JP4488484B2 - 作動装置 - Google Patents

Description

本発明は、作動装置であって、電動モータとして形成された回転駆動装置が設けられており、該回転駆動装置によって、作動エレメントが、回転軸線を中心として第１の終端位置と第２の終端位置との間で回転可能に駆動可能であり、ばねによって第１の終端位置から離れる方向に負荷可能である形式のものに関する。

このような形式の作動装置では、作動エレメントを、電動モータとして形成された回転駆動装置によって全作動ストロークにわたって第１の終端位置と第２の終端位置との間でばねの力に抗して運転することが知られている。このことは、作動装置の運転の間、電動モータとして形成された作動駆動装置の永続的な運転も要求する。これによって、永続的な通電ひいては永続的なエネルギ消費が必要となる。この場合、作動駆動装置の制御電子装置も永続的に運転されるので、特に加熱による制御電子装置の負荷が高くなり、高価値の電気的なかつ電子的な構成素子を要求する。これによって、制御電子装置が高価となる。

作動装置が、別の装置の運転を調整する、たとえば自動車に用いられる内燃機関の冷媒回路における冷却液の流れを調整するために働く場合には、作動装置の故障時にさらに、内燃機関を少なくとも非常（緊急）運転で引き続き運転することができるようにするために、十分な冷却液流を維持し続けることが必要となる。

このことは、既知の作動装置では不可能である。なぜならば、作動装置の故障時に作動エレメントがばねによって第２の終端位置に運動させられるからである。このことは、冷却回路が完全に遮断されるかまたは完全に開放されることを意味している。このことは、冷却要求に相当していない。

したがって、本発明の課題は、冒頭で述べた形式の作動装置を改良して、作動装置が、電動モータとして形成された回転駆動装置の故障時に作動エレメントの中間位置の獲得を保証していて、エネルギを節約して作業し、単純にかつ廉価に形成されているようにすることである。

この課題を解決するために本発明の構成では、電動モータとして形成された作動駆動装置が、可逆駆動装置として形成されており、作動エレメントのばね負荷が、第１の終端位置と中間位置との間で有効であり、該中間位置と第２の終端位置との間で無効であり、中間位置が、第１の終端位置と第２の終端位置との間に位置しているようにした。

作動エレメントの調節および保持は第１の終端位置と中間位置との間でしかばねの力に抗して行われないので、この作動範囲でしか、増加させられたエネルギ消費は必要とならない。中間位置と第２の終端位置との間の作動範囲では、モータとして形成された駆動装置が作動エレメントの調節のためにしか必要とならず、このことは、所定のばね力を上回ることなしに、しかし、所定の位置での作動エレメントの保持のためには不要となる。制御された位置が達成されている場合には、作動駆動装置がスイッチオフされるので、調節のためには、僅かなエネルギしか消費される必要はなく、獲得された位置での保持のためには、エネルギが消費される必要はない。

ばねは第１の終端位置と第２の終端位置との間の全調節範囲の一部範囲でしか作用しないので、ばねは、より少ないばね力を備えて設計することができる。このことも、電動モータとして形成された回転駆動装置のより少ないエネルギしか要求しない。

したがって、必要となるエネルギが少なくなるだけでなく、より単純なかつより廉価な電気的なかつ電子的な構成素子を制御のために使用することもでき、より小さく設計された、電動モータとして形成された回転駆動装置を使用することもできる。なぜならば、これらの部材はより少なく熱負荷されるからである。

しかし、電動モータとして形成された回転駆動装置の故障時に作動エレメントが自動的に非常位置に調整されることが同時に確保される。

より単純なかつより廉価な構成では、電動モータとして形成された回転駆動装置が直流駆動装置であってよい。

作動エレメントが、回転可能に支承された軸に配置されていてよく、該軸が、電動モータとして形成された作動駆動装置によって回転可能に駆動可能である。

回転駆動を簡単に伝達するためには、軸に歯車または歯付きセグメントが相対回動不能に配置されており、該歯車または該歯付きセグメントが、電動モータとして形成された回転駆動装置の駆動ピニオンによって直接的にまたは１つまたはそれ以上の中間歯車を介して回転可能に駆動可能である。

