NL8801948A - Lineaire actuator. - Google Patents

Description

Lineaire actuator.

De uitvinding heeft betrekking op een lineaire actuator, dat wilzeggen een bedieningsorgaan, dat twee punten van een constructie lineairnaar en van elkander kan bewegen, en op een werkwijze voor het vervaar¬dig^! van het huis van die actuator.

Er zijn vele typen van zulke lineaire actuatoren bekend, bijvoor¬beeld hydraulische, pneumatische en mechanische, de laatste bijvoorbeeldmet een schroefstang in een moer. De uitvinding beoogt een eenvoudigelineaire actuator te verschaffen, die gemakkelijk, bijvoorbeeld door eendirekt daarmee verbonden elektromotor, kan worden bediend, eenvoudig vanconstructie is en gemakkelijk blijvend gesmeerd kan worden om een soepelwerken bij lange levensduur te verzekeren, zonder slijtage.

Hiertoe is zulk een actuator volgens de uitvinding gekenmerk door- tv>ev dat deze een cilindrisch huis met cilindrische boring^inwendige schroef¬draad heeft en een daarin opgenomen schroefmiddel met uitwendigeschroefdraad, in ingrijping met die schroefdraad in het huis, zodat doordraaiing van één dezer delen ten opzichte van het andere ook een axialeonderlinge verplaatsing optreedt, waarbij het schroefmiddel verbonden ismet een tot buiten het huis reikende stang en huis en stang middelenhebben om deze te verbinden met onderling lineair te bewegen delen enmet middelen om stang en huis ten opzichte van elkaar te roteren voorhet verkrijgen van de lineaire beweging.

Bij voorkeur maakt de ruimte in het huis deel uit van een naarbuiten afgesloten ruimte, en bevat dit een vloeibaar smeermiddel. Erbehoeft dan niet met vet gesmeerd te worden omdat olie uit de actuatorweg zou kunnen vloeien, welke vetsmering frequent onderhoud en aanvul¬ling zou vereisen.

Wanneer de stang slechts aan één einde uit het huis uitsteekt, isde afdichting van het huis tegen wegvloeien van olie aan één einde geenprobleem en behoeft slechts aan het andere einde, waar de stang uit hethuis steekt, een pakkingbus of dergelijke afdichting te worden aange¬bracht .

Het totale door het smeermiddel te vullen volume binnen het huisverandert dan uiteraard afhankelijk van de axiale stand van de moerdaarin omdat de zuigerstang aan één zijde van de moer een variërendvolume in het huis inneemt.

Vandaar dat volgens de uitvinding wordt voorgesteld die naar buitenafgesloten ruimte bij voorkeur ten minste één ruimte buiten de boring tedoen omvatten, die door openingen in de wand van het huis met de ruimte binnen de boring in verbinding staat.

Bij goede uitvoering kan dan het inwendige van het huis altijd vol¬ledig met smeermiddel gevuld blijven en als die openingen en die ruimtebuiten het huis hoog genoeg liggen kan geen lucht in het huis komen.

Beter is, om onafhankelijk te zijn van stand en ligging der delen,om yi een voorkeursuitvoering volgens de uitvinding, die ruimte buitende boring althans ten dele te begrenzen door een veerkrachtig flexibelwanddeel. Dit kan het smeermiddel altijd onder enige overdruk houden enzich aanpassen aan het smeermiddelvolume, dat uit of in het huis moetstromen zonder dat lucht in het huis kan toetreden.

Dat flexibele wanddeel kan een geheel rondom het huis liggendslangvormig deel zijn, dat die ruimte buiten het huis aan de buitenzijdebegrenst. Dat heeft echter bezwaren, onder andere omdat dat flexibelewanddeel kwetsbaar is en dus weer afgeschermd moet worden en een sterkewarmteïsolatie geeft, zodat de actuator niet goed gekoeld wordt en nade¬lig warm kan worden.

