DE2700929C3 - Vorrichtung zum mechanischen Verbinden eines Stellantriebes mit einem zu verstellenden Element - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum mechanischen Verbinden eines Stellantriebes mit einem zu verstellenden Element, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben und beispielsweise aus der DE-PSl 12 158 bekannt ist

Die darin beschrieben Schlingkupplung, bei der sich eine Schraubenfeder um zwei miteinander fluchtende Wellenenden legt, bewirkt, daß eine Kupplung von der einen Welle zur anderen in einer Drehrichtung erfolgt und daß bei Umkehr des Drehsinnes desselben Wellenendes eine Entkupplung automatisch erfolgt. Wenn das andere Wellenende angetrieben wird, so ergibt sich grundsätzlich das gleiche, nur in jeweils umgekehrten Drehrichtungen. Das gleiche gilt für die DE-AS 12 06 221, bei der bestimmte Elemente zum Abfangen von Stoßbeanspruchungen vorgesehen sind.

Die DE-OS 21 10 606 benutzt als Grundelement eine

Schlingkupplung, die in Hohlwellen ausgebildet ist Bei dieser Druckschrift geht es um die Übertragung eines

. bestimmten Drehmomentes nach dessen Erreichung die Innen-Schlingkupplung gelöst wird.

Auf dem Gebiete der automatischen elektrischen Betätigung von Luftklapppen kommt unter anderem der Anwendungsfall vor, daß diese Luftklappe eine ■ bestimmte Sicherheitsfunktion auszuüben hat Dies bedeutet, daß die Luftklappe unter bestimmten Umständen eine definierte Sicherheitslage einnehmen muß, z. B. die Schließlage bei Brand- oder Frostgefahr. Diese Sicherheitslage muß relativ schnell und z. B. bei Ausfall der elektrischen Energie erfolgen. Dadurch wird in praktisch allen Fällen die Spannungsunterbrechung als Signal verwendet, um die Klappe in die Sicherheitslage zu bringen. Dies bedeutet daß auf irgendeine Art und Weise Energie gespeichert werden muß, die z. B. bei Ausfall der elektrischen Spannung, freigesetzt wird und die Klappe in die Sicherheitslage bewegt

Es gibt, für einen Stellantrieb beurteilt, zwei örtliche Möglichkeiten dieser Energiespeicherung. Diese erfolgt entweder im Stellantrieb selbst oder außerhalb des Stellantriebes, d. h. direkt bei der Klappe, insbesondere in Form einer Feder oder eines Gewichtes. Bei der Energiespeicherung im Stellantrieb selbst, wird bei elektrischem Spannungsfall die Feder, welche die Betä;igungsenergie speichert, z. B. über eine Magnetkupplung vom Getriebe abgekuppelt und die freiwerdende Energie auf die Klappe übertragen. Es kann auch ohne Kupplung gearbeitet werden, wobei durch Lösen einer Bremse oder durch direkte Spannungsunterbrechung des Motors die gespeicherte Energie frei wird und indirekt über das Motorgetriebe die Klappe schließt. Dieses System hat aber den Nachteil, daß das ganze Getriebe im Falle der Sicherheitsauslösung mitgedreht werden muß. Bei Systemen, bei welchen die Energiespeicherung extern, d. h. außerhalb des Stellenantriebes erfolgt, muß bei Sicherheitsauslösung das ganze Getriebe des Stellantriebes mitgedreht werden. Daher ist diese Art der Sicherheitsauslösung auf Klappen mit geringen Drehmomenten zu deren Bewegen beschränkt.

In den letzten Jahren sind speziell im Bereich der Feuerschutzklappen verschiedene Ausführungen bekannt geworden. Sie beinhalten in der Grundausrüstung, bedingt durch die ebenfalls oft geforderte Handbetätigung, bereits das Energiespeicherelement in Form einer Torsionsfeder, Zugfeder oder eines Gewichtes. In allen Fällen ist die Stärke dieser Feder der Klappe angepaßt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die mit einfachen Mitteln ein schnelles selbsttätiges Entkuppeln ohne Zuhilfenahme von Fremdenergie erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Es wird also hier ebenfalls das Schlingkupplungsprinzip verwendet, dadurch jedoch eine Kupplung geschaffen, bei der der Antrieb und der Abtrieb nicht reversierbar sind. Normalerweise wird der Antrieb so angetrieben, daß die Schraubenfeder durch Umschlingungswirkung den Abtrieb mitnimmt. Das Torsionsenergie speichernde Organ speichert entsprechend dem übertragenen Drehmoment eine gewisse Drehenergie. Wenn nun aus irgendeinem Grunde das Antriebsmoment abnimmt, so erfolgt infolge der inne wohnenden Torsionsenergie eine Umkehrung des Drehsinnes

gegenüber dem Antriebsteil, wodurch sich die Schlingkupplung der Schraubenfeder öffnet Wenn also der Antrieb abgeschaltet wird, so werden Antrieb und Abtrieb sofort selbsttätig entkuppelt und der Abtrieb kann in der Gegenrichtung gedreht werden, um beispielsweise eine Brandschutzklappe bei Stromausfall zu schließen.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet Ein Arsführungsbeispiel der Erfindung wird anshcließend anhand einer Zeichnung erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der an einem Stellantrieb in Arbeitstage auftretenden Drehmomente,

Fig.2 eine Darstellung analog derjenigen nach F i g. 1 beim Auftreten einer negativen Drehmomentänderung des Antriebs,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung.

