WO2018219691A1 - Stellantrieb mit einem differenzgetriebe zum einstellen eines vorgebbaren linearen stellwegs - Google Patents

Stellantrieb mit einem differenzgetriebe zum einstellen eines vorgebbaren linearen stellwegs Download PDF

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WO2018219691A1
WO2018219691A1 PCT/EP2018/063084 EP2018063084W WO2018219691A1 WO 2018219691 A1 WO2018219691 A1 WO 2018219691A1 EP 2018063084 W EP2018063084 W EP 2018063084W WO 2018219691 A1 WO2018219691 A1 WO 2018219691A1
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gear
transmission
actuator
motor
free end
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PCT/EP2018/063084
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David BÄNZIGER
Sebastian ULLI
Michael Brunner
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Siemens Schweiz Ag
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    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H2025/2062—Arrangements for driving the actuator
    • F16H2025/2081—Parallel arrangement of drive motor to screw axis

Definitions

  • the invention relates to an actuator, in particular for a flap or for a valve for adjusting a gaseous or liquid volume flow.
  • the actuator is thus intended for HVAC applications for building automation.
  • the actuator has a housing, an engine, a downstream transmission and a transmission nachge ⁇ switched control port for connection to the flap or on the valve.
  • the engine is preferably an electric motor.
  • the transmission is in its function a reducer.
  • the electric motors used in actuators have rotational speeds typically in the range of 1000 to 3000 revolutions per minute during the actuating operation. It is therefore a strongly reducing the rotational speed of Ge ⁇ drives required to implement the engine output torque in a high torque with a relatively low to very low number of revolutions, such as set terminal on a rotary in a flap. The resulting high
  • Torque can e.g. by means of an eccentric or a
  • the present transmissions are typically spur gears with a plurality of intermeshing gears.
  • Construction is therefore very complex and structurally complex.
  • the transmission on a first and second gear part both of which are arranged rotatably about a (common) gear ⁇ axis respectively axially and in particular radially fixed.
  • the second transmission part is arranged coaxially outside the first transmission part.
  • the gear parts are suitably mounted in the housing of the actuator, such as by means of bushings, bearings or
  • the motor is adapted to drive the two gear parts each with a reduction and with ample Kunststoffli ⁇ chen fixed gear ratios ül, Ü2 at least indirectly.
  • at least indirectly is meant that the motor via its mounted on the motor shaft motor gear or Dop ⁇ felyakrad either directly drives the first and second transmission part or the first and second transmission part about at least ⁇ another interposed subsequent gear as a further reduction stage and
  • the two gear parts can also be driven by means of two motors, so that again the above-mentioned fixed transmission ratio ül, Ü2 result.
  • the transmission has a third gear part, which is coaxially angeord ⁇ net between the first and second gear part.
  • the third gear part is axially movable, ⁇ fixed and fixed in particular radially fixed in the second gear part.
  • the third gear ⁇ part rotates at the same rotational speed as the second gear part.
  • the first gear part aligned with the transmission axis, axially extending and the third gear ⁇ part coaxial inner threaded rod with an axially extending external thread.
  • the external thread is engaged with a geometrically tuned internal thread of the third gear part.
  • the threaded rod may also be formed as a sleeve and be in the form of a hollow cylinder with the radially outer external thread.
  • An axial free end of the third gear part is at least indirectly connected to the control port. It can alternatively form the control terminal itself. The axial free end is located axially against a Einschiebe published the third gear member, wherein the insert piece is then inserted to support the third gear part in the second gearbox ⁇ participation.
  • the first and second gear parts rotate about equally fast about the common transmission axis and thus with a small difference in the angular or rotational speed.
  • the relative angular velocity co2-col to each other results from the difference between the transmission ratio gg of the engine to the first transmission part and between the transmission ratio Ü2 of the engine to the second transmission part multiplied by the angular velocity coO of the engine.
  • the first and second gear parts thus rotate comparatively slowly relative to each other. According to slow the external thread of the threaded ⁇ least be part of the first gear in the internal thread of the third gear member rotates. This is because the third gear part for torque support rotatably, but axially freely movable in the second gear part is performed.
  • the third transmission part thus leads one of the engine direction and one of the
  • Actuating speed is proportional to the engine speed or the angular velocity coO of the engine.
  • the advantage of the invention lies in a transmission which comprises only a few transmission parts, ie at least three parts. At the same time advantageously a high engine speed with a small Torque converted into a linear positioning movement with high force.