Een bijzonder aantrekkelijke uitvoering, waarbij deze nadelen nietoptreden, is die waarbij het huis één of meer uitstulpingen heeft, dieelk zulk een ruimte buiten de boring vormen en die een starre buitenwandhebben, waarbij in die ruimte een elastisch-flexibel orgaan is aange¬bracht, met fluïdum gevuld en uitwendig door het smeermiddel in dieruimte binnen de uitstulping omgeven.

Indien voor dit fluïdum een gas wordt gekozen, kan het flexibeleorgaan gesloten zijn. Afhankelijk van de volumeveranderingen van hetsmeermiddel binnen de boring wordt het gas in het flexibele orgaan meerof minder gecomprimeerd.

Het flexibele orgaan, bij voorkeur uitgevoerd als een lange slangin lengterichting van het huis, ligt nu goed beschermd binnen een vastewand van de uitstulping aan het huis, kan klein van dwarsdoorsnede enzeer sterk zijn, met lange levensduur, terwijl de normaal uit metaal be¬staande wand van boring en uitstulping de warmte goed geleidt en duskoel kan blijven, desgewenst met verbeterde koelwerking door uitwendigekoelribben daarop.

Bij voorkeur is voorzien dat de slang aan één einde dicht is en aanhet andere einde met de omgeving in verbinding staat. Daarbij kan de om¬geving de buitenlucht zijn, maar ook water.

Wanneer bij het intrekken van de stang de slangen samengedrukt wor¬den, kan de zich in het inwendige van de slangen bevindende lucht (ofhet water) ontsnappen. Daardoor wordt drukverhoging, zoals zou optredenbij volkomen gesloten, met gas gevulde slangen, vermeden. Dit heeft weer tot gevolg dat het gedrag van de actuator over het gehele slagbereik vande stang constant is, en dus niet beïnvloed wordt door drukvariaties diezouden optreden bij gesloten, met gas gevulde slangen.

Ter verbetering van de koeling is het huis van koelribben voorzien.

Bij voorkeur verlopen deze ribben evenwijdig aan de hartlijn van de bo¬ring,. In dat geval kan het huis door extrusie in één geheel gevormd wor¬den.

In het bijzonder bij de uitvoering waarin de actuator gevuld is meteen vloeibaar smeermiddel, is verzekerd dat de slijtage van de schroef¬draden gering is. Teneinde niettemin eventuele slijtage daarvan toch tekunnen compenseren, hetgeen van belang is in verband met de positione-ringsnauwkeurigheid van de actuator, is voorzien dat de moer door- één ofmeer dwarse uitsnijdingen ten dele of volledig gedeeld is, waarbij eenschroef met schroefdraad in één axiaal deel van de moer grijpt en onderdruk afzet tegen een ander deel van de moer, dat door die dwarse insnij¬dingen) van het eerstgenoemde axiale deel daarvan is gescheiden, oftegen de vast met dat andere deel verbonden, tot buiten het huis reiken¬de stang, om de axiale afstand der moerdelen in geringe mate te kunnenvariëren ter instelling van de speling van de moer in de schroefdraadvan de boring.

Ter verkrijging van de onderlinge verdraaiing van huis en moer iseen elektromotor op en rondom die stang of het verlengde daarvan aange¬bracht. De elektromotor kan daarbij ondersteund worden door een vast *constructiedeel, terwijl het van de elektromotor afgekeerde uiteinde vanhet huis gekoppeld is aan een door de actuator te verplaatsen construc¬tiedeel.

Ter koppeling van de stang aan bijvoorbeeld de aandrijfas van eenelektromotor is voorzien dat de stang door een de stang omgevende busmet van beide einden daarin lopende, radiaal doorgaande sleuven met eenverlengstuk is gekoppeld, welk verlengstuk in het andere einde van debus grijpt en waarbij moeren om de van uitwendige schroefdraad voorzienebus de bus op de stang en op het verlengstuk knijpen.

De nauwkeurigheid van de actuator hangt bovendien af van de nauw¬keurigheid waarmee de schroefdraden vervaardigd kunnen worden. In hetbijzonder de inwendige schroefdraad in de boring verdient hierbij deaandacht. Bet is bekend om hierin de schroefdraad aan te brengen met be¬hulp van een draaibank. Daarbij moet de beitel of het draaitapwerktuiggemonteerd worden op het uiteinde van een in de boring brengbare steun.

