DE3832304A1 - Stellantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Stellan­ trieb, bei dem eine Vielzahl von Niederspannungsmotoren in oder an einem gemeinsamen Gehäuse um ein mittiges Abtriebs­ rad gruppiert sind, jeder der Motoren ein Abtriebsritzel aufweist, das mit dem mittigen Abtriebsrad kämmt und das mittige Abtriebsrad mit einer Abtriebswelle kuppelbar ist.

Derartige Stellantriebe, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 35 44 669 bekannt sind, dienen u. a. zur Steuerung von motorisch betriebenen Hochdruckventilen, als Stellantriebe für Satellitenüberwachungsstationen oder in ähnlichen Prä­ zisionsantriebssystemen. Sie sind üblicherweise mit einer Notstromversorgung in Form von Batterien ausgerüstet, um für den Notfall unabhängig zu sein. Sie haben jedoch nur ein begrenztes Drehmoment, das von der Anzahl der einzelnen in dem Gehäuse unterzubringenden Einzelmotoren abhängig ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stellan­ trieb der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, dessen Drehmoment mit einfachen Mitteln vervielfältigbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Motorlängsachsen senkrecht zu der Stellantriebs-Längsachse verlaufen. Durch diese Maßnahmen wird ein Stellantrieb geschaffen, der sehr flach baut und durch seine flache Bauart mit einer beliebi­ gen Anzahl von weiteren, gleichgebauten Stellantrieben kas­ kadierbar ist. Durch diese Kaskadierbarkeit können die auf die Abtriebswelle letztendlich aufgebrachten Drehmomente beliebig vervielfältigt werden. Auch wenn ein Motor aus­ fallen sollte, so ist der Stellantrieb in seiner Funktion nicht gefährdet.

Bei einer bevorzugten Ausführung ist einem der Stellan­ triebe eine Überwachungseinheit zugeordnet, die auch mit der zentrischen, sich mit der Stellantriebs-Längsachse dec­ kenden Abtriebswelle verbunden ist. Mit einer solchen Über­ wachungseinheit ist beispielsweise die Umdrehungszahl meß­ bar oder es kann die Position des Stellantriebs festge­ stellt werden. Auch kann eine zusätzliche Notstromversor­ gung integriert sein, um bei einem Notfall ein Ventil, bei­ spielsweise in einer chemischen Werksanlage, sicher schließen oder Öffnen zu können. In der Überwachungseinheit ist dazu eine Leiterplatte mit entsprechender Schaltelek­ tronik angeordnet, die die Position des Stellantriebs über­ wacht. Tritt jetzt ein Notfall ein, so kann eine in der Überwachungseinheit installierte Spannungsversorgung einen entsprechend festgelegten Steuerbefehl ausführen und das Ventil schließen oder öffnen, auch dann, wenn die übrigen Steuer- oder Elektroleitungen durch einen wie immer gearte­ ten Störfall unterbrochen oder zerstört sind. Durch die Kas­ kadierbarkeit der Stellantriebe können auch hohe Schließ­ kräfte für beliebige Stellventile aufgebracht werden.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeich­ nung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben; es zeigt:

Fig. 1 den Schnitt durch einen Stellantrieb mit zentri­ schem Kegelradgetriebe, sternförmig angeordneten Motoreinheiten und Überwachungseinheit;

Fig. 2 die Draufsicht auf einen Stellantrieb nach der Fig. 1 mit in einem Getriebekäfig gehaltenen Motorein­ heiten;

Fig. 3 die Detaildarstellung eines Getriebekäfigs nach der Fig. 2;

Fig. 4 einen Stellantrieb mit tangential zur Abtriebswelle gerichteten Stellmotoren mit Schneckengetriebe;

Fig. 5 einen Stellantrieb mit sternförmig nach außen ge­ richteten Motoreinheiten, festehendem Mittelteil und umlaufendem Außenring, der über ein außen umlaufendes Kegelradgetriebe antreibbar ist.

Fig. 6 das Schaltbild der parallelen Motorschaltung und Fig. 6a das Schaltbild der Einzelschaltung der Motoreinheiten nach Fig. 1.

Der in der Fig. 1 dargestellte Stellantrieb 10 besteht im wesentlichen aus einem topfförmigen Gehäuse 11, in dem eine Vielzahl von Motoreinheiten 12 angeordnet sind. Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, sind die Motoreinheiten 12 stern­ förmig angeordnet, wobei ihre Längsachsen 16 senkrecht zu der Längsachse 17 des Stellantriebs 10 verlaufen. Die Mo­ toreinheiten 12 weisen Abtriebswellen 24 auf, an deren freien Enden Abtriebsritzel 13 angeordnet sind. Die Ab­ triebsritzel 13 weisen radial nach innen und sind als Ke­ gelräder ausgebildet.

