedingungen wie z.B. von
dem Motor oder der Turbine induzierten Vibrationen, die sich an der
Befestigungsstruktur des Statorgehäuses 16 manifestieren,
anfälliger
für Fehlfunktionen
ist.
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Das
Elektronikgehäuse 32 wird
durch das Statorgehäuse 16 so
gestützt
und getragen, dass das Stellglied 12 inklusive der integrierten
Elektronik in vorteilhafter Weise als einzelne Einheit oder Baugruppe
verwendet bzw. verkauft werden kann (im Gegensatz zu mehrteiligen
Baugruppen, die eine separate Montage wie zum Beispiel bei einer
entfernt angeordneten Elektronik erfordern).
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist das Elektronikgehäuse 32 gegenüber dem Statorgehäuse 16 durch
Vibrationsdämpfer
isoliert, die durch Ziffer 38 in allgemeiner Weise dargestellt sind.
Die Vibrationsdämpfer 38 werden
durch das Statorgehäuse 16 gestützt und
umfassen mindestens einen elastischen Bestandteil, wie später im Text beschrieben
wird, um das Elektronikgehäuse 32 mit einem
gewissen Abstand zum Statorgehäuse 16 zu positionieren;
zwischen dem Statorgehäuse 16 und dem
Elektronikgehäuse 32 befindet
sich ein Spalt 40 zwischen den beiden benachbarten, aufeinander passenden
Flächen 42,44.
Durch den Spalt 40 wird die direkte Berührung der beiden benachbarten,
passigen Metallflächen 42, 44 verhindert,
wodurch in der Folge die Übertragung
von Vibrationen vermieden wird.
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Die
Vibrationsdämpfer 38 können in
einer Vielzahl von Formen vorliegen und verfügen vorzugsweise über die
Form von Zuganker-Baugruppen 46. Die Zuganker-Baugruppen 46 erstrecken
sich durch Paare von axial einander gegenüberliegenden Bohrungen 48, 50 und
greifen in das Statorgehäuse 16 und
das Elektronikgehäuse 32.
Jede Zuganker-Baugruppe 46 kann festgezogen werden, um
das Elektronikgehäuse 32 in
Richtung des Statorgehäuses 16 zu
ziehen. Bei der bevorzugten Ausführungsart
enthält
jede Zuganker-Baugruppe einen Gewinde- bzw. Ansatzbolzen 52,
eine Mutter 54 für
den Ansatzbolzen, ein Paar steifer Buchsen 56, 57 sowie
ein Paar O-Ringe 58, 60.
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Die
O-Ringe 58, 60 werden in axialer und in radialer
Richtung vom Statorgehäuse 16 in
Gegenbohrungen 62, 64 an den Enden der ausgebildeten Bohrung 48 des
Statorgehäuses
gestützt.
Jeder O-Ring 58, 60 sitzt auf der radialen, ebenen
Bodenfläche
der Gegenbohrung 62, 64 und wird so axial gelagert;
ferner sind sie so dimensioniert, dass sie eng an der zylindrischen
Seitenwand der Gegenbohrung 62, 64 anliegen und
somit radial gelagert werden. Die O-Ringe 58, 60 lagern
die Buchsen 56, 57 sowohl axial als auch radial
in einem gewissen Abstand zur Innenfläche der Bohrung 48.
Insbesondere drückt
die äußere zylindrische
Oberfläche
der Buchse 56, 57 den O-Ring 58, 60 radial
gegen die zylindrische Seitenwand der Gegenbohrung 62, 64,
so dass ein radialer Rückhalt
und eine Zentrierung erfolgen. Jede der Buchsen 56, 57 umfasst
ferner eine radial nach außen
zeigende Lippe 72, die in der entsprechenden Gegenbohrung 62, 64 so
angeordnet ist, dass sie axial in die O-Ringe 58, 60 eingreift
und diese O-Ringe gegen die radiale, ebene Bodenfläche der
Gegenbohrung 62, 64 drückt.