  • the engine comprises a motor shaft with a double gear as part of the transmission.
  • the double gear has a small motor gear and an axially spaced large motor gear, each with a radial external toothing.
  • radial external toothing is meant that the gear teeth extend in the radial direction here away from the motor axis.
  • the two motor gears form a one-piece, non-rotatably connected to the motor axis component.
  • the transmission parts, that is, the first, second and third gear parts are so arranged ⁇ that the common gearing axis is arranged parallel to the motor ⁇ axis or runs parallel to this.
  • first and second gear part in a first and two ⁇ th transmission gear, in each case with a radial structuraver ⁇ toothing with respect to the common transmission axis.
  • the first motor gear is engaged with the first or second transmission gear
  • the second motor gear is engaged with the second or first transmission gear.
  • each have two meshing gears or the two intermeshing gears, the two different fixed gear ratios ül, Ü2.
  • Due to the double gear with the two different sized motor gears is advantageously a simultaneous drive of the first and second gear part with a single motor possible.
  • the two transmission ratios ul, U2 are insbesonde ⁇ re in the range of 1: 3 to 1: 200, preferably in the range of 1: 5 to 1:20.
  • the ratio of the two translation behaves ⁇ nit ul, U2 to each other especially in the range of 0.7 to 1.3, preferably in the range of 0.9 to 1.1.
  • the first and second gear part due to the different gear ratios gg, Ü2 a Difference gear ratio Ü3 to each other, which results from the difference between the two different fixed gear ratios gg, Ü2.
  • the third gear ⁇ part which is axially movable and non-rotatably mounted in the second gear, doing doing a linear axial Stellbe ⁇ movement, which consists of the product of the Differenzüberset ⁇ tion ratio Ü3 and a thread pitch angle ⁇ of the outer and inner thread on the first and third gear part results.
  • All transmission parts and gear wheels can be made of a synthetic ⁇ material, such as polyamide, and / or metal, for example be made of steel.
  • the axial free end of the third gear part is connected via a rotary bearing with the remaining part of the third gear part, so that the axial free end piece to the remaining part axially and radially fixed, but is rotatable.
  • the axial free end piece is connected to the actuating connection for outputting a linear adjusting movement.
  • the axial free end itself may form the control port for connection to a valve.
  • the tooth segment is connected to the circuit connected or acts on this, or it forms even the control port for connection to a flap.
  • FIG. 2 shows the example according to FIG. 1 in an exploded view
  • FIG. 3 shows an example of an actuator with a
  • FIG. 4 is a perspective view of that in FIG. 3
  • FIG 1 shows an example for a transmission according to the G OF INVENTION ⁇ dung in the assembled state.
  • a double gear DZ is seen, which has two axially adjacent to a motor axis MA arranged motor gears ZI, Z2 with different diameters.
  • the small motor gear ZI has a smaller number of radially outer ⁇ lying teeth as the large motor gear Z2.
  • Motor axis MA is parallel to a transmission axis GA angeord ⁇ net. Both axles MA, GA are mounted in a housing GH of the transmission ⁇ bes G and the actuator AN.
  • To the Gereteach ⁇ se GA are three gear parts G1-G3 coaxial with each other ⁇ assigned .
  • the two first gear parts Gl, G2 each have a front-side gear Z3, Z4.
  • the smaller gear Z4 of the second gear G2 is engaged with the large motor gear Z2.
  • the larger gear Z3 of the first gear ⁇ part G1 is engaged with the small motor gear ZI.
  • the Determining the respective number of teeth and the diameter of the respective gears Z1-Z4 takes place in such a way that the first and second transmission gear ZI, Z2 rotate at different angular velocity col, co2, when the motor axis MA rotates with a corresponding motor-side angular velocity coO ,
  • the first gear part G1 thus rotates relative to the second gear part G2 at a differential angular velocity co2-col, wherein the first angular velocity c1 of the first gear part G1 is smaller than the second angular velocity c02 of the second one
  • the gear G can thus be referred to as Diffe ⁇ ence gear.
  • the third gear part G3 is arranged coaxially between the first and second gear part Gl, G2 and axially movable borrowed and rotatably mounted in the second gear part G2
  • the second and third transmission part G2, G3 therefore rotate about the transmission axis GA at the same angular velocity co2.
  • the third Gezzau ⁇ seteil G3 has, in an axial portion a in this illustration, not visible female thread on IG, which is in engagement with an external thread of a threaded rod AG GS or spindle (see FIG 2).
