JP2009506270A - 風洞用模型上の調整可能な構成品の遠隔制御用線形作動要素 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジング２と、ねじ込みスピンドル２７を駆動させる歯車モータ１３とを含み、前記ねじ込みスピンドル２７上に押し出し用ロッド１１を移動させるねじ付きナット２８が配置される、特に、風胴用模型上の調節可能な構成品の遠隔制御用線形作動要素１に関する。
【解決手段】ねじ込みスピンドル２７は、チェーンドライブ１４を経由して歯車モータ１３に接続され、ねじ込みスピンドル２７および歯車モータ軸４９は、主として逆並列であるために配置される。歯車モータ軸４９とねじスピンドル２７とによる逆並列の配列のため、線形作動要素１は、一方ではコンパクトな設計を備える。従って、線形作動要素１は、より小さい空間サイズを有する風胴用模型上の調整可能な構成品の遠隔制御に適している。一方、線形作動要素１は、非常に多くの機械的な作動力を生成させるために使用可能な非常に良好な位置決め、および反復精度を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハウジングと、ねじ込みスピンドルを駆動させる歯車モータとを含み、ねじ込みスピンドル上に押し出し用ロッドを移動させるねじ付きナットが配置される、特に、風洞用模型上の調整可能な構成品の遠隔制御用線形作動要素に関する。

風洞用模型においては、例えば、線形アクチュエータが、特に、空力的に有効な面積を有する調整可能な構成品、つまり、弁などの遠隔制御に使用される。風洞内では空気の流速が速いため、極めてかなりの各種作動力がアクチュエータによって生成される必要があり、同時に、可能な限り正確な測定結果を得るために、アクチュエータのかなり高い位置決め及び繰り返し精度が必要となる。

更に、一般的に使用される風洞用模型のサイズは空間的に制限されるため、線形アクチュエータは、設計サイズが小さいものでなければならない。更に、使用される線形アクチュエータは、位置決め及び繰り返し精度の変化が一切なく、多数の作動作業を実行可能にする必要があり、その理由は、風洞用模型の空力学的に有効な面積の位置は、測定活動中に連続的に再調整する必要があるからである。

線形アクチュエータの公知の各種実施形態は、上述の諸要件を満たないか、又は、これらの諸要件の満たし方が不十分であることが多い。

したがって、本発明の目的は、極めてかなりの各種作動力を生成すると同時に、高い位置決め及び繰り返し精度が得られ、更には、設計サイズが小さい、特に、風洞用模型上の調整可能な構成品の遠隔制御用の線形作動要素を創製することにある。

本発明による目的は、請求項１に記載の特徴を有する線形作動要素によって満たされる。

ねじ込みスピンドルがチェーンドライブによって歯車モータに結合され、ねじ込みスピンドル及び歯車モータ心棒は、本質的に逆並列であるように配置されるため、本発明による線形作動要素の非常に小さな設計サイズが生じ、同時に、極めてかなりの各種作動力が高い位置決め及び繰り返し精度で達成可能である。

更に、この線形作動要素は、一切の重大な精度低減なく、移動経路全体にわたって多数の作動作業を支援するものである。更に、チェーンドライブによって、歯車モータによって生成された種々の力から極めてかなりの作動力を分離させることが可能となる。

有利な実施形態によれば、歯車モータは、チェーンドライブのチェーンに張力をかけるために偏心収容される。この実施形態は、例えば、チェーンテンショナなどが不要で、チェーンドライブのチェーンの容易な緊張が可能である。

更なる有利な実施形態によれば、チェーンドライブのチェーンは、少なくとも１つのチェーンテンショナによって緊張させることができる。これによって、線形作動要素ハウジング内での歯車モータの偏心軸受配置から独立してチェーンドライブのチェーンを緊張させるという更なる選択肢が得られる。