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Bei
sowohl axialem als auch radialem Rückhalt der Buchsen 56, 57 gibt
es keine Berührung
der Metallflächen
der Buchsen 56, 57 und des Statorgehäuses 16.
Bei dieser Ausführungsart
entsteht somit eine Sperre, die die Übertragung von Vibrationen zwischen
dem Statorgehäuse 16 und
dem Metall der Zuganker-Baugruppen 46 vermeidet.
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Die
Buchsen 56, 57 dienen als mechanischer Anschlag
und begrenzen das Festziehen jeder Zuganker-Baugruppe 46,
um ein zu starkes Zusammendrücken
der O-Ringe 58, 60 zu vermeiden und hierdurch
den Spalt 40 zwischen den beiden benachbarten, passige
Oberflächen 42, 40 des
Statorgehäuses 16 und
des Elektronikgehäuses 44 aufrechtzuerhalten
und somit die Vibrationen in hinreichender Weise zu dämpfen, die
sonst durch die O-Ringe 58, 60 weitergeleitet
würde.
Damit ein mechanischer Anschlag vorhanden ist, werden die Buchsen 56, 57 in die
einander gegenüber
liegenden Enden der Bohrung 48 so eingebracht, dass sie
aneinander stoßen und
somit zusammen eine feststehende axiale Länge ergeben. Eine der Buchse 56 greift
axial in den Kopf des Ansatzbolzens 52 durch die Unterlegscheibe 65 ein,
während
die andere Buchse 57 axial in das Elektronikgehäuse 32 eingreift.
Die Kombination der Buchsen 56, 57 und der Ansatzbolzen 52 bilden
eine Pfostenstruktur, die gegenüber
dem Elektronikgehäuse 32 befestigt
ist und die den elastischen Mechanismus zwischen dem Elektronikgehäuse und dem
Statorgehäuse
trägt.
Die Buchsen 56, 57 begrenzen den Axialdruck in
den O-Ringen 58, 60 bis auf eine zuvor bestimmte
Größe und sorgen
dafür, dass
die axiale Druckvorspannung in einem O-Ring 58 der axialen
Vorspannung im anderen O-Ring 60 entgegen wirkt. Die Buchsen 56, 57 legen
somit die Mindestlänge
zwischen der Mutter 54 und dem Kopf des Ansatzbolzens 52 fest
und begrenzen hierdurch die Befestigung der Zuganker-Baugruppe 46.
(An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass Alternativen die
Möglichkeit beinhalten,
die Ausrichtung des Ansatzbolzens umzukehren, so dass Kopf und Mutter
sich an einander gegenüber
liegenden Seiten befinden bzw. kann die Mutter 54 weggelassen
werden, wenn die Bohrung 50 als Gewinde ausgeführt wird).
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Die
Buchsen 56, 57 und der Ansatzbolzen 52 werden
somit starr am Elektronikgehäuse 32 befestigt
und vollständig
auf den O-Ringen 58, 60 gelagert, die wiederum
durch das Statorgehäuse 16 gelagert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass eine einzelne elastische Komponente
ebenfalls funktionieren kann, wenn z.B. das elastische Material
der O-Ringe in einer Weise verbunden werden oder
die elastische Komponente so angeordnet wird, dass die Spannung in
der elastischen Komponente als Vorspannung in Richtung des Elektronikgehäuses in
einer Richtung und als Druckkraft in der gegenüberliegenden Komponente auftritt.