  • the threaded rod GS is part of the first gear part Gl and extends in the axial direction and in alignment with the transmission axis GA away from the first gear ZI.
  • the external thread AG extends around the outside of the threaded rod GS and also extends axially.
  • the threaded rod GS rotates relative to the third gear part G3 with the differential angular velocity co2-col.
  • the third transmission ⁇ part pushes depending on the threadability of the male / female thread and depending on the direction of rotation of the motor from the second gear G2 out or in this as a linear positioning movement LV inside.
  • An axial free end piece AE of the third gear part G3 can in this case directly form the control connection SA.
  • the transmission axis GA coincides with the associated control axis A.
  • the third gear part G3 on a plurality of axially extending annular grooves RN on its radially outer side, which form an outer toothing.
  • this external toothing engages in a toothed segment ZS to implement the linear positioning movement LV in a rotational movement.
  • FIG. 2 shows the example according to FIG. 1 in an exploded view .
  • the structural design of the three gear parts G1-G3 is particularly well recognizable.
  • a bearing pin is referred to, in the example, the first gear part Gl is mounted on the housing side.
  • the threaded rod GS engages in the assembled state through a cavity HR in the second gear part G2 and engages in the internal thread IG in the third gear part G3.
  • the rotationally fixed, but axially movable bearing AFI, AF2 of the third gear G3 in the second gear G2 is achieved in the present example by four distributed in the circumferential direction of the third gear G3 réelleselemen ⁇ te FE, which engage in corresponding guide grooves FN in the second gear G2. In the area of the four
  • the third transmission part G3 is axially divided into two sections AE, VT, which are separated by a rotary bearing ⁇ L.
  • the axial free end portion AE of example has two opposite second Actuallysele ⁇ elements FE2, which engage in not further shown and corresponding second guide grooves in the housing of the gear unit G or the actuator AN.
  • the axial free end piece AE no longer rotates about its own axis in comparison to the remaining part VT of the third gear part G3.
  • the axial free end AE forms in this case a rotationally free adjusting port SA for linear positioning movements LV.
  • the illustrated annular grooves RN are required for the case, if an implementation of the linear adjustment movement to take place in a rotary motion. This is the case in the two following figures.
  • FIG. 3 shows an example of an actuator AN with a control connection SA for rotary movements and with a transmission G according to the invention.
  • the transmission G is arranged in a housing GH of the actuator AN.
  • M is an electric motor can be seen, which drives the "differential gear" G.
  • It is the axial free end AE of the third gear G3 now engaged with a toothed segment ZS, which the linear positioning movement LV of the axial free end AE in a Drehbewe ⁇ supply reacted. to this end, is mounted about the adjusting axis A in the housing GH, the toothed segment ZS. with co3 the Winkelgeschwindig ⁇ ness of the actuating circuit SA is referred to the adjusting axis A. This results divided by the radius of the of the linear actuating speed of the axial free end portion AE Tooth segment ZG. Below the tooth segment ZS is a
  • Return spring RF can be seen which e.g. if the power supply fails, the positioning connection SA or the rotary connection moves automatically to a reset position.
  • an actuating element MAN for manual adjustment of the control port SA can be seen.
  • FIG 4 shows a perspective view of the transmission G shown in FIG 3 with the axial free end AE in engagement with a toothed segment ZS of the transmission G.
  • the illustrated end piece AE of the third gear G3 not by means of a pivot bearing L from the remaining Part VT of the third gear G3 is decoupled, the outer teeth serving as annular grooves RN during an adjustment movement on the outer teeth of the toothed segment ZS, since the axial free end AE with the Winkelgeschwindig ⁇ speed co2 rotates about the transmission axis GA.
