CN117295903A - 具有电动驱动电机和制动装置的家具驱动器 - Google Patents

Abstract

一种具有电动驱动电机和制动装置的家具驱动器，其中，驱动电机具有伸出超过电机外壳的输出轴，其中，制动装置具有至少一个制动元件和蓄力器，其中蓄力器向至少一个制动元件的摩擦表面永久施加制动力，并且其中蓄力器和制动元件被构造成一体的，其中：制动元件的摩擦表面与输出轴之间的静摩擦系数或动摩擦系数至少相差1.3倍，并且为驱动电机设置了EMK制动器。

Description

具有电动驱动电机和制动装置的家具驱动器

本发明涉及具有电动驱动电机和用于电动驱动电机的制动装置的家具驱动器，其中驱动电机具有输出轴(Abtriebswelle)，并且制动装置具有至少一个作用在输出轴上的制动元件和蓄力器(Kraftspeicher)，其中蓄力器向制动元件永久地施加制动力，并且其中蓄力器和制动元件彼此被构造成一体的。

电动驱动电机用于各种应用中，包括用于调节家具部件的电动家具驱动器。家具部件例如可以是床或座椅家具的头部部分或足部部分。驱动电机的驱动力通常通过带有下游主轴驱动器的蜗杆传动装置被传递到家具部件。蜗杆传动装置由安装或形成在驱动电机的输出轴上的蜗杆与蜗杆所接合的蜗轮一起形成。蜗杆传动装置具有高摩擦式联锁性的优点，由此可以防止在电机关闭时受到重量负载的家具部件下降。

特别是在护理领域，对自联锁性(Selbsthemmung)的要求很高。例如，即使患者处于不利的位置，病床的床头部分或床脚部分也不能下降。为了满足这些高要求，除了通过蜗杆传动装置联锁之外，可能还有必要提供制动装置，该制动装置在电机停机时制动电机的输出轴，从而可靠地防止家具部件下降。

这种制动装置可以被构造成有源可控制动器，其例如通过机电方式致动以在电机停机时制动电机的输出轴。

可替代地，非有源控制的制动器也可以用于电动驱动电机的输出轴。从文献DE 202004 008 713 U1和DE 20 2004 008 714 U1中已知这类制动器。在这些制动装置中，输出轴会受到轻微的永久制动，该制动在驱动电机运行期间被驱动电机的扭矩克服，但大到仍足以在停机时连同蜗杆传动装置的自联锁，防止电动驱动电机由于可调家具部件的加载而发生意外旋转。

上述文献中提出的制动装置都具有蓄力器装置(例如，弹簧)，其向制动元件永久地施加制动力。例如，制动力将制动元件压向制动转子，该制动转子以抗旋转的方式与电机的输出轴连接。与有源控制的制动装置相比，该制动装置的结构更简单，因此基本上成本更低。然而，该制动装置在制造上也并不是不复杂的，因为必须确保通常由不同材料制成的蓄力器和制动元件彼此牢固连接而不增加制造工作量。

从文献WO 2017/016618 A1中已知一种无源制动装置(passiveBremsvorrichtung)，其中蓄力器和制动元件被构造成一体的。这是基于以下想法：在适当的成形的情况下，制动元件本身可以实现足以施加所需制动力的弹簧效应(Federwirkung)。例如，制动装置可以构造成环形的，其中封闭的环形基体具有中心开口，用于容纳驱动电机的输出轴的一部分。优选地，在基体中引入径向和/或倾斜延伸的以及向内和/或向外开放的切口。由于基体在周向上是封闭的，因此基体可以对穿过中心开口引导的输出轴施加径向作用的制动力。

文献WO 2017/016618 A1中给出的制动装置易于制造且成本低，并且特别成功地用于电动家具驱动器。

本发明的目的是进一步改进上述类型的具有电动驱动电机和制动装置的家具驱动器，以便在操作中仅以低损耗实现静止时尽可能好的制动效果。

该任务通过具有独立权利要求特征的家具驱动器来实现。有利的设计方案和改进方案在从属权利要求中给出。

开篇所述类型的根据本发明的家具驱动器的特征在于，在制动装置中，制动元件的摩擦表面与输出轴之间的静摩擦系数或动摩擦系数至少相差1.3倍，特别是至少相差1.5倍。此外，在家具驱动器中还设置有EMK(电动力)制动器，该制动器例如是通过家具驱动器的控制装置在驱动电机的连接器处引起短路来激活的。