有利な改良例は、押し出し用ロッドの移動を制限する２つのリミットスイッチがあることに対応するものであり、これらのリミットスイッチは、押し出し用ロッドの領域内に配置された制御カムによって作動させることができる。
このようにして、線形作動要素の損傷が、押し出し用ロッドの所期の移動経路を超えたときに防止される。

更なる有利な実施形態は、移動を調整するためにねじ込みロッドの回転によって無限に摺動可能であるように、各リミットスイッチが各ねじ込みロッド上に配置されることに対応するものである。

このようにして、押し出し用ロッドの端部位置の前向きに、特に、簡単であるがそれでも尚正確な設定が可能である。

更なる有利な実施形態によれば、ハウジングは、押し出し用ロッド上に配置される少なくとも１つのフェザーキーが摺動可能に収納される少なくとも１つの長手方向ガイドを含む。これによって、長手軸での押し出し用ロッドの回転が防止される。更に、少なくとも１つのフェザーキーに関連した少なくとも１つの長手方向ガイドは、少なくともある程度、押し出し用ロッドのガイドの機能を実行する。

本発明の有利な改良例は、ねじ込みスピンドルを押し出し用ロッド内で同軸に収納することに対応するものである。押し出し用ロッド及びねじ込みロッドの同軸デザインによって、押し出し用ロッドが長手方向に正確に案内されることが可能になり、ならびに、ねじ込みスピンドル上に対応されたねじ付きナットと押し出し用ロッドとの間の効果的な中心での動力伝達が可能になる。更に、同軸の構成によってコンパクトなデザインが可能になる。

この構成の更なる有利な実施形態を特許請求の範囲に記載する。

図面中の同じ設計要素は、同じ参照番号を有する。図１は、本発明による線形作動要素１の斜視全体図を示す。

とりわけ、線形作動要素１は、２つの長手方向ガイド３、４を有するハウジング２を含み、２つの長手方向ガイド３、４内には、各々の場合、フェザーキー５、６が、長手方向に摺動可能であるように収容される。この構成においては、長手方向ガイド３、４の長さは、線形作動要素１によって達成することができる移動経路にほぼ対応する。更に、チェーンテンショナ７は、ハウジング２内に配置される。

参照番号を有していない更なるチェーンテンショナは、ハウジング２の後部領域に設置される。ハウジング２の後部８の領域には、当接部（図示せず）への線形作動要素１の旋回可能な装着に向けた取り付け部９がある。ハウジング２の前部１０の領域には中空内部を含む押し出し用ロッド１１があり、上記の押し出し用ロッド１１は、フォークヘッド１２を含む。

図２は、ハウジング２なしの線形作動要素１の斜視図を示す。チェーンドライブ１４によって、電気歯車モータ１３は、押し出し用ロッド１１の直線運動に向けてねじ込みスピンドル（図２に示す図では隠れた状態）を駆動させる。チェーンテンショナ７によって、チェーンドライブ１４のチェーン１５を緊張（張力をかける）させることができる。明瞭さを向上させるため、図２では、押し出し用ロッド１１の開始領域１６ではフォークヘッド１２は、図示されていない。押し出し用ロッド１１の端部領域は、中空シリンダーの形の拡幅部分１８を含む。

拡幅部分１８は、特に、ねじ付きナットを収容するために使用される（やはり図２では隠れた状態）。拡幅部分１８には、長手方向ガイド３、４との相互作用で、線形作動要素１作動中に長手軸上での押し出し用ロッド１１の回転を防止すると同時に、案内機能を有するフェザーキー５、６が装着される。

更に、ハウジング２内では、２つのリミットスイッチ１９、２０が、配置される。リミットスイッチ１９、２０は、リミットスイッチ取り付け部２３、２４によってねじ込みロッド２１、２２上に摺動可能に配置される。