Konzentrisch zu der Stellantriebs-Längsachse 17, ist in dem Gehäuse 11 eine Kupplungsbuchse 18 angeordnet, die in einem Gehäuselager 15 und einem gegenüberliegenden Deckellager 15 a drehbar gelagert ist. Über die Kupplungsbuchse 18 kann eine Abtriebswelle 45 form- und kraftschlüssig mit dem Stellantrieb 10 verbunden werden. Die Abtriebwelle 45 kann beispielsweise die Antriebswelle eines nicht dargestellten Ventils sein.

Im Bereich des Gehäuselagers 15 ist die Kupplungsbuchse 18 form- und kraftschlüssig mit einem mittigen Abtriebsrad 14 verbunden. Das mittige Abtriebsrad 14 ist als Mittelzahnrad ausgebildet und an seiner radial äußeren Peripherie mit ei­ ner Kegelverzahnung 37 versehen, die mit der Kegelverzah­ nung der Abtriebsritzel 13 kämmt.

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, ist konzentrisch um die Kupplungsbuchse 18 ein Getriebekäfig 19 angeordnet, der mit radialen Durchbrüchen 39 und axialen Schraublöchern 38 versehen ist. Die Motoreinheiten 12 sind im Bereich ihrer Abtriebsritzel 13 in die Durchbrüche 39 des Getriebekäfigs 19 eingeschraubt, so daß ihre Abtriebswellen 24 mit den daran form- und kraftschlüssig angebrachten Abtriebsritzeln 13 frei drehen können. Diese Verschraubungen 40 halten zu­ gleich auch die Motoreinheiten 12 in ihrer vorbestimmten Position und Lage.

Das Gehäuse 11 ist mit einem Gehäusedeckel 20 verschließ­ bar, der mit Schrauben, vorzugsweise Senkkopfschrauben 41 aufgeschraubt ist. Die Senkkopfschrauben 41 sind dabei mit den Schraublöchern 38 in dem Getriebekäfig 19 eingeschraubt.

Wie die Fig. 1 weiter zeigt, ist der Gehäusedeckel 20 mit einer kreisförmigen, zentrischen, nach innen weisenden Aus­ nehmung 21 versehen. Ebenso ist die Gehäuseunterseite 25 mit einem kreisförmigen, zentrischen, nach außen weisenden Absatz 22 versehen. Die Abmessungen des Absatzes 22 und der Ausnehmung 21 sind korrespondierend, so daß ein Absatz 22 formschlüssig in eine Ausnehmung 22 eingelegt werden kann.

Die Kupplungsbuchse 18 schließt an einer Seite bündig mit der Unterseite 25 des Absatzes 22 und an der anderen Seite mit der Innenseite 26 der Ausnehmung 21 ab. Die Motorein­ heiten 12 sind parallel geschaltet und über Leitungen 44 mit einer Spannungsversorgung 23 verbunden und werden im Notfall von einer schematisch dargestellten integrierten Notstromversorgung, beispielsweise einer handelsüblichen 9-Volt-Batterie, versorgt.

Bei der in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind die Motoreinheiten 12 tangential zu der Kupplungsbuchse 18 angeordnet. Die Motorlängsachsen 16 verlaufen dabei eben­ falls senkrecht zu der Stellantriebs-Längsachse 17, jedoch parallel um einen vorbestimmten Betrag versetzt. Das mit der Kupplungsbuchse 18 kraft- und formschlüssig verbundene mittige Abtriebsrad ist als Schneckenrad 28 ausgebildet, ebenso sind die Abtriebsritzel der Motoreinheiten 12 als Schnecken 27 ausgebildet, die zusammen mit dem Schneckenrad 28 ein Schneckengetriebe bilden. Mit einer derartigen Aus­ bildung kann eine relativ große Kraft bei relativ langsamer Umdrehung übertragen werden. Eine derartig langsame Umdre­ hung ist beispielsweise beim Nachstellen von Satellitenüber­ wachungsantennen, Radaranlagen oder dgl. einsetzbar.

