CH620747A5 - Device for the mechanical connection of a drive to a driving element and its use in an actuator for a relief damper in ventilation and air-conditioning systems - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum mechani- zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

sehen Verbinden eines Antriebes mit einem anzutreibenden Es wird also hier ebenfalls das Schlingkupplungsprinzip

Element, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben verwendet, dadurch jedoch eine Kupplung geschaffen, bei der und beispielsweise aus der DE-PS 112 158 bekannt ist sowie 60 der Antrieb und der Abtrieb nicht reversierbar sind. Normaderen Verwendung. lerweise erfolgt der Antrieb so, dass die Schraubenfeder —

Die darin beschriebene Schlingkupplung, bei der sich eine ein Kupplungselement — durch Umschlingungswirkung den Schraubenfeder um zwei miteinander fluchtende Wellenenden Abtrieb mitnimmt. Das Torsionsenergie speichernde Organ legt, bewirkt, dass eine Kupplung von der einen Welle zur speichert entsprechend dem übertragenen Drehmoment eine anderen in einer Drehrichtung erfolgt, und dass bei Umkehr 6J gewisse Drehenergie. Wenn nun aus irgendeinem Grunde des Drehsinnes desselben Wellenendes eineEntkupplung auto- das Antriebsmoment abnimmt, so erfolgt wegen der im Ormatiseli erfolgt. Wenn das andere Wellenende angetrieben gan innewohnenden Torsionsenergie eine Umkehrung des wird, so ergibt sich — aber in jeweils umgekehrten Drehrich- Drehsinnes gegenüber dem Abtriebsteil, wodurch sich die

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Schlingkupplung der Schraubenfeder öffnet. Wenn also der Antrieb abgeschaltet wird, so werden Antrieb und Abtrieb sofort selbsttätig entkuppelt und der Abtrieb kann in der Gegenrichtung gedreht werden, um beispielsweise eine Brandschutzklappe bei Stromausfall zu schliessen. 5

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird anschliessend anhand einer Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der an einem Stell- io antrieb in Arbeitslage auftretenden Drehmomente;

Fig. 2 eine Darstellung analog derjenigen nach Fig. 1, beim Auftreten einer negativen Drehmomentänderung des Antriebs ;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung.

Der Motor eines Stellantriebes erzeugt ein Drehmoment Dl. Dieses Drehmoment Dl wird über ein Getriebe auf den Wert 2 verstärkt. Dem Drehmoment D2 steht ein Reibungsmoment D3 und ein Drehmoment D4 einer Energie-Speicherfeder gegenüber. 20

Zwischen dem Getriebe und der Klappe mit der Speicherfeder muss zur möglichen Trennung der Gegenmomente D3, D4 und des Drehmomentes D2 eine Kupplung angeordnet werden.

Der Spannungsausfall am Motor ist bei bekannten Vor- 25 richtungen das Signal für das Lösen der Kupplung. Da die erfindungsgemässe Kupplung jedoch rein mechanisch aufgebaut ist, muss dazu ein anderer Signalgeber herangezogen werden.

Schneidet man gedanklich das Kraftsystem im gestrichel- 30 ten Bereich gemäss Fig. 1 auf, so ist ersichtlich, dass im Gleichgewichts- bzw. Betriebsfall das Drehmoment D2 gleich gross sein muss wie die Summe der Drehmomente D3 und D4.

Fällt jetzt am Motor die Spannung aus, so bleibt im er- 35 sten Augenblick dieses Drehmoment-Gleichgewicht mit umgekehrten Vorzeichen erhalten; denn auch bei zurückzudrehendem Motor ist im ersten Moment an der Kupplung dieses Gleichgewicht der Drehmomente vorhanden. Deshalb kann nicht die Grösse des Drehmomentes an der Kupplung als Aus- 40 lösesignal verwendet werden. Der Motor wird aber durch das Drehmoment D4 der energiespeichernden Feder an der Klappe zurückgedreht, indem diese Feder versucht, die Klappe in die Schliesslage zu ziehen. Diese Zurückdrehbewegung wird als Auslösesignal für die Kupplung verwendet. 45