本发明基于以下认识：当配对的制动元件/输出轴的静摩擦系数和动摩擦系数之间存在相对较大的差异时，EMK制动器和无源摩擦制动器的结合实现了特别好的制动特性。例如，这可以通过适当的材料选择和表面特性来实现，其中输出轴通常由实心但未硬化的钢制成。尽可能大的差异会导致驱动电机停机时良好的制动效果和驱动电机旋转时较低的制动效果，从而导致了操作期间的低损耗。

由于利用了再生效应(generatorischer Effekt)，因此驱动电机的转速越高，EMK制动就越有效。因此，借助EMK制动器，驱动电机可以快速从高转速转为低转速。EMK制动器仅需少量组件即可轻松实现。一旦达到低转速，无源制动装置就会起作用，因为相对于动摩擦系数较高的静摩擦系数不仅在输出轴处于静止状态时导致较高的制动效果，而且在低转速和接近静止状态时也会导致较高的制动效果。原因在于，由于制动装置内部的弹性变形，即使在输出轴仍以低转速旋转时，摩擦表面相对于输出轴表面也会出现短暂的静止状态，这就导致从动摩擦过渡到静摩擦。即使在输出轴继续旋转时再次克服了静摩擦，静摩擦效应也会短暂生效，因此平均值要高于纯动摩擦。因此，制动效果实际上高于动摩擦系数的效果。在给定转速下，静摩擦系数与动摩擦系数之间的比例越大，产生这种效果的时间比例就越大。随着时间比例的增加，在输出轴仍在旋转的情况下，由于这种效应而产生的制动效果的增量也会增加。

由于制动装置的动摩擦与静摩擦之间的差异较大，因此形成了制动效果的明显过渡范围，该过渡范围在从低速(即，接近静止状态的转速)到零转速的跨度内延伸。这种明显过渡的跨度在零到1转/秒的范围内。优选地，过渡范围的跨度和物理特征与旋转方向无关，但可替代地并且根据摩擦双方的几何形状和表面特性，根据旋转方向而不同。

特别优选地，家具驱动器被构造成主轴驱动器，特别是主轴升降驱动器。通过主轴，必要时与蜗杆驱动器结合，家具驱动器已经具有较高的自联锁性。结合根据本发明的无源制动装置和EMK制动器的组合，实现了安全制动。

例如，锌或青铜或尽可能耐高温的塑料(例如，PEEK(聚醚醚酮))可以用作制动元件的材料。

上述材料通常情况比常用于输出轴的材料(即，未硬化的实心钢)软，因此输出轴的制动不会导致输出轴的表面损坏。尽管如此，上述材料的硬度足以达到制动效果，且磨损尽可能小，因而使用寿命周期较长。此外，如果同时使用润滑剂等其他介质，这些介质可以涂得很薄，则使用寿命会进一步延长。如果选择得当，润滑剂不会降低静摩擦和动摩擦之间的系数，相反，甚至可以增加该系数。

在家具驱动器的有利的设计方案中，蓄力器和制动元件由相同材料制成，由此可以进一步降低制造成本和制造难度。

在家具驱动器的另一有利的设计方案中，制动装置被构造成环形的，其中封闭的环形基体具有中心开口，用于容纳驱动电机的输出轴的一部分。优选地，在基体中引入径向和/或倾斜延伸的以及向内和/或向外开放的切口。由于基体在周向上是封闭的，因此基体可以对穿过中心开口引导的输出轴施加径向作用的制动力，即无需外部部件的支持。