Bei der in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsform besteht der Stellantrieb 10 aus einem in axialer Richtung geteilten Gehäuse 29, mit einem feststehenden Mittelteil 30 und einem um dieses festehende Mittelteil 30 umlaufenden Außenring 31. Der Außenring 31 läuft auf Wälzlagern 35 und 35 a auf dem Mittelteil 30. Der feststehende Mittelteil 30 ist mit radial nach außen gerichteten Haltebuchsen 42 versehen, mit denen nach radial außen gerichtete Motoreinheiten 32 fest in ihrer Lage gehalten sind.

Die Motoreinheiten 32 sind mit Abtriebsritzeln 33 versehen, die als Kegelräder ausgebildet sind, wobei die Kegelräder umgekehrt aufgesteckt sind, d. h., der größere Kegeldurchmes­ ser liegt der Motoreinheit 32 abgewandt außen. Radial außen ist der umlaufende Außenring 31 mit einer umlaufenden Au­ ßenverzahnung 34 versehen, die mit den Abtriebsritzeln 33 der Motoreinheiten 32 kämmt.

Der umlaufende Außenring 30 ist an seiner Ober- und seiner Unterseite mit Kupplungsbohrungen 43 versehen, in die zur Kaskadierung Kupplungsstifte 36 eingesteckt sind.

Auch bei dieser Ausführungsform ist an einer Seite ein Ab­ satz 22 vorgesehen und auf der gegenüberliegenden Deckflä­ che des Stellantriebs 10 eine Ausnehmung 21. Ein derartiger Absatz 22 kann in die Ausnehmung 21 eines nächst benachbar­ ten Stellantriebs 10 eingesetzt werden. Auf diese Weise kann eine Vielzahl von Stellantrieben 10 übereinander ge­ stapelt, d. h., kaskadiert werden. Derartig kaskadierte Stell­ antriebe 10 können über Kupplungsbohrungen 43 und in diese eingesetzte Kupplungsstifte 36 miteinander verbunden und von einer Überwachungseinheit 46 überwacht werden. Zur Fest­ stellung seiner Position kann auch ein einzelner Stellan­ trieb 10 mit einer eingangs bereits beschriebenen Überwa­ chungseinheit 46 ausgerüstet sein.

Über die Kupplungsbohrungen 43 können auch anzutreibende, nicht dargestellte, Maschinenteile, beispielsweise die Nach­ stellvorrichtung einer Satellitenantenne, ein Stellventil oder dergleichen mit dem Stellantrieb 10 form- und kraft­ schlüssig verbunden werden.

Aufgrund der verwendeten Niederspannungsmotoren 12 und dem günstigen Leistungsverhältnis, eignen sich derartige Stell­ antriebe 10 besonders für den Betrieb mit Solarenergie, beispielsweise auch in der Luft- und Raumfahrt. Auch andere alternative Energieformen sind anwendbar, und zweckmäßiger­ weise werden wiederaufladbare Batterien als Spannungsver­ sorgungen 23 zur Überbrückung von Stromschwankungen ver­ wendet. Entsprechend großbauenden Motoreinheiten 12 können auch außen um das Gehäuse 11 oder den Getriebekäfig 19 herum angeordnet und mit diesen verbunden werden. Auf ein gemeinsames, alle Motore 12 umgebendes Gehäuse kann dabei verzichtet werden.

Wie in der Fig. 6 schematisch dargestellt ist, sind die einzelnen Motoreinheiten 12 mit elektrischen Leitungen 44 parallel geschaltet und an eine Spannungsversorgung 23 an­ geschlossen. Als Spannungsversorgung dient bei diesem Aus­ führungsbeispiel eine Gleichstromquelle.

Bei der in der Fig. 6 gezeigten Ausführungsform sind die Motoreinheiten 12 über einzelne Leitungen 44 einzeln über Relais 47 mit der Spannungsversorgung 23 verbunden. Bei beiden Ausführungen können einzelne Motoreinheiten 12 aus­ fallen, ohne daß der gesamte Stellantrieb 10 außer Funktion gerät.

