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
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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
【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。
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。
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。
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)
- 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)。 - 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)。
- 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)。
- 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)。 - 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)。 - 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)。 - 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)。
- 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)。
- 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)。
- 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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