切口减小了环形基体的材料厚度，从而使基体更容易扩张，并达到所需的弹簧效应。在此，通过切口的数量和深度，可以针对所使用的基体材料设定所期望的弹簧力以及弹簧行程。因此，针对基体可以使用相对较硬且不是特别有弹性的材料，这样尽管施加了制动作用，但基体的磨损很小，并且仍然产生具有足够的弹簧行程和所需的且特别是不太强的弹簧力的弹簧效应。优选地，多个切口可以呈星形布置。优选地，向内开放的切口和向外开放的切口可以在周向上交替出现。

在上述制动装置的环形设计方案中，制动装置可以以简单且节省空间的方式插在输出轴上，靠在电机外壳上，或者可以插入电机外壳中的容纳部中。为了固定制动装置，仅需要防止电机轴的轴向滑动，这可以通过保持突出部或锁定突出部来实现。此外，还必须防止制动装置旋转，这也可以例如通过布置在电机外壳上的锁定突出部或保持突出部来实现。这些突出部例如可以接合在制动装置的基体中的上述切口中。可替代地，可以在基体的外周上布置突出部，这些突出部与布置在例如电机外壳上的保持元件的凹部共同作用，并且使制动装置不可旋转地固定在电机外壳上。保持突出部或锁定突出部或者保持元件可以布置或者形成在电机外壳本身上或电机支架(Motorhalterung)上。

特别有利地，基体的表面本身形成至少一个制动元件的摩擦表面。通过这种方式，实现了制动装置的特别简单的结构，特别是当制动元件由塑料通过注塑工艺制成的情况下。

但可替代地，也可以将至少一个附加环段施加到基体上，该环段指向中心开口。在这种情况下，环段的表面形成至少一个制动元件的摩擦表面。这样，无论基体的材料如何，都可以提供特别适于制动的摩擦表面。

在家具驱动器的另一有利的设计方案中，制动装置被构造在电机支架中或电机支架上，例如电机保持板，或电机法兰容纳部。由此进一步降低了家具驱动器的制造和安装成本。电机法兰容纳部的一种实施方式由家具驱动器的外壳部分或传动箱部分形成，电机通过法兰安装并固定到其上。在此，外壳或传动箱具有制动装置的容纳部。容纳部可以被构造成凹部并且制动装置可以插入其中。制动装置的容纳部具有如上所述的用于制动装置的抗旋转连接和抗旋转保持的突出部或凹部。

可替代地，制动装置也可以以相同优点集成到电动驱动电机中，并且在那里特别地还承担用于输出轴的滑动轴承的功能。特别地，驱动电机的后轴轴承通常不被构造成滚珠轴承，而是被构造成滑动轴承。根据标准提供的滑动轴承可以由根据本发明的具有滑动轴承功能的制动装置代替。

该制动装置可以用于无齿轮驱动电机，其中输出轴是电机的电枢轴。但该制动装置也可以用于有齿轮电机，其中电机和传动机构必要时组成一个单元，并且其中输出轴是齿轮轴(Getriebewelle)。

下面基于示例性实施例并借助于附图更详细地阐述本发明。在附图中：

图1示出了家具驱动器的等距整体视图；

图2以局部分解示图示出了图1的家具驱动器；

图3示出了没有驱动电机的图1的家具驱动器的侧视图；

图4a、图4b分别示出了驱动电机的等距视图，其中制动装置置于驱动电机的输出轴上；

图4c示出了没有制动装置的图4a和图4b的驱动电机的示图；

图5a、图5b分别示出了图4a和图4b的制动元件的俯视图和等距视图；

图6a至图6c分别示出了制动装置的另一实施例的等距视图；以及

图7a、图7b、图8分别示出了制动装置的另一实施例的俯视图。

首先在图1中以等距整体视图示出了电动家具驱动器20。家具驱动器20是所谓的主轴升降驱动器，其中驱动电机1的旋转运动借助于主轴被转换为线性升降运动。

为此，家具驱动器20具有传动箱21，驱动电机1固定在传动箱上。传动箱21设置有安装元件22，这里是安装孔，家具驱动器20通过该安装元件22在一侧与家具联接。

传动箱21上还布置有引导管23或者与引导管23构造成一体，引导管23引导可通过上述主轴来回运动的升降管24。升降管24的自由端也与家具联接，以将运动传递到家具。

图2示出了家具驱动器20的等距局部分解图，图3示出了家具驱动器20的一部分的侧视图。在图3中，驱动电机1被移除以便能够观察传动箱21的区域，驱动电机1被固定在该区域中。

