CN110486422B - 致动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种致动器，其具有驱动元件、传动部段和致动元件，其中用于驱动致动元件的驱动元件通过传动部段与致动元件具有机械主动连接，致动器还具有复位弹簧，复位弹簧与致动元件具有机械主动连接，以便提供作用在致动元件上的闭合力。传动部段具有至少一个驱动齿轮、传动齿轮和输出齿轮。传动齿轮具有驱动齿轮部段和输出齿轮部段，其中驱动齿轮部段以第一传动功能啮合接合到驱动齿轮中，并且输出齿轮部段还以第二传动功能啮合接合到输出齿轮中。此外，第一传动功能和第二传动功能不同。驱动齿轮、驱动齿轮部段、输出齿轮部段以及输出齿轮布置在同一主动平面中。

Description

致动器

技术领域

本发明涉及一种致动器，其具有驱动元件、传动部段和致动元件，其中用于驱动致动元件的驱动元件通过传动部段与致动元件具有机械主动连接，致动器还具有复位弹簧，为提供作用在致动元件上的闭合力，该复位弹簧与致动元件具有机械主动连接。传动部段具有至少一个驱动齿轮、传动齿轮和输出齿轮（take-off gear wheel）。传动齿轮具有驱动齿轮部段和输出齿轮部段，其中驱动齿轮部段以第一传动功能啮合接合到驱动齿轮中，并且输出齿轮部段以第二传动功能啮合接合到输出齿轮中。第一传动功能和第二传动功能也不同。

背景技术

德国实用新型DE 20 2014 102355 U1公开了一种致动器，其在输出轴上具有作为复位弹簧的圆筒形螺旋弹簧。致动器还包括齿轮系，该齿轮系具有作为输出轴的致动角度的函数的传动比变量。在这种情况下，齿轮系具有渐进式传动装置，其具有第一螺旋带齿部的齿轮和与第一螺旋带齿部的齿轮啮合的第二螺旋带齿部的齿轮。但是，这种齿轮系合的安装深度非常大。

致动器在现代技术中是众所周知的，并且可以用于例如致动或驱动活板（flap）或阀门，特别是用于建筑物的加热、通风或空气调节。致动器主要被实施用于将致动元件从第一致动位置移动到第二致动位置。两个致动位置通常也可形成终止止挡部。通常，第一致动位置可被称为起始位置或休止位置，第二致动位置可被称为致动位置或终止位置。优选地，第一致动位置还可以以一种方式设置，使得一旦致动器处于未被提供动力状态，致动器就通过预张紧的复位弹簧恢复到所述位置。如上面已陈述的，这些类型的致动器通常可用于建筑物中的加热、通风或冷却系统。出于该原因，这些类型的致动器通常需要它们可靠、耐用、低成本、紧凑并且能够大量生产。

如上面已描述的，致动器可以优选地通过复位弹簧进入致动元件的起始或休止位置。根据现有技术，具有多个绕组的至少一个预张紧的涡卷弹簧优选地用作复位弹簧，以便实现尽可能线性的力进展，换句话说，实现由复位弹簧提供的复位力对致动元件的偏转或旋转角度尽可能低的依赖性。多个绕组意味着根据现有技术使用的涡卷弹簧具有所谓的柔和的、特别是平坦的特征曲线。然而，这里的缺点是具有多个绕组的这种类型的涡卷弹簧在机械上是复杂的，并且特别是其重量很高。

发明内容

因此，本发明的目的是至少部分地克服先前描述的致动器的缺点。特别地，本发明的目的是提供和/或改进致动器，该致动器以简单且低成本的方式提供尽可能紧凑的设计和/或具有尽可能线性的力进展的恢复力。

