CH675460A5

CH675460A5 -

Info

Publication number: CH675460A5
Application number: CH257288A
Authority: CH
Inventors: Emil Sigrist; Christoph Kaeser
Original assignee: Landis & Gyr Betriebs Ag
Priority date: 1988-07-06
Filing date: 1988-07-06
Publication date: 1990-09-28
Also published as: DE3827000C2; DE3827000A1

Description

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Beschreibung description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stellantrieb gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to an actuator according to the preamble of claim 1.

Es ist ein Stellantrieb der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art bekannt (DE-OS 2 153 447), bei dem von einem Thermostatteil ein Stössel entgegen der Rückstellkraft des Stellgliedes in die eine Endstellung bewegt wird. Die Rückstellung in die andere Endstellung erfolgt durch die Rückstellkraft des Stellgliedes. Damit solche Thermostatregler fernbedient werden können, z.B. von einem Regelgerät aus, werden sie mit einer Widerstandsheizung ausgerüstet (DE-OS 3 040 151). Solche thermoeleWrischen Stellantriebe sind sowohl für eine stetige Regelung wie auch für eine AUF/ZU-Re-gelung geeignet. An actuator of the type mentioned in the preamble of claim 1 is known (DE-OS 2 153 447), in which a plunger is moved into the one end position against the restoring force of the actuator by a thermostat part. The return to the other end position is carried out by the restoring force of the actuator. So that such thermostat controllers can be operated remotely, e.g. from a control unit, they are equipped with a resistance heater (DE-OS 3 040 151). Such thermoelectric actuators are suitable both for continuous control and for OPEN / CLOSE control.

Es sind auch Stellantriebe bekannt (DE-AS 2 361 398), bei denen ein Elektromagnet einen Stössel in die eine Endstellung bewegt. Auch bei solchen Stellantrieben erfolgt die Rückstellung bei nicht erregtem Magneten durch die Rückstellkraft einer Feder. Ein solcher elektromagnetischer Antrieb eignet sich nur für die AUF/ZU-Regelung. Actuators are also known (DE-AS 2 361 398), in which an electromagnet moves a plunger into one end position. Even with such actuators, the restoration takes place when the magnet is not energized by the restoring force of a spring. Such an electromagnetic drive is only suitable for OPEN / CLOSE control.

Den beiden genannten Stellantrieben ist gemeinsam, dass sie in der einen Endstellung dauernd mit Energie versorgt werden müssen. The two actuators mentioned have in common that they have to be continuously supplied with energy in one end position.

Ein weiterer Stellantrieb ist bekannt, bei dem ein Stössel von einer motorisch angetriebenen Spindel bewegt wird. Die Rückstellung des. Stellgliedes erfolgt mittels einer Feder. Getriebe und Spindel sind so stark untersetzt, dass durch Selbsthemmung eine Rückstellung bei ausgeschaltetem Motor verhindert wird. Die starke Untersetzung hat zur Folge, dass dieser Stellantrieb langsam wirkt und daher nicht als AUF/ZU- Stellantrieb geeignet ist. Another actuator is known in which a plunger is moved by a motor-driven spindle. The actuator is reset by means of a spring. The gearbox and spindle are so strongly reduced that self-locking prevents a reset when the engine is switched off. The strong reduction means that this actuator operates slowly and is therefore not suitable as an OPEN / CLOSE actuator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen AUF/ZU-Stellantrieb zu schaffen, der so wenig Energie benötigt, dass er für Batteriebetrieb geeignet ist, und sich dennoch durch eine kurze Stellzeit auszeichnet. The invention has for its object to provide an OPEN / CLOSE actuator that requires so little energy that it is suitable for battery operation, and yet is characterized by a short actuating time.

Die Erfindung besteht in den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Anprüchen. The invention consists in the features specified in the characterizing part of claim 1. Advantageous refinements result from the dependent claims.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings.