  • the use of a pivot bearing L may be required if the material pairing at the point of engagement between the annular grooves RN and the external toothing of the toothed segment ZS would be subject to excessive wear.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb (AN) für eine Klappe oder für ein Ventil zum Einstellen eines gasförmigen oder flüssigen Volumenstroms, wobei der Stellantrieb ein Gehäuse (GH), einen Motor (M), ein nachgeschaltetes Getriebe (G) und einen dem Getriebe nachgeschalteten Stellanschluss (SA) aufweist. Das Getriebe umfasst erfindungsgemäß ein erstes und zweites Getriebeteil (G1, G2), welche beide um eine Getriebeachse (GA) jeweils drehbeweglich und axial fixiert angeordnet sind. Das zweite Getriebeteil ist koaxial außenliegend zum ersten Getriebeteil angeordnet. Der Motor treibt die beiden Getriebeteile jeweils mit Untersetzung und mit unterschiedlichen festen Übersetzungsverhältnissen ü1, ü2 an. Das Getriebe weist ein drittes Getriebeteil auf, das koaxial zwischen dem ersten und zweiten Getriebeteil angeordnet ist. Das dritte Getriebeteil ist axial beweglich und drehfest im zweiten Getriebeteil gelagert. Das erste Getriebeteil umfasst eine mit der Getriebeachse fluchtende, sich axial erstreckende und zum dritten Getriebeteil koaxial innenliegende Gewindestange (GS) mit einem sich axial erstreckenden Außengewinde (AG). Letzteres ist im Eingriff mit einem Innengewinde (IG) des dritten Getriebeteils. Es ist ein axiales freies Endstück (AE) des dritten Getriebeteils mittelbar (ZS) mit dem Stellanschluss verbunden oder es bildet diesen selbst.

Description

Beschreibung
Stellantrieb mit einem Differenzgetriebe zum Einstellen eines vorgebbaren linearen Stellwegs Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb, insbesondere für eine Klappe oder für ein Ventil zum Einstellen eines gasförmigen oder flüssigen Volumenstroms. Der Stellantrieb ist somit für HKL-Anwendungen für eine Gebäudeautomation vorgesehen. Der Stellantrieb weist ein Gehäuse, einen Motor, ein nachgeschaltetes Getriebe sowie einen dem Getriebe nachge¬ schalteten Stellanschluss zum Anschluss an der Klappe oder an dem Ventil auf. Der Motor ist vorzugsweise ein Elektromotor. Das Getriebe ist in seiner Funktion ein Reduziergetriebe.
Die bei Stellantrieben im Einsatz befindlichen Elektromotoren weisen während des Stellbetriebs Umdrehungszahlen typischerweise im Bereich von 1000 bis 3000 Umdrehungen pro Minute auf. Es ist daher ein die Drehzahl stark reduzierendes Ge¬ triebe erforderlich, um das vom Motor ausgegebene Drehmoment in ein hohes Drehmoment mit vergleichsweise geringer bis sehr geringer Umdrehungszahl umzusetzen, wie z.B. an einem Dreh- stellanschluss bei einer Klappe. Das resultierende hohe
Drehmoment kann z.B. mittels eines Exzenters oder einer
Spindel auch in eine lineare Stellbewegung mit hoher Stell¬ kraft, wie z.B. für ein Ventil, umgesetzt werden. Die gegen- wärtigen Getriebe sind typischerweise Stirnradgetriebe mit einer Vielzahl von ineinandergreifenden Zahnrädern. Der
Aufbau ist folglich sehr komplex und konstruktiv aufwändig.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Stellantrieb anzugeben, dessen Getriebe weniger Komponenten aufweist. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen konstruktiv weniger aufwändigen Stellantrieb anzugeben. Die Aufgabe wird mit den Gegenständen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß weist das Getriebe ein erstes und zweites Getriebeteil auf, welche beide um eine (gemeinsame) Getriebe¬ achse jeweils drehbeweglich sowie axial und insbesondere radial fixiert angeordnet sind. Das zweite Getriebeteil ist koaxial außenliegend zum ersten Getriebeteil angeordnet. Die Getriebeteile sind in geeigneter Weise im Gehäuse des Stell- antriebs gelagert, wie z.B. mittels Buchsen, Lager oder
Lagerzapfen. Der Motor ist dazu eingerichtet, die beiden Getriebeteile jeweils mit Untersetzung und mit unterschiedli¬ chen festen Übersetzungsverhältnissen ül, Ü2 zumindest mittelbar anzutreiben. Mit „zumindest mittelbar" ist gemeint, dass der Motor über sein auf der Motorachse angebrachtes Motorzahnrad bzw. Dop¬ pelzahnrad entweder direkt das erste und zweite Getriebeteil antreibt oder das erste und zweite Getriebeteil über zumin¬ dest ein weiteres dazwischen geschaltetes Folgezahnrad als weitere Untersetzungsstufe und somit mittelbar antreibt. Die beiden Getriebeteile können auch mittels zweier Motoren angetrieben werden, sodass sich wieder die eingangs genannten festen Übersetzungsverhältnisses ül, Ü2 ergeben.
