CN107850201B - 用于齿条，特别是液压阀的紧凑型电动线性驱动器及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于齿条(3)的电动线性驱动器(1)，包括：步进电机(4)，托板(8)，电机输出齿轮(7)和齿轮组(9)，其中托板(8)、具有电机输出齿轮(7)的步进电机(4)以及齿轮组(9)形成驱动单元(14)，驱动单元(14)与基础壳体(15)一起形成整个壳体(16)，并且其中整个壳体(16)具有用于插入齿条(3)的开口(17)。另外，驱动电子装置(19)优选地固定到托板(8)上，特别是集成到后者，具体地使得电连接件布置在整个壳体(16)的外侧上。另外，步进电机(4)优选地具有转子轴(5)，该转子轴(5)平行于托板(8)布置。在组装过程中仅需几个步骤。属于被驱动装置(2)的齿条(3)可被推入整个壳体(16)的侧向开口(17)，以及被驱动装置(2)可被连接至整个壳体(16)。本发明在装置(2)，特别是液压阀，被驱动和彼此靠近设置的情况下形成特别的优点。根据本发明的线性驱动器可非常紧凑地被制造，例如具有小于50mm的高度(H)，小于50mm的宽度(B)和小于150mm的长度(L)。

Description

用于齿条，特别是液压阀的紧凑型电动线性驱动器及其安装 方法

技术领域

本发明涉及一种用于待驱动装置的齿条的电动线性驱动器。

背景技术

在US 2008/0121830 A1中描述了这种驱动工作的典型示例。在那里，靠在一起的多个液压阀以齿条方式被驱动，为此目的，存在相应的扁平盘形驱动器，每个驱动器分别具有扁平的步进电机。

发明内容

本发明从这个现有技术出发。目标是创造适合US 2008/0121830 A1中描述的工作的紧凑的驱动器，但也用于其他工作。特别是，要避免仅用于一种驱动工作的个别化，从而可以驱动不同的装置。此外，其意图是创造一种结构简单、坚固且易于安装的电动线性驱动器，该线性驱动器可以简单地作为一个单元连接到要被驱动装置以及电力供应和控制系统。

通过根据本发明的电动线性驱动器实现这些目的。在本发明中说明了用于安装该线性驱动器的有利方法。其可以单独地并且在技术上适当地相互组合地应用，有利的改进方案在各自的优选方案中被详细说明。

根据本发明的用于齿条的电动线性驱动器包括以下部件：

- 步进电机，

- 托盘，

- 电机输出齿轮，和

- 齿轮组，

其中所述托板，具有所述电机输出齿轮的所述步进电机以及所述齿轮组形成驱动单元，所述驱动单元与基础壳体一起形成整个壳体，并且其中所述整个壳体具有用于插入所述齿条的开口。通过这种方式，制造了一种易于预装配的线性驱动器，并且只有在组装后才能连接到待驱动装置上。其中，所述托板同时形成用于各种部件和整个壳体的一部分的紧固结构，由此简化了部件的数量和组装。这个构思允许随后在待驱动装置中引导或携带齿条，使得齿条可以自由地插入到整个壳体中。但是，也可能在整个壳体内的提供用于齿条的配对轴承。

在一个优选的实施例中，具有附加的固定到托板上的驱动电子装置，特别是集成到后者，具体地使得电连接件布置在整个壳体（16）的外侧上。电连接件用于提供电压并连接到控制系统，优选通过总线系统实现与控制系统的通信。在这个实施例中，整个壳体因此也包含步进电机的操作所需的电子器件，任选的，包括监控和安全功能。

在进一步优选的实施例中，步进电机具有转子轴，该转子轴平行于托板布置并垂直于待驱动的齿条。这种布置与已知的现有技术的非常扁平的线性驱动器的不同之处在于，转子轴不在整个壳体的最小量方向上，而是与其垂直。在扁平线性驱动器的情况下，没有真正考虑这样的配置，因为人们认为许多应用所需的转矩不能通过具有小直径的步进电机来施加。然而，出乎意料的是，适用于大部分应用和同时适用于高定位精度的转矩，即使使用直径较小的步进电机并且为此齿轮组结合较大的轴向长度即可产生。此外，在托板的平面中还形成了额外的自由空间，除了齿轮组以外，还可以完全容纳驱动电子装置。

