ES2207043T3 - Accionamiento motorizado de dos etapas. - Google Patents
Accionamiento motorizado de dos etapas.Info
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Abstract
SE DESCRIBE UN SERVO-ACCIONADOR MOTORIZADO EN DOS ETAPAS, QUE TIENE UN TREN DE ENGRANAJE (22), DE REDUCCION ELEVADA Y ACCIONADO POR TORNILLO SIN FIN, QUE PROPORCIONA UNA SALIDA GIRATORIA. EL EJE DEL MOTOR TIENE UN TORNILLO SIN FIN (18) Y, COAXIALMENTE CON EL MISMO, UN PIÑON CONICO (20). EL TORNILLO SIN FIN DEL MOTOR ESTA ENGRANADO CONTINUAMENTE CON UN ENGRANAJE (24) DE LA PRIMERA ETAPA. EL ENGRANAJE DE LA PRIMERA ETAPA TIENE UN ENGRANAJE (28) DEL SECTOR DE ENTRADA DISPUESTO COAXIALMENTE Y QUE GIRA CON EL MISMO. EL ENGRANAJE DEL SECTOR DE ENTRADA SE PONE INTERMITENTEMENTE EN CONTACTO CON UN ENGRANAJE DE SALIDA. EL ENGRANAJE DE SALIDA TIENE UN ENGRANAJE (36) BISELADO DEL SECTOR DE SALIDA, DISPUESTO COAXIALMENTE Y QUE GIRA CON EL MISMO. CUANDO SE DESCONECTA EL ENGRANAJE DEL SECTOR DE ENTRADA CON EL ENGRANAJE DE SALIDA, EL PIÑON CONICO SE PONE EN CONTACTO CON EL ENGRANAJE CONICO DEL SECTOR DE SALIDA PARA ACCIONAR DIRECTAMENTE EL ENGRANAJE DE SALIDA. UNA VEZ QUE EL ENGRANAJE DEL SECTOR DE ENTRADA SE SEPARA DEL ENGRANAJE DE SALIDA, UN MUELLE DE RETORNO (40) EN EL ENGRANAJE DE SALIDA PUEDE INVERTIR EL MOVIMIENTO DEL MOTOR A TRAVES DEL PIÑON CONICO PARA DEVOLVER EL ENGRANAJE DE SALIDA A LA POSICION DESEADA, EN CASO DE FALLO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR.
Description
Accionamiento motorizado de dos etapas.
La presente solicitud se refiere a servo
accionamientos para proporcionar salidas mecánicas tales como la
rotación de un árbol en respuesta a la activación de un motor
eléctrico de accionamiento. La invención se refiere particularmente
a accionamientos giratorios accionados mediante un motor de baja
tensión tal como un motor pequeño de revoluciones relativamente
altas de potencia sub-fraccional que funciona a
partir del suministro de energía de a bordo de un vehículo,
típicamente en la gama de 12-24 voltios. Los
accionamientos eléctricamente accionados se ha encontrado que son
convenientes para diversas aplicaciones a bordo de los
vehículos.
En una aplicación se ha encontrado que es
conveniente accionar la válvula del acelerador del aire del motor
de un vehículo, típicamente del tipo de mariposa, mediante un servo
accionamiento eléctricamente accionado en lugar de una conexión
mecánica conectada al pedal del acelerador directamente movido por
el operario del vehículo. Este tipo de disposición es conocido como
sistema de "accionamiento mediante cable" puesto que el pedal
del acelerador del vehículo emplea un transductor eléctrico el cual
proporciona una señal eléctrica a un control electrónico el cual
proporciona una señal de accionamiento de salida a un accionamiento
motorizado para desplazar la mariposa del acelerador. Las
disposiciones de este tipo tienen la ventaja de que el control
eléctrico puede anular la señal del pedal del acelerador del
operario del vehículo en el caso en el que el funcionamiento del
vehículo esté en peligro o el funcionamiento del motor requerido
por el operario resulte en una cantidad prohibitiva de emisiones de
escape o pérdida de tracción en las ruedas. Además, accionando
eléctricamente el acelerador directamente con un accionamiento
motorizado elimina la necesidad de un accionamiento del acelerador
separado para el control de crucero del modo de funcionamiento del
vehículo.