Een dergelijke beitelondersteuning is niet optimaal, waardoor de nauw¬keurigheid van de daarmee gesneden schroefdraad niet groot kan ziin.

Volgens de uitvinding kan ook in dit opzicht een verbetering verkre¬gen worden doordat voor het vervaardigen van een huis met inwendigeschroefdraad, in het huis een boring aangebracht wordt met een diametergroter dan die van de tandvoet, in de boring coaxiaal een doorn aange¬bracht wordt die uitwendig voorzien is van de negatieve vorm voor de tevervaardigen inwendige schroefdraad, vervolgens in de ruimte tussendoorn en boringvand een vloeibare, verhardbare massa gegoten wordt en demassa verhard wordt, waarna de doorn verwijderd wordt door uitschroe-ven.

De doorn kan op bekende wijze zeer nauwkeurig bewerkt worden voorhet vervaardigen van zijn uitwendige schroefdraad, die het negatiefvormt van de gewenste inwendige schroefdraad. De bij het gieten verkre¬gen inwendige schroefdraad is daarom overeenkomstig nauwkeurig.

Bij voorkeur wordt voor de substantie een kunststof, bijvoorbeeldeen epoxyhars toegepast, die gemakkelijk gietbaar is en na verhardingeen kleine wrijvingscoëfficiënt van het oppervlak heeft en zeer vormbe-stendig is. Het verschil in uitzettingscoëfficiënt met het huis kan ge¬ring zijn en een goede koeling van het huis kan spanningen tussen huisen hars zo klein houden, dat geen problemen door verschil in uitzettingontstaan.

De toelaatbare spanningen van de kunststof zijn over het algemeenlager dan die van het voor het schroefmiddel toegepaste metaal. Om nueen actuator met een zo hoog mogelijke sterkte te verkrijgen, kan deverhouding van de afmetingen van de schroeftanden van schroefmiddel enhuis volgens de hartlijn daarvan ongelijk aan één zijn en ongeveer omge¬keerd evenredig met die van hun toelaatbare materiaal spanningen.

Vervolgens zal de uitvinding worden toegelicht aan de hand van defiguren.

Fig. 1 toont een doorsnede van een eerste uitvoeringsvorm van deactuator volgens lijn I-I van fig. 2.

Fig. la toont een schroefdraad variant.

Fig. 2 toont een doorsnede volgens lijn II-II van fig. 1.

Fig. 3 toont een doorsnede door een tweede uitvoeringsvorm.

Fig. 4 toont een doorsnede van de moer.

Fig. 5 toont een aanzicht van de moer van fig. 4.

Fig. 6 toont een koppelingsuitvoering.

Fig. 7 toont een koppelhuls.

Fig. 8 toont een toepassingsvoorbeeld van de actuator.

Fig. 9 toont een doorsnede door een derde uitvoeringsvorm.

De in fig. 1 en 2 getoonde actuator bezit een huis 1 bestaande uiteen buis 47 alsmede een inwendig van schroefdraad 2 voorziene huls 48die bijvoorbeeld uit kunststof kan bestaan. Met deze schroefdraad 2 inaangrijping is de schroefdraad 3 van de zich in het huis 1 bevindendestang 4. Zoals afgebeeld kan de draad 2 van de huls 48 indien deze vankunststof is, dikkere tanden bezitten dan de draad 3 van het metalenhuis. De diameter van het niet van schroefdraad voorziene gedeelte 5 vande stang 4 is iets kleiner dan de inwendige diameter van de schroefdraad3, zodat door verdraaien van huis 1 en stang 4 ten opzichte van elkaar,deze in langsrichting ten opzichte van elkaar verplaatst worden. Stang 4is via pakkingbus 30 door deksel 6 uit het huis 1 naar buiten geleid. Degehele ruimte begrensd door huis 1 en stang 4 is gevuld met eenvloeibaar smeermiddel 46, zodat de smering steeds verzekerd is. Deksel 6is door middel van niet getoonde boutjes bevestigd aan mantel 7; deafdichting wordt daarbij verzekerd door pakking 51.