优选地，根据本发明的线性驱动器具有齿轮组，该齿轮组具有至少一个具有两个齿轮的齿轮轴以及优选为配对轴承板形式的轴承装置。在这种情况下，齿轮轴可以布置在与步进电机的转子轴平行的方向上，齿轮组的其中一个齿轮与电机输出齿轮啮合，而另一个齿轮可以与齿条啮合，随后插入待驱动装置。只要空间条件允许，齿轮组的传动比可以适用于所需的应用。

在根据本发明的线性驱动器的另一个优选实施例的情况下，基础壳体构造为筒状，并且具有基本上在一个平面中延伸至以筒状基础壳体的盖的形式构造的驱动单元的接口，该接口优选地具有接口密封件。在线性驱动器的典型壳体的情况下，这些部件被安装在筒状壳体中，并且甚至常常如此，在壳体被盖关闭之前，必须安装待驱动装置。根据本发明，基础壳体形成空容积，当同时形成可以说是用于基础壳体的盖的托板被放置时，固定到托板上的部件能被插入该空容积中。这种结构对安装和所需的部件和步骤的数量各种有利。此外，基本上在一个平面中延伸的接口因此可以形成为水平密封件，而基础壳体中的完全独立于该接口的开口可以被设置用于随后连接待驱动装置，任选地，自密封。

优选地，为此目的，筒状基础壳体具有用于插入齿条的侧向开口以及用于使线性驱动器相对于齿条或待被齿条驱动的装置居中的定心装置。该结构允许根据本发明的线性驱动器和待驱动装置以快速和精确地方式组装。该特征尤其在用于驱动紧密布置在一起的液压阀的应用中是有利的，因为在这种布置的情况下，单独的线性驱动器可以在不移除相邻驱动器的情况下进行更换，因为它们易于以齿条的方向从齿条中拔出。

如果需要的话，齿条还可以被配对轴承压靠在变速器的末端齿轮上，这尤其是在如果齿条在输入侧上具有至少一个接口的情况下是有利的。这种具有结合齿条的布置更容易被安装，并且允许线性驱动器和待驱动装置的相互对准的某些偏差。

线性驱动器与待驱动装置之间的紧固优选通过基础壳体上的法兰来实现，该法兰优选地具有法兰密封件，齿条被插入整个壳体的内部并且与齿轮组（但不一定安装在整个壳体内）的末端齿轮相啮合。

根据本发明的线性驱动器的结构提供了可能的非常紧凑的尺寸，其中整个壳体可以是具有高度：长度：宽度比大约为50:130:130的的形状，优选地，具有绝对尺寸：高度小于50mm，长度小于130mm，以及宽度小于130mm。因此，整个壳体在一个平面内具有几乎正方形的形状，并且在垂直于该平面的情况下具有相对较小的高度，这有利于用于驱动彼此相邻布置的多个装置的片式布置。

如上所述，优选使用步进电机，其具有最大直径小于45mm的外部定子并且其以分散的方式布置在托板上，使得驱动电子装置仍然可以布置在其旁边。在这种类型的线性驱动器的典型尺寸的情况下，其使得特别好地利用可用空间。

本发明还涉及一种用于安装线性驱动器特别是如上所述的线性驱动器的方法。该方法包括以下步骤：

- 具有电机输出齿轮的步进电机被紧固到托板上，

- 齿轮组被固定在步进电机和托板上，

- 由此制造的驱动单元与基础壳体组装，以形成整个壳体，使得步进电机和齿轮组位于整个壳体中。

在这种组装类型中只需要几个步骤，因为托板不仅承载单个部件，而且同时构成整个外壳的一部分。

如果在整个壳体组装之前，驱动电子装置也被固定在托板上或者集成到后者中，使得在组装之后，电连接件位于整个壳体的外侧，则本发明的构思特别有利。这样就产生较少的安装步骤的包括其驱动电子装置的成品紧凑型线性驱动器，其只需要随后连接到待驱动装置电压供应装置和控制装置。这发生在整个壳体组装之后，在其内属于被驱动装置的齿条被推入整个壳体的侧向开口中，并且待驱动装置连接到整个壳体。从而合适的定心装置，和任选地法兰密封，确保正确和稳定的连接。