ねじ込みロッド２１、２２を回転させたとき、リミットスイッチ取り付け部２３、２４は、各々の場合、制御装置１の移動経路を調整するために長手方向に互いから独立してリミットスイッチ１９、２０の位置を調整することができるように、ねじ込みロッド２１、２２に沿って摺動する。

押し出し用ロッド１１の拡幅部分１８上に配置される制御カム２５によって、リミットスイッチ１９、２０は、押し出し用ロッド１１の両方の端部位置にて作動され、したがって、線形作動要素１の移動経路は、範囲が定められる。
モータ取り付け部２６においては、歯車モータ１３は、チェーンテンショナ７を補完するための歯車モータ１３の単純な旋回又は若干の回転によってチェーン１５を緊張させることができるように偏心収容される。

例えば、制御及び／又は調節装置（（図示せず））によって高精度にて長手方向での押し出し用ロッド１１の位置を取得することができる絶対値回転符号器を設置することが可能である。

更に、制御装置及び／又は調節装置によって、例えば、所定の特性図などに従って電気歯車モータ１３の無限に調整可能な回転速度及び／又はトルク制御が行われることが好ましい。チェーン１５の代わりに、線形作動要素１の代替実施形態変形例においては、例えば、歯付きベルト、押しベルトなどをねじ込みスピンドルと歯車モータ１３と間の動力伝達に使用することができる。

図３は、線形作動要素１の内部デザインの詳細分解図を示す。図の下部に、リミットスイッチ取り付け部２３、２４ならびにリミットスイッチ１９、２０と共に、長手方向ガイド３、４と、チェーンテンショナ７と、ならびに、ねじ込みロッド２１、２２とを有する線形作動要素１のハウジングを示す。

モータ取り付け部２６内に偏心収容される歯車モータ１３を旋回させることによってチェーン１５を緊張させるという選択肢に加えて、チェーンテンショナ７によって、チェーン１５を緊張させることができる。

制御カム２５の結果として、リミットスイッチ１９、２０のそれぞれの予め設定された端部位置が、押し出し用ロッド１１によって起動され、このようにして、押し出し用ロッド１１の移動は、画定された方法で制限される。

ねじ込みスピンドル２７は、歯車モータ１３ならびにチェーンドライブ１４によって回転される。その結果、ねじ付きナット２８は、ｘ軸２９に平行に移動する。中空押し出し用ロッド１１は、ねじ込みスピンドル２７上に同心に配置される。線形作動要素１の機械的遊びがほとんどない状態、したがって、高い位置決め及び繰り返し精度を達成するために、ねじ込みスピンドル２７に関連したねじ付きナット２８は、いわゆるねじ付きローラねじ駆動部として設計される。

この構成においては、互いに対して若干緊張される２つのナットを使用し、かつ、２つのナット内に収容されたねじ付きローラを使用して、ねじ込みスピンドル２７に対する非常に精密かつほとんど遊びがないねじ付きナット２８位置決めが達成され、線形作動要素１によって非常に高い機械精度にて押し出し用ロッド１１がｘ軸２９に平行に移動することを可能になるようになっている。

更に、押し出し用ロッド１１内でのねじ込みスピンドル２７の同軸配置によって、ねじ込みスピンドル２７上に収容されたねじ付きナット２８と押し出し用ロッド１１との間の効果的でかつ本質的に中心での動力伝達が可能である。更に、この同軸配置によって、線形作動要素１の全体的構成の非常にコンパクトなデザインが可能となる。

ねじ付きナット２８は、押し出し用ロッド１１の拡幅部分１８内に収容され、かつ、ねじ付きキャップによって固定される。２つのフェザーキー５、６は、ねじ込みスピンドル２７の回転によるｘ軸２９上での押し出し用ロッド１１の回転を防止すると同時に、押し出し用ロッド１１を案内することを助長する。