该目的通过根据本发明的致动器实现。本发明的其他的特征和细节由从优选实施方案、说明书和附图产生。

根据本发明的一个方面，该目的通过一种致动器实现，其中驱动齿轮、驱动齿轮部段、输出齿轮部段和输出齿轮布置在同一主动平面（active plane）中。

本发明的致动器可用于例如建筑物中的加热、通风或冷却系统中。为此，本发明的致动器尤其具有驱动元件、传动部段和致动元件。致动元件的运动由驱动元件（例如电动马达，气动或液压提升缸）引起，其中传动部段在驱动元件和致动元件之间建立机械主动连接。致动元件又可以与活板或阀门具有机械主动连接，以便致动该活板或该阀门。而且，可以想到将致动元件至少部分地集成到活板或阀门中。此外，本发明的致动器具有复位弹簧，通过该复位弹簧可以提供作用在致动元件上的闭合力。为此目的，复位弹簧与致动元件具有机械主动连接。以这种方式，例如复位弹簧可以直接布置在致动元件上，但也可以例如布置在传动部段的一部段上，通过该部段，传动部段也在复位弹簧和致动元件之间建立机械主动连接。传动部段可以优选地进一步被实施为齿轮传动装置，特别优选地实施为减速传动装置。作为驱动元件以一速度旋转的电动马达例如可以以这种方式被转换成致动元件的缓慢运动，但是其具有高扭矩。

在本发明的致动器中，提供了被实施用于特定目的的传动部段。传动部段尤其具有驱动齿轮、传动齿轮和输出齿轮。齿轮（特别是传动齿轮）可以被锻造、冲压或实施为例如层压板的组件。也可以设想增材方法（诸如例如激光烧结或3D打印），以便制造齿轮、特别是传动齿轮。该三个所述齿轮尤其具有与彼此的机械主动连接，其中驱动齿轮和传动齿轮以及传动齿轮和输出齿轮每一者成对地彼此啮合。为此目的，传动齿轮尤其具有驱动齿轮部段和输出齿轮部段。对于本发明重要的是，驱动齿轮部段和输出齿轮部段每一个均具有传动功能，其中两个齿轮部段的这些传动功能不同。在本发明意义上的传动功能尤其应理解为相应的齿轮部段和所涉及的另一齿轮的传动比如何随着旋转角度而变化。例如，如果所涉及的齿轮或齿轮节段的形状都是圆形的，那么传动比相对于旋转角度是恒定的。然而，例如在两个椭圆形齿轮或齿轮节段的情况下，传动比并且因此传动功能取决于旋转角度，从而针对不同的旋转角度产生不同的传动比。此外，尤其可以设想传动功能的进一步特定适配，例如用于为特定的旋转角度范围或者显著增加的扭矩（特别是例如在所使用的旋转角度范围的边缘处）提供更高的旋转速度，以便特别牢固地实施致动元件的闭合和/或打开。换句话说，本发明的致动器的传动部段的传动齿轮以一种方式实施，使得其提供两个传动功能，关于与驱动齿轮主动连接的第一传动功能和关于与输出齿轮主动连接的第二传动功能。通过区分这两个传动功能，通过仅仅这一个传动齿轮，可以以一种方式改变传动部段的整体传动功能，对于这种方式，根据现有技术，将需要至少分开的两对齿轮。仅这一点就使本发明的致动器随其具有更大的紧凑性。

此外，根据本发明设置，驱动齿轮、驱动齿轮部段、输出齿轮部段和输出齿轮位于同一主动平面中。换句话说，存在共同的平面，在本发明的意义上被称为主动平面，驱动齿轮、具有其驱动齿轮部段和其输出齿轮部段的传动齿轮以及输出齿轮布置在该平面中。以这种方式可以提供本发明致动器的紧凑性的进一步提高。总的来说，因此可以提供一种特别简单且特别紧凑的本发明的致动器，并且从而其可以提供小的空间要求。

本发明的致动器还可以被实施为复位弹簧提供依赖于旋转角度的复位力的效果，其中为了提供恒定或至少基本恒定的闭合力，带齿部的驱动部段具有第一传动功能和/或输出齿轮部段具有第二传动功能，以用于依赖于复位力至少部分地补偿旋转角度。这种依赖于旋转角度的复位力尤其可以意味着所提供的复位力随着旋转角度而显著变化。对于具有高弹簧硬度的复位弹簧尤其如此。结果可能是致动元件的运动必须抵抗复位弹簧的闭合力在驱动元件上所提供的不成比例且特别是显著依赖于旋转角度的应力。为了至少部分地克服这一点，根据本发明可以设置，驱动齿轮部段的第一传动功能和/或优选地输出齿轮部段的第二传动功能以一种方式实施，使得通过这种同样依赖于旋转角度的传动功能，可以至少部分地补偿复位力的旋转角度依赖性。以这种方式，可以设置，由驱动元件提供的运动能量必须抵消现在依赖于旋转角度或至少基本上依赖于旋转角度的闭合力，由此所提供的驱动元件本身可以更简单地实施。