Der Motor eines Stellantriebes erzeugt ein Drehmoment D1. Dieses Drehmoment wird übet' das Getriebe auf D2 verstärkt Diesem Drehmoment D2 steht das Reibungsmoment D 3 und das Drehmoment D4 der Speicherfeder gegenüber.

Zwischen dem Drehmoment D 2 des Getriebes und den Gegenmomenten D 3 und D 4 von Klappe und Speicherfeder muß die Kupplung zu liegen kommen.

Der Spannungsausfall am Motor ist das Signal für die Auslösung der Kupplung. Da die Kupplung jedoch mechanisch aufgebaut sein soll, muß ein anderes Signal zur Auslösung der Kupplung herangezogen werden. Schneidet man theoretisch das Kraftsystem bei der Kupplung auf, so ist ersichtlich, daß das Drehmoment D 2 gleich groß sein muß wie die Resultierende der Drehmomente D 3 und D 4. Fällt jetzt am Motor die Spannung aus, so bleibt im ersten Augenblick dieses Drehmomentengleichgewicht mit umgekehrten Vorzeichen erhalten; denn auch bei zurückzudrehendem Motor ist statisch betrachtet an der Kupplung ein Gleichgewicht der Drehmomente vorhanden. Deshalb kann nicht die Größe des Drehmoments an der Kupplung als Auslösesignal verwendet werden. Der Motor wird aPer durch das Drehmoment der Feder zurückgedreht. Diese Zurückdrehbewegung wird als Auslösesignal für die Kupplung verwendet.

Für das Zurückdrehen des Motors bedarf es aber über die Getriebestufen eines sehr großen Drehmomentes. Müßte die Speicherfeder für die Sicherheitsstellung der Klappe, d.h. für das Drehmoment D4 diese Kraft aufwenden, so würde für die Sicherheitsfunktion ein sehr wesentlicher Kraftbedarf weggenommen Dies ist aber in der Praxis nicht zulässig. Aus diesem Grunde wird zwischen der Kupplung zur Luftklappe und dieser selbst eine weitere Feder eingelegt, die wenig Energie, aber ein großes Anfangsdrehmoment speirhert. Wird nun die Spannung zum Motor unterbrochen, so sorgt diese Feder für das sofortige Rückdrehen des Motors und dadurch das Auslösen der Kupplung. Unter Strom erzeugt der Motor ein Moment D1, welches über eine Getriebe auf D 2 verstärkt wird. Das Drehmoment D 2 wird durch die Kupplung auf die sehr starke Rückdrehfeder übertragen und diese überträgt das gleiche Moment auf die Klaovc ir.it den Drehmomenten DZ und D 4. Ist die Klappe in der Betriebsendlage, so wird das Moment £>3 sehr hoch. Der Motor dreht weiter und speichert nun Energie in der Rückdrehfeder D 5 und zwar solange bis die Drehmomente im Sinne der F i g. 2 im Gleichgewicht sind, in welchem der Motor stillsteht Wird nun die Betriebsspannung zum Motor unterbrochen (Fig.2) so dreht die »aufgezogene« Rückdrehfeder D 5 den Motor und das Getriebe rückwärts. Bei Beginn dieser Rückwärtsbewegung löst die Kupplung aus. Die Speichernder mit dem Drehmoment D 4 bringt, unabhängig von Getriebe und Motor, die Klappe D 3 in die Sicherheitsstellung.

Im folgenden wird anhand der Fig.3 die Funktion eines Ausführungsbeispiels beschrieben.