単純な構造は、第１の終端位置が、第１の終端ストッパによって規定されており、かつ／または第２の終端位置が、第２の終端ストッパによって規定されており、第１の終端ストッパおよび／または第２の終端ストッパによって、歯車または歯付きセグメントの回転運動または作動部材の回転運動または歯車、歯付きセグメントまたは作動部材に結合された構成部材の回転運動が制限可能であることによって達成される。

この場合、歯付きセグメントの、周方向に向けられた端部が、第１の終端ストッパにかつ／または第２の終端ストッパに当接可能でってよい。

回転軸線を中心として自由に回転可能に支承された当接エレメントが、ばねによって負荷されていて、歯車または歯付きセグメントによってばねの力に抗して第１の終端位置に向かって連行可能であり、逆方向への当接エレメントの回転可能性が、中間位置を規定する中間ストッパによって制限されていると、ほんの僅かな単純な構成部材しか、作動エレメントを第１の終端位置と中間位置との間でしかばね負荷しないために必要とならない。

この場合、さらに構成部材を節約した構成では、当接エレメントが、連行体を有していてよく、該連行体が、歯車または歯付きセグメントによって第１の終端位置に向かって負荷可能であり、当接エレメントが、中間位置ストッパを有しており、該中間位置ストッパが、中間位置で第２の終端位置に向かって中間ストッパに当接可能である。

当接エレメントが、当接板として形成されており、該当接板が、自由に回転可能に作動エレメントの軸に支承されていると、この単純に形成された構成部材のための組込みスペースがほんの僅かしか必要とならない。

また、ばねが、渦巻きばねとして形成されており、該渦巻きばねが、その一方の端部で不動に配置されていて、他方の端部で当接エレメントを負荷するようになっていても、同じく僅かな組込みスペースしか必要とならない。

この場合、渦巻きばねが、その一方の端部、特にその半径方向外側の端部で当接エレメントのばね連行体を負荷するようになっていてよい。

渦巻きばねが、軸を取り囲んでいると、コンパクトな構造が達成される。

作動装置ハウジングが、ポット状の切欠きを有しており、該切欠き内にほぼ同軸的に軸の一方の端部が突入しており、渦巻きばねと、当接エレメントと、歯車または歯付きセグメントとが、サンドイッチ状にポット状の切欠き内に配置されていると、特に構成スペースが節約される。

付加的には、作動装置ハウジングが、電動モータとして形成された回転駆動装置を収容するためのモータ室を有していてよい。

第１の終端ストッパおよび／または第２の終端ストッパおよび／または中間ストッパが、作動装置ハウジングに配置されていると、別個の構成部材が不要となる。

作動エレメントが、ロータリスプール弁のロータリスプールとして形成されていてよく、ロータリスプール弁の弁貫通孔が、ロータリスプールによって閉鎖可能であり、該ロータリスプールが、閉鎖位置から部分開放位置に到達するまでばねの力に抗して回転可能に駆動可能であり、部分開放位置から完全開放位置にまで抗力なしに回転可能に駆動可能であり、部分開放位置が、中間位置に相当している。

この場合、電動モータとして形成された回転駆動装置の故障時には、流れ媒体を供給したいユニットの非常運転を確保するために、部分開放位置で流れ媒体が十分にロータリスプール弁を通流することができる。

ロータリスプールによって、１つまたはそれ以上の別の弁貫通孔が開放可能であってよく、かつ／または遮断可能であってよい。

ロータリスプールが、作動装置ハウジングのロータリスプール室内に回転可能に支承されており、１つまたはそれ以上の流れ入口および／または流れ出口が、ロータリスプール室に開口していて、ロータリスプールの１つまたはそれ以上の流れ貫通孔に重畳可能であると、単純な構造が得られる。この場合、流れ入口および／または流れ出口が、ほぼ半径方向でかつ／またはほぼ軸方向でロータリスプール室に開口していてよい。

ロータリスプール弁が、内燃機関の、冷媒、特に冷却液を案内する冷媒回路に設けられた調整弁であると、電動モータとして形成された回転駆動装置の故障時に簡単に内燃機関の、非常運転を確保する冷却が維持される。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。