如果将多个线性驱动器依次连接到待驱动装置，特别是彼此相邻或者甚至靠近地设置的液压阀，使得线性驱动器彼此相邻地以片式布置，则本发明提供特别的优点。

附图说明

基于附图更详细地解释本发明的其他细节和示例性的实施例，单独或以特别组合描述的组件也能够以其他技术上合适的组件被使用。

在图中：

图1示出了根据本发明的线性驱动器的示例性实施例的部件在组装之前的分解示意图，

图2示出了根据本发明的设有被驱动装置的线性驱动器的俯视局部剖视图，

图3 示出了根据图1的整个壳体内的布置以及设置在其中的部件的横截面的视图，

图4 示出了在组装之前的驱动单元的机械部件的示意图，

图5 示出了基础壳体和安装的驱动单元在组装之前的侧视图，

图6 示出了完成的已安装的驱动单元的示意性的侧向局部剖视图，

图7 示出了完成的已安装的具有齿条的驱动单元的进一步示例的实施例的示意性局部剖视图，其中齿条由配对轴承引导并设有接口。

具体实施方式

图1以分解图的形式示出了根据用于齿条3的本发明的线性驱动器1的必要部分及其与被驱动装置2结合的动作，齿条3从该驱动装置2突出 。所有图中都保留了各个部分的标示。步进电机4可被固定至托板8上，步进电机4具有固定在其上的定子6、转子轴5和电机输出齿轮7。类似地，齿轮9具有齿轮轴1，齿轮轴1具有固定在其上的第一齿轮11和第二齿轮12，齿轮组9可被连接至托板8。齿轮轴被安装在步进电机4和配对轴承板13之间。驱动电子装置19被附接至托板8或者甚至集成至托板8（托板8和驱动电子装置19形成一个机械单元），具体地，使得其后地电连接件20被布置在壳体16外面，壳体16在托板8和基础壳体15组装之后被制造。只要连接件20布置在基础壳体15的外侧上，必须在驱动电子装置19和连接件20之间产生适当的连接（这里未单独示出），这可以诸如在组装之前通过具有插入式连接件、焊接连接件的电缆等常规技术来实现。显然，在数据线的情况下，应该提供一个尽可能少干扰的运行连接。与步进电机4、齿轮组9和驱动电子装置19一起的托板8，形成一个非常紧凑的驱动单元14，该驱动单元可以插入筒状基础壳体15中，托板8形成一种平盖，该平盖实现与基础壳体15的水平接口23。在组装过程中，为了紧密密封由基础壳体15和托板18组成的整个壳体16，可以在该水平接口23中引入接口密封件24（未示出）。基础壳体15具有侧向开口17，待驱动装置2的齿条3通过侧向开口17插入整个壳体16的内部并且与齿轮组9的第二齿轮12开始接口。在基础壳体15上的定心装置18连同待驱动装置2上的相应配对件确保了齿条3的精确定位，在本示例的实施例中，该齿条3在整个壳体16中不被搬运或引导，但是仅在装置2中被驱动。然而在整个壳体16中，可以在齿条3与第二齿轮12相对的一侧上设置配对轴承。

图2以局部截面示意图示出了根据本发明的线性驱动器1的驱动单元14结合待驱动的装置2在组装状态下的动作。被附接至整个壳体16外部的电连接件20仅需要具有用于控制布置在整个壳体16中的驱动电子装置19的总线系统的电压供给件21和连接件22。