Es zeigen: Show it:

Fig.1 einen schematischen Aufbau von Stellantrieb und Stellglied, 1 shows a schematic structure of the actuator and actuator,

Fig. 2 ein Kraft-Wegdiagramm eines Federsystems, 2 is a force-displacement diagram of a spring system,

Fig. 3 und 4 Schematas elektrischer Steuerungen. 3 and 4 schematics of electrical controls.

In der Fig. 1 sind ein Stellantrieb 1 und ein Stellglied 2 schematisch aufgezeichnet. Beim dargestellten Stellglied 2 handelt es sich um ein Ventil, wie sie z.B. zum Regeln von Radiatoren in Zentralheizungsanlagen eingesetzt werden. Von einem in der Drehrichtung umsteuerbaren Antriebsmotor 3 werden über ein Drehzahlreduktions-Getriebe 4 ein Hebel 5 und zwei Zahnräder 6, 7 angetrieben. Der 1, an actuator 1 and an actuator 2 are schematically recorded. The actuator 2 shown is a valve, such as that e.g. to control radiators in central heating systems. A lever 5 and two gearwheels 6, 7 are driven by a drive motor 3 which can be reversed in the direction of rotation via a speed reduction gear 4. The

Hebel 5 ist mit seinem einen Ende im hier nicht gezeichneten Gehäuse des Stellantriebes 1 gelagert und an seinem anderen Ende mit dem Getriebe 4 im Eingriff. Vom Hebel 5 wird ein Stössel 8, je nach Drehrichtung des Antriebsmotors 3, in der einen oder anderen Längsrichtung bewegt. Der Stössel 8 greift mit mehreren Armen durch eine Scheibe 9 hindurch. An ihrem Ende sind die Armen so zu Anschlägen 11 ausgebildet, dass die Scheibe 9 gegen Herausfallen gesichert ist. Eine vorgespannte Überhubfeder 10, die in einem Hohlraum des Stös-sels 8 geführt ist, stützt sich mit der einen Seite auf den Stössel 8 und mit der anderen Seite auf die Scheibe 9. Durch die Oberhubfeder 10 wird die Scheibe 9 gegen die Anschläge 11 gedrückt. Von der Scheibe 9 wird in der Schliessrichtung die Bewegung des Stellantriebes 1 auf das Stellglied 2 übertragen. Lever 5 is mounted at one end in the housing of the actuator 1, not shown here, and at its other end with the gear 4 in engagement. Depending on the direction of rotation of the drive motor 3, a plunger 8 is moved in one or the other longitudinal direction by the lever 5. The plunger 8 extends through a disk 9 with several arms. At its end, the arms are formed into stops 11 in such a way that the disk 9 is secured against falling out. A prestressed overtravel spring 10, which is guided in a cavity of the plunger 8, is supported on one side on the plunger 8 and on the other side on the disk 9. The top lift spring 10 presses the disk 9 against the stops 11 . The movement of the actuator 1 is transmitted from the disk 9 to the actuator 2 in the closing direction.

Damit das Stellglied 2 dem Stellantrieb 1 in der Oeffnungsrichtung folgen kann, ist im Stellglied 2 eine kräftige Ventilfeder 12 eingebaut, die einen Ven-tilstössel 13 und damit einen Ventilteller 14 in die Oeffnungsstellung drückt. Der Stellantrieb 1 muss in der Schliessrichtung die Kraft der Ventilfeder 12 überwinden. Ohne besondere Massnahmen müsste der Antriebsmotor 3 entsprechend leistungsfähig gewählt oder das Getriebe 4 so untersetzt werden, dass die Stellzeit zu lange würde. Bei beiden Massnahmen würde auch der Energiebedarf entsprechend gross. So that the actuator 2 can follow the actuator 1 in the opening direction, a strong valve spring 12 is installed in the actuator 2, which presses a valve tappet 13 and thus a valve disk 14 into the opening position. The actuator 1 must overcome the force of the valve spring 12 in the closing direction. Without special measures, the drive motor 3 would have to be selected to be correspondingly powerful or the gearbox 4 should be reduced so that the actuating time would be too long. With both measures, the energy requirement would be correspondingly large.