在本实例中，在传动箱21上形成有杯状的电机法兰容纳部25，驱动电机1通过法兰板(参见图4a中的附图标记3)插入到该电机法兰容纳部25中，并且驱动电机1拧紧到该电机法兰容纳部25。如图2所示，驱动电机1本身具有外壳2，输出轴5在传动箱21的方向上伸出超过该外壳2，该输出轴5设置有蜗杆6。当安装驱动电机1时，蜗杆6伸入到传动箱21中并与蜗轮(此处不可见)啮合，蜗轮驱动上述主轴。

在电机法兰容纳部25的中心形成一个凹部，该凹部用作制动环容纳部26并且制动装置10以形状配合的方式插入到该凹部中。制动装置10作用于输出轴5的一段上，如结合图4a、图4b更详细描述的。构造成环形的制动装置10沿着其圆周具有切口12，制动环容纳部26的突出部27接合到该切口12中，以便使制动装置10以抗旋转的方式(drehfest)保持在制动环容纳部26中。

图4a和图4b分别以相同的方式以等距视图示出了具有制动装置10的电动驱动电机1。图4c也以相同的视图示出了没有制动装置的驱动电机1。驱动电机1与图1至图3中的驱动电机类似，并且也可用于图1至图3的家具驱动器20中。

驱动电机1还具有带有法兰板3的外壳2，在法兰板3上有用于驱动电机1的紧固配件此外，用于驱动电机1的输出轴5的轴承4(参见图4c)布置在法兰板3的中心。轴承4可以保持在法兰板3的轴承座中，既可以从外部进入，也可以从外壳2的内部插入。用于输出轴5的类似轴承布置在外壳2的相对侧。在此，设置在法兰板3中的轴承4例如是滚动轴承，例如滚珠轴承或滚子轴承。布置在相对侧的轴承也可以是这种滚动体轴承或滑动轴承。

输出轴5伸出超过法兰板3。输出轴5的端部除了可选配的轴颈外，还设置有蜗杆6。蜗杆6可以是置于输出轴5上的单独部件，或者也可以与输出轴5构造成一体。在轴承4的区域中，输出轴5首先以轴区段7伸出超过法兰板3，然后蜗杆6连接到该轴区段7。轴区段7被构造成具有光滑表面的圆柱形，其中轴区段7的直径至少略微超过蜗杆6的外径。

如图4a至图4c所示，制动装置10在每种情况下都被构造成环形的，并且插到输出轴5上，使得制动装置10基本上靠在法兰板3上并且作用于输出轴5的轴区段7上。

根据图4a和图4b的制动装置10的两个实施例分别在图5a和图5b中更详细地示出。图5a和图5b的上部分分别示出了制动装置10的俯视图，下部分分别示出了制动装置10的等距斜视图。

图4a和图5a中所示的制动装置10具有一体式的基体11。在本实例中，基体由固体金属材料(例如，锌或青铜)制成，或由硬且优选耐热的塑料(例如，PEEK(聚醚醚酮))制成。轴区段7和制动装置10的摩擦表面的材料组合和表面特性被选择成，使得摩擦表面和输出轴之间的静摩擦系数或动摩擦系数至少相差1.3倍，特别是至少相差1.5倍。以聚合物塑料为例，交联度的类型对于该系数的高低也有重要影响。特别地，辐射交联塑料的静摩擦系数相对于动摩擦系数较高。在此，基体11的厚度在几毫米的范围内，因此基本上对应于轴区段7的长度(参见图4c)。

在基体11中引入了从外向内突出的切口12，下文也称为外部切口12。在此，设置有六个外部切口12，它们呈星形均匀分布。由于外部切口12，基体11的外部区域中保留有径向伸出的区段13，该区段13可用于以抗旋转的方式固定制动装置10。例如，可以在区段13上形成突出部，该突出部接合到(相对于驱动电机1的外壳2而言)位置固定的保持槽中。可替代地，也可以通过接合到切口12中的位置固定的突出部(参见图2中的附图标记17)来提供抗旋转的保持，如图2中的实施例所示。

