DE102019117110A1

DE102019117110A1 - Stellantrieb und Verfahren zur Übertragung einer Antriebskraft

Info

Publication number: DE102019117110A1
Application number: DE102019117110.5A
Authority: DE
Inventors: Jörg Isenberg
Original assignee: Auma Riester GmbH and Co KG
Current assignee: Auma Riester GmbH and Co KG
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2020-12-31

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb (1) mit wenigstens einem ersten Antrieb (2) und einer mit dem ersten Antrieb (2) antreibbaren Abtriebswelle (3), wobei die Abtriebswelle (3) mit einem Treibelement (4) verbunden oder gekoppelt ist, wobei der erste Antrieb (2) mit einem Zugelement (5) verbunden oder gekoppelt ist, und wobei das Zugelement (5) auf das Treibelement (4) auf- und abwickelbar ist, so dass ein momentaner Kontakt- und/oder Angriffspunkt (6) zwischen Treibelement und Zugelement definiert ist, wobei ein Rotationszentrum des Treibelements exzentrisch ausgebildet ist, so dass ein Abstand (7) zwischen dem momentanen Kontakt- und/oder Angriffspunkt (6) des Zugelements (5) am Treibelement (4) und einer Rotationsachse (8) bei einer Kraftübertragung vom Zugelement (5) auf das Treibelement (4) variiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb mit wenigstens einem ersten Antrieb und einer mit dem ersten Antrieb antreibbaren Abtriebswelle, wobei die Abtriebswelle mit einem Treibelement verbunden oder gekoppelt ist, wobei der erste Antrieb mit einem Zugelement verbunden oder gekoppelt ist, und wobei das Zugelement auf das Treibelement auf- und abwickelbar ist, so dass ein momentaner Angriffspunkt definiert ist.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Übertragung einer Antriebskraft von einer Abtriebswelle eines Stellantriebes auf einen Abnehmer.
Derartige Stellantriebe, wie eingangs genannt, mit einem ersten Antrieb, der beispielsweise als Federantrieb ausgestaltet sein kann, sind bekannt und werden unter anderem dafür verwendet, um eine Abtriebswelle, die beispielsweise ein Ventil betätigt, anzutreiben.
Nachteilig bei vorbekannten Stellantrieben der eingangs genannten Art kann es sein, dass beispielsweise bei einem Einsatz eines Federantriebes als ersten Antrieb die Charakteristika des auf die Abtriebswelle übertragenen Drehmoments wesentlich von den Antriebseigenschaften des ersten Antriebs abhängen und bestimmt werden. Der momentane Angriffspunkt des Zugelements am Treibelement bleibt dabei in der Regel stets gleich in seinem Abstand zum Drehpunkt des Treibelements. Wird das Zugelement daher auf das Treibelement auf- oder abgewickelt, so kann sich das auf die Abtriebswelle übertragene Drehmoment in Abhängigkeit des Auszuges des Zugelementes ändern. Eine Einstellung eines gewünschten Drehmoments, welches unabhängig von einer Antriebseigenschaft des ersten Antriebs einstellbar ist, ist häufig überhaupt nicht oder nur sehr begrenzt möglich. Zum Beispiel kann sich eine auf ein Zugelement wirkende Zugkraft mit sich verändertem Auszug des Zugelements aus dem ersten Antrieb nichtlinear verändern, was einen Einfluss auf das auf die Abtriebswelle übertragene Drehmoment hat.
Es besteht somit die Aufgabe, die oben genannten Nachteile vorbekannter Stellantriebe auszuräumen, um die Gebrauchseigenschaften eines Stellantriebes der eingangs genannten Art zu verbessern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Insbesondere wird zur Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Stellantrieb der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass sich ein Abstand zwischen dem momentanen Angriffspunkt des Zugelements am Treibelement und einer Rotationsachse bei einer Kraftübertragung vom Zugelement auf das Treibelement verändert. Somit ist es möglich, dass ein gewünschtes Drehmoment an der Abtriebswelle unabhängig von den Antriebseigenschaften des ersten Antriebes einstellbar ist. Beispielsweise kann auf diese Weise bei Federmotoren die mit der Auszugslänge des Zugelements steigende Kraft kompensiert werden. Dies kann dadurch erreicht werden, da sich ein Abstand des Angriffspunkts zu einem Drehzentrum des Treibelements, insbesondere in Abhängigkeit von einer abgewickelten Länge des Zugelements vom Treibelement, also einer Auszugslänge des Zugelements, verändert. Der Angriffspunkt kann dabei, beispielsweise in Abhängigkeit von einer abgewickelten Länge des Zugelements vom Treibelement und/oder einer Auszugslänge des Zugelements sich in Richtung Drehzentrum der Rotationsachse verlagern oder sich davon entfernen. Ein derartig einstellbares Drehmoment kann beispielsweise günstig sein, wenn große Massen in Bewegung gesetzt werden sollen, also ein großes Drehmoment erforderlich ist, während in der Bewegung selbst das erforderliche Drehmoment geringer sein kann.
Der Begriff „Angriffspunkt“ kann sich im Sinne der Erfindung auf einen Kontaktpunkt zwischen Zugelement und Treibelement beziehen. Also insbesondere einen Punkt in welchem das vom ersten Antrieb in Richtung des Treibelements geführte und/oder gespannte Zugelement am Treibelement anliegt und sich anschließend von dem Treibelement löst.