Mit einer Kompensationsfeder 15, welche zwischen einem feststehenden Teil des Stellantriebes 1 und dem Stössel 8 angeordnet ist, wurde nun er-findungsgemäss ein Mittel geschaffen, mit dem die Kraft, mit dem die Ventilfeder 12 auf den Stellantrieb 1 wirkt, weitgehend kompensiert wird. Die Kompensationsfeder 15 wirkt im dargestellten Beispiel ebenfalls auf die Scheibe 9. Die Federkraft der Kompensationsfeder 15 kann durch Verdrehen der Hülse 16, die mit einem Gewinde im Stellantriebsgehäuse geführt ist, eingestellt und damit an die Charakteristik verschiedener Stellglieder 2, d.h. an die Kraft der Ventilfeder 12, angepasst werden. Im Idealfall heben sich die Kräfte der beiden Federn 12 und 15 nahezu auf. In der ZU-Stellung, wenn der Ventilteller 14 blockiert wird, lässt die Überhubfeder 10 einen zusätzlichen Antriebsweg des Stellantriebes 1 zu. Entsprechend ihrer Vorspannkraft wird von der Überhubfeder 10 eine Mindestschliesskraft auf den Ventilteller 14 ausgeübt. Die Federkraft der Überhubfeder 10 und damit die Schliesskraft des Ventiltellers 14 kann weitgehend unabhängig von der Kraft der Ventilfeder 12 gewählt werden. With a compensation spring 15, which is arranged between a fixed part of the actuator 1 and the plunger 8, according to the invention, a means has now been created with which the force with which the valve spring 12 acts on the actuator 1 is largely compensated. The compensation spring 15 also acts on the disc 9 in the example shown. The spring force of the compensation spring 15 can be adjusted by rotating the sleeve 16, which is guided with a thread in the actuator housing, and thus to the characteristics of various actuators 2, i.e. can be adapted to the force of the valve spring 12. Ideally, the forces of the two springs 12 and 15 almost cancel each other out. In the CLOSED position, when the valve plate 14 is blocked, the overtravel spring 10 permits an additional drive path of the actuator 1. A minimum closing force is exerted on the valve plate 14 by the overtravel spring 10 in accordance with its preloading force. The spring force of the overtravel spring 10 and thus the closing force of the valve plate 14 can be chosen largely independently of the force of the valve spring 12.

Um den Stellantrieb 1 in den Endstellungen festzuhalten, wirkt eine Stellfeder 17 auf das Rad 6. Das Rad 6 macht während eines Stellvorgangs eine halbe Umdrehung in der einen oder der anderen Richtung. In der Fig. 1 sind die beiden Endstellungen, die das Rad 6 einnehmen kann, eingezeichnet. Beim Verstellen des Stellantriebes 1 wird die Stellfeder 17 bis zum Totpunkt gespannt. Nach dem Überfahren des Totpunktes wird die in der Stellfeder 17 aufgespeicherte Energie wieder an den Stellantrieb 1 zurückgegeben. Der Antriebsmotor 3 wird also entsprechend entlastet. In order to hold the actuator 1 in the end positions, an actuating spring 17 acts on the wheel 6. The wheel 6 makes half a revolution in one or the other direction during an actuating process. 1 shows the two end positions that the wheel 6 can assume. When adjusting the actuator 1, the actuating spring 17 is tensioned to the dead center. After passing over the dead center, the energy stored in the actuating spring 17 is returned to the actuator 1. The drive motor 3 is thus relieved accordingly.

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In den Federdiagrammen der Fig. 2 sind die Kräfte, die von den einzelnen Federn auf den Antriebsmotor 3 ausgeübt werden, in Abhängigkeit des Stellweges s dargestellt. Mit Z ist die Stellung ZU und mit A die Stellung AUF bezeichnet. In the spring diagrams of FIG. 2, the forces exerted by the individual springs on the drive motor 3 are shown as a function of the travel s. Z is the CLOSED position and A the OPEN position.