Das Getriebe weist ein drittes Getriebeteil auf, welches koaxial zwischen dem ersten und zweiten Getriebeteil angeord¬ net ist. Das dritte Getriebeteil ist axial beweglich, dreh¬ fest und insbesondere radial fixiert im zweiten Getriebeteil gelagert. Mit anderen Worten dreht sich das dritte Getriebe¬ teil mit der gleichen Umdrehungsgeschwindigkeit wie das zweite Getriebeteil.
Es umfasst das erste Getriebeteil eine mit der Getriebeachse fluchtende, sich axial erstreckende und zum dritten Getriebe¬ teil koaxial innenliegende Gewindestange mit einem sich axial erstreckenden Außengewinde. Das Außengewinde ist im Eingriff mit einem darauf geometrisch abgestimmten Innengewinde des dritten Getriebeteils. Die Gewindestange kann auch als Hülse ausgebildet sein und die Form eines Hohlzylinders mit dem radial außenliegenden Außengewinde sein. Ein axiales freies Endstück des dritten Getriebeteils ist zumindest mittelbar mit dem Stellanschluss verbunden. Es kann alternativ dazu den Stellanschluss selbst bilden. Das axiale freie Endstück liegt einem Einschiebestück des dritten Getriebeteils axial gegenüber, wobei das Einschiebestück dann zur Lagerung des dritten Getriebeteils in das zweite Getrie¬ beteil eingeschoben wird.
Im Stellbetrieb drehen sich das erste und zweite Getriebeteil in etwa gleich schnell um die gemeinsame Getriebeachse und somit mit einer geringen Differenz in der Winkel- bzw. Umdre- hungsgeschwindigkeit . Die relative Winkelgeschwindigkeit co2 - col zueinander ergibt sich aus der Differenz zwischen dem Übersetzungsverhältnis ül von Motor zum ersten Getriebeteil und zwischen dem Übersetzungsverhältnis Ü2 von Motor zum zweiten Getriebeteil multipliziert mit der Winkelgeschwindig- keit coO des Motors. Die ersten und zweiten Getriebeteile drehen sich somit vergleichsweise relativ langsam zueinander. Entsprechend langsam dreht sich das Außengewinde der Gewin¬ destange des ersten Getriebeteils im Innengewinde des dritten Getriebeteils. Dies deswegen, weil das dritte Getriebeteil zur Drehmomentstützung drehfest, jedoch axial frei beweglich im zweiten Getriebeteil geführt ist. Das dritte Getriebeteil führt somit eine von der Motorrichtung und eine von der
Links- oder Rechtsgängigkeit des Außen- und Innengewindes abhängige axiale Stellbewegung aus dem zweiten Getriebeteil heraus oder in das zweite Getriebeteil hinein. Die lineare
Stellgeschwindigkeit ist dabei proportional zur Motordrehzahl bzw. zur Winkelgeschwindigkeit coO des Motors.
Der Vorteil der Erfindung liegt in einem Getriebe, welches nur wenige Getriebeteile umfasst, d.h. zumindest drei Teile. Zugleich wird vorteilhaft eine hohe Motordrehzahl mit kleinem Drehmoment in eine lineare Stellbewegung mit hoher Stellkraft umgesetzt .
Nach einer Ausführungsform umfasst der Motor eine Motorachse mit einem Doppelzahnrad als Teil des Getriebes. Das Doppel- zahnrad weist ein kleines Motorzahnrad und ein axial dazu beabstandetes großes Motorzahnrad auf, jeweils mit einer radialen Außenverzahnung. Mit radialer Außenverzahnung ist gemeint, dass sich die Zahnradzähne sich in radialer Richtung hier weg von der Motorachse erstrecken. Vorzugsweise bilden die beiden Motorzahnräder ein einstückiges, drehfest mit der Motorachse verbundenes Bauteil. Die Getriebeteile, das heißt das erste, zweite und dritte Getriebeteil, sind derart ange¬ ordnet, dass die gemeinsame Getriebeachse parallel zur Motor¬ achse angeordnet ist bzw. parallel zu dieser verläuft. Es weist das erste und zweite Getriebeteil ein erstes und zwei¬ tes Getriebezahnrad auf, jeweils mit einer radialen Außenver¬ zahnung im Bezug auf die gemeinsame Getriebeachse. Das erste Motorzahnrad ist mit dem ersten oder zweiten Getriebezahnrad im Eingriff, und das zweite Motorzahnrad ist mit dem zweiten oder ersten Getriebezahnrad im Eingriff. Dabei weisen die jeweils zwei sich im Eingriff befindlichen Zahnräder bzw. die jeweils zwei miteinander kämmenden Zahnräder, die zwei unterschiedlichen festen Übersetzungsverhältnisse ül, Ü2 auf.