图3再次示出了组装状态下的驱动单元14的结构和尺寸比。可以看出，在步进电机4的安装之后，其定子6的外径D（或者在例如正方形横截面的情况下为相应的横截面宽度）明显小于近似正方形托板8的宽度B或长度L，紧邻步进电机4和齿轮组9，为驱动电子装置19仍留有足够的空间。优选地，定子的轴向长度大约是其直径或横截面宽度的两倍。作为所示典型实施例中的绝对尺寸，存在例如26mm的横截面宽度和例如55mm的定子长度。

与图1类似，图4示出属于根据本发明的驱动单元的部件。

图5示出了前述的附图中还没有示出的整个线性驱动器1的相对扁平的结构形式的侧视图。在这里可以看出，基础外壳15呈筒状，并具有高度H。可以说是悬挂在托板8上的驱动单元14可被从上方插入筒状基础壳体15，从而形成整个壳体16，并且在两个壳体部件8,15之间形成水平接口23。步进电机4的定子6的直径D小于整个外壳16的高度H，但是由于轴向长度相对较长，步进电机4与齿轮组9的组合仍然可以施加这样的线性驱动器1所需的扭矩。图5还示出了涉及现有技术中的其他概念的差异，在现有技术中，步进电机被安装在扁平外壳内。在本发明的情况下，步进电机4的转子轴5并不处于最小长度的方向，即整个壳体16的高度H，而是与其垂直。而且，电机不是首先被装入筒状壳体中，并在整体被盖关闭之前与齿条啮合。在本发明的情况下，在整个外壳16已经关闭之后，齿条3可以通过侧向开口17插入。齿条3被定心装置18带到正确的位置。整个壳体16上的法兰25允许待驱动装置2的紧固。

图6同样示出侧视的局部剖视图，但从与图5不同的方向示出，根据本发明的处于组装状态的线性驱动器1以及指示安装法兰的被驱动装置2，使得其齿条3与齿轮组9的第二齿轮12啮合。显而易见的是，步进电机4的侧向布置不仅为托板8上的驱动电子装置19创建空间，而且还为齿条3的运动的创造大量空间，使得可以实现相对较大的驱动路径。也显而易见的是，基础壳体15的筒状形态以及在基础壳体15和托板8之间的具有指示的接口密封件24的水平接口23。然而，密封件的类型是次要的，以及密封件的类型取决于进行处理的周围环形和温度情况。

图7以与图6相同的视角示出了本发明的进一步示例的实施例，其中齿条3设有一个接口28，最好是一个球形接口，并被一个配对轴承27引导并压靠在齿轮组9的第二齿轮12上。该实施例便于将根据本发明的线性驱动器1与待驱动装置2组装，并且允许这两个部件以一定公差对准，而不限制引导的精度。

根据本发明的线性驱动器可以是非常紧凑的，特别是具有例如大约48mm的高度H、大约120mm的长度L和大约120mm的宽度B的尺寸。因此，根据本发明的线性驱动器特别适合于驱动彼此相邻侧成一排设置的液压阀。即使在一排内部的液压阀上，驱动器也易于更换，并且在集成驱动电子装置的情况下，供电导线的量可以保持少量。然而，根据本发明的线性驱动器也可以毫无困难地用于驱动其他装置，只要后者具有它们自己的合适的内置齿条。

参照列表

1 线性驱动器

2 待驱动装置，液压阀

3 齿条

4 步进电机

5 转子轴

6 定子

7 电机输出齿轮

8 托板

9 齿轮组

10 齿轮轴

11 第一齿轮

12 第二齿轮

13 轴承装置，配对轴承板

14 驱动单元（以盖的形式）

15 基础壳体（筒状）

16 整个壳体

17 开口

18 定心装置

19 驱动电子装置

20电连接件

21 电压供应

22 用于总线系统的连接件

23 接口

24 接口密封件

25 法兰

26 法兰密封

27 配对轴承

28 接口

H 高度

L 长度

B 宽度

D 定子的直径或横截面宽度。

Claims (11)

