DE2822649A1

DE2822649A1 - Stellantriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE2822649A1
Application number: DE19782822649
Authority: DE
Inventors: Donald J Baxter; Robert D Lowery
Original assignee: Marquette Metal Products Co
Current assignee: Marquette Metal Products Co
Priority date: 1977-06-02
Filing date: 1978-05-24
Publication date: 1978-12-07
Also published as: ES471142A1; CA1078763A; US4159048A

Description

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER - D -<SO3 ESSEN 1 ΛΜ RCHRSTEiN 1 - TEL.: IQ2O0 *126 Seite - jf- M

HARQUETTE METAL PRODUCTS CX)MPANY 1145 Galewood Drive, Cleveland, State of Ohio 44110, V.St.A.

Stellantriebsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stellantriebsvorrichtung und insbesondere auf eine solche mit einer Federkupplung.

Stellantriebe zur Steuerung der Bewegung und .Einstellung von Stellgliedern, z.B. Luftschlitzventilen in Luftleitungen großer Apartmenthäuser, Bürohäuser, Hospitäler o.dgl. müssen rasch einem von einer entfernten Stelle gegebenen Stellbefehl folgen und die eingestellte Position beibehalten. Außerdem ist es erwünscht, daß der Stellantrieb herstellerseitig zu einer Baueinheit zusammengefügt wird und von relativ einfacher und gedrängter Bauweise ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine als Baueinheit vom Hersteller lieferbare Stellantriebsvorrichtung anzugeben, welche rasch und ohne Schwierigkeiten installierbar ist, eine einfache Konstruktion hat, zuverlässig arbeitet und rasch, und genau den Stellbefehlen folgt.

Die erfindungsgemäße Stellantriebsvorrichtung, die zur Bewegung einer Last, z.B. eines Luftschlitzventils in einer Luftleitung dient, weist einen Rahmen bzw. ein Gestell auf, an dem ein Drehantrieb mit Selbsthemmung und eine Federkupplung angebracht sind. Die Federkupplung weist axial beabstandete koaxiale Antriebs- und Abtriebstrommeln auf, von denen die Antriebstrommel mit dem Drehantrieb und die Abtriebstrommel mit der Last zur Herbeiführung der Bewegung

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letzterer verbunden sind· Eine Kupplungsfeder steht an beiden Trommeln zur Drehmomentenübertragung zwischen den Trommeln und damit zur Bewegung der Last in einer Richtung in Anlage. Eine Hülse umschließt die schraubenförmig ausgebildete Kupplungsfeder und steht mit einem Teil dieser Feder zur Steuerung der Kupplungswirkung in Eingriff. Ferner ist eine selektiv betätigbare, mit der Hülse zusammenwirkende Vorrichtung vorgesehen, welche die Federkupplung außer Eingriff bringt und eine

Last Drehbewegung der Abtriebstrommel unter Einfluß der/in einer Richtung entgegen der Drehmomentenübertragungsrichtung ermöglicht.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist diese Vorrichtung eine Schraubenfeder, die mit einem Solenoid verbunden ist, der bei Erregung die Schraubenfeder auf der Hülse festspannt und letztere dreht, wodurch die Federkupplung außer Eingriff kommt und die Abtriebstrommel unter Einfluß der Last umlaufen kann.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung als elektromagnetische Spule ausgebildet, welche so angeordnet ist, daß sie bei Erregung auf die Hülse wirkt und letztere gegen eine Drehung sperrt, so daß die Kupplungsfeder an der Ab— triebstrommel in drehmomentenübertragenden Angriff kommt. Bei Entregung der Spule wird die Hülse für eine Winkelbewegung freigegeben, so daß die Feder außer Eingriff kommt und eine Drehbewegung der Abtriebstrommel unter Einfluß der Last möglich wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert· In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Stellantriebsvorrichtung;

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Fig· 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 der Fig· 1 in etwas vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 der Fig. 2;

Fig. 4 eine Seitenansicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stellantriebsvorrichtung; und

Fig. 5 eine schematische Explosionsansicht der in den Figuren 2 und 3 gezeigten Federkupplung.