相对于外部切口12偏置的是内部切口15，该内部切口15从中心开口14向外切割基体11。由于外部切口12和内部切口15，制动装置10在径向方向上获得弹簧效应。在中心开口14的区域内的内部切口15之间，保留有基体11的区段，这些区段作为制动元件17压在输出轴5的相应轴区段7上。通过调整内部切口15以及外部切口12的数量和深度，基体11的弹簧效应可以在很大范围内变化，从而满足所需的要求。

在图4b和图5b中，示出了制动装置10的第二实施例。制动装置10的基本结构对应于根据图4a和图5a的第一实施例的基本结构。但与之不同之处在于，外部切口12和内部切口15并非完全径向延伸，而是倾斜地向外或者向内延伸。在可替代的设计方案中，可以规定仅外部切口12或仅内部切口15倾斜地延伸，而其他类型的切口12、15则径向延伸。

通过至少一种类型的切口12、15的倾斜位置，关于输出轴5相对于制动装置10的旋转方向，实现了制动行为的不对称性。根据输出轴5的旋转方向，对制动元件17实现向上或向下影响，从而增强一个方向上的制动效应，而减弱另一个方向上的制动效应。例如，这样可以实现在电动家具驱动器中，在家具部件因重量增加而可能开始降低的方向上受到增强的制动效应。

在图6a至图6c中，分别以等距视图再现了根据本申请的制动装置10的另外三个实施例。这些制动装置10的基本结构也对应于根据图4a和图5a的第一实施例的基本结构，在此明确参考其描述。在这些以及所有后续的实施例中，相同的参考标记表示与前述实施例中相同或作用相同的元件。

在根据图6a的制动装置10中，设置有三个制动元件17，而不是在第一实施例中示出的六个制动元件17，相应地还设置有三个内部切口15和三个外部切口12。原则上，所示的制动装置10也可以被构造成仅具有两个制动元件17，而基本结构和工作模式没有不同。

在基本上也对应于根据图4a和图5a的第一实施例的图6b和图6c中所示的实施例中，设置有五个制动元件17以及相应的五个内部切口15和外部切口12。在图6b的实施例中，基体11在径向方向上的内部比其外边缘更薄。在图6c的实施例中，制动装置10在制动元件的区域中又具有较大的厚度，该厚度例如可以选择为与外部区域的厚度相同。

通过所示的基体11的轮廓，一方面可以实现材料的节省从而实现成本或者重量的降低，另一方面可以影响作用的弹簧力。

可以影响弹簧力的其他参数是制动装置10的总直径(外径)、制动元件17或者内部切口15和外部切口12的数量以及内部切口15或者外部切口12的深度。

在基本上也对应于根据图4a和图5a的第一实施例的图7a和图7b中所示的实施例中，设置有三个制动元件17。

在图7a的实施例中，基体11被构造成封闭环并且其本身被设计成有弹性的。例如，通过基体11的、在制动元件17之间的的弧形连接部分实现了弹性作用。根据图7a的实施例在环形基体11的外周向面上具有向外突出的突出部18，此处为腹板(Steg)形式的突出部，用于抗旋转的连接。在此，每个突出部18与制动元件17有角度偏移，其中该角度偏移为60°，因此突出部18和制动元件17之间是对称布置。但应当指出的是，突出部18相对于制动元件17的位置也可以选择为与此处所示的不同，例如彼此一致且同心地布置。

根据图7b的实施方案在环形基体11的外周向面上具有向内定向的切口13，用于抗旋转的连接。由于切口从外部延伸至制动元件17中，因此在该实施方案中，基体11仍然可以视为封闭的或基本封闭的。例如，根据图7a和图7b的实施方案，示出了三个突出部18或三个向内定向的切口13，其中可替代地，设置有至少一个突出部18或者一个切口13。