还可以进一步开发本发明的致动器，使得复位弹簧实施为螺旋弹簧或盘簧。这种类型的螺旋弹簧或盘簧，特别是如果在每种情况下仅存在少量绕组，则具有特别高的弹簧硬度。同时，这种类型的螺旋弹簧或盘簧通常具有高的弹簧硬度，使得尽管其具有少量的绕组，但是已经可以提供期望的闭合力。与现有技术中使用的螺旋弹簧相比，较少数量的绕组转而具有以下优点，这种类型的螺旋弹簧或盘簧可以实施为特别小，轻且节省空间。由此可以提供本发明的致动器所需空间的进一步减小。

此外，本发明的致动器可以被实施为使得，传动齿轮具有至少一个间隔部段，该间隔部段实施成不具有布置在驱动齿轮部段和输出齿轮部段之间的齿部。以这种方式，可以在传动齿轮的周边处将驱动齿轮部段和输出齿轮部段在空间上彼此分开。以这种方式可以安全地避免传动齿轮的串扰（crosstalk）或过度旋转（over rotation），使得可以将驱动齿轮部段进给到输出齿轮和/或将输出齿轮部段进给到驱动齿轮。

优选地，在本发明的致动器中，还可以设置，驱动齿轮部段被实施成圆形节段的形状和/或输出齿轮部段被实施成椭圆节段部段的形状。圆形节段形状的驱动齿轮部段尤其能够提供传动齿轮到剩余的传动部段中的集成，优选地实施为具有圆形齿轮的齿轮装置。椭圆节段形状的输出齿轮部段就其部分而言代表一种特别简单的选择，以用于提供依赖于旋转角度的传动功能，并因此补偿如上所述的复位弹簧的依赖于旋转角度的复位力。特别地，圆形节段形状的带齿部部段的每个传动功能不同于椭圆节段形状的带齿部部段的传动功能。

特别优选地，在本发明的致动器中还可以设置，驱动齿轮部段相对于圆的中心点实施为圆形节段形状，其中传动齿轮的旋转轴线穿过圆的中心点。如上面已经描述的，传动齿轮在实施为齿轮装置的传动部段中的特别简单的集成可以由圆形节段形状的驱动齿轮部段提供。这尤其可以通过传动齿轮的旋转轴线进一步支撑，该旋转轴线穿过被实施为圆形节段形状的该驱动齿轮部段的圆的中心点。传动齿轮至少在覆盖驱动齿轮部段的该旋转角度范围内具有与圆形传动齿轮相同的特性和效果，该圆形传动齿轮作为传动部段的齿轮装置的一部分。

根据本发明的致动器的进一步改进，还可以设置，输出齿轮部段相对于椭圆的中心点被实施为椭圆节段形状，其中椭圆的中心点对应于圆的中心点。在本发明的致动器的这种进一步改进中，现在提供被实施为椭圆节段形状的形状的输出齿轮部段、以及圆形节段形状的驱动齿轮部段。特别地，该椭圆节段形状的输出齿轮部段在这种情况下设置在传动齿轮上，使得椭圆的中心点（对应于输出齿轮部段的椭圆节段）与圆的中心点重合，这同时形成传动齿轮的旋转轴线。这代表了本发明的致动器的传动部段的第一可能的优选替代实施例。

根据本发明的致动器的实施例的第二替代形式，可以进一步设置，输出齿轮部段相对于椭圆焦点被实施为椭圆节段的形状，其中传动齿轮的旋转轴线通过该椭圆焦点。这代表了用于在传动齿轮上设置椭圆节段形状的输出齿轮部段的另一种选择。与上面描述的实施例的形式相反，现在不是椭圆的中心点确定传动齿轮的旋转轴线，而是椭圆焦点中的一个。而且，以这种方式，传动功能可以被定义为可通过相应的输出齿轮完成。

本发明的致动器的这种形式的实施例还可以进一步改进，使得驱动齿轮部段相对于圆的中心点被实施为圆扇形形状，其中圆的中心点对应于椭圆焦点。在本发明的致动器的这种形式的实施例中，也可以特别简单地通过被实施为圆扇形形状的驱动齿轮部段提供到被实施为齿轮装置的传动部段中的集成。椭圆焦点和圆的中心点重合的事实使得在这种形式的实施例中也能够提供上面关于通过圆的中心点的旋转轴线所描述的优点。

