CN101103214A - 线性驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种伺服驱动装置(10)，用于借助于在转换机动驱动的小齿轮(32)的转矩的情况下可以纵向移动的切向杆线性致动一种设备，尤其用于供暖—通风—空气调节(HLK)、防火防烟领域的活门或者阀，其中在伺服驱动装置(10)中防扭转地固定按特定定尺剪切的、在其轴向(L)可移动的具有半径(r)的标准螺杆(24)，所述小齿轮(32)与至少一个可自由旋转地支承的驱动轮(36)形状配合地啮合，并且构造弹性的和/或可调节的压紧机构(38、54、64、66)，该压紧机构使得驱动轮(36)和标准螺杆(24)无间隙地啮合。

Description

线性驱动装置
本发明涉及一种用于借助于在转换机动驱动的小齿轮的转矩的情况下可纵向移动的切向杆线性致动一种设备的伺服驱动装置，尤其适用于供暖-通风-空气调节(HLK)、防火防烟领域的活门或阀。
在30多年之前就生产出了用于供暖-通风-空气调节设备(HLK设备)执行机构机动化的电气伺服驱动装置。HLK执行机构保障了经济地调节气体或液体、尤其是空气和水的体积流量。HLK执行机构作为紧凑的单元一般不仅包括驱动装置，也包括压力传感器和调节器，所有这些都统一在一个仪器里面。
通风系统越来越多地使用在建筑物中，尤其是住宅、办公建筑、商业建筑和工业建筑中，一般它都和防火防烟装置组合使用。在通风设备中利用可回转的空气活门进行的体积流量调节起着重要的作用。体积流量通过合适的测量仪器来测量，比如说由Belimo AutomationAG，CH-8340 Hinwil制造的作为紧凑的单元由驱动装置、压力传感器和调节器构成的NMV-D2M，然后将测量值传输给电子装置。
为了使通风系统中的活门或者水管系统中的球阀运动，必须用较低功率的马达致动大面积的或者大体积的调节机构。只有用非常大的减速比才能实现精准和稳定的调节。对于活门回转或者球阀旋转一个锐角或者直角，电动机的轴需要旋转很多圈。在伺服驱动装置中将马达的经过减速的转矩转换成线性运动。
DE 10160056A1描述了由电动机致动的齿轮传动系统，它用于致动供暖、通风和空调系统的活门。马达的蜗杆形构成的轴将转矩传递给蜗杆形构成的轴，传动机构齿轮的制齿啮合在该蜗杆形构成的轴中。可旋转的第二蜗杆具有一个径向稳定单元，该径向稳定单元与光电传感器装置共同作用。整个系统与轴向不可移动的、旋转的蜗轮蜗杆传动机构对准。
US 5836205 A公开了一种带有两个可同步线性移动的齿条的伺服驱动装置，这些齿条由一个小齿轮和四个成对地与小齿轮和齿条形状配合地啮合的圆柱齿轮驱动。齿条是作为特殊制造生产出来的，它的制齿与圆柱齿轮的制齿相匹配，该系统相应比较昂贵。
本发明人的任务是提供一种开头所述类型的伺服驱动装置，其制造和运转成本低，并且应用广泛。
按照本发明，该任务的解决方法是：在伺服驱动装置中不可扭转地固定一个可按具体情况定尺剪切的、在其轴向可移动的、具有半径r的标准螺杆，小齿轮与一个同样可自由旋转地支承的驱动轮形状配合地啮合，并且构造弹性的和/或可调节的压紧机构，其使得驱动轮与标准螺杆无间隙地啮合。伺服驱动装置的特殊和改进的实施方式是从属权利要求的主题。
在市场上，标准螺杆在长度、直径、材料、齿形、螺矩和旋转方向方面有较大的选择余地。特殊螺纹比如说双头螺纹也可以作为可定尺剪切的批量产品获得。简单的标准螺杆比例如根据US 5836205专门生产的齿条价格便宜达二十倍。另外传统的齿条具有按照不同应用情况确定的长度，必须由不同类型的轴承来固定，这额外增加了成本。而根据本发明则相反，不符合使用长度的标准螺杆也可以固定在轴承上，随时可以没有困难的剪切成任何需要的尺寸。