Für das Zurückdrehen des Motors über die Getriebestufen bedarf es aber eines sehr grossen Drehmomentes. Müsste die energiespeichernde Feder D4 für die Bewegung der Klappe in ihre Sicherheitslage, d. h. für die Erzeugung des Reibungsmomentes D3 und des Drehmomentes D2 zum Rückwärts- 50 treiben des Motors aufkommen, so würde der Sicherheitsfunktion der Klappe ein sehr wesentlicher Kraftbedarf entfremdet (AD = D4 — D3 — D2). Dies ist aber in der Praxis nicht zulässig. Aus diesem Grunde wird, wie Fig. 2 zeigt, eine Kupplung eingebaut und zwischen Kupplung und Luftklappe 55 vorteilhafterweise eine Kupplungsfeder (D5) eingelegt, deren Energie beim Entspannen voll zum Entkuppeln verwendet werden kann. Wird nun die Spannung zum Motor unterbrochen, so sorgt in erster Linie die Kupplungsfeder (D5) für das Lösen der Kupplung. Diese (D5) und die energiespei- 60 chernde Feder (D4) bewirken das sofortige Rückdrehen der Klappe bei abgekuppeltem Getriebe in Sicherheitslage, wie anschliessend eingehender erläutert wird.

Unter Strom erzeugt der Motor ein Moment Dl, welches über ein Getriebe auf D2 verstärkt wird. Das Drehmoment 65 D2 wird über die Kupplung auf die sehr starke Rückdrehfeder (D5) übertragen. Diese überträgt das gleiche Moment auf die sich drehende Klappe und die Energiespeicherfeder mit den Gegendrehmomenten D3 bzw. D4. Ist die Klappe in der Betriebsendlage am Anschlag, so ändern sich die Momente D4 und D3 nicht mehr. Der Motor dreht weiter und speichert nun, unter geringer Torsionsenergieaufnahme und geringer Formänderung, weitere Energie in der Rückdrehfeder (D5), und zwar solange, bis die Drehmomente den Motor zum Stillstand zwingen. Wird nun die Betriebsspannung zum Motor unterbrochen (Fig. 2), so öffnet sich die «aufgezogene» Rückdrehfeder (D5) entgegen ihrem Aufziehdrehsinn. Bei Beginn dieser Rückwärtsbewegung öffnet sich die Kupplung, indem sich die Umschlingung der Kupplungsfeder (D5) löst. Die Energiespeicherfeder (D4) kann nun mithelfen, bei gelöster Kupplung die Klappe entgegen dem Reibungsmoment D3 in die geschlossene Sicherheitsstellung zurückzu-schwenken.

Im folgenden wird anhand der Fig. 3 die Funktion eines Ausführungsbeispiels beschrieben.

Das Drehmoment D2 wird von einem Getriebe her (nicht dargestellt) auf eine Zahnscheibe 1 übertragen. Die Zahnscheibe 1 ist mit einem Treiber 2 fest verbunden, der seinerseits drehbeweglich auf einer Welle 3 sitzt. Dreht sich die über das Getriebe angetriebene Zahnscheibe 1, so wird eine am Treiber 2 kraftschlüssig festgehaltene Schraubenfeder 4, im entsprechenden Drehsinn gewickelt, mitgedreht. Die drehende Schraubenfeder, als Kupplungsfeder 4 ausgebildet, wird an ihrem anderen Ende an eine Innenschulter eines Gehäuses 5 gepresst und durch dieses Gehäuse 5 durch Kraftschluss vorerst festgehalten bzw. gebremst. Daher zieht sich, am unteren Ende gedreht, am oberen festgehalten, diese Feder 4 beim Drehen des Treibers 2 radial zusammen. Sie umschlingt dann einen Mitnehmer 6 entsprechend fester. Dieser Mitnehmer 6 ist über eine kräftige Rückdrehfeder 7 mit einer Nabe 8 verbunden, die ihrerseits fest auf der Welle 3 sitzt. Die beiden Enden der Feder 7 sitzen drehfest auf den Teilen 6 und 8. Dadurch wird die Welle 3 mitgedreht und das Drehmoment über ein ebenfalls fest mit der Welle 3 verbundenes Zahnrad 9 über ein weiteres Zahnrad oder ein Zahnsegment 10 auf die zu betätigende Klappe, das anzutreibende Element (nicht dargestellt), übertragen. Beim Drehen der Klappe wird gleichzeitig die energiespeichernde Feder gespannt (analog D4). Ist die Klappe in ihrer Arbeitsendstellung an einem Endanschlag angelangt, nimmt die Rückdrehfeder 7 die weitere Antriebsenergie auf, bis der Motor zum Stillstand kommt.