図示の作動装置によって操作可能なロータリスプール弁は、冷却液をクーラ（図示せず）から自動車の内燃機関に案内する冷媒回路に設けられた調整弁である。この調整弁は、作動装置ハウジング２のロータリスプール室１内に回転可能に支承されたロータリスプール３を有している。このロータリスプール３は半径方向の２つの流れ貫通孔４，５を備えている。両流れ貫通孔４，５は、ロータリスプール３が、第１の位置でロータリスプール室１を短絡出口６に対してだけでなく冷却出口７に対しても遮断している（図３左図参照）ように配置されているかまたは第２の位置で短絡出口６を開放していて、冷却出口７をまだ閉鎖した状態に保持している（図３中図参照）ように配置されているかまたは第３の位置で短絡出口６を閉鎖した状態に保持していて、冷却出口７を開放している（図３右図参照）ように配置されている。

ロータリスプール室１はポット状に形成されていて、軸方向で流れ入口（図示せず）に接続されている。この流れ入口を介して冷却液が供給される。

ロータリスプール室１の底部に設けられた相応の開口は軸８によって貫通される。この軸８は同軸的にロータリスプール３に固く結合されていて、底部を貫いて案内された端部で、作動装置ハウジング２に設けられたポット状の切欠き９内に突入している。

軸８の、切欠き９内に突入した端部はまず渦巻きばね１０によって取り囲まれている。この渦巻きばね１０の半径方向内側の端部は切欠き９の底部１１の領域に不動に配置されている。渦巻きばね１０の半径方向外側の端部はフック１２として形成されていて、当接板１４の、軸方向に向けられて渦巻きばね１０の周面領域に折り曲げられたばね連行体１３に作用している。当接板１４は渦巻きばね１０に対して平行に自由に回転可能に軸８に支承されている。

渦巻きばね１０および当接板１４に対してサンドイッチ状にこの当接板１４の上方には歯付きセグメント１５が配置されている。この歯付きセグメント１５は相対回動不能に軸８に結合されている。さらに、当接板１４は、軸方向に向けられた、歯付きセグメント１５の運動路内に突入した連行体１６を有している。この連行体１６を介して当接板１４は、歯付きセグメント１５が一方の端部２２で第１の終端ストッパ１７に当て付けられるまで回転させられる。この場合、渦巻きばね１０が巻き締められる。第１の終端ストッパ１７は作動装置ハウジング２に不動に配置されている。

逆回転方向では、歯付きセグメント１５は、第２の終端ストッパ１８に当て付けられるまで回転可能である。第１の回転ストッパ１７から離れる方向での回転運動時には、渦巻きばね１０による力負荷に基づき、連行体１６で歯付きセグメント１５に支持された当接板１４が歯付きセグメント１５と共に回転させられる。この場合、当接板１４は、第１の終端ストッパ１７と第２の終端ストッパ１８との間の中間位置において、半径方向に向けられた中間位置ストッパ１９で同じくハウジングに対して不動の中間ストッパ２０に当て付けられ、当接板１４が歯付きセグメント１５と一緒に引き続き回転することを阻止している。中間ストッパ２０は、図示の事例では、第２のストッパ１８と同じ位置に位置している。

しかし、中間位置ストッパ１９は、歯付きセグメント１５の、第２の終端ストッパ１８に近い方の端部２１に先行しているので、歯付きセグメント１５は、回転運動が第２の終端ストッパ１８への当接によって制限される前には、当接板１４なしに引き続きさらに回転することができる。

歯付きセグメント１５には中間ピニオン２３が噛み合っている。この中間ピニオン２３の、同軸的に固く結合された中間歯車２４は、可逆的に駆動可能な直流モータ２６の駆動ピニオン２５によって回転可能に駆動可能である。直流モータ２６は作動装置ハウジング２のモータ室内に配置されている。

直流モータ２６が通電されていない場合には、渦巻きばね１０によって当接板１４を介して歯付きセグメント１５が、第１の終端ストッパ１７の近くの位置から中間位置にまで運動させられる。この中間位置では中間位置ストッパ１９が中間ストッパ２０に当て付けられている。この場合、中間位置では、軸８を介して同時回転させられるロータリスプール３が、冷却出口７を部分開放した部分開放位置に位置しているので、冷却液が内燃機関に到達することができ、この内燃機関を冷却することができる。

冷却出口７を十分にかつ場合によっては完全に開放したい場合には、ロータリスプール３が所望の開放位置に到達するまで直流モータ２６の通電が行われる。この通電の終了によって、ロータリスプール３がこの位置にとどまる。可逆の駆動可能性によって、ロータリスプール３は両回転方向に運動することができる。