图8图示了具有基体11和三个制动元件17的制动装置10的另一可替代设计。这里也是一种环形设计，其中基体11被设置为具有连贯切口的圆盘形环，该切口从中心开口14开始被引入到基体中并且穿过基体直至外周向面。因此，切口可视为内部切口15和外部切口12的组合。此外，在基体11的外周向面上还设置有突出部18，用于防止扭转。仅示例性示出了一个腹板；也可以可替代地设置有更多个腹板。

根据图7a、图7b和图8的实施方案的制动装置的布置和相应抗旋转的连接是根据上述的实施方案来执行的，特此说明。

参考标记

1 驱动电机

2 外壳

3 法兰板

4 轴承

5 输出轴

6 蜗杆

7 轴区段

10 制动装置

11 基体

12 外部切口

13 伸出的区段

14 中心开口(轴容纳部)

15 内部切口

16 弹簧舌

17 制动元件

18 突出部

20 家具驱动器

21 传动箱

22 安装装置

23 引导管

24 升降管

25 电机法兰容纳部

26 制动环容纳部

27 突出部。

Claims (17)

1.一种家具驱动器，具有电动驱动电机(1)和制动装置(10)，

其中，所述驱动电机(1)具有伸出超过电机外壳(2)的输出轴(5)，

其中，所述制动装置(10)具有至少一个制动元件(17)和蓄力器，其中所述蓄力器向所述至少一个制动元件(17)的摩擦表面永久地施加制动力，并且其中所述蓄力器和所述制动元件(17)被构造成一体的，

其特征在于，

所述制动元件(17)的摩擦表面与所述输出轴(5)之间的静摩擦系数或动摩擦系数至少相差1.3倍，并且

为所述驱动电机(1)设置了EMK制动器。

2.根据权利要求1所述的家具驱动器(20)，其中，所述蓄力器和所述制动元件(17)由相同材料制成。

3.根据权利要求1或2所述的家具驱动器(20)，具有至少在外部区域周向封闭的环形基体(11)。

4.根据权利要求2所述的家具驱动器(20)，包括中心开口(14)，所述中心开口具有形成所述制动装置(10)的摩擦表面的内表面。

5.根据权利要求3或4所述的家具驱动器(20)，具有至少一个切口(15)，所述至少一个切口从所述中心开口(14)开始被引入到所述基体(11)中。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的家具驱动器(20)，具有至少一个另外的切口(12)，所述至少一个另外的切口从所述基体(11)的外周开始被引入到所述基体(11)中。

7.根据权利要求5或6所述的家具驱动器(20)，其中，所述基体(11)在每种情况下都具有多个切口(12)和/或多个另外的切口(15)，这些切口呈星形布置。

8.根据权利要求7所述的家具驱动器(20)，其中，所述基体(11)在每种情况下都具有多个切口(12)和多个另外的切口(15)，其中所述切口(12)和所述另外的切口(15)在周向上交替出现。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的家具驱动器(20)，其中，基体(11)由固体材料制成为圆盘状。

10.根据权利要求9所述的家具驱动器(20)，其中，所述基体(11)由锌、青铜或PEEK制成。

11.根据权利要求8或9所述的家具驱动器(20)，其中，所述基体(11)的表面形成所述至少一个制动元件(17)的摩擦表面。

12.根据权利要求8或9所述的家具驱动器(20)，其中，附加的至少一个环段被施加到所述基体(11)上并且指向所述中心开口(14)，其中所述至少一个环段的表面形成所述制动元件(17)的摩擦表面。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的家具驱动器(20)，其中，所述制动装置(10)布置在电机支架中或电机支架上。

14.根据权利要求1至12中任一项所述的家具驱动器(20)，其中，所述制动装置(10)被集成到所述电动驱动电机(1)中。

15.根据权利要求14所述的家具驱动器(20)，其中，所述制动装置(10)被构造成用于所述电动驱动电机(1)的驱动轴(5)的滑动轴承。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的家具驱动器(20)，其中，所述EMK制动器是由所述家具驱动器(20)的控制装置在所述驱动电机(1)的端子处的短路来唤起的。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的家具驱动器(20)，所述家具驱动器被构造成主轴驱动器，特别是主轴升降驱动器。