Es ist ersichtlich, wie sich die Kraft Fv der Ventilfeder 12 und die Kraft F« der Kompensationsfeder 15 weitgehend aufheben. Durch Einstellen der Kraft Fk der Kompensationsfeder 15 lässt sich der Schnittpunkt der resultierenden Kraft Fr mit der Nullinie wählen. Vorzugsweise wird er so gewählt, dass er sich in der Mitte des Stellweges s befindet. Die Kraft Fr wird dann in der AUF-Stellung positiv und in der ZU-Stellung negativ. Die resultierende Kraft Fr, die auf den Antriebsmotor 3 wirkt, ist wesentlich kleiner, als sie ohne die Wirkung der Kompensationsfeder 15 wäre. It can be seen how the force Fv of the valve spring 12 and the force F «of the compensation spring 15 largely cancel each other out. By adjusting the force Fk of the compensation spring 15, the intersection of the resulting force Fr with the zero line can be selected. It is preferably selected so that it is located in the middle of the travel s. The force Fr then becomes positive in the OPEN position and negative in the CLOSED position. The resulting force Fr, which acts on the drive motor 3, is considerably smaller than it would be without the action of the compensation spring 15.

Gestrichelt ist eingezeichnet, wie die Kraft Fv der Ventilfeder 12 eines zweiten Ventiltyps durch Einstellen der Kraft Fk der Kompensationsfeder 15 derart kompensiert werden kann, dass die auf den Antriebsmotor 3 wirkende resultierende Kraft Fr gleich bleibt. It is shown in broken lines how the force Fv of the valve spring 12 of a second valve type can be compensated for by adjusting the force Fk of the compensation spring 15 such that the resulting force Fr acting on the drive motor 3 remains the same.

Die Kraft Fq der Überhubfeder 10 wirkt erst bei geschlossenem Ventilteller 14. Mit der Kraft Fü wird der Ventilteller 14 in die Schliessstellung gedrückt und in dieser Endstellung eine vorgegebene Mindestkraft auf das Stellglied 2 ausgeübt. The force Fq of the overtravel spring 10 only acts when the valve plate 14 is closed. With the force Fü, the valve plate 14 is pressed into the closed position and a predetermined minimum force is exerted on the actuator 2 in this end position.

Die Stellfeder 17 wirkt mit der Kraft Fs auf den Antriebsmotor 3. Je nach Stellung des Rades 6 wirkt diese Kraft in der einen oder anderen Drehrichtung. Das Federdiagramm zeigt deutlich, wie die Kraft Fs der Stellfeder 17 einerseits der resultierenden Kraft Fr entgegenwirkt, andererseits dem Stellantrieb 1 eine erwünschte Kippcharakteristik verleiht. The actuating spring 17 acts on the drive motor 3 with the force Fs. Depending on the position of the wheel 6, this force acts in one or the other direction of rotation. The spring diagram clearly shows how the force Fs of the actuating spring 17 on the one hand counteracts the resulting force Fr and on the other hand gives the actuator 1 a desired tilting characteristic.

In der Kraft Fj0t sind alle Federkräfte, die auf den Antriebsmotor 3 wirken, zusammengefasst. Es ist ersichtlich, dass der Antriebsmotor 3 durch die Kompensationsfeder 15 wesentlich entlastet wird, so dass der Stellantrieb 1 wenig Energie benötigt, für Batteriebetrieb geeignet ist und sich dennoch durch eine kurze Stellzeit auszeichnet, weil das Getriebe 4 entsprechend wenig untersetzt werden muss. All spring forces acting on the drive motor 3 are combined in the force Fj0t. It can be seen that the drive motor 3 is significantly relieved by the compensation spring 15, so that the actuator 1 requires little energy, is suitable for battery operation and is nevertheless distinguished by a short actuating time because the gear 4 does not have to be correspondingly reduced.