Proporcionando un servo accionamiento del
acelerador eléctricamente accionado para aplicaciones en un
vehículo a motor, es necesario proporcionar el retorno o el cierre
automático del acelerador. En particular, se desea proporcionar el
retorno automático o autónomo del servo accionamiento a una posición
del acelerador inicial de abertura reducida o cerrada en el caso de
fallo del motor del servo accionamiento.
Típicamente, el servo accionamiento del
acelerador puede estar desviado mediante resorte a una posición del
acelerador de retorno o cerrada en el caso de fallo del motor
eléctrico. Sin embargo, a fin de proporcionar suficiente momento de
torsión para invertir el accionamiento de todo el mecanismo de
accionamiento, por ejemplo, un tren de transmisión de reducción de
la relación, se requiere una cantidad significante de fuerza por
parte del resorte de retorno para superar la fricción del mecanismo
de accionamiento del accionamiento. Esto resulta en un requisito de
potencia de salida adicional para el servo accionamiento a fin de
desviar o cerrar el resorte de retorno además de desplazar el
acelerador.
En otra aplicación, es conveniente accionar
eléctricamente una válvula para controlar el flujo de refrigerante
del motor caliente al núcleo del calentador para calentar el aire
en el compartimiento de los pasajeros de un vehículo. En una
aplicación de este tipo, es conveniente que se emplee una reducción
de la velocidad de relación numéricamente elevada para un control
preciso o fino de la posición de la válvula de mariposa. A fin de
conseguir un control de este tipo, se requiere una salida de
momento de torsión substancial a partir de un motor relativamente
pequeño que extrae baja corriente, es decir, aproximadamente 10
amperios o menos cuando funciona a partir de un suministro de
energía de 12 a 24 voltios. Este requisito de momento de torsión
hace de un accionamiento de tornillo la disposición preferida para
proporcionar una elevada reducción con un número mínimo de
engranajes y a un coste mínimo. Sin embargo, en el caso de fallo
del motor durante el funcionamiento, se requiere que la válvula sea
desviada a la posición completamente abierta para proporcionar la
máxima calefacción al compartimiento de los pasajeros a fin de
proteger a los ocupantes del vehículo de la exposición a un frío
extremo.
Cuando está provista una transmisión de
engranajes accionada por tornillo en una aplicación para el
accionamiento giratorio, es virtualmente imposible invertir el
accionamiento del tren de engranajes con un resorte porque el
momento de torsión aplicado al engrane del engranaje accionado con
el tornillo no invertirá el accionamiento del tornillo para ningún
ángulo helicoidal práctico del tornillo adecuado para proporcionar
la reducción de la transmisión deseada.
De acuerdo con ello ha sido conveniente
proporcionar un modo o medios de utilizar un tornillo motorizado
para accionar un tren de engranajes en un servo accionamiento para
proporcionar una salida giratoria tal como para controlar la
abertura y el cierre del acelerador del vehículo o de la válvula del
núcleo del calentador en respuesta a señales eléctricas de control
y proporcionar la liberación y el auto retorno a una posición
deseada en el caso de fallo del motor de accionamiento. El
documento US-A-4,237,742 describe un
dispositivo de ajuste eléctricamente controlable para controlar la
posición de una palanca de gas en un vehículo a motor, dispositivo
el cual tiene la forma de un accionamiento motorizado de
accionamiento de tornillo capaz de auto retornar a una posición
inicial y que comprende un motor provisto de un árbol de salida con
un tornillo de accionamiento en el mismo. Una corona de tornillo
está acoplada y es accionada por dicho tornillo de accionamiento y
un acoplamiento electromagnético está interpuesto entre la corona
del tornillo y un segmento en forma de rueda catalina de un brazo
basculante que está sostenido de forma que se pueda balancear y
firmemente fijado a una palanca de ajuste. Siempre que la tensión
de accionamiento de la bobina de la magneto del acoplamiento
electromagnético se interrumpa el acoplamiento electromagnético se
desacopla de forma que un resorte de reajuste devuelve la palanca
de ajuste a su posición cero. Un acoplamiento electromagnético, sin
embargo, es un elemento bastante caro y requiere medios de control
eléctricos para su excitación.
De acuerdo con ello, es conveniente proporcionar
un modo o medios de bajo coste de utilización de un tornillo
motorizado para accionar un tren de engranajes en un servo
accionamiento para proporcionar una salida giratoria tal como para
controlar la abertura y el cierre del acelerador del vehículo o de
la válvula del núcleo del calentador en respuesta a señales
eléctricas de control y proporcionar la liberación y el auto
retorno a una posición deseada en el caso de un fallo del motor de
accionamiento.