冷却出口７を部分開放位置よりも少なく開放したい場合には、直流モータ２６が通電され、これによって、歯付きセグメント１５がその端部２２で第１の終端ストッパ１７の方向に運動させられる。いま、この場合、連行体１６を介して当接板１４が歯付きセグメント１５によって連行されるので、渦巻きばね１０も巻き締められ、これによって、この渦巻きばね１０の力が一緒に上回られなければならない。

この運動によって、まず冷却出口７が完全に遮断されるまで十分に閉鎖され、短絡出口６が開放される（図３中図参照）。歯付きセグメント１５が引き続き第１の終端ストッパ１７に向かって回動させられると、短絡出口６の遮断も行われる（図３左図参照）。

図３には、ロータリスプール３の全調節範囲２７にわたる調整弁の種々異なる中間位置が示してある。この場合、左図には、両出口６，７の完全に閉鎖された位置が示してある。この位置では、直流モータ２６が、渦巻きばね１０のばね力を上回って歯付きセグメント１５を、第１の終端ストッパ１７に当て付けられた状態にまで運動させている。

歯付きセグメント１５がこの位置から第２の終端ストッパ１８に向かって駆動されると、作用範囲２８での渦巻きばね１０の協働下でロータリスプール３の回動が、中間位置に至るまでの短絡運転の範囲（中図参照）にわたって行われる。この場合、短絡出口６が閉鎖されていると同時に冷却出口７が部分開放されている中間位置で渦巻きばね１０の作用範囲２８が終了している。

そこから、ロータリスプール３の調節は、ばね力を上回る必要なしに、歯付きセグメント１５が第２の終端ストッパ１８に当て付けられる完全な開放位置にまで行われる。

ロータリスプール弁の作動装置の斜視図である。

図１に示した作動装置の斜視的な分解図である。

図１に示した作動装置の調整範囲にわたるロータリスプール位置を示す図である。

符号の説明

１ ロータリスプール室、 ２ 作動装置ハウジング、 ３ ロータリスプール、 ４ 流れ貫通孔、 ５ 流れ貫通孔、 ６ 短絡出口、 ７ 冷却出口、 ８ 軸、 ９ 切欠き、 １０ 渦巻きばね、 １１ 底部、 １２ フック、 １３ ばね連行体、 １４ 当接板、 １５ 歯付きセグメント、 １６ 連行体、 １７ 第１の終端ストッパ、 １８ 第２の終端ストッパ、 １９ 中間位置ストッパ、 ２０ 中間ストッパ、 ２１ 端部、 ２２ 端部、 ２３ 中間ピニオン、 ２４ 中間歯車、 ２５ 駆動ピニオン、 ２６ 直流モータ、 ２７ 調節範囲、 ２８ 作用範囲

Claims (20)