Durch das Doppelzahnrad mit den zwei unterschiedlich großen Motorzahnrädern ist vorteilhaft ein gleichzeitiger Antrieb des ersten und zweiten Getriebeteils mit einem einzigen Motor möglich .
Die beiden Übersetzungsverhältnisse ül, Ü2 liegen insbesonde¬ re im Bereich von 1:3 bis 1:200, vorzugsweise im Bereich von 1:5 bis 1:20. Das Verhältnis der beiden Übersetzungsverhält¬ nisse ül, Ü2 zueinander liegt insbesondere im Bereich von 0.7 bis 1.3, vorzugsweise im Bereich von 0.9 bis 1.1.
Dabei weisen das erste und zweite Getriebeteil bedingt durch die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse ül, Ü2 ein Differenzübersetzungsverhältnis Ü3 zueinander auf, welches sich aus der Differenz der beiden unterschiedlichen festen Übersetzungsverhältnisse ül, Ü2 ergibt. Das dritte Getriebe¬ teil, welches axial beweglich und drehfest im zweiten Getrie- beteil gelagert ist, führt dabei eine lineare axiale Stellbe¬ wegung aus, welche sich aus dem Produkt des Differenzüberset¬ zungsverhältnisses Ü3 und einem Gewindesteigungswinkel φ des Außen- und Innengewindes am ersten und dritten Getriebeteil ergibt . Sämtliche Getriebeteile und Zahnräder können aus einem Kunst¬ stoff, wie z.B. aus Polyamid, und/oder aus Metall, wie z.B. aus Stahl, hergestellt sein.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist das axiale freie Endstück des dritten Getriebeteils über ein Drehlager mit dem verbleibenden Teil des dritten Getriebeteils verbunden, sodass das axiale freie Endstück zum verbleibenden Teil axial und radial fixiert, jedoch aber drehbeweglich ist.
Insbesondere ist dann das axiale freie Endstück des dritten Getriebeteils entlang der Getriebeachse drehfest im Gehäuse des Stellantriebs geführt. Dadurch dreht sich vorteilhaft das axiale freie Endstück nicht mehr um seine Achse.
Nach einer Ausführungsform ist das axiale freie Endstück zur Ausgabe einer linearen Stellbewegung mit dem Stellanschluss verbunden. Alternativ kann das axiale freie Endstück selbst den Stellanschluss zum Anschließen an einem Ventil bilden.
Schließlich weist zumindest das axiale freie Endstück eine Vielzahl von axial verlaufenden Ringnuten an seiner radialen Außenseite auf, welche eine Außenverzahnung bilden. Es ist die radiale Außenseite des axialen freien Endstücks im Ein- griff mit einer Außenverzahnung eines im Gehäuse des Stellantriebs gelagerten Zahnsegments, sodass eine axiale lineare Stellbewegung des axialen freien Endstücks in eine Drehbewegung umsetzbar ist. Das Zahnsegment ist mit dem Stellen- schluss verbunden bzw. wirkt auf diesen ein, oder es bildet selbst den Stellanschluss zum Anschließen an einer Klappe.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden am Beispiel der nachfolgenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1 ein Beispiel für ein Getriebe gemäß der Erfindung im zusammengefügten Zustand,
FIG 2 das Beispiel gemäß FIG 1 in einer Explosionsdar¬ stellung,
FIG 3 ein Beispiel für einen Stellantrieb mit einem
Stellanschluss für Drehbewegungen und mit einem Ge¬ triebe gemäß der Erfindung, und
FIG 4 eine perspektivische Ansicht auf das in FIG 3
gezeigte Getriebe mit einem axialen freien Endstück im Eingriff mit einem Zahnsegment des Getriebes.