Este objeto se consigue mediante las
características de la reivindicación 1.
La presente invención proporciona un servo
accionamiento motorizado el cual emplea un tren de engranajes
accionado por tornillo para proporcionar la rotación de un árbol de
salida y proporciona el auto retorno automático de la salida a una
posición deseada o inicial en el caso de un fallo del motor durante
el funcionamiento.
La presente invención proporciona un
accionamiento accionado por tornillo motorizado para girar un árbol
de salida el cual es accionado mediante un motor de revoluciones
relativamente altas de potencia sub-fraccional que
funciona a partir de un suministro de energía de relativamente baja
tensión del tipo de los que se encuentran a bordo de un vehículo a
motor. La presente invención proporciona un motor de revoluciones
relativamente altas de potencia sub-fraccional que
funciona a partir de un suministro de energía de baja tensión a
bordo del vehículo el cual tiene un engranaje de salida cargado
mediante resorte el cual tiene un engranaje de sector en el mismo
accionado mediante un piñón en el mismo árbol que el tornillo. El
engranaje de salida está acoplado mediante un engranaje de sector de
entrada fijado a un engranaje de una primera etapa de reducción de
la relación de transmisión el cual está continuamente accionado por
el tornillo motor. A partir de una posición inicial, el engranaje de
la primera etapa gira el engranaje de sector de entrada hasta que el
engranaje de sector se desacopla del engranaje de salida por lo que
el piñón acopla el engranaje de sector de salida para continuar el
giro del accionamiento mediante el piñón en lugar del tornillo.
La elección de un engranaje de sector de entrada
y de un engranaje de sector de salida permite la utilización de la
elevada reducción del tornillo para un movimiento inicial del
engranaje de salida, por lo que la hendidura cambia de la conexión
con el piñón al engranaje de sector de salida. El engranaje de
salida accionado por el piñón se puede retornar fácilmente mediante
un resorte de torsión adecuado, proporcionando de esa forma un modo
de funcionamiento de auto retorno en el caso de fallo del
motor.
En la práctica actualmente preferida el engranaje
de piñón y el engranaje de salida son cónicos.
La figura 1 es una vista en planta de un servo
accionamiento de la presente invención con la carcasa cortada para
mostrar el interior; y
La figura 2 es una vista en sección tomada a lo
largo de las líneas indicativas de la sección 2-2
de la figura 1.
Con referencia a la figura 1, el conjunto de
accionamiento de la presente invención está indicado globalmente en
10 y tiene una carcasa o alojamiento 12 que tiene dispuesto en su
interior un motor de accionamiento 14 el cual preferiblemente es
del tipo de energía baja tensión de revoluciones relativamente
altas de potencia sub-fraccional y capaz de
funcionar a partir de un suministro de energía de baja tensión del
orden de 12 a 24 voltios. El motor 14 tiene un par de conductores
eléctricos 15 fijados al mismo, los cuales son accesibles desde el
exterior del alojamiento 12 para la conexión a un control (no
representado). El árbol de salida 16 del motor 14 tiene montado en
él un tornillo de accionamiento 18 y coaxialmente con el un piñón
de accionamiento cónico 20 los cuales están fijados ambos al árbol
16 para el giro con el mismo.
Un engranaje de primera etapa de reducción 22
tiene una pluralidad de dientes 24 dispuestos alrededor de toda la
periferia del mismo pero sólo unos pocos dientes están ilustrados
en los dibujos. El engranaje de la primera etapa 22 está sostenido
mediante cojinetes en el alojamiento 12 alrededor de un pasador o
árbol 25 para el giro en el mismo con los dientes 24 en acoplamiento
continuo con el tornillo de accionamiento 18.
El engranaje de la primera etapa 22 tiene
dispuesto para la rotación con él en disposición coaxial un
engranaje de sector de entrada 26 el cual tiene dientes 28
provistos sobre el mismo alrededor de un segmento en forma de arco
deseado de la periferia del mismo. El engranaje de sector 26 puede
estar formado integralmente de una pieza con el engranaje 22 si se
desea.