1.用于齿条（3）的电动线性驱动器（1），其特征在于，包括：

- 步进电机（4），所述步进电机（4）具有电机输出齿轮（7）；

- 托板（8）；

- 齿轮组（9）； 和

- 基础壳体（15）；

其中，所述托板（8）为所述基础壳体（15）的盖的形式，以及

其中所述步进电机（4）固定在所述托板（8）上，并且所述齿轮组（9）固定在所述步进电机（4）和所述托板（8）上形成驱动单元（14），所述驱动单元（14）与所述基础壳体（15）一起形成整个壳体（16），并且其中所述整个壳体（16）具有用于插入所述齿条（3）的开口（17），并且其中所述步进电机（4）具有转子轴（5），该转子轴（5）平行于托板（8）布置并垂直于待驱动的齿条（3），

其中所述齿轮组（9）具有至少一个具有两个齿轮（11,12）的齿轮轴（10）和轴承装置（13），

其中所述齿轮轴（10）平行于所述转子轴（5）布置，

其中所述两个齿轮（11,12）中的第一个与所述电机输出齿轮（7）啮合，所述两个齿轮（11,12）中的第二个与所述齿条（3）啮合，

其中所述步进电机具有定子，所述定子（6）的最大直径（D）或横截面宽度小于45毫米，并且以分散的方式布置在所述托板（8）上，从而可以在所述步进电机（4）旁边布置驱动电子装置（19）。

2.根据权利要求1所述的电动线性驱动器（1），其特征在于，所述驱动电子装置（19）集成到所述托板（8），具体地使得电连接件（20）布置在所述整个壳体（16）的外侧上。

3.根据权利要求1所述的电动线性驱动器（1），其特征在于，所述基础壳体（15）构造为杯状，并且具有基本上在一个平面中延伸至所述驱动单元（14）的接口（23），所述驱动单元（14）包括构造成以所述杯状基础壳体（15）的盖的形式的所述托板（8），所述接口（23）具有接口密封件（24）。

4.根据权利要求3所述的电动线性驱动器（1），其特征在于，所述杯状基础壳体（15）具有用于插入所述齿条（3）的侧向开口作为所述开口（17）以及用于使所述电动线性驱动器（1）相对于所述齿条（3）或待被所述齿条（3）驱动的装置（2）居中的定心装置（18）。

5.根据权利要求3所述的电动线性驱动器（1），其特征在于，所述基础壳体（15）具有法兰（25），所述法兰（25）设有法兰密封件（26），用于附接装置（2），所述装置（2）为具有所述齿条（3）的液压阀。

6.根据权利要求1所述的电动线性驱动器（1），其特征在于，所述整个壳体（16）是具有高度（H）：长度（L）：宽度（B）比大约为50:130:130的扁平结构。

7.根据权利要求1所述的电动线性驱动器（1），其特征在于，所述定子（6）具有横截面宽度小于45mm的正方形横截面。

8.用于安装如权利要求1所述的电动线性驱动器（1）的方法，其特征在于，包括：

- 将所述步进电机（4）紧固到所述托板（8）上；

- 将所述齿轮组（9）固定在步进电机（4）和托板（8）上，

- 将所述驱动单元（14）与所述基础壳体（15）组装，以形成所述整个壳体（16），使得所述步进电机（4）和所述齿轮组（9）位于所述整个壳体中。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述整个壳体（16）组装之前，将驱动电子装置（19）固定在所述托板（8）上，使得在所述整个壳体（16）组装之后，电连接件（20）位于所述整个壳体（16）的外侧。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述整个壳体（16）组装之后，所述电动线性驱动器（1）连接通过所述齿条（3）驱动的装置（2），在其中，所述齿条（3）被推入到所述整个壳体（16）的所述开口中，并且通过所述齿条（3）驱动的所述装置（2）连接所述整个壳体（16）。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

多个电动线性驱动器（1）依次分别连接到多个待驱动装置（2），所述多个电动线性驱动器（1）分别具有多个整个壳体，所述多个整个壳体分别具有多个开口，所述多个电动线性驱动器（1）彼此相邻地以片式并排布置，使得所述多个开口均分别指向多个齿条。

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