在本发明的致动器中还可以设置，输出齿轮具有用于啮合接合到传动齿轮的输出齿轮部段中的带齿部部段并且具有无齿部的自由部段。换句话说，输出齿轮还具有保持无齿部的区域。以这种方式，可以更简单地并且以更节省空间的方式实施输出齿轮。

特别优选地，在本发明的致动器中还可以设置，致动元件至少部分地由驱动齿轮形成。通过致动元件到驱动齿轮中的这种集成或致动元件与驱动齿轮的至少部分一件式或单件式实施例，可以进一步增加本发明的致动器的紧凑性。由此可以提供本发明的致动器的甚至更小的空间要求。

附图说明

本发明的其他优点、特征和细节从下面给出的描述中显现出来，其中单独地描述参考附图的本发明的示例性实施例。在这种情况下，权利要求和说明书中提到的特征每个对于本发明本身或任何给定的组合都可能很重要。具有相同功能和操作方法的元件每一个在图1至3中都具有相同的附图标记。在图中，以示意图：

图1示出了本发明的致动器的第一形式的实施例，

图2示出了本发明的致动器的第二形式的实施例，以及

图3示出了传动功能和复位力的旋转角度依赖性。

具体实施方式

图1示出了本发明的致动器1的第一种可能形式的实施例。在图解的左侧示出了致动元件3的两个可能的旋转角度（0°、90°），其中它们右侧的图示各自示出了特别是传动齿轮20的详细视图。所示的致动器1尤其具有驱动元件2，该驱动元件在该形式的实施例中被实施为电动马达。具有尤其被实施为减速齿轮的齿轮装置的传动部段10可以与致动元件3机械主动连接。同样，复位弹簧4主动连接到致动元件3，复位弹簧4在所示形式的实施例中被实施为螺旋弹簧5。尤其是传动部段10以及其他带齿部的齿轮具有驱动齿轮11、输出齿轮12以及还有传动齿轮20。在两个左侧的图解中，传动齿轮20显示为实线形状。传动齿轮20尤其具有驱动齿轮部段21和输出齿轮部段23。驱动齿轮部段21特别地以其第一传动功能22对应于圆形齿轮，该圆形齿轮同样以虚线和点划线轮廓示出。输出齿轮部段23以其第二传动功能24对应于椭圆形齿轮，该椭圆形齿轮同样以虚线和点划线轮廓示出。在每种情况下的右侧图解中仅示出了所得到的传动齿轮20。特别在所示形式的实施例中，驱动齿轮部段21以及还有输出齿轮部段23每个都通过间隔部段25彼此分开，从而可以避免两个带齿部部段21、23的串扰。特别在所示形式的实施例中，传动齿轮20的旋转轴线41进一步实施为对应于圆形节段形状的驱动齿轮部段21的圆30的中心点以及还有椭圆节段形状的输出齿轮部段23的椭圆31的中心点。因此，输出齿轮12同样被实施为椭圆形状。此外，输出齿轮12同样具有带齿部部段13和被实施为没有齿部的自由部段14。以这种方式可以简化输出齿轮12的制造。第一传动功能22和第二传动功能24不同地实施的事实使得尤其能够提供，传动部段10的整个传动功能22、24仅通过传动齿轮20改变。特别是在这种形式的实施例中，第二传动功能24可以优选地被实施为使得能够补偿或至少可以基本上补偿螺旋弹簧5的依赖于旋转角度的闭合力6。因此，在这种情况下，驱动元件2必须仅抵抗恒定的复位力7或闭合力6驱动，通过该复位力7或闭合力6可以更简单地实施驱动元件2。在右侧进一步表明，驱动齿轮11、传动齿轮20的驱动齿轮部段21和输出齿轮部段23、以及还有输出齿轮12布置在共同的主动平面40中。以这种方式，还可以设置，本发明的整个致动器1以更紧凑的方式实施。

图2示出了本发明的致动器1的另一可能形式的实施例的图解。图2现在示出了致动元件3的旋转角度0°、30°和90°，其中对于旋转角度90°，所得到的传动齿轮20也在右侧的另一图解中示出。与图1中所示的本发明的致动器1的那种形式的实施例相比，传动齿轮20的旋转轴线41现在在此被实施为对应于圆形节段形状的驱动齿轮部段21的圆30的中心点和椭圆节段形状的输出齿轮部段23的椭圆焦点32。这也代表了本发明的致动器1的可能形式的实施例。关于进一步的细节，读者可以参考图1中所示的致动器1的对应类似元件。