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Die
in den 1–2 vorgestellte
Ausführungsart
ist sehr zuverlässig,
praktisch und kann mit günstig
angebotenen, käuflich
zu erwerbenden Bauteilen erreicht werden. Der bedeutendste Vorteil dieses
Ansatzes besteht darin, dass die natürliche Resonanzfrequenz leicht
geändert
werden kann, um eine Verstärkung
der durch den Motor bzw. durch die Turbine induzierten Vibrationen
zu vermeiden, die für eine
bekannte Frequenz bei einer Anwendung typisch sind. Die natürliche Resonanzfrequenz
kann geändert
werden, indem der Druck auf die O-Ringen modifiziert wird; dies
kann auf eine Vielzahl von Arten geschehen, u.a.: Durch Änderung
der axialen Abmessungen der Buchsen (wodurch der Druck an den Buchsen
geändert
wird), durch Änderung
der axialen Tiefe der Gegenbohrungen bzw. indem der Härtegrad oder die Elastizitätseigenschaften der O-Ringe
verändert
werden.
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Das
Hinzufügen
des Spalts 40 zwischen dem Elektronikgehäuse und
dem Statorgehäuse
kann bei bestimmten Anwendungen zu einem möglichen Problem führen. Der
Spalt 40 erzeugt insbesondere einen potenziellen Weg, über den
unerwünschte
Verunreinigungen und Flüssigkeiten
zur elektronischen Steuerungstafel 30 fließen können. Die
vorgestellte Ausführungsart
löst dieses
Problem und stellt einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
dar. Im Einzelnen bedeutet dies, dass ein Dichtungsring 66 eingebracht
und zwischen den sich ergänzenden, einander
gegenüber
liegenden Oberflächen 42, 44 zusammengedrückt wird,
die die elektronische Steuerungstafel 30 umgeben. Der Dichtungsring 66 dichtet
die elektronische Steuerungstafel 30 gegenüber solchen
unerwünschten
oder auch schädlichen
Verunreinigungen und Flüssigkeiten
ab. Ein bevorzugter Rückhaltemechanismus
für den
Dichtungsring 66 wird ferner dadurch vorgestellt, dass
eine der einander passend gegenüber
liegenden Oberflächen 42 eine
ringförmige
Nut 68 enthält,
die den Dichtungsring 66 aufnimmt, während die andere dieser Oberflächen 44 eine
ringförmige
Nase 70 enthält,
die in die ringförmige
Nut 68 eingreift und den hierin enthaltenen Dichtungsring 66 zusammendrückt. Hierdurch wird
sowohl ein axialer als auch ein radialer Rückhalt erzeugt. Die Nase 70 ist
im Vergleich zur radialen Breite kleiner als die Nut 68 ausgelegt,
so dass keine Berührung
zwischen den Metallen der Nase 70 und der Nut 66 entsteht,
wodurch sonst ein Weg für
die Übertragung
von
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Vibrationen
auf das Elektronikgehäuse
geschaffen werden könnte.
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Die
elektronische Steuerungstafel 30 ist in einem Hohlraum
enthalten, der im Elektronikgehäuse 32 ausgebildet
ist. Um die elektronische Steuerungstafel 30 abzudecken
und abzudichten, wird eine Abdeckplatte 74 mithilfe der
Befestigungselemente 76 am Elektronikgehäuse 30 befestigt;
hierdurch wird die elektronische Steuerungstafel eingefasst und
gegenüber äußeren Einflüssen geschützt. Zwischen der
Abdeckplatte 74 und dem Elektronikgehäuse 30 kann ferner
ein Dichtungsring 78 eingebracht werden, um die im Gehäuse enthaltene
elektronische Steuerungstafel 32 zu schützen. Der Dichtungsring 78 kann
ebenfalls in einer Anordnung aus Nase und Nut wie in der zuvor erörterten
Struktur für
den ersten Dichtungsring 66 gehalten werden.
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An
diesem Punkt sollte offensichtlich sein, dass das Elektronikgehäuse 32 so
durch das Statorgehäuse
gestützt
wird, dass kein Kontakt zwischen den einzelnen Metallflächen besteht,
die sonst einen Weg für
die unerwünschte Übertragung
von Vibrationen bieten würden.