Bij voorkeur wordt de diameter van het niet van schroefdraadvoorziene gedeelte 5 van stang 4 zo groot mogelijk gekozen. Daarmeewordt een zo groot mogelijke stabiliteit van de stang met betrekking totknik en trillingen verkregen.

Als smeermiddel wordt bij voorkeur molybdeensulfide bevattende oliegebruikt. Daarbij vormt zich een laagje molybdeensulfide op deschroefdraadoppervlakken, waardoor direct contact tussen desamenwerkende schroefdraadoppervlakken wordt vermeden.

Bij de in fig. la getoonde variant, is de schroefdraad van hetkunststofhuis uitgevoerd met dikkere tanden dan de schroefdraad van destang.

Het huis 1 is verder omgeven door een mantel 7 die uitwendigvoorzien is van koelribben 8. Het huis 1 ligt met zijn uitwendigenauwsluitend aan tegen het inwendige van de mantel 7, met uitzonderingvan de plaats waar zich in dat inwendige kanalen 9, 10 bevinden. Terhoogte van deze kanalen is het huis 1 voorzien van gaten 11, 12, zodatbij verplaatsingen van de stang 4 in het huis 1 het smeermiddel via dezegaten 11, 12 in of uit de kanalen 9, 10 kan stromen. De kanalen 9, 10staan verder in verbinding met de in langsrichting van de mantelverlopende uitstulpingen 13, 14, die het uit het huis 1 verdrongensmeermiddel kunnen opnemen. Daarbij worden de zich in die uitstulpingen13, 14 bevindende slangen 15, 16 platter gedrukt. Aan één zijde zijn deslangen 15, 16 aangesloten op nippels 17, zodat de lucht uit hetslanginwendige kan ontwijken.

Omgekeerd kan de lucht weer naar het slanginwendige toestromen wan¬neer de stang 4 uit het huis 1 bewogen wordt, en derhalve het smeermid¬del weer in het huis 1 terugstroomt.

De eindgedeelten van het huis 1 bezitten geen gaten voor het latenweg- of toestromen van het smeermiddel. Dit heeft het gunstige effectdat ^anneer de stang 4 zover naar binnen of buiten bewogen is dat hetschroefdraadgedeelte 3 één van deze gebieden bereikt, de onderlinge be¬weging van huis 1 en stang 4 geleidelijk afgeremd wordt.

De in fig. 3 getoonde actuator bezit eveneens een huis 18 met in¬wendige schroefdraad 19, waarmee de schroefdraad 20 op de zich in hethuis 18 bevindende moer 45 met stang 21 in aangrijping is. Huis 18 isover vrijwel zijn gehele lengte voorzien van gaten 22 bestemd voor hetdoorlaten van het zich tussen het huis 18 en de deze omgevende elasti¬sche balg 49 bevindende smeermiddel 46. De balg 49 is van buiten be¬schermd door mantel 23, die zelf niet in aanraking is met het smeermid¬del. Afhankelijk van de verplaatsingsbewegingen van de stang 24, waaropde moer 21 gemonteerd is, zet de balg 49 meer of minder uit ter opnamevan het smeermidel in de ruimte tussen de naar elkaar gekeerde zijdenvan balg 49 en huis 18. De stang 21 is via pakkingbus 52 en deksel 25naar buiten geleid.

