DE10234738A1 - Aktuator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit einem Gehäuse und mindestens einer in diesem gelagerten motorisch antreibbaren Spindel. Über diese Spindel ist die motorische Drehbewegung in eine axiale Längsbewegung umwandelbar. Erfindungsgemäß ist in dem Gehäuse eine zweite motorisch antreibbare Spindel angeordnet.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Aktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Es sind einfache Aktuatoren bekannt, die ein Gehäuse und mindestens eine in diesem gelagerte motorisch antreibbare Spindel aufweisen. Über die motorisch antreibbare Spindel wird die Drehbewegung in eine axiale Längsbewegung umgewandelt. An den gegenüberliegenden Enden der Aktuatoreinheit sind Befestigungsaugen angeordnet, über die nach dem Prinzip des Zweigelenkstabes die gewünschte Kraft übertragen wird. So kann ein derartiger Aktuator beispielsweise für die Bewegung von Stauluftklappenmechanismen in Flugzeugklimaanlagen Anwendung finden. Die Baulänge der Spindel muß dabei dem geforderten Verfahrweg entsprechen, so daß eine für die Installation häufig vorteilhaftere, kurze Bauform mit dieser bekannten einfachen Aktuatoreinheit nicht realisiert werden kann.
• Problematisch ist bei dieser bekannten Ausführungsform eines Aktuators die geringe Verfügbarkeit, da bereits das Versagen eines einzelnen Bauteils zum Ausfall der gesamten Aktuatoreinheit führt. Beispielsweise bei einer Verwendung in Flugzeugklimaanlagen kommen aus Gründen der Redundanz häufig Kühlaggregate mit je einem Stauluftkanal zum Einsatz. Insbesondere der Ausfall einer Aktuatoreinheit in geschlossener Stauluftklappenposition führt zu einem Verlust der Funktion eines Kühlaggregates. Bei Ausfall der Aktuatoreinheit in geöffneter Stauluftklappenposition ist eine Kompensation der dadurch verursachten Heizleistungsreduktion häufig nur eingeschränkt möglich. Für die Realisierung von hoch integrierten Kühlaggregat-Konfigurationen ist der Einsatz von nur einem gemeinsamen Stauluftkanal für zwei Kühlaggregate hinsichtlich der Luftstromführung (Druckverluste), der Komplexität (einfachere Klappenmechanik für die Massenstromregelung), des Systemgewichts und des benötigten Installationsraumbedarfs vorteilhaft. Jedoch kann eine solche Ausführung mit herkömmlichen Aktuatoren nicht realisiert werden, da ein Aktuatorausfall hier zum Totalverlust beider Kühlaggregate (Klappen in geschlossener Position) bzw. zu einer nur teilweise kompensierbaren Heizleistungsreduktion (Klappen in geöffneter Position) einer Flugzeugklimaanlage führen sollte.
• Für den beispielhaft angeführten Einsatz der Aktuatoreinheiten bei der Bewegung von Stauluftklappenmechanismen ist es außerdem notwendig, eine Schnellschließfunktion ausführen zu können. Hierfür muß der Motor die Spindel, die beispielsweise als Kugelumlaufspindel realisiert ist, über den gesamten Verfahrweg bewegen, wobei die Verstellgeschwindigkeit deutlich größer ist als unter normalen Einsatzbedingungen. Dies führt zu erhöhtem Stromverbrauch des Motors gegenüber dem Nennbetriebspunkt und erhöht den Verschleiß der Spindel und des Getriebes.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Aktuator derart weiterzubilden, daß er auch bei einer Beschädigung bzw. dem Ausfall eines seiner Teile, seine Funktionsfähigkeit nicht vollständig verliert.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe ausgehend von einem gattungsgemäßen Aktuator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die Kombination mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Demnach umfaßt der Aktuator in dem Gehäuse eine zweite motorisch antreibbare Spindel. Durch diese Lösung kann für den Fall, daß eine Spindel ausfällt, weil beispielswei se der entsprechende Motor oder das Lager der Spindel defekt ist oder ein anderer Fehler auftritt, die andere durch einen separaten Motor angetriebene Spindel die Funktion des Aktuators zumindest noch zum Teil übernehmen.
• Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen. Demnach können die Spindeln einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen und sich ineinander bewegend axial konzentrisch angeordnet sein. Durch diese Anordnung kann der doppelwirkende Aktuator besonders platzsparend aufgebaut werden. Die Spindeln sind hier also ohne Achsversatz zueinander angeordnet, so daß das Gehäuse sehr schlank ausgebildet werden kann.
• An den freien Enden einer jeden Spindel können die Befestigungsaugen angeordnet sein, über die die zu übertragende Kraft an die entsprechend angelenkten Teile übertragen werden kann. Zur Bewegung größerer Lasten kann eine Drehmomentwandeleinheit, beispielsweise ein Zahnradgetriebe oder ein Riemenantrieb, zwischen Motor und Spindeltrieb angeordnet sein.
• Bei Ausführung eines Kaskadenmodus für den Normalbetrieb (aufeinanderfolgendes Aus- bzw. Einfahren der Spindeln) können die beiden Motoren für den Schnellschließbetrieb im Synchronmodus (gleichzeitiges Verfahren der Spindeln) betrieben werden. Das bedeutet für den Schnellschließbetrieb, daß beide Motoren unter Nennlast und dadurch bei geringerem Stromverbrauch verglichen zu einem einseitig wirkenden Aktuator betrieben werden können.