Da das Elektronikgehäuse 32 vollständig durch
die elastischen O-Ringe 58, 60 getragen wird,
welche typischerweise gute Isolatoren sind (typisch für ein Gummimaterial),
besteht ein weiterer Aspekt darin, dass ein elektrisches Bezugspotenzial
bereitgestellt wird, was bei bestimmten Anwendungen wünschenswert
ist. Die vorliegende Erfindung bietet einen neuen Weg, um ein solches
elektrisches Bezugspotenzial zu erhalten, indem die Zuganker-Baugruppen 46 mit
dem Statorgehäuse 16 über einen
biegsamen Metallstreifen 80 bzw. einen ähnlich biegsamen Draht verbunden
werden. Durch die Biegsamkeit des Streifens 80 wird es
ermöglicht, die
Vibrationen im Wesentlichen abzuleiten und eine merkliche Übertragung
von Vibrationen zu vermeiden. Das eine Ende des Metallstreifens 80 ist
an den Kopf des Ansatzbolzens 52 und das andere Ende mithilfe
einer Schraube 82 an das Statorgehäuse 16 geklemmt.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung wird im Hinblick auf die Kontrolle
des maximalen Drucks in den O-Ringen 58, 60 dargestellt.
Wenn das Elektronikgehäuse
in der einen axialen Richtung zum Statorgehäuse bewegt wird, wird der auf
den O-Ring 60 ausgeübte
Druck durch die Spalte 40 und die Berührung der passigen Oberflächen 42, 44 begrenzt. Wenn
in der anderen axialen Richtung, das Elektronikgehäuse vom
Statorgehäuse
weg bewegt wird, so stellt die Zuganker-Baugruppe einen Anschlag in Form des
radialen Vorsprungs 65a an der Unterlegscheibe 65 dar,
die so ausgelegt ist, dass sie in das Statorgehäuse eingreift, um hierdurch
die auf den anderen O-Ring 58 ausgeübte Druckkraft zu begrenzen.
Diese Anschlagstücke
stoßen
die relative Bewegung leicht an, um zu vermeiden, dass die O-Ringe 58, 60 sich
aufgrund von Stoßlasten
oder extremen Vibrationen dauerhaft verformen oder aus den Lücken herausquellen.
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Wenden
wir uns 4 zu, in der eine alternative
Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung als Vibrationsdämpfer in Form einer Zuganker-Baugruppe 110 dargestellt
wird, die in axialer Richtung ein Elektronikgehäuse 112 an ein Statorgehäuse 114 bindet.
Zu der Zuganker-Baugruppe gehören
ein Paar Schrauben bzw. Ansatzbolzen 116, 118 sowie ein
Verbindungsschaft 120 zwischen den beiden. Die Zuganker-Baugruppe
greift durch die axial ausgerichteten Befestigungsbohrungen 122, 124 in
das Statorgehäuse 114 und
das Elektronikgehäuse 112 ein.
Zu dem Verbindungsschaft 120 gehören Öffnungen mit Gewinden 126, 128,
die die Gewindeenden der Ansatzbolzen 116, 118 aufnehmen.
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Die
effektive Gesamtlänge
der Zuganker-Baugruppe 110 ist zu einem gewissen Grad erweiterbar
bzw. reduzierbar und wird durch ein Anschlagstück begrenzt, das an der Mindestlänge der Zuganker-Baugruppe 110 eingesetzt
ist. Bei dieser Ausführungsart
ist jeder Ansatzbolzen mit einem separaten Anschlagstück verbunden.
Der erste Ansatzbolzen kann nur bis zu einem voreingestellten Grenzwert
angezogen werden, da der Verbindungsschaft 120 ein Ansatzstück mit vergrößertem Durchmesser 130 umfasst,
das in den unteren Teil einer Gegenbohrung 132 eingreift.
Der Kopf des ersten Ansatzbolzens 116 greift in das Statorgehäuse 114 durch die
Unterlegscheibe 134 ein. Der zweite Ansatzbolzen 118 wird
durch die radiale, ebene Endfläche 136 gestoppt,
die in das gestufte Bolzenansatzstück 138 zwischen dem
Schaftbereich mit größerem Durchmesser
und dem Gewindebereich mit kleinerem Durchmesser des zweiten Ansatzbolzens 118 eingreift.