In fig. 4 en 5 is een mogelijke uitvoering voor de moer 40 getoond,waarbij eventuele door slijtage en fabricage-toleranties en -onnauwkeu¬righeden van de schroefdraden veroorzaakte speling kan worden gecompen¬seerd. Deze uitvoering bezit gedeeltelijk over de omtrek verlopendesleuven 26. Daardoor zijn beide ter weerszijden van de sleuven 26 zichbevindende moerhelften 27, 28 beperkt axiaal ten opzichte van elkaar be¬weegbaar. Ter verkrijging van deze onderlinge beweegbaarheid van moer¬helften 27, 28 is helft 28 vastgezet op de stang 21. In holte 29 is eenstelschroef 30 geschroefd, die met zijn konische uiteinde 31 steekt inde sleuf 32 aangebracht in het kopvlak van de stang 21. Afhankelijk vande instelling van deze stelschroef 31 is de moerhelft 27 meer of minderver af geduwd van de moerhelft 28. De moer 40 zou ook door een sleuf 26volledig kunnen zijn gedeeld, waarbij dan uiteraard middelen aanwezigmoeten zijn om het niet op de zuigerstang aanwezige deel van de moer methet andere deel axiaal beweegbaar te verbinden, bijvoorbeeld doorschuifpennen rondom en buiten de as.

Fig. 6 en 7 tonen een mogelijke koppelhuls 33 bestemd voor het ver¬binden van de stang 4, 21 met een verlengstuk (of motoras) 34. De hulsis aan beide uiteinden voorzien van axiaal verlopende sleuven 35. Dehuls ligt in de vrije toestand met de buitendiameter van de te koppelen stang of as. De binnendiameter van de huls is iets groter dan de buiten¬diameter van de te koppelen stang of as, zodat hij daar gemakkelijkoverheen geschoven kan worden. Op de uitwendige schroefdraad 36 van dezekoppelhuls worden moeren 37, 38 aangebracht. Door deze moeren 37, 38telkens paarsgewijze stevig tegen elkaar in vast te draaien, wordt, tengevolge van de schuinte van de tandflanken, een radiaal naar binnen ge¬richte kracht uitgeoefend op de tussen de sleuven 35 gevormde lippen 39.Deze worden derhalve krachtig naar binnen gedrukt, waardoor zij de stang4, 21 respectievelijk 34 vastklemmen.

Fig. 8 toont een mogelijke toepassing van de actuator 39. De actua¬tor 39 is enerzijds, door middel van een aan zijn mantel bevestigd be¬slag 40, bevestigd aan een volgens pijl 41 heen en weer te bewegen or¬gaan 42, en anderzijds, door middel van een koppelinrichting 43 als dievan fig. 6 en 7, bevestigd aan een scharnierend opgehangen elektromotor44. Door de elektromotor volgens pijl 45 heen en weer te draaien, wordteen bijbehorende verlenging respectievelijk verkorting van de actuator39 verkregen, zodat orgaan 41 heen en weer bewogen kan worden over degewenste afstand.

In de in fig. 9 getoonde derde uitvoeringsvorm bestaan huis en man¬tel uit één geheel in de vorm van een geëxtrudeerd profiel 52. Uitwendigzijn daarop in langsrichting verlopende koelribben 53 aangebracht. Deboring 54 is inwendig voorzien van schroefdraad, welke kan samenwerkenmet het uitwendig van schroefdraad voorziene schroefmiddel 55. De boring54 staat verder via gaten 56, 57 in verbinding met de uitstulpingen 58waarin zich de flexibele slangen 59 bevinden. De gaten 56, 57 van eenuitstulping liggen zover mogelijk uit elkaar, zodanig dat door hetterugstromen van het smeermiddel uit de uitstulping 58 niet beide gaten56, 57 tegelijk afgesloten kunnen worden door de slang 59.

Claims (16)

1. Lineaire actuator, aet het kenmerk, dat deze een huis metcilindrische boring met inwendige schroefdraad heeft en een daarin opge¬nomen schroefmiddel met uitwendige schroefdraad, in ingrijping met dieschroefdraad in het huis, zodat door draaiing van één dezer delen tenopzichte van het andere ook een axiale onderlinge verplaatsing optreedt,waarbij het schroefmiddel verbonden is met een tot buiten het huis rei¬kende stang en huis en stang middelen hebben om deze te verbinden metonderling lineair te bewegen delen en met middelen om stang en huis tenopzichte van elkaar te roteren voor het verkrijgen van de lineaire bewe¬ging.