图3示出了传动功能22、24两者以及还有对于旋转角度42绘制的闭合力6或复位力7。可以清楚地看出，在所使用的旋转角度范围43中，可以通过依赖于旋转角度的闭合力6或复位力7来近似依赖于旋转角度的传动功能22、24。换句话说，如所示的，可以通过适当选择的传动功能22、24补偿或至少基本上补偿依赖于旋转角度的闭合力6或复位力7。为了获得特别好的补偿，可以进一步为复位弹簧4提供预张紧8。

Claims (11)

1.一种致动器（1），其具有驱动元件（2）、传动部段（10）和致动元件（3），其中用于驱动所述致动元件（3）的所述驱动元件（2）通过所述传动部段（10）与所述致动元件（3）具有机械主动连接，所述致动器（1）还具有复位弹簧（4），所述复位弹簧（4）与所述致动元件（3）具有机械主动连接，以便提供作用在所述致动元件（3）上的闭合力（6），其中所述传动部段（10）具有至少一个驱动齿轮（11）、传动齿轮（20）和输出齿轮（12），所述传动齿轮（20）具有驱动齿轮部段（21）和输出齿轮部段（23），其中所述驱动齿轮部段（21）以传动比随着旋转角度变化的第一传动功能（22）啮合接合到所述驱动齿轮（11）中，并且所述输出齿轮部段（23）还以传动比随着旋转角度变化的第二传动功能（24）啮合接合到所述输出齿轮（12）中，并且其中所述第一传动功能（22）和所述第二传动功能（24）也不同，

其特征在于，

所述驱动齿轮（11）、所述驱动齿轮部段（21）、所述输出齿轮部段（23）以及所述输出齿轮（12）布置在同一主动平面（40）中。

2.根据权利要求1所述的致动器（1），

其特征在于，

所述复位弹簧（4）提供依赖于旋转角度的复位力（7），其中，为提供恒定或至少基本恒定的闭合力（6），所述驱动齿轮部段（21）具有第一传动功能（22）和/或所述输出齿轮部段（23）具有第二传动功能（24），以用于至少部分地补偿所述复位力（7）的旋转角度依赖性。

3.根据权利要求2所述的致动器（1），

其特征在于，

所述复位弹簧（4）被实施为螺旋弹簧或盘簧（5）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的致动器（1），

其特征在于，

所述传动齿轮（20）具有至少一个间隔部段（25），所述间隔部段（25）不具有设置在所述驱动齿轮部段（21）和所述输出齿轮部段（23）之间的齿部。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的致动器（1），

其特征在于，

所述驱动齿轮部段（21）被实施成圆扇形的形状和/或所述输出齿轮部段（23）被实施成椭圆节段的形状。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的致动器（1），

其特征在于，

所述驱动齿轮部段（21）相对于圆（30）的中心点被实施为圆形节段的形状，其中所述传动齿轮（20）的旋转轴线（41）穿过所述圆（30）的所述中心点。

7.根据权利要求6所述的致动器（1），

其特征在于，

所述输出齿轮部段（23）相对于椭圆中心点（31）被实施为椭圆节段的形状，其中所述椭圆中心点（31）对应于所述圆（30）的所述中心点。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的致动器（1），

其特征在于，

所述输出齿轮部段（23）相对于椭圆焦点（32）被实施为椭圆节段的形状，其中所述传动齿轮（20）的旋转轴线（41）穿过该椭圆焦点（32）。

9.根据权利要求8所述的致动器（1），

其特征在于，

所述驱动齿轮部段（21）相对于圆（30）的中心点被实施为圆形节段的形状，其中所述圆（30）的所述中心点对应于所述椭圆焦点（32）。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的致动器（1），

其特征在于，

所述输出齿轮（12）具有用于啮合接合到所述传动齿轮（20）的所述输出齿轮部段（23）中的带齿部的齿轮部段（13）以及不带齿部的自由部段（14）。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的致动器（1），

其特征在于，

所述致动元件（3）至少部分地由所述输出齿轮（12）形成。

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