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Bei
dieser Ausführungsart
wird die Zuganker-Baugruppe 110 starr gegenüber dem
Statorgehäuse 114 befestigt;
hierdurch wird eine Pfostenstruktur zur Aufnahme des Elektronikgehäuses 112 erstellt.
Zur Reduzierung der Vibrationen wird ein Paar O-Ringe 140, 142 um
den herausragenden Bereich der Zuganker-Baugruppe 110 eingebracht,
insbesondere am Ansatzbolzen 118; diese werden gestützt, um
ihrerseits das Elektronikgehäuse 112 tragen
zu können.
Die O-Ringe 140, 142 tragen das Elektronikgehäuse 112,
ohne dass bei dieser Stützfunktion
eine Berührung
zwischen den Metallflächen auftritt.
Es besteht insbesondere ein ringförmiger Spalt 144 zwischen
dem Ansatzbolzen 118 und der Innenfläche der Bohrung 124;
ferner besteht ein im Allgemeinen ebener Spalt 146 zwischen
den sich ergänzenden,
passigen Flächen 148, 150 des
Elektronikgehäuses 112 und
des Statorgehäuses 114.
Die Grenze, bis zu der die Zuganker-Baugruppe 110 angezogenen
werden kann, steuert die Druckkraft, die auf die O-Ringe 140, 142 wirkt,
um diese Spalten 144, 146 als Hindernis gegenüber der Übertragung von
Vibrationen beizubehalten.
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Jede
Vibration, die durch die O-Ringe geleitet wird, wird ausreichend
gedämpft,
um die Zuverlässigkeit
und die Lebensdauer der Elektronik zu erhöhen, die sich im Elektronikgehäuse 112 befindet.
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Bei
dieser Ausführungsart
ist ein erster O-Ring 140 axial durch die Endfläche 136 des
Verbindungsschafts und radial durch den Ansatzbolzen 118 gelagert.
Der erste O-Ring 140 greift in eine Fase 154,
die am Ende der im Elektronikgehäuse 112 eingefügten Bohrung 124 eingebracht
ist. Der zweite O-Ring 142 wird axial und radial durch
die Ecke zwischen dem Kopf und dem Schaftbereich des Ansatzbolzens 118 gelagert.
Der zweite O-Ring 142 greift in eine Fase 152,
die im Elektronikgehäuse 112 eingebrachten
Bohrung 124, wodurch das Elektronikgehäuse 112 radial und
axial gelagert wird. Jeder der O-Ringe 140, 142 wirkt
gegen die Axialkraft des anderen O-Rings, um das Elektronikgehäuse 112 in
einem bestimmten Abstand zum Statorgehäuse 114 zu halten.
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Die
zweite Ausführungsart
dieser vorliegenden Erfindung, wie in 5 dargestellt, ähnelt in
bestimmten Aspekten der in 4 dargestellten
Ausführungsart
mit der Ausnahme, dass die Zuganker-Baugruppe 210 starr
am Elektronikgehäuse 212 befestigt
wird und nicht direkt das Statorgehäuse 214 berührt.
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Ähnlich der
Ausführungsart 4 umfasst
diese Zuganker-Baugruppe 210 ein
Paar Schrauben 216, 218 an den einander gegenüber liegenden
Enden eines Verbindungsschafts 220. Die Zuganker-Baugruppe
greift durch axial ausgerichtete Bohrungen 222, 224 in
das Elektronikgehäuse 212 und
das Statorgehäuse 214 ein.
Die Schrauben 216, 218 werden in den Gewindeöffnungen 226, 228 des
Schafts 220 aufgenommen.