In den Figuren 1 bis 3 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Stellantriebsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Stellantriebsvorrichtung 10 weist einen selbsthemmenden bzw. selbstbremsenden Drehantrieb 12, eine Federkupplung 14 und ein Solenoid 16 auf, die an einem Rahmen bzw. Gestell 18 angebracht sind. Die Stellantriebsvorrichtung 10 kann in einem kastenförmigen Gehäuse 20 eingebaut sein, wobei der Rahmen bzwi das Gestell 18 in der dargestellten Weise an den Gehäusewänden befestigt ist.

Der mit Selbsthemmung ausgebildete Drehantrieb 12 kann an Elektromotor sein, wie er beispielsweise von Brevel Motors Division der McGraw-Edison Company, Carlstadt, New Jersey unter der Gerätenummer 715-12132 angeboten wird. Auch kann der Drehantrieb 12 als hydraulischer oder pneumatischer Motor mit einem Schneckenrad-Untersetzungsgetriebe ausgebildet sein, wobei ein Bremseffekt gegen ein Rückwärtsdrehen nach dem Anhalten aufgrund des steilen Schraubenwinkels zwischen Schnecke und Schneckenrad des Untersetzungsgetriebes auftritt.

Wie am besten in Fig. 2 und 3 zu sehen ist, weist die Federkupplung 14 eine Antriebstrommel 22 rohrförmiger Ausbildung mit einem Abschnitt 24 geringeren Durchmessers auf, auf dem eine Abtriebstrommel 26 gelagert ist. Die Antriebstrommel 22 und die Abtriebstrommel 26 weisen jeweils eine Kupplungs-

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fläche 28 bzw. 30 auf, die in einer gemeinsamen Zylinderflache liegen. Eine Kupplungsfeder 32 umgibt die Kupplungsflächen 28 und 30 kraftschlüssig, so daß eine Drehmomentenübertragung von der Artriebstrommel 22 zur Abtriebstrommel 26 stattfindet. Eine Steuerhülse 34 umschließt die Kupplungsfeder 28 eng. Die Kupplungsfeder 32 hat einen abgebogenen Abschnitt 36, der im wesentlichen radial in eineaer Steuerhülse 34 ausgebildete Aussparung 38 eingreift. Da ein Endabschnitt der Kupplungsfeder 32 mit der Steuerhülse 34 verbunden ist, bewirkt eine Drehung der Steuerhülse relativ zur Kupplungsfeder 32 ein Lösen der Windungen der Kupplungsfeder 32 aus dem Kraftschluß auf der Oberfläche 30 der Abtriebstrommel 26, so daß letztere freikommt und die Federkupplung 18 ausgekuppelt wird. Bei drehmomentenübertragendem Betrieb dreht die Steuerhülse 34 mit der Kupplungsfeder 32, der Antriebstrommel , 22 und der Abtriebstrommel 26.

Die Antriebstrommel 22 ist mit einem ausgesparten Endabschnitt 40 versehen, in den ein an einer Antriebswelle 44 des Drehan— triebs 12 angebrachter Zapfen 42 eingreift. Die Antriebswelle 44 ist axial in der Antriebstrommel 22 aufgenommen und erstreckt sich durch letztere bis über die Abtriebstrommel 26

Wie

hinaus, in Fig. 1 gezeigt ist, kann das distale Ende der Antriebswelle 44 in einer Abtriebswelle 46 gelagert sein, welche ihrerseits in einer in der Wand des Gehäuses 20 angeordneten Lagerbuchse 48 drehbar gelagert ist. Die Abtriebswelle 46 ist durch geeignete Mittel mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten zu bewegenden Last verbunden. Die Last, beispielsweise ein Schlitzventil für eine Luftleitung eines Heiz- oder Kühlsystems kann durch Schwerkraft oder mechanische Mittel entgegen der drehmomentenübertragenden Richtung vorbelastet sein, so daß die Last bei abgeschaltetem Drehantrieb eine Kraft hervorruft, welche die Abtriebstrommel 26 in der Gegenrichtung zu drehen sucht. Da die Abtriebstrommel 26 der Federkupplung 14 aufgrund ihrer direkten Verbindung mit dem selbst bremsenden Drehantrieb 12 gegen Drehbewegung in dieser Rich-

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tung gesperrt gehalten wird, wird auch die Last in der eingestellten Lage festgehalten, wenn der Drehantrieb 12 ausgeschaltet ist. Um die Federkupplung 14 zu entkuppeln und die Ausgangstrommel 26 für eine Drehung unter Einfluß der Last-Drehkraft freizusetzen, ist eine Freigabefeder 50 um die Steuerhülse 34 gewickelt.