Bezugszeichenliste

10 Stellantrieb
11 Gehäuse
12 Motoreinheit
13 Abtriebsritzel
14 mittiges Abtriebsrad
15 Gehäuselager
15 a Deckellager
16 Motorlängsachse
17 Stellantriebs-Längsachse
18 Kupplungsbuchse
19 Getriebekäfig
20 Gehäusedeckel
21 Ausnehmung
22 Absatz
23 Spannungsversorgung
24 Abtriebswelle
25 Unterseite
26 Innenseite
27 Abtriebsschnecke
28 Schneckenrad
29 geteiltes Gehäuse
30 feststehender Mittelteil
31 umlaufender Außenring
32 Motoreinheit
33 Abtriebsritzel
34 umlaufende Außenverzahnung
35 Lager
35 a Lager
36 Kupplungsstift
37 Kegelverzahnung
38 Schraubloch
39 Durchbruch
40 Verschraubung
41 Senkkopfschraube
42 Haltebuchse
43 Kupplungsbohrung
44 Leitung
45 Abtriebswelle
46 Überwachungseinheit
47 Relais

Claims (15)

1. Elektomechanischer Stellantrieb, bei dem eine Vielzahl von Niederspannungsmotoren in oder an einem gemeinsamen Ge­ häuse um ein mittiges Abtriebsrad gruppiert sind, jeder der Motoren ein Abtriebsritzel aufweist, das mit dem mittigen Abtriebsrad kämmt und das mittige Abtriebsrad mit einer Ab­ triebswelle kuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorlängsachsen (16) senkrecht zu der Stellantriebs-Längs­ achse (17) verlaufen.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoreinheiten (12) sternförmig radial nach außen weisend um das mittige Abtriebsrad (14) herum angeordnet sind.

3. Stellantrieb nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Motoreinheiten (12) in einem gemein­ samen, konzentrisch zu der Stellantrieb-Längsachse (17) an­ geordneten Getriebekäfig (19) gehalten sind.

4. Stellantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das mittige Abtriebsrad (14) und die Ab­ triebsritzel (13) der Motoreinheiten (12) als rechtwinklig miteinander kämmendes Kegelzahnradgetriebe ausgebildet sind.

5. Stellantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Motoreinheiten (12) parallel und/oder einzeln geschaltet und über elektrische Leitungen (44) mit­ einander oder mit einer Spannungsversorgung (23) verbunden sind.

6. Stellantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse (11) an seiner geschlossenen Unterseite zentrisch einen kreisförmigen, nach außen über­ stehenden Absatz (22) und der Gehäusedeckel (20) in Ein­ baulage an seiner Außenseite zentrisch eine kreisförmige nach innen weisende Ausnehmung (21) aufweisen und die Aus­ nehmung (21) und der Absatz (20) korrespondierende Abmes­ sungen haben.

7. Stellantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das mittige Abtriebsrad (14) form- und kraftschlüssig mit einer zentrischen Kupplungsbuchse (18) verbunden ist und die Kupplungsbuchse (18) bündig mit der Unterseite (25) des Absatzes (22) und mit der Innenseite (26) der Ausnehmung (21) des Gehäusedeckels (20) abschließt.

8. Stellantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kupplungsbuchse (18) lösbar mit einer senkrecht durch das Gehäuse (11) verlaufenden Abtriebswelle (45) in Wirkverbindung bringbar ist.

9. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoreinheiten (12) tangential zu einem Mittel­ zahnrad (28) angeordnet sind und die Abtriebswellen (24) der Motoreinheiten (12) mit dem Mittelzahnrad (28) ein Schneckengetriebe bilden.

10. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (29) in axialer Richtung in ein feststehen­ des Mittelteil (30) und einen umlaufenden Außenring (31) geteilt ist, dem feststehenden Mittelteil (30) sternförmig nach außen weisende Motoreinheiten (32) mit nach außen wei­ senden Abtriebsritzeln (33) und dem Außenring (31) eine um­ laufende Außenverzahnung (34) zugeordnet ist und die Ab­ triebsritzel (33) der Motoreinheiten (32) als Kegelgetriebe mit der umlaufenden Außenverzahnung (34) kämmen.

11. Stellantrieb nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der umlaufende Außenring (31) in Wälzla­ gern (35) auf dem feststehenden Mittelteil (30) gelagert ist.

12. Stellantrieb nach den Ansprüchen 1, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem umlaufenden Außenring (31) an sei­ ner radial äußeren Peripherie axial verlaufende Kupplungs­ stifte (36) zugeordnet sind.

13. Stellantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Vielzahl von Stellantrieben (10) auf einer gemeinsamen, zentrischen Abtriebwelle (45) kaskadiert und von einer Überwachungseinheit (46) überwacht sind.

14. Stellantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er mit einer Überwachungseinheit (46) versehen und die Überwachungseinheit (46) mit einer gemein­ samen, zentrischen Abtriebswelle (45) verbunden ist.

15. Stellantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Motoreinheiten (12) sternförmig um die mittige Abtriebwelle (45) herum und auf diese wirkend angeordnet sind.