Das Treibelement kann beispielsweise als Treibscheibe oder als Treibtrommel ausgebildet sein.
Nachfolgend werden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben, wobei die Merkmale der Weiterbildungen allein oder in Kombination miteinander mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar sind.
Gemäß einer Weiterbildung kann das Treibelement eine unrunde Form aufweisen. Beispielsweise kann das Treibelement eine ovale Form aufweisen. Durch die unrunde Form des Treibelements ist es möglich, den Abstand zwischen dem momentanen Angriffspunkt des Zugelements am Treibelement und dem Drehmittelpunkt der Rotationsachse zu verändern, wodurch auch eine Einstellung des auf die Abtriebswelle wirkenden Drehmoments möglich ist. Insbesondere kann die Einstellung eines Abstandes somit auf eine durch den ersten Antrieb erzeugte Antriebskraft abgestimmt werden. Die Antriebskraft kann dabei beispielsweise eine Zugkraft sein, die sich mit zunehmendem Auszug des Zugelements verändert. Eine Abstimmung des Abstandes zwischen momentanem Angriffspunkt und Rotationszentrum hat den Vorteil, dass dadurch ein konstantes oder nahezu konstantes und/oder winkelabhängiges Drehmoment einstellbar ist. Dabei kann sich der Begriff winkelabhängig auf einen Winkel beziehen, der zwischen dem Zugelement und einem, insbesondere ortsfesten, Gehäuse des ersten Antriebs eingeschlossen ist.
Alternativ oder ergänzend kann es gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen sein, dass das Treibelement eine, beispielsweise zusammenhängende, Außenkontur hat, auf welche das Zugelement aufwickelbar ist. Das Treibelement kann dabei insbesondere derart ausgebildet sein, dass der momentane Angriffspunkt beim Aufwickeln des Zugelements entlang der Außenkontur wandert. Durch die zusammenhängende Außenkontur kann das Treibelement somit als Trommel ausgebildet sein, so dass ein definiertes Aufwickeln des Zugelements auf das Treibelement besser kontrollierbar ist. Die Außenkontur kann eine unrunde Form des Treibelements definieren, wie sie bereits beschrieben wurde. Der Begriff „Form des Treibelements“ kann sich beispielsweise auf einen Querschnitt des Treibelements beziehen.
Um eine Variation des Abstandes zwischen dem Angriffspunkt des Zugelementes am Treibelement und dem Rotationszentrum der Rotationsachse erreichen zu können, kann es vorgesehen sein, dass eine Rotationsachse (also insbesondere ihr Rotationszentrum) des Treibelements nicht durch einen Massenmittelpunkt des Treibelements verläuft. Sie kann somit beabstandet zu dem Massenmittelpunkt angeordnet sein. Dies ermöglicht eine Ausbildung einer unrunden Form auf einfache Weise.
Gemäß einer Ausgestaltung des Stellantriebs kann der Abstand zwischen dem momentanen Angriffspunkt des Zugelements am Treibelement und einer, beispielsweise der bereits zuvor genannten, Rotationsachse, beispielsweise während einer halben Umdrehung des Treibelements, zunehmend kleiner oder zunehmend größer werden oder variieren, insbesondere kontinuierlich variieren.
Um die Abtriebswelle auf eine zusätzliche Art antreiben zu können, kann gemäß einer Weiterbildung des Stellantriebs vorgesehen sein, dass der Stellantrieb neben dem ersten Antrieb einen zweiten Antrieb aufweist, durch welchen zweiten Antrieb die Abtriebswelle antreibbar ist. Beispielsweise kann es sich bei dem zweiten Antrieb um einen Hauptantrieb und bei dem ersten Antrieb um einen Notantrieb handeln. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Abtriebswelle während eines Normalbetriebes durch den Hauptantrieb angetrieben wird. Fällt der Hauptantrieb aus, so kann durch Inbetriebnahme des ersten Antriebes, also des Notantriebes, ein Notfallbetrieb ermöglicht werden. Somit kann im Notfallbetrieb beispielsweise auch weiterhin gewährleistet werden, dass mittels des Notantriebes ein zumindest in eine Drehrichtung ausführbarer Antrieb der Abtriebswelle möglich ist. Der Notfallbetrieb kann somit dazu verwendet werden, um ein geöffnetes, durch die Abtriebswelle betätigtes Ventil auch bei einem Ausfall des Hauptantriebes zu bestätigen.
Um ein verbessertes, beispielsweise möglichst überlappungsfreies Auf- und Abwickeln des Zugelements auf/vom Treibelement zu ermöglichen, kann das Zugelement bei einem maximalen Auszug in einer vollständigen Wicklung oder in weniger als einer vollständigen Wicklung oder in wenigstens zwei Wicklungen, beispielsweise mehr als zwei Wicklungen, auf das Treibelement aufwickelbar sein. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass die mehreren Wicklungen zueinander beabstandet und/oder in Spiralform ausgebildet sind. Beispielsweise können die mehreren Wicklungen axial beabstandet zueinander verlaufen.
Gemäß einer Weiterbildung des Stellantriebs kann der erste Antrieb als Federantrieb ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann der zweite Antrieb als Federantrieb ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausgestaltung kann der erste Antrieb als ein Elektromotor ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann der zweite Antrieb als Elektromotor ausgebildet sein.
Alternativ oder ergänzend kann es vorgesehen sein, dass es sich bei dem ersten und/oder dem zweiten Antrieb um einen pneumatischen und/oder hydraulischen Antrieb handelt.
Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung kann der erste Antrieb als ein Federantrieb (Federmotor) und der zweite Antrieb als ein Elektroantrieb (Elektromotor) ausgestaltet sein.
Um eine unrunde Rotation des Treibelements erreichen zu können, kann die Rotationsachse des Treibelements in einer Hälfte des Treibelements verlaufen. Insbesondere kann die Rotationsachse nur in einer Hälfte des Treibelements, also beispielsweise beabstandet zu einer Mittellinie, welche das Treibelement in zwei Hälften teilt, verlaufen.
Gemäß einer Ausgestaltung kann die Abtriebswelle um die Rotationsachse des Treibelements rotierbar sein, also insbesondere das gleiche Rotationszentrum aufweisen. Alternativ oder ergänzend dazu kann das Treibelement fest mit der Abtriebswelle verbunden oder sogar einstückig mit dieser ausgebildet sein. Einstückig kann in diesem Zusammenhang beispielsweise monolithisch bedeuten.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann eine Kraftübertragung von einem, beispielsweise dem bereits zuvor genannten, zweiten Antrieb auf die Abtriebswelle unabhängig vom Treibelement erfolgen. Ein Angriffspunkt des zweiten Antriebs oder eines dazwischen geschalteten Getriebes kann also direkt an der Abtriebswelle sein. Dies kann besonders dann vorteilhaft sein, wenn es sich bei dem zweiten Antrieb um einen Elektroantrieb oder einen anderen Antrieb handelt, bei welchem ein gewünschtes, auf die Abtriebswelle wirkendes Drehmoment genauer einstellbar ist.
Gemäß einer Ausgestaltung des Stellantriebs kann zwischen einem, beispielsweise dem bereits zuvor genannten, zweiten Antrieb und der Abtriebswelle ein Getriebe angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass das auf die Abtriebswelle wirkende Drehmoment mittels des Getriebes, insbesondere unabhängig vom zweiten Antrieb, einstellbar ist.
Um eine unnötige Belastung des Antriebes, der außer Betrieb ist, zu vermeiden, kann der erste Antrieb und/oder der zweite Antrieb von der Abtriebswelle abkoppelbar sein. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise bei einem Antrieb der Abtriebswelle mittels des ersten Antriebes der zweite Antrieb abkoppelbar ist und somit nicht über eine Wirkverbindung mit der Abtriebswelle indirekt durch den ersten Antrieb mitbewegt wird. Nach dem gleichen Prinzip kann auch der erste Antrieb abkoppelbar sein, wenn die Abtriebswelle durch den zweiten Antrieb angetrieben wird.
Insofern es sich bei dem ersten Antrieb um einen solchen mit einem Energiespeicher, also beispielsweise einer Feder oder einer galvanischen Zelle, handelt, kann es vorteilhaft sein, wenn der erste Antrieb bis zu einer ersten Position (Speicherposition) mittels des zweiten Antriebs mitbewegt und dadurch Energie gespeichert wird, bis eine ausreichend hohe Energie gespeichert ist, die ausreichend ist, um die Arbeit verrichten zu können, die erforderlich ist, um die Abtriebswelle in eine gewünschte Position verstellen zu können. Nach Erreichen der ersten Position kann eine Entkopplung des ersten Antriebs vorgenommen werden. Fällt beispielsweise der erste Antrieb aus, so kann eine erneute Kopplung des ersten Antriebes mit der Abtriebswelle vorgenommen und die gespeicherte Energie zum Antrieb genutzt werden, indem eine Verstellung des ersten Antriebs in eine zweite Position (Entladungsposition) vorgenommen wird.
Gemäß einer Ausgestaltung kann der erste Antrieb wenigstens ein Rückstellelement aufweisen. Das Rückstellelement kann dabei als Energiespeicher dienen, wie zuvor bereits erläutert wurde. Beispielsweise kann es sich bei dem Rückstellelement um eine Zugfeder und/oder eine Druckfeder handeln. Dabei kann es vorgesehen sein oder auftreten, dass sich eine durch das Rückstellelement erzeugte Rückstellkraft mit einem zunehmenden Auszug des Zugelements, beispielsweise aus einem Gehäuse des ersten Antriebes, verändert.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die bereits erwähnte Außenkontur des Treibelements so gewählt ist, dass eine Abhängigkeit einer Rückstellkraft des Rückstellelements von einer Deformation oder Auslenkung des Rückstellelements kompensiert oder verstärkt oder invertiert ist. Es sind somit beliebige Drehmomentverläufe, die durch das Rückstellelement an der Abtriebswelle bereitstellbar sind, erzeugbar.
Alternativ oder zusätzlich lässt sich durch entsprechende Formgebung der Außenkontur des Treibelements erreichen, dass ein vorhandenes Drehmoment an der Abtriebswelle zu einem gewünschten, beispielsweise optimalen, Aufziehen oder Spannen des Rückstellelements verwendbar ist.
Um mittels des Zugelements hohe Zugkräfte auf das Treibelement übertragen zu können, kann es vorgesehen sein, dass das Zugelement mehrere, relativ zueinander bewegliche Glieder aufweist und/oder zumindest teilweise biegsam und/oder gelenkig ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Zugelement als eine Kette und/oder als ein Kabel ausgestaltet sein. Besonders vorteilhaft kann es zur Übertragung von hohen Zugkräften sein, wenn das Zugelement unelastisch ist.