Die Freigabefeder 50 ist eine Schraubenfeder mit solcher Wickelrichtung, daß in der drehmomentenübertragenden Dreh— richtung der Federkupplung 14 die Windungen der Freigabefeder 50 sich zu expandieren suchen, wobei die Freigabefeder die Steuerhülse überholt, während letztere umläuft. Die Freigabefeder 50 hat einen etwa radial verlaufenden Griffabschnitt 52 von solcher Länge, daß er eine Öffnung 54 im Endabschnitt des beweglichen Kerns 56 des Solenoids 16 durchgreifen kann. Aufgrund der Verbindung des Griffabschnitts 52 mit dem Kern 56 ruft ein Zurückziehen des Kerns bei Erregung des Solenoids 16 eine Kraft an der Freigabefeder 50 hervor, wodurch die Steuerhülse 34 im Ruhezustand des selbstbremsenden Drehantriebs 12 gedreht wird. Diese Drehbewegung der Steuerhülse wird über den abgewinkelten Abschnitt 36 und die Aussparung 38 auf die Windungen der Kupplungsfeder 32 im Bereich der Kupplungsfläche 30 der Abtriebstrommel 26 übertragen und läßt diese Federwindungen expandieren und die Abtriebstrommel 26 loslassen, so daß letztere unter Einfluß der Last frei drehen kann. Eine Entregung des Solenoids 16 läßt den Kern 56 unter Einfluß der Kraft der Feder 58 wieder in die ausgerückte Stellung zurückkehren, so daß die Steuerhülse 34 wieder frei drehen kann, wenn die die Ausgangstrommel 26 umschließenden Federwindungen wieder kraftschlüssig auf der Kupplungsfläche 30 zur Anlage kommen. Wenn die Windungen der Kupplungsfeder 32 wieder in kraftschlüssiger Anlage auf der Abtriebstrommel 26 stehen, wird die Last gegen eine Bewegung gesperrt.

Um die Konstruktion und Funktionsweise der Stellantr-iebsvorrichtung 10 besser verständlich zu machen, sei angenommen,

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daß die Drehrichtung des Drehantriebs 12 zur Bewegung einer Last gemäß Darstellung in Fig. 2 und gemäß Pfeilrichtung in Fig. 5 in Uhrzeigerrichtung verläuft, so daß auch die Antriebswelle 22 in Uhrzeigerrichtung gedreht wird. Bei dieser Drehmomentenübertragungsrichtung hat die Feder 32 eine Linkswindung (Figuren 2 und 5), so daß eine Drehung der Antriebstrommel 22 die Windungen der Feder 32 auf der Abtriebstrommel 26 festzieht. Da die Steuerhülse 34 drehbar von der Feder 32 getragen wird, hat die Freigabefeder 50 eine Rechtswicklung, so daß ihre Windungen sich zu expandieren suchen und der Steuerhülse vorlaufen. Wenn die Drehbewegung des selbsthemraen— den Drehantriebs 12 unterbrochen wird, sucht die Abtriebstrommel 26 in der Ansicht gemäß Fig. 2 in Gegenrichtung, d.h. im Gegenuhrzeigersinn unter Einfluß der Drehkraft der Last zu drehen. Eine solche Drehbewegung der Abtriebstrommel 26 in Gegenrichtung wird jedoch von der Feder 32 und der Antriebstrommel 22 gesperrt, da letztere über den selbstbremsenden Drehantrieb gegen eine Drehung in der Gegenrichtung gesperrt gehalten ist. Um die Abtriebstrommel 26 zur Ausführung einer Gegendrehung unter Einfluß der Last freizusetzen, wird die kraftschlüssig auf der Steuerhülse 34 sitzende Freigabefeder 50 durch Erregung des Solenoids (Fig. 1) nach links (Gegenuhrzeigersinn) gedrückt (vgl. Fig. 2 und Darstellung in Fig. 5), wodurch die Windungen der Freigabefeder 50 in festeren Kraftschluß auf der Steuerhülse gebracht werden und die Steuerhülse dadurch gedreht wird. Diese Drehbewegung der Steuerhülse 34 im Gegenuhrzeigersinn ist an sich klein, reicht jedoch aus, um über den abgebogenen Abschnitt 36 ein Entspannen der linksherumgewickelten Feder 32 zu bewirken, die dadurch ihren Kraftschluß auf der Abtriebstrommel 26 verliert. Dadurch kann die Abtriebstrommel 26 unter Einfluß der Last in Gegenuhrzeigerrichtung (Gegenrichtung) gemäß den Darstellungen in Fig. 2 und 5 drehen.