切向移动标准螺杆的驱动轮使通过传动机构施加的转矩转换成线性运动。所以具有一件式构成的圆柱齿轮的驱动轮最好与驱动小齿轮形状配合地啮合。如果圆柱齿轮的节距等于驱动轮的节距的n倍或者1/n倍时，就可以进行毫无困难地组装，其中n＝1，2，3......。
驱动轮最好具有可以精确滚过标准螺杆的几何形状的、凸起弯曲的外壳。由此所述系统在互相压紧时也有很高的灵活性。利用螺母自锁紧的标准螺杆与根据本发明的驱动轮不会自锁紧，另外对污物较不敏感。
引入伺服驱动装置中的标准螺杆超过壳体或者底板的翻转的侧壁，并且在两侧优选具有间隙地穿过钻孔。在标准螺杆的半径r时，钻孔的半径是r+Δr。这样螺杆在横向上是柔性安装的，但有规定的横向力限制，该横向力限制根据伺服驱动装置的使用可大可小。
标准螺杆两端可以具有可松开的并且优选可调节的例如用防松螺母固定的螺母的形式的行程限制机构。利用可以拉出的带弹簧固定机构或者类似的公知的机构的开口销、利用壳体或者底板的翻转的侧壁作为止挡。
标准螺杆的防扭止动器起着重要的作用。最简单的方法就是通过把标准螺杆固定在纵向移动的设备上，该设备一般只能纵向移动而不能旋转。这优选通过可松开的方式实现，比如说与标准螺杆刚性连接的薄板或角型材。
定尺剪切的标准螺杆可以至少在内侧与端面轴向间隔开地压平，这也就是说，标准螺杆的端面的区域在此优选保持不变。在极端的情况下，螺杆的总长度可以减半。这样可以使压紧机构在螺杆上的纵向移动更容易。由此例如也可以普遍使用简单的带有凸起的外侧面的压紧轮。
前面提到的压紧机构可以任意构造，原则上是滑动的，但优选是滚动的。在实际中优选使用至少一个，最好两个间隔开设置的压紧轮实现。这些压紧轮在标准螺杆不变的情况下可选构造凹入的环绕的带制齿的或者不带制齿的圆柱形外壳表面。优选将压紧轮设置在驱动轮对面。但压紧轮也可以位于两个驱动轮之间。
在实际中尤其有以下几种变型方案：
-一个驱动轮，一个压紧轮。这种实施方式允许摆动的标准螺杆。这必须通过横向力限制进行操作，就像提到的，比如说通过钻孔来实现，但也可以通过限制标准螺杆的运动、特别是它的摆动运动的纵向槽缝来实现。
-两个驱动轮，一个压紧轮：如果压紧轮在两个驱动轮之间的中间，它可以发挥最优的作用。这一点也相应适用于一个驱动轮和两个压紧轮的情况。
-两对间隔开设置的驱动轮和压紧轮。这种实施方式在实际中应用最为广泛，它基本不需要横向力限制。
当然也可以使用两个以上的驱动轮和/或压紧轮，但是需要考虑到成本-效果关系。
根据本发明的其它实施方式也可以不使用弹性的压紧轮，方法是在伺服驱动装置的底板和盖板中留出相同构造的槽缝，优选在压紧轮和/或驱动轮的区域中。另外可以如此构造压紧轮，其具有发挥弹簧作用的环绕的环形槽。当然只要保持经济性，这些单个的变型方案可以互相组合。
本发明的优点可以归纳为如下几点：
-代替专用的带制齿的拉杆或者复杂的旋转的蜗轮蜗杆传动机构可以获得成本特别低的、在市场上四处可以买到的标准螺杆，并且可以简单的根据使用定尺剪切。
-商业上常用的标准螺杆的较大的公差通过驱动轮的压紧降低到最低限度，由此实现标准螺杆更高的拉力负荷和压力负荷。
-标准螺杆与驱动轮按本发明的组合没有自锁紧，必要时可以手动插入或拉出标准螺杆。
-通过无间隙性使污物敏感性降低到最低限度，连续的圆柱形的滚动将污物挤出。