Um eine bessere Einstellung des Drehmoments und/oder einer Umdrehungsrichtung an der Abtriebswelle vornehmen zu können, kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung zwischen dem Treibelement und der Abtriebswelle ein Getriebe angeordnet sein. Beispielsweise kann es sich dabei um ein einstufiges oder ein zweistufiges Planetengetriebe handeln.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass der Hauptantrieb direkt oder indirekt mit der Abtriebswelle gekoppelt oder verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass der Hauptantrieb zur Übertragung eines vorzugsweise konstanten Drehmoments auf die Abtriebswelle eingerichtet ist. Dabei kann es gemäß einer alternativen oder ergänzenden Weiterbildung vorgesehen sein, dass die Abtriebswelle vom Treibelement abkoppelbar ist, beispielsweise über das zuvor beschriebene Getriebe. Somit kann durch den Hauptantrieb ein Drehmoment auf die Abtriebswelle übertragen werden, ohne dass das Drehmoment auch auf das entkoppelte Treibelement übertragbar ist oder während des Betriebes übertragen wird.
Die oben genannte Aufgabe kann ferner mittels eines Verfahrens gemäß des nebengeordneten Anspruchs gelöst werden. Insbesondere wird erfindungsgemäß zur Lösung der Aufgabe ein Verfahren zur Übertragung einer Antriebskraft von einer Abtriebswelle eines Stellantriebes vorgeschlagen, wobei es sich beispielsweise um einen Stellantrieb handeln kann, wie er hierin beschrieben und beansprucht ist, wobei der Stellantrieb einen Hauptantrieb und einen Notantrieb aufweist, wobei in einem Notbetrieb eine durch den Notantrieb erzeugte Antriebskraft über ein Zugelement auf ein Treibelement übertragen und in ein Abtriebsmoment an der Abtriebswelle umgesetzt wird, wobei ein Abstand zwischen dem momentanen Angriffspunkt des Zugelements am Treibelement und einer Rotationsachse des Treibelements bei einer Kraftübertragung vom Zugelement auf das Treibelement verändert wird. Die zuvor in Bezug auf den Stellantrieb beschriebenen Vorteile gelten somit in analoger Weise für das Verfahren.
Um den Hauptantrieb während eines Betriebes des Notantriebes nicht zu beschädigen, kann eine Abkopplung des Hauptantriebes von der Abtriebswelle vorgenommen werden, bevor eine Kraftübertragung durch den Notantrieb im Notbetrieb erfolgt.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens kann während des Notbetriebes ein konstantes oder wenigstens nahezu konstantes Abtriebsmoment erzeugt werden. Alternativ oder ergänzend dazu kann während einer Anfangsphase und/oder während einer Endphase der Übertragung der Antriebskraft auf den Abnehmer ein gegenüber einer Mittelphase geringeres Abtriebsmoment erzeugt werden. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise dann, wenn das Abtriebsmoment zum Verstellen eines Ventilkörpers eingesetzt wird, ein besonders sanftes Schließen und Öffnen möglich ist, so dass ein Verschleiß des Ventils besser vermeidbar ist. Alternativ oder ergänzend dazu kann während einer Anfangsphase und/oder während einer Endphase der Übertragung der Antriebskraft auf den Abnehmer ein gegenüber einer Mittelphase höheres Abtriebsmoment erzeugt werden.
Die Erfindung wird nun anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher beschrieben, ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch die Kombination der Merkmale einzelner oder mehrerer Ansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen der Ausführungsbeispiele.
Es zeigt:

1 eine vereinfachte schematische Prinzipienskizze eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellantriebes, wobei der erste Antrieb als Federmotor ausgestaltet ist;
2 eine vereinfachte schematische Prinzipienskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellantriebes, mit einem zweiten Antrieb, der auf der Abtriebswelle angeordnet ist;
3 eine vereinfachte schematische Prinzipienskizze eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellantriebes, mit einem zweiten Antrieb, der über ein Getriebe mit der Abtriebswelle verbunden ist, um diese anzutreiben;
4 eine spiralförmige Wicklungsweise der einzelnen, auf dem Treibelement aufgewickelten Wicklungen des Zugelements; und
5 eine zweite Wicklungsweise der einzelnen, auf dem Treibelement aufgewickelten Wicklungen des Zugelements, bei welcher die Wicklungen axial versetzt zueinander aufgewickelt sind,
6 eine vereinfachte schematische Prinzipienskizze eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellantriebes, wobei zwischen der Abtriebswelle und dem Treibelement und/oder zwischen der Abtriebswelle der Rotationswelle ein Getriebe angeordnet ist.

In den 1 bis 3 und 6 ist jeweils ein im Ganzen als 1 bezeichneter Stellantrieb gezeigt.
Der Stellantrieb 1 weist zumindest einen ersten Antrieb 2 auf, durch welchen eine Abtriebswelle 3 des Stellantriebs 1 antreibbar ist, indem ein Drehmoment übertragen wird.
Die Abtriebswelle 3 ist mit einem Treibelement 4 verbunden oder mit dem Treibelement 4 gekoppelt.
Der erste Antrieb 2 ist mit einem Zugelement 5 verbunden oder gekoppelt, so dass durch den ersten Antrieb 2 eine Kraftübertragung auf das Zugelement 5 möglich ist.
Das Zugelement 5 kann durch eine Rotation des Treibelements 4 auf dem Treibelement 4 auf- und abgewickelt werden.