Die Stellantriebsvorrichtung 10 kann zusätzlich zum Gehäuse 20 eine an der Innenseite des Gehäuses 20 befestigte Zeitgabeanordnung 62 aufweisen. Die Zeitgabeanordnung 62 wird dann

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verwendet, wenn die Abtriebswelle 46 mehr als eine Umdrehung umlaufen soll. Die Zeitgabeanordnung 62 dient zur Beschränkung der Laufzeit des Drehantriebs 12 und zum automatischen Abschalten des Drehantriebs 12. In alternativer Ausführung kann die Stellantriebsvorrichtung 10 auch mit einem Nocken 64 und einem Schalter 66 versehen sein, wenn die Abtriebswelle 46 weniger als eine Umdrehung ausführen soll. Der Nocken 64 ist ein an der Abtriebswelle 46 mit einer Befestigungsschraube festgelegter Ring, der mit der Abtriebswelle dreht, während der Schalter 66 am Gehäuse 20 so angebracht ist, daß er auf dem Nocken 64 gleitend in Anlage steht. Der Nocken und der Schalter wirken derart zusammen, daß der Drehantrieb 12 nach einer vorgegeben Winkeldrehung der Abtriebswelle 46 abgeschaltet wird.

Die Stellantriebsvorrichtung 10 kann außerdem bei Verwendung elektrischer Antriebsmittel eine mit dem Rahmen bzw· Gestell 18 verbundene Anschlußleiste 68 und ein Gehäuseloch 70 aufweisen, wobei die elektrischen Leitungen oder Verbindungen durch das Gehäuseloch geführt sind.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Stellantriebsvorrichtung 7 2 nach der Erfindung gezeigt. Die Stellantriebsvorrichtung 7 2 unterscheidet sich darin von der Stell— antriebsvorrichtung 10, daß eine elektromagnetische Federkupplung anstelle der Federkupplung 14 vorgesehen ist, so daß sich ein Solenoid 16 erübrigt. In jeder anderen Hinsicht ist die Stellantriebsvorrichtung 72 mit der Vorrichtung 10 identisch, so daß die übrigen Teile der Vorrichtung 72 dieselben Bezugszeichen mit nachgestellten A haben, wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel·

Die Stellantriebsvorrichtung 72 weist eine normalerweise ausgekuppelte elektromagnetische Federkupplung 74 der in den US-PS·η 3 185 276, 3 349 880, und 3905 458 beschriebenen Art auf. Bei dieser Art von Federkupplung ist ein entweder mit der Steuerhülse integraler oder mit dieser in Eingriff bring-