Fällt nun am Motor die Spannung und mithin das die Federn 4 und 7 und die energiespeichernde Feder an der Klappe gespannt haltende Drehmoment weg, so will sich die in den drei Federn gespeicherte Energie entladen. Sie können das nur in gegenläufiger Richtung tun, da die Klappe in ihrer offenen Stellung ansteht. Die wesentlich stärkere Rückdrehfeder 7 dreht daher den Mitnehmer 6 in der umgekehrten Richtung. Da die Kupplungsfeder 4 bei dieser Drehbewegung sich wiederum mit ihrem einen Ende am Gehäuse 5 anlegt und dieses Ende der Feder 4 gegenüber dem andern Ende praktisch als festgehalten wirkt, öffnet sich die Kupplungsfeder 4 und mithin deren Umschlingung 4 um den Mitnehmer 6. Dadurch wird die Kraftübertragung zwischen dem Treiber 2 und dem Mitnehmer 6 gelöst: Die Kupplung 4, 6 ist offen. Das Rückzugsmoment D4 der nicht gezeichneten Energiespeicherfeder reisst die Klappe in ihre Sicherheitsendlage.

Dabei drehen sich nur die Welle 3 mit der Nabe 8, die Rückdrehfeder 7 selbst und der Mitnehmer 6 sowie das Zahnrad 9, das Zahnsegment 10 und die Klappe mit. Der Treiber 2 mit der Zahnscheibe 1 und das ganze daran angekuppelte Getriebe mit dem Motor aber bleiben, da abgekuppelt, stehen.

Die Kupplungsfeder 4 wird bei antreibendem Motor durch den Treiber 2 ebenfalls nach dem Umschlingungsprinzip mitgenommen. Damit ist auch sichergestellt, dass diese Feder 4

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bei Änderung der Drehrichtung nicht zerstört wird, sondern auf dem Treiber 2 schleift.

Wird am Motor wieder Spannung angelegt, so wird erneut über die Zahnscheibe 1, den Treiber 2 und die Kupplungsfeder 4 der Mitnehmer 6 angetrieben, wie dies eingangs beschrieben ist.

Durch das Ausrüsten des Stellmotors mit einer derartigen Kupplungskombination und der zweckmässigen Anbringung einer Energiespeicherfeder oder eines Gewichtes kann jede Luftklappe automatisiert werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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   PATENTANSPRÜCHE tungen — grundsätzlich das gleiche. Das gleiche gilt für die

   1. Vorrichtung zum mechanischen Verbinden eines An- DE-AS 12 06 221, bei der bestimmte Elemente zum Abfangen triebes (1) mit einem anzutreibenden Element, wobei diese von Stossbeanspruchungen vorgesehen sind.

   Verbindung mittels einer als Schlingkupplung wirkenden Die de.qs 21 10 606 benutzt als Grundelement eine Kupplungs-Schraubenfeder (4) erfolgt und ein torsionsenergie- 5 Schlingkupplung) die in Hohlwellen ausgebildet ist. Bei die-

   speicherndes Organ (7) vorgesehen ist, dadurch gekennzeich- ser Druckschrift geht es um die Übertragung eines bestimm-

   net, dass die Kupplungs-Schraubenfeder (4) mit einem Fest- ten Drehmomentes, nach dessen Erreichung die Innen-Schling-

   element (5) kraftschlüssig kuppelbar ist, derart, dass bei an- kupplung gelöst wird.

   triebsentlasteter Abnahme des Antriebsmomentes das ange- , _ , ,. ,

   triebene Element unter Einwirkung des torsionsenergiespei- » Auf dem Gebiete der automatischen elektrischen Betati-chernden Organs (7) als Antrieb in Gegendrehrichtung zum f n§ Luftklappen kommt unter anderem der Anwen-Normaldrehsinn beim Kuppeln wirkt, wodurch die Kupp- dungsfa l vor, dass diese LuftHappe eine bestimmte Sicher-lungs-Schraubenfeder (4) mit dem Festelement (5) kraft- heitsfunktion auszuuben hat. Dies bedeutet dass die Luftschlüssig verbunden wird und sich die Kupplung (4, 6) öff- *laPf unter bf™mten Umstanden eine definierte Sicher-t heitslage einnehmen muss, z. B. die Schliesslage bei Brand-
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch °der Frostgefahr Diese Sicherheitslage muss, z. B. bei Ausfall einen von der Kupplungs-Schraubenfeder (4) mindestens teil- der elektrischen Energie, relativ schnell erreicht werden. Da-weise umschlungenen Mitnehmer (6), welcher bei angetrie- durch ™rlm Plüsch allen Fallen die Spannungsunterbre-bener Vorrichtung mit der Feder (4) kraftschlüssig verbunden tchunS a s SlSnal um die K1f.pe m d}e Sicherheits-und bei abnehmendem Drehmoment von der Feder (4) ge- 20 aSe bringen. Dies bedeutet dass auf irgendeine Art und jöst jst Weise Energie gespeichert werden muss, die, z. B. bei Ausfall
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, der elektrischen Spannung, freigesetzt wird und die Klappe dass in Ruhelage beide Enden der Kupplungsfeder (4) kraft- m die Sicherheitslage bewegt.