Un engranaje de salida 30 está sostenido mediante
cojinetes en el alojamiento alrededor de un pasador o eje 32 y un
engranaje de salida 30 tiene una pluralidad de dientes 34 formados
alrededor de toda la superficie del mismo.
El engranaje de salida 30 tiene dispuesto coaxial
con él un sector de arco de dientes cónicos indicados en líneas
discontinuas exteriores mediante el número de referencia 36. El
engranaje de sector de salida cónico 36 está adaptado para acoplar
el piñón 20 cuando el engranaje 30 es girado a una posición tanto en
el sentido de las agujas del reloj como en el sentido contrario a
las agujas del reloj desde la posición representada en la figura 1
hasta la línea exterior discontinua que indica el final de los
dientes del engranaje de sector de salida 32.
Con referencia a la figura 2, el acoplamiento de
los dientes del piñón 20 con el engranaje cónico de sector 36 se
representa en línea exterior continua y con mayor detalle.
Con referencia a la figura 1, un resorte de
torsión 40 tiene un extremo 42 del mismo que coincide exactamente
contra un pasador que comprende un tope 44 provisto en el
alojamiento y el extremo restante del resorte 40 está enganchado en
un pasador 46 provisto en la cara del engranaje 30 y que se extiende
axialmente desde el mismo. El resorte de torsión 40 está dispuesto
en la realización de la figura 1 de tal manera que al girar en el
sentido contrario a las agujas del reloj el engranaje 30, el
resorte se enrolla para proporcionar un momento de torsión
incrementado en el sentido de las agujas del reloj en el engranaje
30.
En funcionamiento, a la activación inicial, con
el engranaje de salida en la posición representada en la figura 1,
el tornillo 18 gira el engranaje de la primera etapa 22 y el
engranaje de sector de entrada 28 el cual acopla los dientes 34 y
causa que el engranaje de salida 30 sea girado a una posición en la
que el piñón 20 acopla los dientes cónicos del engranaje de sector
36 y los dientes del engranaje de sector de entrada 28 son por lo
tanto desacoplados de los dientes 34 en el engranaje de salida. Al
continuar la rotación del árbol del motor, el piñón 20 acciona el
engranaje de sector de salida 36 directamente y el engranaje de
sector de entrada 28 no acopla los dientes 34 y no acciona el
engranaje 30.
En una aplicación en el acelerador de un vehículo
la válvula del acelerador (no representada) estará conectada al
engranaje de salida 30 y la cantidad de la rotación del engranaje
de sector de salida 30 no será suficiente para causar que el
acelerador del vehículo se abra significativamente y, después de
ello en el caso de fallo del motor, el resorte de retorno 40 volverá
el resorte 30 a la posición inicial de acoplamiento del engranaje
de sector cónico 36 con el acelerador devuelto a la posición inicial
o posición cerrada del acelerador en virtud del desacoplamiento de
los dientes 34 del engranaje de sector de entrada 28. Se entenderá
que cuando los dientes del engranaje de sector de entrada 28 no
estén acoplados a los dientes del engranaje de salida 34, el
resorte tiene un momento de torsión adecuado para girar el engranaje
30 y el piñón del motor y el árbol del motor 16.
La presente invención proporciona por lo tanto un
servo accionamiento motorizado, fiable y simple, de bajo coste el
cual utiliza un accionamiento de tornillo y proporciona una
reducción de la relación de transmisión global elevada en un
conjunto compacto, pequeño, ligero de peso y relativamente de bajo
coste.
La presente invención proporciona por lo tanto un
único y novedoso servo accionamiento de dos etapas eléctricamente
accionado con un accionamiento de tornillo el cual desacopla el
tornillo de accionamiento después de un giro parcial y después de
eso acciona la salida directamente con un piñón permitiendo de ese
modo a un resorte de retorno por torsión que retorne libremente el
accionamiento a su posición inicial en el caso de fallo del
motor.
La invención ha sido descrita con gran detalle en
la memoria anterior y se cree que diversas alteraciones y
modificaciones de la invención se harán evidentes a aquellos
expertos en la técnica a partir de la lectura y la comprensión de
la memoria. Se pretende que todas esas alteraciones y
modificaciones estén incluidas en la invención en la medida en la
que entran dentro del ámbito de las reivindicaciones anexas.