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barer Anker bei Erregung einer elektromagnetischen Spule axial derart verschieblich, daß er die Steuerhülse , an der die Kupplungsfeder drehfest befestigt ist, festhält, so daß die Kupplung wirksam wird. Das funktioneile Zusammenwirken der Federkupplung 74 mit dem Drehantrieb 12A und der Last (einschließlich der Abtriebswelle 46) entspricht denjenigen bei der Stellantriebsvorrichtung 10 mit der Ausnahme, daß die elektromagnetische Spule der Federkupplung 74 erregt bleiben muß, um die Lasb in einer vorgegebenen Einstellage festzuhalten. Dies hat jedoch den Vorteil, daß die Federkupplung 74 bei Energieausfall automatisch entkuppelt wird, so daß sich die Last in eine ihrer Extremlagen, z.B. in die voll geschlossene Stellung, bewegen kann.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu sehen, daß die erfindungsgemäße Stellantriebsvorrichtung, bei der eine Federkupplung Verwendung findet, relativ einfach und billig wegen der Verwendung eines selbstbremsenden Drehantriebs aufgebaut ist, wobei insbesondere das Erfordernis einer Rücklaufbremse und einer Vorrichtung zur Freigabe der Rücklaufbremse entfällt. Mit der beschriebenen Stellantriebsvorrichtung kann die Last genau eingestellt werden, und bei einem Ausführungsbeispiel kann die eingestellte Lage ohne Energiebedarf gehalten werden. Die Vorrichtung ist rasch und ohne Schwierigkeiten an der Verwendung sstelle einbaubar.

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Claims

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 43OO ESSEN 1 · AM RUHRSTEIN 1 · TEL.: (0201) 412687 Seite■ -Jf- M 78

MARQUETTE METAL PRODQCTS COMPANY

Ansprüche

Stellantriebsvorrichtung zur Bewegung einer Last, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) ein Trägergestell (18),

b) einen Drehantrieb (12; 12A) mit Selbsthemmung, der an dem Trägergestell angebracht ist,

c) eine an dem Trägergestell angebrachte Federkupplung (14) mit einer mit dem Drehantrieb in Triebverbindung stehenden Antriebstrommel (22; 22A), einer

mit der Antriebstrommel koaxial angeordneten und mit der Last zur Bewegung letzterer verbundenen Abtriebstrommel (26; 26a), einer an den Antriebs- und Abtriebstrommeln unter Übertragung eines Drehmoments von der Antriebstrommel zur Abtriebstrommel und unter Bewegung der Last in einer Richtung angreifenden Kupplungsfeder (32) und einer die Kupplungsfeder umschließenden und mit einem Abschnitt (36) der Kupplungsfeder in Eingriff stehenden Hülse (34), und

d) eine mit der Hülse (34) selektiv zusammenwirkende Vorrichtung (50 ... 58; 74) durch die die Kupplungsfeder (32) außer Kupplungseingriff bringbar ist, wobei die Abtriebstrommel (26; 26A) unter Einfluß der Last in der der Drehmomentenübertragungsrichtung entgegengesetzten Richtung drehbar ist·

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Z/bu.

-z⁶-
2. Stellantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsfeder (32) eine normalerweise an den Antriebs- und Abtriebstrommeln (22, 26; 22A, 26A) kraft— schlüssig angreifende Schraubenfeder ist und daß die mit der Hülse (34) zusammenwirkende Vorrichtung (50 ... 58) so ausgebildet ist, daß sie die Hülse dreht und dadurch den Kraftschluß der Schraubenfeder an der Abtriebstrommel aufhebt und eine Drehbewegung der Abtriebstrommel unter Einfluß der Last ermöglicht.
3. Stellantriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Hülse (34) zusammenwirkende Vorrichtung eine zweite Schraubenfeder (50) und einen Elektromagneten (16) aufweist, bei dessen Erregung die zweite Schraubenfeder betätigt und die Hülse (34) gedreht wird.
4. Stellantriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schraubenfeder um die Hülse (34) gewickelt ist und bei Betätigung durch den Elektromagneten (16) an letzterer derart angreift, daß die Hülse (34) in der Drehmomentenübertragungsrichtung der Antriebs- und Abtriebs trommeln (22, 26) freigesetzt wird.
5. Stellantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Hülse (34) zusammenwirkende Vorrichtung eine elektromagnetische Spule aufweist, die bei Erregung die Hülse drehfest hält, wobei die Kupplungsfeder (32) von der Abtriebstrommel (26A) außer Eingriff kommt.

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