Eine Stelle des Treibelements 4, an welcher das Zugelement 5 vom Treibelement 4 absteht und/oder in Richtung des ersten Antriebs 2 verläuft, ist als ein momentaner Kontakt- und/oder Angriffspunkt 6 definiert. Das Zugelement 5 liegt hier erstmals am Treibelement 4 an.
Ein Abstand 7 zwischen diesem momentanen Angriffspunkt 6 des Zugelements 5 am Treibelement 4 und einer Rotationsachse 8 des Treibelements 4 ist aufgrund der Ausgestaltung des Treibelements 4 bei einer Kraftübertragung vom Zugelement 5 auf das Treibelement 4 veränderbar. Somit ist ein wandernder momentaner Angriffspunkt 6 einrichtbar. Auf diese Weise kann ein gewünschtes Drehmoment mittels des ersten Antriebs 2 auf die Abtriebswelle 3 übertragen werden, ohne dass dabei Einstellungen am ersten Antrieb 2 vorgenommen werden müssen. Die Einstellung des gewünschten Drehmoments ist also unabhängig von einer Drehmomentcharakteristik des Antriebs 2 selbst möglich.
Das Treibelement 4 weist eine unrunde Form auf. Das Treibelement 2 der in den 1 bis 3 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiele hat dabei eine ovale Form, wobei die Rotationsachse 8 des Treibelements 4 exzentrisch angeordnet ist. Aufgrund der außermittigen Anordnung des Rotationszentrums des Treibelements 4 ist es möglich, den Abstand 7 zwischen dem momentanen Angriffspunkt 6 und der Rotationsachse 8, also insbesondere dem Rotationszentrum der Rotationsachse 8, durch eine Rotation des Treibelements 4 zu verändern.
Eine Außenkontur 9 des Treibelements 4 ist derart zusammenhängend ausgebildet, dass dadurch eine Anlagefläche für das auf das Treibelement 4 aufgewickelte Zugelement 5 ausgebildet ist. Weiter ist es möglich, dass die Außenkontur 9 eine Führungseinrichtung aufweist, mittels welcher das Zugelement 5 in einer definierten Weise aufwickelbar ist. Somit ist es möglich, ein Überlappen der Wicklungen 11 des Zugelements 5 auf dem Treibelement 4 zu vermeiden. Durch Überlappungen oder Überschneidungen der einzelnen Wicklungen 11 des Zugelements 5 kann es zu ungewollten Wölbungen und somit zu einer fehlerhaften Einstellung des Abstandes 7 kommen, wodurch auch das gewünschte Drehmoment, dass vom ersten Antrieb 2 auf die Abtriebswelle 3 übertragen werden soll, von einem Idealwert abweicht. Durch die Außenkontur 9 und/oder die dadurch ausgebildete Führungseinrichtung kann somit ein gewünschtes Drehmoment, dass auf die Abtriebswelle 3 übertragen wird, genauer eingestellt werden.
Die Rotationsachse 8 des Treibelements weist ein Rotationszentrum auf, das nicht durch einen Massenmittelpunkt des Treibelements 4 verläuft. Somit wäre es hierbei auch möglich, dass das Treibelement 4 einen runden Querschnitt aufweist, da das Rotationszentrum außermittig angeordnet ist. Weiter ist es möglich, dass ein Querschnitt des Treibelements 4 eine andere Form, beispielsweise eine, wie in den 1 bis 3 gezeigt ist, unrunde, insbesondere ovale Form aufweist.
Der Stellantrieb 1 weist einen zweiten Antrieb 10 auf, durch welchen die Abtriebswelle 3 ebenfalls antreibbar ist. Die Abtriebswelle 3 kann somit durch wenigstens zwei Antriebe 2, 10 angetrieben werden. Dies hat den Vorteil, dass eine Redundanz eingerichtet ist, so dass beim Ausfall eines der Antriebe 2, 10 ein Drehmoment durch den weiteren Antrieb 2, 10 auf die Abtriebswelle 3 übertragbar ist.
Wie in den 1 bis 3 und 6 gezeigt ist, kann der zweite Antrieb 10 als ein Hauptantrieb 23 und der erste Antrieb 2 als ein Notantrieb 24 eingerichtet sein. Beispielsweise kann der als Hauptantrieb 23 ausgebildete zweite Antrieb 10 ein Elektroantrieb 14 sein. Die Abtriebswelle 3 wird somit im Normalbetrieb mittels des zweiten Antriebs 10 angetrieben.
Kommt es zu einer Störung, durch welche der zweite Antrieb 10 außer Betrieb genommen werden muss, so kann in einen Notbetrieb durch Inbetriebnahme des ersten Antriebs 2 umgeschaltet werden. Der erste Antrieb 2 ist hier als ein Federantrieb 13 ausgebildet. Mittels des ersten Antriebs 2, der hier als Notantrieb 24 ausgebildet ist, kann dann im Notbetrieb ein Drehmoment auf die Abtriebswelle 3 übertragen werden, beispielsweise um ein Ventil als Abnehmer, welches durch die Abtriebswelle 3 betätigt wird, zu schließen oder zu öffnen.