Claims (12)
1. Accionamiento motorizado accionado por
tornillo (10) capaz de auto retornar a una posición inicial al
fallar el motor comprendiendo:
(a) un motor (14) provisto de un árbol de salida
(16) con un tornillo de accionamiento (18) y un engranaje de piñón
(20) en el mismo;
(b) un engranaje de la primera etapa (22)
acoplado y accionado por dicho tornillo de accionamiento (18),
dicho engranaje de la primera etapa incluyendo un engranaje de
sector de entrada (26) dispuesto coaxialmente y giratorio con el
mismo;
(c) un engranaje de salida (30) dispuesto para
ser acoplado por dicho engranaje de sector de entrada, dicho
engranaje de salida incluyendo un engranaje de sector de salida
(36) dispuesto coaxialmente con él, dicho engranaje de sector de
salida dispuesto para ser acoplado por dicho piñón (20) cuando dicho
engranaje de sector está desacoplado de dicho engranaje de salida;
y
(d) medios de resorte (40) que funcionan para
girar dicho engranaje de salida a una posición inicial cuando dicho
sector de entrada está desacoplado de dicho engranaje de salida y
dicho motor está desactivado.
2. El accionamiento definido en la reivindicación
1 en el que dicho engranaje de sector (26) y dicho engranaje de
salida (30) son engranajes de dientes rectos.
3. El accionamiento definido en la reivindicación
1 en el que dicho piñón (20) y dicho engranaje de sector de salida
(36) son engranajes cónicos.
4. El accionamiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones anteriores en el que dichos medios de resorte
(40) son medios de resorte de torsión que funcionan a la
desactivación de dicho motor para causar que dicho engranaje de
sector de salida gire dicho engranaje de salida (30), dicho piñón
(20) y dicho árbol del motor (16) y retorne dicho engranaje de
salida (30) a una posición inicial.
5. El accionamiento definido en la reivindicación
4 en el que dicho engranaje de salida (30) y dicho engranaje de
sector de salida (36) están formados integralmente como una sola
pieza.
6. El accionamiento definido en la reivindicación
4 en el que dicho engranaje de la primera etapa (22) y dicho
engranaje de sector de entrada (26) están formados integralmente
como una sola pieza.
7. Procedimiento de funcionamiento de un servo
accionamiento accionado por motor de dos etapas (10)
comprendiendo:
(a) disponer un tornillo de accionamiento (18) y
un engranaje de piñón (20) coaxialmente en un árbol del motor (16)
para el giro con el mismo;
(b) acoplamiento y accionamiento de un engranaje
de la primera etapa (22) con dicho tornillo (18);
(c) disposición de un engranaje de sector de
entrada (26) para el giro con dicho engranaje de la primera etapa
(22);
(d) acoplamiento y accionamiento de un engranaje
de salida (30) con dicho engranaje de sector de entrada (26);
(e) disposición de un engranaje de sector de
salida (36) para el giro con dicho engranaje de salida (30);
(f) desacoplamiento de dicho engranaje de sector
de entrada (26) de dicho engranaje de salida (36); y acoplamiento
de dicho engranaje de sector de salida (36) con dicho piñón (20) y
accionamiento de dicho engranaje de sector de salida (36)
directamente con dicho piñón (20); y
(g) desviación de dicho engranaje de salida (30)
en sentido inverso y rotación de dicho engranaje de salida a una
posición inicial en el caso de fallo de accionamiento del motor
(14).
8. El procedimiento definido en la reivindicación
7 en el que dicho paso de acoplamiento y accionamiento de dicho
engranaje de la primera etapa (22) con dicho piñón (18) incluye el
acoplamiento continuo de dicho tornillo con dicho engranaje de la
primera etapa.
9. El procedimiento definido en la reivindicación
7 en el que dicho paso de disposición de un engranaje de sector de
salida (36) incluye hacer cónico dicho engranaje de sector de
salida.
10. El procedimiento definido en la
reivindicación 7 en el que dicho paso de disposición de un
engranaje de piñón (18) incluye hacer cónico dicho piñón.
11. El procedimiento definido en la
reivindicación 7 en el que dicho paso de disposición de un
engranaje de sector de entrada (26) incluye formar dicho engranaje
de sector de entrada (26) integralmente con dicho engranaje de la
primera etapa (22).
12. El procedimiento definido en la
reivindicación 7 en el que dicho paso de disposición de un
engranaje de sector de salida (36) incluye formar dicho engranaje
de sector de salida (36) integralmente con dicho engranaje de
salida (30).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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