Das Drehmoment wird von einem Getriebe her (nicht dargestellt) auf eine Zahnscheibe 1 übertragen. Die Zahnscheibe 1 ist mit einem Treiber 2 fest verbunden, der seinerseits auf einer Welle 3 gleitet Dreht sich die über das Getriebe angetriebene Zahnscheibe 1, so wird eine aufgesteckte Schraubenfeder 4, im entsprechenden Drehsinn gewickelt, mitgedreht Die drehende Schraubenfeder 4 wird an ihrem anderen Ende an eine Innenschulter eines Gehäuses 5 gepreßt aufliegend durch dieses Gehäuse 5 durch Kraftschluß vorerst festgehalten bzw. gebremst Dadurch zieht sich diese Feder 4 zusammen und umschlingt einen Mitnehmer 6 entsprechend fester. Dieser Mitnehmer 6 ist über eine Rückdrehfeder 7 mit einer Nabe 8 verbunden, die ihrerseits iest auf der Welle 3 sitzt. Dadurch wird die Welle 3 mitgedreht und das Drehmoment über ein ebenfalls fest mit der Welle 3 verbundenes Zahnrad 9 über ein weiteres Zahnrad oder ein Zahnsegment 10 auf eine zu betätigende Klappe (nicht dargestellt) übertragen. Ist die Klappe in ihrer Arbeitsendstellung angelangt, so nimmt die Rückdrehfeder 7 die Antriebsenergie auf, bis der Motor zum Stillstand kommt.

Fällt am Motor die Spannung und mithin das die Feder 7 gespannt haltende Drehmoment weg, so will sich die in der Rückdrehfeder 7 gespeicherte Energie entladen. Sie kann das nur in gegenläufiger Richtung tun. Sie dreht dadurch den Mitnehmer 6 ebenfalls in der umgekehrten Richtung. Da die Schraubenfeder 4 am einen Ende am Gehäuse 5 anliegt und gebremst wird, öffnet sich dabei die Umschlingung der Schraubenfeder 4 um den Mitnehmer 6 und löst die Kraftübertragung zwischen dem Treiber 2 und dem Mitnehmer 6. Die Rückdrehfeder 7 für die Sicherheitsfunktion bringt die Klappe in ihre Sicherheits-Endstellung, wobei nur die Welle 3 mit der Nabe 8, die Rückdrehfeder 7 und der Mitnehmer 6 mitdreht, der Treiber 2 mit der Zahnscheibe 1 und das ganze daran angekuppelte Getriebe mit dem Motor aber stehen bleibt.

Die Schraubenfeder 4 wird bei antreibendem Motor durch den Treiber 2 ebenfalls nach dem Umschlingungsprinzip mitgenommen. Damit ist auch sichergestellt, daß die Schraubenfeder 4 bei Änderung der Drehrichtung nicht zerstört wird, sondern auf dem Treiber 2 schleift.

Wird am Motor wieder Spannung angelegt, so wird erneut über die Zahnscheibe 1, den Treiber 2 und die Schraubenfeder 4 der Mitnehmer 6 angetrieben, wie dies eingangs beschrieben ist.

Durch das Ausrüsten des Stellmotors mit einer derartigen Kupplungskombination kann eine beliebige, mit Rückdrehfeder oder Gewicht ausgerüstete Luftklappe automatisiert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum mechanischen Verbinden eines Antriebes mit einem angetriebenen Element, z. B. in Stellantrieben für Sicherheitsklappen in Lüftungs- und KJimaanalgen, wobei diese Verbindung mittels einer als Schlingkupplung wirkenden Schraubenfeder erfolgt, und ein torsionsenergiespeicherndes Organ vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (4) mit einem Festelement (5) schlingkuppelbar ist, derart, daß bei (antriebsentlasteter) Abnahme des Antriebsmomentes das angetriebene Element (6) unter Einwirkung des torsionsenergiespeichernden Organs (7) als Antrieb in Gegendrehrichtung wirkt und dadurch die Schraubenfeder (4) mit dem Festelement (5) schlinggekuppelt wird, wodurch sich die Umschlingung des Antriebs (2) löst

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein von der Schraubenfeder (4) mindestens teilweise umschlungenes Drehteil (6), welches bei angetriebener Vorrichtung mit der Feder (4) kraftschlüssig verbunden ist und bei abnehmendem Drehmoment von der Feder gelöst ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Federenden kraftschlüssig befestigt sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher ebenfalls als vorzugsweise koaxial zur Kupplungsschraubenfeder (4) angeordnete Schraubenfeder (7) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Welle (3), einem mit dieser drehfest verbundenen, vorzugsweise gezahnten, die Ausgangsseite des Antriebes darstellenden Bauteil (10), einen zweiten mit der Welle (3) drehfest verbundenen Bauteil (8), welcher mindestens teilweise von einer zur Welle (3) koaxialen Schraubenfeder (7) umschlungen ist, deren eines Ende auf einem Absatz eines Mitnehmerringes (6) abstützt, wobei die Feder (7) einen Mantelteil des Ringes (6) umschlingt, während ein weiterer Mantelteil von einer zweiten, zur ersten koaxialen Schraubenfeder (4) umfaßt ist, deren Ende kraftschlüssig mit dem Gehäuse (5) und mit einem Treiber (2) verbunden sind, wobei ein Teil der Feder (4) mit dem Treiber, vorzugsweise ständig, kraftschlüssig verbunden ist.