In den 1 bis 3 und 6 ist eine Ausgangslage des Stellantriebes 1 dargestellt. Wird die Abtriebswelle 3 mittels des zweiten Antriebs 10 angetrieben, kommt es zu einer Auslenkung des Zugelements 5 nach unten, da der momentane Angriffspunkt 6 von einer am weitesten von der Rotationsachse 8 entferntesten Position näher in Richtung der Rotationsachse wandert. Während einer halben Umdrehung des Treibelements 4 wird der Abstand 7 zwischen dem momentanen Angriffspunkt 6 des Zugelements 5 am Treibelement und der Rotationsachse 8 somit zunehmend kleiner. Dadurch ist es möglich, ein gewünschtes Drehmoment winkelabhängig einzustellen. Dabei kann es sich um eine Abhängigkeit eines Winkels zwischen den unterschiedlichen Auslenkungen des Zugelements 5 vom ersten Antrieb 2 handeln. Verringert sich der Abstand 7, so vergrößert sich beispielsweise der Winkel und gleichzeitig verringert sich das auf die Abtriebswelle 3 übertragene Drehmoment.
Bei einem maximalen Auszug des Zugelements 5 aus einem Gehäuse 20 des ersten Antriebs 2 kann das Zugelement 5 in wenigstens einer vollständigen Wicklung 11 oder in weniger als einer vollständigen Wicklung 11 oder in wenigstens zwei Wicklungen 11 auf das Treibelement 4 aufgewickelt sein. Bei mehreren Wicklungen 11 kann es vorgesehen sein, dass diese axial zueinander beabstandet (siehe 4 und 5) und/oder in Spiralform 12 (siehe 4) angeordnet sind. Dies hat, wie oben bereits erwähnt, den Vorteil, dass der Abstand 7 genauer definierbar ist, da Überlappungen der einzelnen Wicklungen 11 des Zugelements 5 besser vermeidbar sind.
Der erste Antrieb 2 kann einen Energiespeicher 21 aufweisen. Der Energiespeicher kann dabei in einem Gehäuse 20 des ersten Antriebs 2 eingehaust sein, um diesen vor äußeren Einflüssen zu schützen. Wie in den 1 bis 3 gezeigt ist, kann es sich bei dem ersten Antrieb 2 um einen Federantrieb 13 mit einem Rückstellelement 17 handeln. Das Rückstellelement 17 kann beispielsweise eine Feder 22 sein. Geeignete Federn können dabei Zug- oder Druckfedern sein.
Durch die besondere Ausgestaltung des Stellantriebs 1, bei welcher der Abstand 7 zwischen dem momentanen Angriffspunkt 6 und der Rotationsachse 8 veränderlich ist, kann eine Veränderung der Federkraft in Abhängigkeit einer Einfederung der Feder ausgeglichen werden. Aus diesem Grund ist es möglich, dass Federantriebe 13 mit einer Feder 22 verwendbar sind, wobei die Feder 22 eine progressive, lineare oder degressive Federkennlinie aufweisen kann.
Das Rotationszentrum der Rotationsachse 8 des Treibelements 4 ist bei den in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispielen ausschließlich in einer Hälfte 15 des Treibelements angeordnet, verläuft also nur durch eine Hälfte 15.
Bei den gezeigten Ausgestaltungen des Stellantriebs 1 ist jeweils vorgesehen, dass die Abtriebswelle 3 mit der Rotationsachse 8 des Treibelements zusammenfällt, so dass die Abtriebswelle 3 und das Treibelement 4 ein Zusammenfallen des Rotationszentrums aufweisen. Das Treibelement 4 kann somit als Teil der Abtriebswelle 3 ausgestaltet oder drehfest mit dieser verbunden sein.
Dies hat zur Folge, dass das Treibelement 4 zusammen mit der Rotationsachse 8 um ein Rotationszentrum rotierbar ist, wenn der zweite Antrieb 10 in Betrieb genommen ist, also der Stellantrieb 1 im Normalbetrieb läuft. Somit ist es möglich, dass im Normalbetrieb eine Kraftübertragung von der Abtriebswelle 3 über das Zugelement 5 auf den Energiespeicher 21 des ersten Antriebs 2 erfolgt. Somit kann es zu einer Energiespeicherung mittels des Energiespeichers 21 im ersten Antrieb 2 kommen, während der Stellantrieb 1 mittels des zweiten Antriebs 10 in Betrieb ist.
Fällt der zweite Antrieb 10 aus, so kann die im Energiespeicher 21 gespeicherte Energie dazu verwendet werden, um im Notbetrieb mittels des ersten Antriebs 2 eine Kraft über das Zugelement 5 auf die Abtriebswelle 3 zu übertragen und in ein Drehmoment umzusetzen.
Eine Kraftübertragung mittels des ersten Antriebs 2 auf die Abtriebswelle 3 kann somit während des Notbetriebes unabhängig vom zweiten Antrieb 10 erfolgen. Darüber hinaus ist im Normalbetrieb auch eine Kraftübertragung mittels des zweiten Antriebs 10 auf die Abtriebswelle 3 unabhängig vom ersten Antrieb 2 möglich.
Während des Normalbetriebs mittels des zweiten Antriebs 10 kann es vorgesehen sein, dass der erste Antrieb 2, beispielsweise durch Abkoppeln des Zugelements 5 vom Treibelement 4, von der Abtriebswelle 3 abkoppelbar oder abgekoppelt ist.
Um Schäden am zweiten Antrieb 10 während eines Notbetriebs mittels des ersten Antriebs 2 zu vermeiden, kann es vorgesehen sein, dass der zweite Antrieb 10 von der Abtriebswelle 3 abkoppelbar ist.