• Alternativ dazu kann der Synchronmodus auch für den Normalbetrieb eingesetzt werden, was mit kleineren Motoren realisiert werden kann, da je Motor nur die Hälfte des notwendigen Spindeldrehmoments aufgebracht werden muß.
• Besonders vorteilhaft kann eine Anpassung der beiden Spindeln an bestimmte Regelanforderungen vorgenommen werden. So kann beispielsweise eine erste Spindel mit hoher Verfahrgeschwindigkeit und eine zweite Spindel mit hoher Positioniergenauigkeit verfahren werden.
• Erfindungsgemäß kann der vorgenannte Aktuator zur Bewegung von Lufteinlassklappen für einen Stauluftkanal einer Klimaanlage, insbesondere einer Flugzeugklimaanlage verwendet werden. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Aktuators ermöglicht die Realisierung von hoch integrierten Kühlaggregaten von Flugzeugklimaanlagen mit nur einer Klappenmechanik eines für zwei oder mehrere Kühlaggregate gemeinsamen Stauluftkanals. Dies ist dadurch möglich, daß der erfindungsgemäß vorgeschlagene Aktuator die notwendige Zuverlässigkeit für den Betrieb aufweist. Der Fehlerfall eines einfachen Aktuatorversagens bei geschlossener Klappenposition führt nämlich nicht zum Verlust der Funktionen der Kühlaggregate der Flugzeugklimaanlage und der Fehlerfall des einfachen Aktuatorversagens bei geöffneter Klappenposition führt nicht zur Reduktion der Heizleistung der Flugzeugklimaanlage, da jeweils der zweite Aktuatorspindeltrieb zumindest noch einen Teil der Verstellfunktion übernehmen kann.
• Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels gezeigt.
• In der Figur ist ein Schnitt durch einen Aktuator gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der hier dargestellte Aktuator 10 weist ein zentrales Gehäuse 12 mit einem ersten Getriebegehäuse 14 und einem zweiten Getriebegehäuse 16 auf. An dem ersten Getriebegehäuse 14 ist ein Motor 18 angeflanscht und an dem zweiten Getriebegehäuse 16 ist ein Motor 20 angeflanscht. Über entsprechende Getriebe 22 bzw. 24 werden Spindeln 26 bzw. 28, die als Kugelumlaufspindeln ausgebildet sind, angetrieben. So wird die Drehbewegung der Motoren 18 bzw. 20 in eine axiale Längsbewegung umgesetzt. Am freien Ende der Spindel 26 ist ein erstes Befestigungsauge 30 und am freien Ende der Spindel 28 ist ein zweites Befestigungsauge 32 angeordnet. Die Spindeln 26 bzw. 28 sind ohne Achsversatz, also koaxial ausgerichtet und weisen einen unterschiedlichen Durchmesser auf. Wie in der Figur dargestellt, weist die Spindel 28 einen wesent lich größeren Durchmesser als die Spindel 26 auf, wobei sie als Hohlkörper ausgeformt ist, so daß die Spindel 26 in sie eintauchen kann. Bei der Verkürzung des Aktuators 10 taucht somit die Spindel 26 in das Innere der Spindel 28 ein.
• Hierdurch ist eine sehr raumsparende Ausgestaltung des Gehäuses 12 möglich. Beide Spindeln sind in nicht näher dargestellter Art und Weise gegeneinander und gegenüber dem Gehäuse gegen Verdrehen gesichert.
• Der vorgeschlagene Aktuator 10 bietet beim Einsatz zur Bewegung von Stauluftklappenmechanismen von Klimaanlagen den Vorteil, daß für den Ausfall eines einzelnen Aktuatorbauteils bei geschlossener Klappenmechanik ein Frischluftmassenstrom in dem bedruckten Bereich der durch die Klimaanlage versorgten Kabine aufrecht erhalten werden kann, d. h. die Funktion des Klimatisierungssystems wird vom Ausfall eines Aktuatorbauteils nicht beeinträchtigt. Eine reduzierte Kühlleistung für diesen Betriebszustand kann akzeptiert werden. Darüber hinaus kann bei Ausfall eines Aktuatorbauteils bei geöffneter Klappenmechanik die resultierende Reduktion der Heizleistung durch den verbleibenden, funktionsfähigen Teil des doppelwirkenden Aktuators kompensiert werden.

Claims (6)

1. Aktuator mit einem Gehäuse und mindestens einer in diesem gelagerten motorisch antreibbaren Spindel, über die die motorische Drehbewegung in eine axiale Längsbewegung umwandelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse eine zweite motorisch antreibbare Spindel angeordnet ist.
2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Spindeln einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen und sich ineinander bewegend axial konzentrisch angeordnet sind.
3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den freien Enden einer jeden Spindel Befestigungsaugen angeordnet sind.
4. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem jeweiligen Motor und dem Spindeltrieb ein Getriebe angeordnet ist.
5. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Motoren zum Antrieb der Spindeln im Synchronmodus antreibbar sind.
6. Verwendung eines Aktuators nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Bewegung der Lufteinlaßklappe für einen Stauluftkanal einer Klimaanlage, insbesondere Flugzeugklimaanlage.