1. 作動装置であって、電動モータとして形成された回転駆動装置が設けられており、該回転駆動装置によって、作動エレメントが、回転軸線を中心として第１の終端位置と第２の終端位置との間で回転可能に駆動可能であり、ばねによって第１の終端位置から離れる方向に負荷可能である形式のものにおいて、電動モータとして形成された作動駆動装置が、可逆駆動装置として形成されており、作動エレメントのばね負荷が、第１の終端位置と中間位置との間で有効であり、該中間位置と第２の終端位置との間で無効であり、中間位置が、第１の終端位置と第２の終端位置との間に位置しており、前記作動エレメントが、ロータリスプール弁のロータリスプール（３）として形成されており、該ロータリスプール（３）が、作動装置ハウジング（２）のロータリスプール室（１）内に回転可能に支承されており、１つまたはそれ以上の流れ入口および流れ出口が、ロータリスプール室（１）に開口していて、ロータリスプール（３）の１つまたはそれ以上の流れ貫通孔（４，５）に重畳可能であり、前記流れ入口が、軸方向でロータリスプール室（１）に開口しており、前記流れ出口が、半径方向でロータリスプール室（１）に開口していることを特徴とする、作動装置。
2. モータとして形成された回転駆動装置が直流駆動装置である、請求項１記載の作動装置。
3. 作動エレメントが、回転可能に支承された軸（８）に配置されており、該軸（８）が、作動駆動装置によって回転可能に駆動可能である、請求項１または２記載の作動装置。
4. 軸（８）に歯車または歯付きセグメント（１５）が相対回動不能に配置されており、該歯車または該歯付きセグメント（１５）が、電動モータとして形成された回転駆動装置の駆動ピニオン（２５）によって直接的にまたは１つまたはそれ以上の中間歯車（２４）を介して回転可能に駆動可能である、請求項２記載の作動装置。
5. 第１の終端位置が、第１の終端ストッパ（１７）によって規定されており、かつ／または第２の終端位置が、第２の終端ストッパ（１８）によって規定されており、第１の終端ストッパ（１７）および／または第２の終端ストッパ（１８）によって、歯車または歯付きセグメント（１５）の回転運動または作動部材の回転運動または歯車、歯付きセグメント（１５）または作動部材に結合された構成部材の回転運動が制限可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載の作動装置。
6. 歯付きセグメント（１５）の、周方向に向けられた端部（２１，２２）が、第１の終端ストッパ（１７）にかつ／または第２の終端ストッパ（１８）に当接可能である、請求項５記載の作動装置。
7. 回転軸線を中心として自由に回転可能に支承された当接エレメントが、ばねによって負荷されていて、歯車または歯付きセグメント（１５）によってばねの力に抗して第１の終端位置に向かって連行可能であり、逆方向への当接エレメントの回転可能性が、中間位置を規定する中間ストッパ（２０）によって制限されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の作動装置。
8. 当接エレメントが、連行体（１６）を有しており、該連行体（１６）が、歯車または歯付きセグメント（１５）によって第１の終端位置に向かって負荷可能である、請求項７記載の作動装置。
9. 当接エレメントが、中間位置ストッパ（１９）を有しており、該中間位置ストッパ（１９）が、中間位置で第２の終端位置に向かって中間ストッパ（２０）に当接可能である、請求項７または８記載の作動装置。
10. 当接エレメントが、当接板（１４）として形成されており、該当接板（１４）が、自由に回転可能に作動エレメントの軸（８）に支承されている、請求項７から９までのいずれか１項記載の作動装置。
11. ばねが、渦巻きばね（１０）として形成されており、該渦巻きばね（１０）が、その一方の端部で不動に配置されていて、他方の端部で当接エレメントを負荷するようになっている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の作動装置。
12. 渦巻きばね（１０）が、その一方の端部、特にその半径方向外側の端部で当接エレメントのばね連行体（１３）を負荷するようになっている、請求項１１記載の作動装置。
13. 渦巻きばね（１０）が、軸（８）を取り囲んでいる、請求項１１または１２記載の作動装置。
14. 作動装置ハウジング（２）が、ポット状の切欠き（９）を有しており、該切欠き（９）内にほぼ同軸的に軸（８）の一方の端部が突入しており、渦巻きばね（１０）と、当接エレメントと、歯車または歯付きセグメント（１５）とが、サンドイッチ状にポット状の切欠き（９）内に配置されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の作動装置。
15. 作動装置ハウジング（２）が、電動モータとして形成された回転駆動装置を収容するためのモータ室を有している、請求項１４記載の作動装置。
16. 第１の終端ストッパ（１７）および／または第２の終端ストッパ（１８）および／または中間ストッパ（２０）が、作動装置ハウジング（２）に配置されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の作動装置。
17. ロータリスプール弁の弁貫通孔が、ロータリスプール（３）によって閉鎖可能であり、該ロータリスプール（３）が、閉鎖位置から部分開放位置に到達するまでばねの力に抗して回転可能に駆動可能であり、部分開放位置から完全開放位置にまで抗力なしに回転可能に駆動可能であり、部分開放位置が、中間位置に相当している、請求項１から１６までのいずれか１項記載の作動装置。
18. ロータリスプール（３）によって、１つまたはそれ以上の別の弁貫通孔が開放可能であり、かつ／または遮断可能である、請求項１から１７までのいずれか１項記載の作動装置。
19. ロータリスプール弁が、内燃機関の、冷媒を案内する冷媒回路に設けられた調整弁である、請求項１から１８までのいずれか１項記載の作動装置。
20. 前記冷媒が、冷却液である、請求項１９記載の作動装置。

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