Zwischen dem zweiten Antrieb 10 und der Abtriebswelle 3 kann beispielsweise ein Getriebe 16 zwischengeschaltet sein, wie bei der Ausführungsvariante aus 3 gezeigt ist. Mittels des Getriebes 16 kann ein auf die Abtriebswelle 3 durch den zweiten Antrieb 10 übertragenes Drehmoment eingestellt werden. Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass der zweite Antrieb 10 durch Auskoppeln des Getriebes 16 von der Abtriebswelle 3 abkoppelbar ist.
Um eine bessere Einstellung des Drehmoments und/oder einer Umdrehungsrichtung an der Abtriebswelle 3 vornehmen zu können, kann gemäß der Ausführungsvariante aus 6 zwischen dem Treibelement 4 und der Abtriebswelle 3 ein Getriebe angeordnet sein. Beispielsweise kann es sich dabei um ein einstufiges oder ein zweistufiges Planetengetriebe handeln
Das Zugelement 5 kann beispielsweise als eine Kette 18 und/oder als ein Kabel 19 ausgestaltet sein. Dadurch ist es möglich, das Zugelement 5 besonders robust und reißfest auszugestalten, so dass die Übertragung von großen Zugkräften möglich ist.
Der Stellantrieb 1 eignet sich somit zur Durchführung eines Verfahrens zur Übertragung einer Antriebskraft von der Abtriebswelle 3 des Stellantriebes 1 auf einen Abnehmer, beispielsweise einen vom Stellantrieb 1 unabhängigen Abnehmer. Der Stellantrieb 1 weist hierzu den Hauptantrieb 23 und den Notantrieb 24 auf, wobei im Notbetrieb eine durch den Notantrieb 24 erzeugte Antriebskraft über das Zugelement 5 auf das Treibelement 4 übertragen und in ein Abtriebsmoment an der Abtriebswelle 3 umgesetzt wird. Der Abstand 7 zwischen dem momentanen Angriffspunkt 6 des Zugelements 5 am Treibelement 4 und der Rotationsachse 8 des Treibelements wird dabei bei einer Kraftübertragung vom Zugelement 5 auf das Treibelement 4 verändert. Hierbei kommt es daher zu einer vom Abstand 7 abhängigen Einstellung des auf die Abtriebswelle 3 wirkenden, gewünschten Drehmoments.
Somit ist es beispielsweise möglich, dass während des Notbetriebs ein konstantes oder wenigstens nahezu konstantes Abtriebsmoment durch die Abtriebswelle 3 erzeugt wird. Weiter kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass während einer Anfangs- oder Anlaufphase des Stellantriebes 1 und/oder während einer Endphase der Übertragung der Antriebskraft auf den Abnehmer ein gegenüber einer Mittelphase geringeres Abtriebsmoment erzeugt wird. Umgekehrt ist es ebenso möglich, dass während des Notbetriebs während einer Anfangsphase und/oder während einer Endphase der Übertragung der Antriebskraft auf den Abnehmer ein gegenüber einer Mittelphase höheres Abtriebsmoment erzeugt wird. Außerdem kann es vorgesehen sein, dass sich das erzeugte Abtriebsmoment während einer Anfangs- und einer Endphase unterscheidet.
Die Erfindung betrifft also einen Stellantrieb 1 mit wenigstens einem ersten Antrieb 2 und einer mit dem ersten Antrieb 2 antreibbaren Abtriebswelle 3, wobei die Abtriebswelle 3 mit einem Treibelement 4 verbunden oder gekoppelt ist, wobei der erste Antrieb 2 mit einem Zugelement 5 verbunden oder gekoppelt ist, und wobei das Zugelement 5 auf das Treibelement 4 auf- und abwickelbar ist, so dass ein momentaner Kontakt- und/oder Angriffspunkt 6 zwischen Treibelement 4 und Zugelement 5 definiert ist, wobei ein Rotationszentrum des Treibelements 4 exzentrisch ausgebildet ist, so dass ein Abstand 7 zwischen dem momentanen Kontakt- und/oder Angriffspunkt 6 des Zugelements 5 am Treibelement 4 und einer Rotationsachse 8 bei einer Kraftübertragung vom Zugelement 5 auf das Treibelement 4 variiert.
Bezugszeichenliste

1: Stellantrieb
2: erster Antrieb
3: Abtriebswelle
4: Treibelement
5: Zugelement
6: momentaner Kontakt- und/oder Angriffspunkt
7: Abstand
8: Rotationsachse
9: Außenkontur
10: zweiter Antrieb
11: Wicklung
12: Spiralform
13: Federantrieb, Federmotor
14: Elektroantrieb, Elektromotor
15: Hälfte des Treibelements
16: Getriebe
17: Rückstellelement
18: Kette
19: Kabel
20: Gehäuse
21: Energiespeicher
22: Feder, Zugfeder, Druckfeder
23: Hauptantrieb
24: Notantrieb

Claims

Stellantrieb (1) mit wenigstens einem ersten Antrieb (2) und einer mit dem ersten Antrieb (2) antreibbaren Abtriebswelle (3), wobei die Abtriebswelle (3) mit einem Treibelement (4) verbunden oder gekoppelt ist, wobei der erste Antrieb (2) mit einem Zugelement (5) verbunden oder gekoppelt ist, und wobei das Zugelement (5) auf das Treibelement (4) auf- und abwickelbar ist, so dass ein momentaner Angriffspunkt (6) definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Abstand (7) zwischen dem momentanen Angriffspunkt (6) des Zugelements (5) am Treibelement (4) und einer Rotationsachse (8) bei einer Kraftübertragung vom Zugelement (5) auf das Treibelement (4) verändert.