-驱动轮的数量可以根据使用改变。一个唯一的驱动轮和压紧轮对形成了一个具有很大的一维运动自由度的万向节式地固定，称为摆动。两个驱动轮实现了在同样侧面负荷的情况下更大的力转移。
-每个伺服驱动装置也可以使用两个或更多个相应的匹配其它部件的标准螺杆。
通过在附图中示出的实施例更详细地解释本发明，这些实施例也是从属权利要求的主题。附图示出：
图1是将盖板取下的伺服驱动装置的透视图；
图2是图1具有盖板的方案；
图3是横向力限制的视图；
图4是抵靠在标准螺杆上的自弹回压紧轮的视图；
图5是图4的切开的俯视图。
图1的伺服驱动装置10包括基本上构造为矩形的底板12。由金属板制成的底板12的两个连接板直角弯曲，并且隐约地构成了侧壁14。在支柱16上固定一个同样由相同的金属板制成的盖板18。所有分别具有一个钻孔22的安装接板20用于固定伺服驱动装置10。
定尺剪切的标准螺杆24具有间隙地通过钻孔26穿入直角弯曲的侧壁14，它在轴向L、它的纵向上是可以自由移动的。钻孔26形成了横向力限制。
在标准螺杆24的端面侧的端部30的区域中设置的两个螺母构成在两侧的轴向L行程限制机构28，比如说各有一个没有示出的防松螺母固定住所述螺母。两个侧壁14形成了所述行程限制机构28的止挡，所述行程限制机构如前面提到的也可以是弹簧固定的开口销。
在底板12和盖板18中支承着一个机动驱动的小齿轮32，它形状配合地啮合在两个驱动轮36的凸出的圆柱齿轮34中，这两个驱动轮可以自由旋转地支承在底板12和盖板18中。
标准螺杆24由两个压紧轮38无间隙地压在具有凹入的拱形的带制齿的外壳37的驱动轮36上。这一点通过可回转地套在螺栓42上的摆动板簧40实现。板簧40的两个端部缠绕压紧轮38的轴44并将其固定。在正常位置板簧40略微张紧。
标准螺杆24的防扭止动器46构造成角形的。防扭止动器46的曲臂48与标准螺杆24刚性相连，另一条曲臂50具有一个钻孔52，该钻孔52用于可松开地固定在可平移移动但不可以旋转的设备上。
图2示出了装有盖板18的伺服驱动装置10。在此图中可以从前面看到可以随着其刚性的轴44自由旋转的压紧轮38。作为压紧机构在底板12和盖板18中设置了槽缝54来替代板簧40(图1)，它在将压紧轮38套装在标准螺杆24时上允许有弹簧作用。槽缝54在两个板12、18中精确重合地设置。压紧轮38在此以与驱动轮36几何形状相应的形状构成，在制齿方面也如此。
根据图2仅仅构造了一个唯一的驱动轮36，它与两个压紧轮38中的一个相对置。与驱动轮36刚性连接的轴56超出盖板18。小齿轮32的具有间隙地穿过钻孔58的驱动轴60(图2)同样是这种情况。
图2没有显示防扭止动器46，它也借助于可平移移动的设备实现，其中标准螺杆24旋入内螺纹中，并且用作为防松螺母的行程限制机构28固定。
图3和4示出了由底板12翻转的侧壁14的视图，它还带有标准螺杆24的径向剖面。具有半径r的标准螺杆24具有间隙地并且与钻孔26以间距Δr同轴地穿过该钻孔26。如果与图2不同只是构造其右侧的压紧轮38，则钻孔26构成标准螺杆24的摆动运动的横向力限制。
图5示出了靠在以径向剖面示出的标准螺杆24上的特殊构造的压紧轮38。轴38关于对称平面E镜面对称。它具有一个环形的槽62，该槽62一直延伸到轴44的区域中。由此形成两个片状的曲臂64、66，它们构成了凹入的环绕的外表面68。在将一件式构成的压紧轮38压在标准螺杆24上时，两个片状的曲臂64、66分别根据压紧力弹性张开，这一点通过双箭头70来表示。另外压紧轮38可以两构件或多构件地构成。在一种沿着平面E分成两部分的压紧轮38中，两个半体通过弹簧力互相压紧。在压紧时克服保持力，曲臂64、66弹性张开。图4示出了弹性的压紧轮的其它变型方案。