Als weitere Massnahme zur Energieeinsparung schaltet sich der Antriebsmotor 3 über Endschalter ab, die vorteilhaft als Reed-Kontakte 18, 19 ausgebildet sind, sobald eine der beiden Endstellungen erreicht ist. Die Steuerung der Reed-Kontakte 18, 19 erfolgt vom Rad 7 aus. In der Stirnseite des Rades 7 ist eine Steuerkurve 20 eingefügt, die aus drei Kreissegmenten mit drei verschiedenen Radien zusammengefügt ist. Die Kreissegmente sind mit kurzen Übergangsbogen miteinander verbunden. Von der Steuerkurve 20 wird über einen Mitnehmerbolzen ein Steuerhebel 21 bewegt. Entsprechend den drei Radien ist die Bewegung des Steuerhebels 21 unstetig, wenn sich das Rad 7 dreht. Über einen Dauermagneten 22, der am Steuerhebel 21 befestigt ist, werden die Reed-Kontakte 18, 19 geschaltet. In der einen Endstellung ist der Reed-Kontakt 18, in der anderen Endstellung der Reed-Kontakt 19 und in den Zwischenstellungen sind beide Reed-Kontakte 18,19 geschlossen. As a further measure to save energy, the drive motor 3 switches off via limit switches, which are advantageously designed as reed contacts 18, 19 as soon as one of the two end positions is reached. The reed contacts 18, 19 are controlled from the wheel 7. In the front of the wheel 7, a control curve 20 is inserted, which is assembled from three circular segments with three different radii. The circle segments are connected to each other with short transition arches. A control lever 21 is moved by the cam 20 via a driver pin. According to the three radii, the movement of the control lever 21 is discontinuous when the wheel 7 rotates. The reed contacts 18, 19 are switched via a permanent magnet 22 which is attached to the control lever 21. In one end position the reed contact 18 is closed, in the other end position the reed contact 19 and in the intermediate positions both reed contacts 18, 19 are closed.

Die Fig. 3 zeigt das elektrische Schema des Stellantriebes 1. Nicht gezeichnet ist das zugehörige Regelgerät, das durch Umpolen einer zweipoligen Speiseleitung 25 den Antriebsmotor 3 des Stellantriebes 1 steuert. In der Zuleitung zum Antriebsmotor 3 sind zwei Dioden 23, 24 mit umgekehrter Polarität eingefugt. Mit den Reed-Kontakten 18, 19 lässt sich je eine der Dioden 23, 24 kurzschliessen. In den Zwischenstellungen des Stellantriebes 1, wenn beide Reed-Kontakte 18, 19 geschlossen sind, akzeptiert der Stellantrieb den AUF- und den ZU-Befehl. In den Endstellungen, wenn nur einer der beiden Reed-Kontakte 18, 19 geschlossen ist, wird nur der AUF-oder der ZU-Befehl akzeptiert. 3 shows the electrical diagram of the actuator 1. The associated control device, which controls the drive motor 3 of the actuator 1 by reversing the polarity of a two-pole feed line 25, is not shown. Two diodes 23, 24 with reversed polarity are inserted in the feed line to the drive motor 3. One of the diodes 23, 24 can be short-circuited with the reed contacts 18, 19. In the intermediate positions of the actuator 1, when both reed contacts 18, 19 are closed, the actuator accepts the OPEN and CLOSE commands. In the end positions, when only one of the two reed contacts 18, 19 is closed, only the OPEN or CLOSE command is accepted.