線形作動要素１ハウジング２の前部１０領域においては、歯車モータ１３ならびにフォークヘッド１２を有する押し出し用ロッド１１を案内又は担持する前部軸受構成部３１がある。前部軸受構成部３１は、本質的には、スナップリング３２、３３が形成され、スナップリング３２、３３は、ハウジング２の前部１０において、他方の上に配置された、２つの開口部の領域の対応する溝３４、３５内にポジティブロック式に挿入することができる。

共に螺設することができるフランジ３６から３９の結果として、ハウジング２内に挿入されたスナップリング３２、３３との結合が行われる。軸受４０、例えば、線形玉軸受け又は何らかの他の線形軸受によって押し出し用ロッド１１の軸方向の案内が行われる。

線形作動要素１ハウジング２の後部８領域における後部軸受構成部４１は、前部軸受構成部３１と同様に設計される。スナップリング４２、４３は、やはり、ハウジング２後部８の２つの開口部の領域の対応する円周溝（図示せず）内にポジティブロック式に挿入される。共に螺設することができるフランジ４４から４７によって、スナップリング４２、４３、したがって、ハウジング２との機械的結合が行われる。

更に、前部軸受構成部３１及び後部軸受構成部４１の領域においては、ハウジング２を封止するために、より詳細には指定されていない平坦なシールが配置される。ｘ軸２９方向の軸方向の力には、本質的に、スラスト軸受の形で、後部軸受構成部４１の領域において位置決めされた軸方向のころ軸受４８が対応する。

歯車モータ軸４９は、ねじ込みスピンドル２７に逆並列に延在して、線形作動要素１は、全般的に非常にコンパクトなデザイン、特に、短い構造体長さを有するようになっている。このような状況においては、「逆並列の」という用語は、歯車モータ１３から発する力の伝達（流れ）がぐるりと回って反対の逆並列の方向になることを意味する。

それにも拘わらず、歯車モータ軸４９及びねじ込みスピンドル２７は、幾何学的な意味において、互いに対して平行に配置される。この結果として、歯車モータ１３から発する力の流れは、１８０°の角度でねじ込みスピンドル２７に伝達される。

このデザインにおいては、歯車モータ１３内に一体化された歯車構成部によって、例えば、１：１０の減速比が得られ、チェーンドライブ１４によって、更に、例えば、１：２の減速比が得られ、一方、ねじ込みスピンドル２７とねじ付きナット２８と間では、例えば、１：５の減速比があり、全体的な機械的減速比は、１：１００であるようになっている。

極めてかなりの減速のため、本発明による線形作動要素１で非常に実質的な種々の力を達成することが可能である。ねじ込みスピンドル２７及びねじ付きナット２８ねじ込みを含むスピンドル駆動部が使用されるため、同時に、ｘ軸２９に平行な押し出し用ロッド１１の直線運動の極めて良好な位置決め精度、即ち、特に高い位置決め及び繰り返し精度が達成される。

更に、万一、歯車モータが故障した場合、線形作動要素１は、この場合、押し出し用ロッド１１に作用する種々の力が一切の曖昧な再調整を引き起こすことはできないように自己固着式である。

本発明による線形作動要素１によって、５０ｍｍから１００ｍｍの移動距離にて０．０１未満の、ｘ軸２９に平行な押し出し用ロッド１１の絶対的な位置決め精度を達成することができる。この構成においては、最大１０，０００Ｎまでの機械的位置決め力を印加することができる。

ねじ込みスピンドル２７及びねじ付きナット２８の対応するデザインで、１ｃｍから１０ｃｍ／分の移動速度を達成することができる。

上述した各種特性値は、横行手順で総計最大ほぼ１００万回まで移動経路全体に沿って安全に再現可能であることには変りはなく、その結果、本発明による線形作動要素１は、特に、風洞用模型などの遠隔制御可能な構成品用最終制御要素として適したものである。