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In
der in 5 dargestellten Ausführungsart werden jedoch anderweitige
mechanische Anschlagmechanismen verwendet, um das Zusammenziehen,
Befestigen und Festziehen der Zuganker- Baugruppe 210 zu beschränken. Bei
dieser Ausführungsart
greift die Endfläche 230 des
Schafts 220 in den Kopf der ersten Schraube 216 ein,
um eine Grenze für
die Befestigung zu schaffen. Am anderen Ende umfasst der Schaft 220 einen
Bereich des Ansatzschafts mit vergrößertem Durchmesser 236,
der in die passige Bodenfläche 250 des
Elektronikgehäuses
eingreift, um die Befestigung der zweiten Schraube 218 in
der Gewindeöffnung 228 des
Schafts 220 zu begrenzen. Der Kopf der Schraube 218 greift durch
Unterlegscheibe 235 in das Elektronikgehäuse 212,
und bietet hierbei einen Anschlag. Somit wirkt die Zuganker-Baugruppe 210 in
dieser Ausführungsart
als starre Pfostenstruktur, die ausgehend vom Elektronikgehäuse 212 verläuft und
durch die O-Ringe 240, 242 gelagert wird.
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Die
O-Ringe 240, 242 werden eng eingepasst und hierbei
radial und axial durch das Statorgehäuse 214 in den eingebrachten
Gegenbohrungen 241, 243 an den Enden der Befestigungsbohrung 222 im
Statorgehäuse
gelagert. Der erste O-Ring 240 greift in die Fläche des
Außendurchmessers
des Verbindungsschafts 220, wo er radial gelagert wird,
um den ringförmigen
Spalt 244 aufrecht zu halten, der als Vibrationssperre
wirkt. Der erste O-Ring 240 wird in axialer Richtung zusammengedrückt und
greift durch die Unterlegscheibe 234 in den Kopf der Schraube 216,
so dass das Elektronikgehäuse 212 axial
gelagert wird. Der zweite O-Ring 242 greift in ähnlicher Weise
in die Fläche
des Außendurchmessers
des Verbindungsschafts 220, wo er radial gelagert wird, um
den ringförmigen
Spalt 244 aufrecht zu halten, der als Vibrationssperre
wirkt. Der zweite O-Ring 242 wird in axialer Richtung zusammengedrückt und greift
in den erweiterten Ansatzbereich 236 des Schafts, wodurch
das Elektronikgehäuse 212 axial gelagert
wird. Die jeweils ersten und zweiten O-Ringe 240, 242 legen
eine einander entgegengesetzt wirkende Axialkraft durch den axialen
Druck an, um den sperrenden Spalt 246 zwischen den passigen
Flächen 248, 250 des
Elektronikgehäuses 212 und
des Statorgehäuses 214 aufrecht
zu halten.
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Weitere
Detailinformationen zu anderen Aspekten des vorgestellten elektrischen
Rotationsstellglieds werden im US-Patentantrag unter der Seriennr.
09/793,356, 09/793,151 sowie 09/795,045 gegeben, die dem derzeitigen
Bevollmächtigten
zugewiesen und mit dem gleichen Datum wie der vorliegende Antrag
eingereicht wurde.
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Die
o.g. Beschreibung der verschiedenen Ausführungsarten der Erfindung wurde
zum Zwecke der Erläuterung
und der Beschreibung gegeben. Sie ist nicht dazu beabsichtigt, die
Erfindung auf genau diese vorgestellten Formen zu beschränken. Vor dem
Hintergrund der o.g. Erläuterungen
sind offensichtliche Modifizierungen oder Varianten möglich. Die
erörterten
Ausführungsarten
wurden ausgewählt und
beschrieben, um eine bestmögliche
Darstellung der Grundprinzipien der Erfindung und seiner praktischen
Anwendung zu geben und es hierdurch kundigen Fachleuten zu ermöglichen,
die Erfindung in ihren verschiedensten Ausführungsformen und mit den unterschiedlichsten
Modifizierungen zu verwenden, so wie sie für die gewünschte Nutzung geeignet sind. Der
Umfang der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.