在图1、2和5中示出的两个弹性的压紧轮38、槽缝54和弹性的片状的曲臂64、66的形式的压紧机构可以单独构造，或者可以互相组合。
驱动轮36/圆柱齿轮34和/或者压紧轮38由普通的材料制成，如钢或者塑料，这分别取决于比如负荷、使用寿命、灵活性和加工方面的要求。

Claims (10)

1.伺服驱动装置(10)，用于借助于在转换机动驱动的小齿轮(32)的转矩的情况下可以纵向移动的切向杆线性致动一种设备，尤其用于供暖-通风-空气调节(HLK)、防火防烟领域的活门或者阀，其特征在于：在伺服驱动装置(10)中防扭转地固定按特定定尺剪切的、在其轴向(L)可移动的具有半径(r)的标准螺杆(24)，所述小齿轮(32)与至少一个可自由旋转地支承的驱动轮(36)形状配合地啮合，并且构造弹性的和/或可调节的压紧机构(38、54、64、66)，该压紧机构使得驱动轮(36)和标准螺杆(24)无间隙地啮合。
2.按权利要求1所述的伺服驱动装置(10)，其特征在于：所述驱动轮(36)具有精确地滚过标准螺杆(24)的几何形状的、环绕凹入地弯曲的外壳(37)。
3.按权利要求1或2所述的伺服驱动装置(10)，其特征在于：所述两侧伸出的标准螺杆(24)在至少一个端面(30)上具有优选以在伺服驱动装置(10)的壳体或者底板(12)的翻转的侧壁(14)中的具有比标准螺杆(24)大的半径(r+Δr)的钻孔的形式的横向力限制。
4.按权利要求1到3中至少一项所述的伺服驱动装置(10)，其特征在于：所述标准螺杆(24)具有在两侧起作用的尤其是防松螺母或者弹簧固定的开口销的形式的轴向(L)行程限制机构(28)，该行程限制机构抵靠在底板(12)的翻转的侧壁(14)或者壳体上。
5.按权利要求1到4之一所述的伺服驱动装置(10)，其特征在于：构造角形的或者板形的与可以平移移动的设备可松开地连接的防扭止动器(46)。
6.按权利要求1到5之一所述的伺服驱动装置(10)，其特征在于：所述弹性的压紧机构是至少一个具有凹入弯曲地延伸的制齿的或者无制齿的凹入地、扁平地或者凸起地环绕的外壳的压紧轮(38)的形式，其中所述压紧轮(38)优选与驱动轮对置地布置。
7.按权利要求1到6之一所述的伺服驱动装置(10)，其特征在于：每一个或两个驱动轮(36)和压紧轮(38)成对地相互对置放置，其中两个压紧轮(38)优选具有共同的摆动悬挂的板簧(40)。
8.按权利要求1到7之一所述的伺服驱动装置(10)，其特征在于：在底板(12)和盖板(18)中、优选在压紧轮(38)和/或驱动轮(36)的区域中构造相同的槽缝(54)构成压紧机构。
9.按权利要求1到8之一所述的伺服驱动装置(10)，其特征在于：设置压紧轮(38)作为压紧机构，它们具有一个环形的槽(62)和两个限界该槽的片状弹性曲臂(64、66)，该曲臂在压紧到标准螺杆(24)上时张开和/或在多件式构造时通过弹性克服保持力张开，由此发挥弹簧作用。
10.按权利要求1到9之一所述的伺服驱动装置(10)，其特征在于：所述驱动轮(36)与圆柱齿轮(34)构成一体，其与小齿轮(32)形状配合地啮合，其中所述圆柱齿轮(34)的节距是驱动轮(36)的节距的n或1/n倍，其中n＝1，2，3......。
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