FIG 1 zeigt ein Beispiel für ein Getriebe G gemäß der Erfin¬ dung im zusammengefügten Zustand. Im linken Teil der FIG 1 ist ein Doppelzahnrad DZ zu sehen, welches zwei axial auf einer Motorachse MA benachbart angeordnete Motorzahnräder ZI, Z2 mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist. Das kleine Motorzahnrad ZI weist eine kleinere Anzahl von radial außen¬ liegenden Zähnen auf wie das große Motorzahnrad Z2. Die
Motorachse MA ist parallel zu einer Getriebeachse GA angeord¬ net. Beide Achsen MA, GA sind in einem Gehäuse GH des Getrie¬ bes G bzw. des Stellantriebs AN gelagert. Um die Getriebeach¬ se GA sind drei Getriebeteile G1-G3 koaxial zueinander ange¬ ordnet. Die beiden ersten Getriebeteile Gl, G2 weisen jeweils ein stirnseitiges Getriebezahnrad Z3, Z4 auf. Das kleinere Getriebezahnrad Z4 des zweiten Getriebeteils G2 ist dabei im Eingriff mit dem großen Motorzahnrad Z2. In entsprechender Weise ist das größere Getriebezahnrad Z3 des ersten Getriebe¬ teils Gl im Eingriff mit dem kleinen Motorzahnrad ZI. Die Festlegung der jeweiligen Anzahl der Zähne sowie des Durchmessers der jeweiligen Zahnräder Z1-Z4 erfolgt in der Weise, dass sich das erste und zweite Getriebezahnrad ZI, Z2 mit unterschiedlicher Winkelgeschwindigkeit col, co2 drehen, wenn sich die Motorachse MA mit einer entsprechenden motorseitigen Winkelgeschwindigkeit coO dreht. Das erste Getriebeteil Gl dreht sich somit relativ zum zweiten Getriebeteil G2 mit einer Differenzwinkelgeschwindigkeit co2-col, wobei die erste Winkelgeschwindigkeit col des ersten Getriebeteils Gl kleiner ist als die zweite Winkelgeschwindigkeit co2 des zweiten
Getriebeteils G2. Das Getriebe G kann somit auch als Diffe¬ renzgetriebe bezeichnet werden.
Das dritte Getriebeteil G3 ist koaxial zwischen dem ersten und zweiten Getriebeteil Gl, G2 angeordnet und axial beweg- lieh sowie drehfest im zweiten Getriebeteil G2 gelagert
(siehe dazu die nachfolgende FIG 2) . Das zweite und dritte Getriebeteil G2, G3 drehen sich daher mit derselben Winkelgeschwindigkeit co2 um die Getriebeachse GA. Das dritte Gehäu¬ seteil G3 weist in einem axialen Teilbereich ein in dieser Darstellung nicht sichtbares Innengewinde IG auf, welches im Eingriff mit einem Außengewinde AG einer Gewindestange GS bzw. Spindel ist (siehe FIG 2) . Die Gewindestange GS ist Teil des ersten Getriebeteils Gl und erstreckt sich in axialer Richtung und fluchtend mit der Getriebeachse GA weg vom ersten Getriebezahnrad ZI. Das Außengewinde AG verläuft um die Außenseite der Gewindestange GS und erstreckt sich gleichfalls axial. Durch die drehfeste Fixierung des dritten Getriebeteils G3 im zweiten Getriebeteil G2 dreht sich die Gewindestange GS relativ zum dritten Getriebeteil G3 mit der Differenzwinkelgeschwindigkeit co2-col. Das dritte Getriebe¬ teil schiebt sich dabei abhängig von der Gewindegängigkeit des Außen-/Innengewindes und abhängig von der Drehrichtung des Motors aus dem zweiten Getriebeteil G2 heraus oder in dieses als lineare Stellbewegung LV hinein. Ein axiales freies Endstück AE des dritten Getriebeteils G3 kann hierbei direkt den Stellanschluss SA bilden. In diesem Fall fällt die Getriebeachse GA mit der zugehörigen Stellachse A zusammen. Im Beispiel der FIG 1 weist das dritte Getriebeteil G3 eine Vielzahl von axial verlaufenden Ringnuten RN an seiner radialen Außenseite auf, welche eine Außenverzahnung bilden. Im Beispiel der nachfolgenden FIG 3 ist ersichtlich, wie diese Außenverzahnung in ein Zahnsegment ZS zur Umsetzung der linearen Stellbewegung LV in eine Drehbewegung eingreift.