   schlüssig befestigt sind. Es gibt, was einen Stellantrieb betrifft, zwei örtliche Mög-
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- 25 lichkeiten dieser Energiespeicherung. Diese erfolgt entweder net, dass das energiespeichernde Organ (7) als vorzugsweise im Stellantrieb selbst, oder ausserhalb des Stellantriebes, d. h. koaxial zur Kupplungs-Schraubenfeder (4) angeordnete Rück- direkt bei der Klappe, insbesondere in Form einer Feder oder dreh-Schraubenfeder (7) ausgebildet ist. eines Gewichtes. Bei der Energiespeicherung im Stellantrieb
5. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü- selbst, wird bei elektrischem Spannungsausfall die Feder, welche, gekennzeichnet durch eine Welle (3), einen mit dieser 30 che die Betätigungsenergie speichert, z. B. über eine Magnetdrehfest verbundenen, vorzugsweise gezahnten, ersten abtrieb- kupplung vom Getriebe abgekuppelt und die freiwerdende seitigen Bauteil (9), einen zweiten, mit der Welle (3) drehfest Energie auf die Klappe übertragen. Es kann auch ohne Kuppverbundenen abtriebseitigen Bauteil (8), welcher mindestens lung gearbeitet werden, wobei durch Lösen einer Bremse oder teilweise von einer als torsionsenergiespeicherndes Organ aus- durch direkte Spannungsunterbrechung des Motors, die gegebildeten, zur Welle (3) koaxialen Rückdreh-Schraubenfeder 35 speicherte Energie frei wird und indirekt über das Motorge-(7) umschlungen ist, deren eines Ende sich auf einem Absatz triebe die Klappe schliesst. Dieses System hat aber den Nach-eines mit diesem Ende kraftschlüssig verbundenen, ringförmi- teil, dass das ganze Getriebe im Falle der Sicherheitsauslösung gen Mitnehmers (6) abstützt, wobei ein weiterer Mantelteil mitgedreht werden muss. Bei Systemen, bei welchen die Ener-von der zur Rückdreh-Schraubenfeder (7) koaxialen Kupp- giespeicherung extern, d. h. ausserhalb des Stellantriebes er-lungs-Schraubenfeder (4) umfasst ist, deren eines Ende im ^ folgt, muss bei Sicherheitsauslösung das ganze Getriebe des Ruhezustand bei offener Kupplung kraftschlüssig mit dem Stellantriebes mitgedreht werden. Daher ist diese Art der Si-als Festelement ausgebildeten Gehäuse (5) und deren anderes cherheitsauslösung auf Klappen mit geringen Drehmomenten Ende, vorzugsweise ständig, kraftschlüssig mit einem Treiber zu deren Bewegen beschränkt.

   (2) verbunden ist. In den letzten Jahren sind, speziell im Bereich der Feuer-

   6 Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 m ei- 45 schutzklappen, verschiedene Ausführungen bekannt geworden, nem Stellantrieb fur eine Sicherheitsklappe m Luftungs- und sie beinhalten in der Grundausrüstung, bedingt durch die rbfem,ZUr Abtriebsseite gehörender Bau- ebenfalls oft geforderte Handbetätigung, bereits das Energie-teil (9, 10) mit der bei gelöster Kupplung sich selbständig m speicherelementin Form einer Torsionsfeder, Zugfeder oder ei-ihre Schliesslage schwenkbaren Klappe verbunden ist. nes Gewichtes. In allen Fällen ist die Stärke dieser Feder der
6. 7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- J() Klappe angepasst.

   net, dass die Klappe oder mit ihr verbundene abtriebseitige

   Bauteile (10, 9) feder- oder gewichtsbelastet ist bzw. sind. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die mit einfachen Mitteln ein schnelles selbsttätiges Entkuppeln ohne Zuhilfenahme von Fremdenergie erlaubt.

   55 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kenn-