Die Fig. 4 zeigt ein zweites elektrisches Schema des Stellantriebes 1. In der einen Zuleitung zum Antriebsmotor 3 sind die Dioden 23, 24 antiparallel eingefügt. Die Dioden 23, 24 lassen sich durch je einen der Reed-Kontakte 18, 19 ein- beziehungsweise ausschalten. Von der Funktion her sind die beiden in den Fig. 3 und 4 gezeichneten Schaltungen gleichwertig. 4 shows a second electrical diagram of the actuator 1. The diodes 23, 24 are inserted antiparallel in the one supply line to the drive motor 3. The diodes 23, 24 can be switched on or off by one of the reed contacts 18, 19. In terms of function, the two circuits shown in FIGS. 3 and 4 are equivalent.

Mit diesen Schaltungen sind einige Vorteile verknüpft: There are several advantages associated with these circuits:

- Der Antriebsmotor 3 schaltet sich selbst ab, sobald eine Endstellung erreicht ist. Dadurch wird der Energiebedarf minimal. - The drive motor 3 switches itself off as soon as an end position is reached. This minimizes the energy requirement.

- Wird eine der Endstellungen infolge eines mechanischen Defektes oder wegen Unterspannung nicht erreicht, so lässt sich der Antriebsmotor 3 auch aus einer beliebigen Zwischenstellung wieder in die Gegenrichtung umsteuern. Der Antriebsmotor 3 blockiert sich nicht selbst. Eine Notregelfähigkeit bleibt erhalten. - If one of the end positions is not reached due to a mechanical defect or due to undervoltage, the drive motor 3 can also be reversed in the opposite direction from any intermediate position. The drive motor 3 does not block itself. An emergency control capability remains.

- Beliebig viele Stellantriebe 1 lassen sich parallel schalten und vom gleichen Regelgerät aus steuern, ohne dass sie sich gegenseitig beeinflussen. - Any number of actuators 1 can be connected in parallel and controlled from the same control unit without influencing each other.

Anstelle des Antriebsmotors 3, des Getriebes 4 und des Hebels 5 kann auch ein andersartiges re-versierbares Antriebselement zur Betätigung des Stössels 8 eingesetzt werden, beispielsweise ein thermoelektrisches Antriebselement oder ein Elektromagnet. Instead of the drive motor 3, the gear 4 and the lever 5, a different type of reversible drive element can also be used to actuate the plunger 8, for example a thermoelectric drive element or an electromagnet.

Claims

1. Actuator (1) for an actuator (2) with a reversible drive element (3) which is coupled to a plunger (8) such that the plunger (8) makes a movement in one or the other longitudinal direction, thereby characterized in that a compensation spring (15) is arranged between a fixed part of the actuator (1) and the plunger (8), which largely compensates for the forces exerted by the actuator (2) on the actuator (1).

2. Actuator (1) according to claim 1, characterized in that a Stelifeder (17) holds the actuator (1) in its two end positions.

3. Actuator (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the spring force of the compensation spring (15) for adaptation to the

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Characteristic of different actuators (2) is adjustable.

4. Actuator (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that an upper stroke spring (10) in one of the two end positions of the actuator (1) exerts a predetermined minimum force on the actuator (2).

5. Actuator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that limit switches for switching off the drive element (3) are formed by two reed contacts (18; 19).

6. Actuator (1) according to claim 5, characterized in that an actuating magnet (21) for the reed contacts (18; 19) via a control curve (20) can be moved continuously.

7. Actuator (1) according to claim 5 or 6, characterized in that the two reed contacts (18; 19) are connected with diodes (23; 24) such that the actuator (1) in the one end position only the command OPEN, only the CLOSE command in the other end position and both commands accepted in the intermediate positions.

8. Actuator (1) according to one of claims 5 to 7, characterized in that in a two-pole feed line (25) of the drive element (3) two diodes (23; 24) are inserted with reversed polarity, each of which by one of the limit switches ( 18; 19) can be short-circuited.

9. Actuator (1) according to one of claims 5 to 7, characterized in that in a pole of a two-pole feed line (25) of the drive element (3) two diodes (23; 24) are inserted antiparallel, which are each by one of the limit switches ( 18; 19) can be switched on or off.

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