2. Actuator volgens conclusie 1, waarbij de ruimte in het huis deeluitmaakt van een naar buiten afgesloten ruimte, die een vloeibaar smeer¬middel kan bevatten.

3. Actuator volgens conclusie 2, waarbij die naar buiten afgeslotenruimte ten minste één ruimte buiten de boring omvat, die door openingenin de wand van het huis met de ruimte binnen de boring in verbindingstaat.

4. Actuator volgens conclusie 3, waarbij die ruimte buiten de bo¬ring althans ten dele begrensd wordt door een veerkrachtig flexibelwanddeel.

5. Actuator volgens conclusie 4, waarbij het huis één of meer uit¬stulpingen heeft, die elk zulk een ruimte buiten de boring vormen en dieeen starre buitenwand hebben, waarbij in die ruimte een elastisch-flexi-bel orgaan is aangebracht, met fluïdum gevuld en uitwendig door hetsmeermiddel in die ruimte binnen de uitstulping omgeven.

6. Actuator volgens conclusie 5, waarbij het elastisch flexibeleorgaan gesloten is en met gas gevuld is.

7. Actuator volgens conclusie 5 of 6, waarbij dat elastisch-flexi-bele orgaan een slang is, die zich in lengterichting van de boring doorde uitstulping uitstrekt.

8. Actuator volgens conclusie 7, waarbij die slang aan één eindedicht is en aan het andere einde met de omgeving in verbinding staat.

9. Actuator volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het huisuitwendige koelribben heeft.

10. Actuator volgens conclusies 5, 6, 7 of 8 en conclusie 9, waar¬bij de ribben loodrecht op de hartlijn van de boring verlopen, en deuitstulping(en) tot nabij de buitenomtrek van de koelribben reiken maarniet daarbuiten uitsteken.

11. Actuator volgens conclusies 5, 6, 7 of 8 en 9, waarbij de koel-ribben evenwijdig aan de hartlijn van de boring verlopen.

12. Actuator volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de moerdoor één of meer dwarse uitsnijdingen ten dele of volledig gedeeld is,waarbij een schroef met schroefdraad in één axiaal deel van de moergrijpt en onder druk af zet tegen een ander deel van de moer, dat doordie dwarse insnijding(en) van het eerstgenoemde axiale deel daarvan isgescheiden, of tegen de vast met dat andere deel verbonden, tot buitenhet huis reikende stang, om de axiale afstand der moerdelen in geringemate te kunnen variëren ter instelling van de speling van de moer in deschroefdraad van de boring.

13. Actuator volgens één der voorgaande conclusies, waarbij eenelektromotor voor het draaien van de stang ten opzichte van het huis open rondom die stang of het verlengde daarvan is aangebracht.

14. Actuator volgens één der voorgaande conclusies, waarbij destang door een de stang omgevende buis met van beide einden daarinlopende, radiaal doorgaande sleuven met een verlengstuk is gekoppeld,welk verlengstuk in het andere einde van de bus grijpt en waarbij moerenom de van uitwendige schroefdraad voorziene bus de bus op de stang en ophet verlengstuk knijpen.

15. Werkwijze ter vervaardiging van een huis met inwendige schroef¬draad voor een actuator volgens één der voorgaande conclusies, waarbijin het huis een boring aangebracht wordt met een diameter groter dan dievan de tandvoet, in de boring coaxiaal een doorn aangebracht wordt dieuitwendig voorzien is van de negatieve vorm voor de te vervaardigen in¬wendige schroefdraad, vervolgens in de ruimte tussen doorn en boringwandeen vloeibare, verhardbare massa gegoten wordt en de massa verhardwordt, waarna de doorn verwijderd wordt door uitschroeven.

16. Actuator met huis vervaardigd volgens de werkwijze van conclu¬sie 15, waarbij het schroefmiddel van metaal is, en de verhouding van deafmeting van de schroeftanden van schroefmiddel en huis, volgens dehartlijn daarvan, ongelijk aan één is en bij benadering omgekeerd even¬redig is met die van hun toelaatbare materiaalspanningen.