Stellantrieb (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibelement (4) eine unrunde Form aufweist, beispielsweise dass das Treibelement (4) eine ovale Form aufweist und/oder dass das Treibelement (4) eine, beispielsweise zusammenhängende, Außenkontur (9) hat, auf welche das Zugelement (5) aufwickelbar ist, insbesondere wobei der momentane Angriffspunkt (6) beim Aufwickeln des Zugelements (5) entlang der Außenkontur (9) wandert.
Stellantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rotationsachse (8) des Treibelements (4) nicht durch einen Massenmittelpunkt des Treibelements (4) verläuft und/oder beabstandet zu einem oder dem Massenmittelpunkt des Treibelements (4) angeordnet ist.
Stellantrieb (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (7) zwischen dem momentanen Angriffspunkt (6) des Zugelements (5) am Treibelement (4) und der Rotationsachse (8), beispielsweise während einer halben Umdrehung des Treibelements (4), zunehmend kleiner oder größer wird oder variiert, insbesondere kontinuierlich variiert.
Stellantrieb (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (1) neben dem ersten Antrieb (2) einen zweiten Antrieb (10) aufweist, durch welchen zweiten Antrieb (10) die Abtriebswelle (3) antreibbar ist, beispielsweise wobei der zweite Antrieb (10) ein Hauptantrieb (23) und der erste Antrieb (2) ein Notantrieb (24) ist.
Stellantrieb (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (5) bei einem maximalen Auszug in einer vollständigen Wicklung (11) oder in weniger als einer vollständigen Wicklung (11) oder in wenigstens zwei Wicklungen (11), beispielsweise mehr als zwei Wicklungen (11), auf das Treibelement (4) aufwickelbar oder aufgewickelt ist, beispielsweise derart, dass die mehreren Wicklungen (11), beispielsweise axial zueinander beabstandet und/oder in Spiralform (12) ausgebildet sind.
Stellantrieb (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antrieb (2) und/oder ein oder der zweite Antrieb (10) als Federantrieb (13) ausgebildet ist/sind und/oder dass der erste Antrieb (2) und/oder der zweite Antrieb (10) als Elektromotor (14) ausgebildet ist/sind.
Stellantrieb (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (8) des Treibelements (4) in einer Hälfte (15), insbesondere nur in einer Hälfte (15), des Treibelements (4) verläuft.
Stellantrieb (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (3) um die Rotationsachse (8) des Treibelements (4) rotierbar ist.
Stellantrieb (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftübertragung von einem oder dem zweiten Antrieb (10) auf die Abtriebswelle (3) unabhängig vom Treibelement (4) erfolgt.
Stellantrieb (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem oder dem zweiten Antrieb (10) und der Abtriebswelle (3) ein Getriebe (16) angeordnet ist und/oder dass der erste Antrieb (2) und/oder der zweite Antrieb (10) von der Abtriebswelle (3) abkoppelbar ist.
Stellantrieb (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antrieb (2) wenigstens ein Rückstellelement (17), beispielsweise eine Zugfeder und/oder eine Druckfeder, aufweist, beispielsweise wobei sich eine durch das Rückstellelement (17) erzeugte Rückstellkraft mit einem zunehmenden Auszug des Zugelements (5) verändert.
Stellantrieb (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (5) mehrere, relativ zueinander bewegliche Glieder aufweist und/oder zumindest teilweise biegsam und/oder gelenkig ausgebildet ist, beispielsweise dass das Zugelement (5) als Kette (18) und/oder als Kabel (19) und/oder als Seil ausgestaltet ist.
Stellantrieb (1) nach einem der voranstehenden An-sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Treibelement (4) und der Abtriebswelle (3) ein Getriebe (16) angeordnet ist.
Verfahren zur Übertragung einer Antriebskraft von einer Abtriebswelle (3) eines Stellantriebes (1), beispielsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 14, auf einen Abnehmer, wobei der Stellantrieb (1) einen Hauptantrieb (23) und einen Notantrieb (24) aufweist, wobei in einem Notbetrieb eine durch den Notantrieb (24) erzeugte Antriebskraft über ein Zugelement (5) auf ein Treibelement (4) übertragen und in ein Abtriebsmoment an der Abtriebswelle (3) umgesetzt wird, wobei ein Abstand (7) zwischen einem momentanen Angriffspunkt (6) des Zugelements (5) am Treibelement (4) und einer Rotationsachse (8) des Treibelements (4) bei einer Kraftübertragung vom Zugelement (5) auf das Treibelement (4) verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abkopplung des Hauptantriebes (23) von der Abtriebswelle (3) vorgenommen wird, bevor eine Kraftübertragung durch den Notantrieb (24) im Notbetrieb erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass während des Notbetriebes ein konstantes oder wenigstens nahezu konstantes Abtriebsmoment erzeugt wird und/oder dass während einer Anfangsphase und/oder während einer Endphase der Übertragung der Antriebskraft auf den Abnehmer ein gegenüber einer Mittelphase geringeres Abtriebsmoment erzeugt wird und/oder dass während einer Anfangsphase und/oder während einer Endphase der Übertragung der Antriebskraft auf den Abnehmer ein gegenüber einer Mittelphase höheres Abtriebsmoment erzeugt wird.