本発明による線形作動素子の全体を示す斜視図である。 ハウジングのない線形作動素子の斜視図である。 線形作動要素の詳細な分解図である。

符号の説明

１…線形作動要素、２…ハウジング、３…長手方向ガイド、４…長手方向ガイド、５…フェザーキー、６…フェザーキー、７…チェーンテンショナ、８…後部、９…取り付け部（線形作動素子のハウジング）、１０…前部、１１…押し出し用ロッド、１２…フォークヘッド、１３…歯車モータ、１４…チェーンドライブ、１５…チェーン、１６…開始領域（押し出しロッド）、１７…端部領域（押し出しロッド）、１８…拡幅部分、１９…リミットスイッチ、２０…リミットスイッチ、２１…ねじ込みロッド、２２…ねじ込みロッド、２３…リミットスイッチ取り付け部、２４…リミットスイッチ取り付け部、２５…制御カム、２６…モータ取り付け部、２７…ねじ込みスピンドル、２８…ねじ付きナット、２９…Ｘ軸、３０…ねじキャップ、３１…前部軸受構成部、３２…スナップリング、３３…スナップリング、３４…溝、３５…溝、３６…フランジ、３７…フランジ、３８…フランジ、３９…フランジ、４０…軸受、４１…後部軸受構成部、４２…スナップリング、４３…スナップリング、４４…フランジ、４５…フランジ、４６…フランジ、４７…フランジ、４８…ころ軸受、４９…歯車モータ軸、５０…移動経路

Claims (10)

1. 風胴用模型上の調節可能な構成品の遠隔制御用の線形作動要素（１）であって、
   ハウジング（２）およびねじ込みスピンドル（２７）を駆動するための歯車モータ（１３）を備え、
   前記ねじ込みスピンドル（２７）に、押し出し用ロッド（１１）を移動するためのねじナット（２８）が配置され、
   前記ねじ込みスピンドル（２７）は、チェーンドライブ（１４）を経由して前記歯車モータ（１３）に接続され、
   前記ねじ込みスピンドル（２７）および歯車モータ軸（４９）は、主として逆並列に配置される、ことを特徴とする線形作動要素（１）。
2. 前記歯車モータ（１３）は、前記チェーンドライブ（１４）のチェーン（１５）に張力をかけるために偏心収容される、ことを特徴とする請求項１に記載の線形作動要素（１）。
3. 前記チェーンドライブ（１４）のチェーン（１５）は、少なくとも１つのチェーンテンショナ（７）によって張力をかけられている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の線形作動要素（１）。
4. 前記押し出し用ロッド（１１）の移動経路（５０）を制限するための２つのリミットスイッチ（１９、２０）が存在し、
   前記リミットスイッチ（１９、２０）は、前記押し出し用ロッド（１１）の領域に配置される制御カム（２５）によって作動する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の線形作動要素（１）。
5. 各リミットスイッチ（１９、２０）は、各々ねじ込みロッド（２１、２２）上に配置され、
   移動経路（５０）を適切に調整するための前記ねじ込みロッド（２１、２２）の回転によって無限に摺動可能である、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の線形作動要素（１）。
6. 前記ハウジング（２）は、少なくとも１つの長手方向ガイド（３、４）を備え、
   前記押し出し用ロッド（１１）に配置される少なくとも１つのフェザーキー（５、６）が摺動可能に収容される、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の線形作動要素（１）。
7. 前記ねじ込みスピンドル（２７）は、前記押し出し用ロッド（１１）において同軸に収容される、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の線形作動要素（１）。
8. 前記ハウジング（２）は、前部軸受構成部（３１）および後部軸受構成部（４１）を備える、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の線形作動要素（１）。
9. 前記押し出し用ロッド（１１）および前部軸受構成部（３１）の領域の中の前記ねじ込みスピンドル（２７）は、軸受（４０）のリニア軸受に収容される、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の線形作動要素（１）。
10. 前記歯車モータ（１３）は、制御手段、装置の調整の少なくとも一方によって制御される、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の線形作動要素（１）。

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