FIG 2 zeigt das Beispiel gemäß FIG 1 in einer Explosionsdar¬ stellung. In diesem Beispiel ist der konstruktive Aufbau der drei Getriebeteile G1-G3 besonders gut erkennbar. Zu sehen ist das Außengewinde AG auf der Gewindestange GS, die sich axial weg von einer Stirnseite S des ersten Getriebezahnrads Z3 erstreckt. Mit LZ ist ein Lagerzapfen bezeichnet, in dem beispielhaft das erste Getriebeteil Gl gehäuseseitig gelagert ist. Die Gewindestange GS greift im zusammengefügten Zustand durch einen Hohlraum HR im zweiten Getriebeteil G2 hindurch und greift in das Innengewinde IG im dritten Getriebeteil G3 ein. Die drehfeste, aber axial bewegliche Lagerung AFI, AF2 des dritten Getriebeteils G3 im zweiten Getriebeteil G2 wird im vorliegenden Beispiel durch vier in Umfangsrichtung des dritten Getriebeteils G3 verteilt angeordnete Führungselemen¬ te FE erreicht, die in entsprechende Führungsnuten FN im zweiten Getriebeteil G2 eingreifen. Im Bereich der vier
Führungselemente FE ist auch das Innengewinde IG ausgebildet. Im vorliegenden Beispiel ist das dritte Getriebeteil G3 axial in zwei Teilstücke AE, VT aufgeteilt, welche durch ein Dreh¬ lager L getrennt sind. Das axiale freie Endstück AE weist beispielhaft zwei sich gegenüberliegende zweite Führungsele¬ mente FE2 auf, die in nicht weiter gezeigte und sich entspre- chende zweite Führungsnuten im Gehäuse des Getriebes G oder des Stellantriebs AN eingreifen. Durch diese Entkopplung dreht sich das axiale freie Endstück AE im Vergleich zum verbleibenden Teil VT des dritten Getriebeteils G3 nicht mehr um die eigene Achse. Das axiale freie Endstück AE bildet in diesem Fall einen drehfreien Stellanschluss SA für lineare Stellbewegungen LV. Die gezeigten Ringnuten RN sind für den Fall erforderlich, falls eine Umsetzung der linearen Stellbe- wegung in eine Drehbewegung erfolgen soll. Dies ist in den beiden nachfolgenden Figuren der Fall.
FIG 3 zeigt ein Beispiel für einen Stellantrieb AN mit einem Stellanschluss SA für Drehbewegungen und mit einem Getriebe G gemäß der Erfindung. Das Getriebe G ist in einem Gehäuse GH des Stellantriebs AN angeordnet. Mit M ist ein Elektromotor erkennbar, der das „Differenzgetriebe" G antreibt. Es ist das axiale freie Endstück AE des dritten Getriebeteils G3 nun im Eingriff mit einem Zahnsegment ZS, welches die lineare Stell- bewegung LV des axialen freien Endstücks AE in eine Drehbewe¬ gung umsetzt. Hierzu ist das Zahnsegment ZS im Gehäuse GH um die Stellachse A gelagert. Mit co3 ist die Winkelgeschwindig¬ keit des Stellanschluss SA um die Stellachse A bezeichnet. Diese ergibt sich aus der linearen Stellgeschwindigkeit des axialen freien Endstücks AE dividiert durch den Radius des Zahnsegments ZG. Unterhalb des Zahnsegments ZS ist eine
Rückstellfeder RF ersichtlich, welche z.B. bei Ausfall der Stromversorgung den Stellanschluss SA bzw. den Drehanschluss selbsttätig in eine Rückstellposition verfährt. Im oberen Teil der FIG 3 ist ein Betätigungselement MAN zum manuellen Verstellen des Stellanschluss SA zu sehen.
FIG 4 zeigt eine perspektivische Ansicht auf das in FIG 3 gezeigte Getriebe G mit dem axialen freien Endstück AE im Eingriff mit einem Zahnsegment ZS des Getriebes G. Für den Fall, dass das gezeigte Endstück AE des dritten Getriebeteils G3 nicht mittels eines Drehlagers L vom verbleibenden Teil VT des dritten Getriebeteils G3 entkoppelt ist, schleifen die als Außenverzahnung dienenden Ringnuten RN während einer Stellbewegung an der Außenverzahnung des Zahnsegments ZS, da sich das axiale freie Endstück AE mit der Winkelgeschwindig¬ keit co2 um die Getriebeachse GA dreht. Der Einsatz eines Drehlagers L kann erforderlich sein, wenn die Materialpaarung im Eingriffspunkt zwischen den Ringnuten RN und der Außenverzahnung des Zahnsegments ZS einem zu hohen Verschleiß unter- liegen würde. Bezugs zeichenliste
A Stellachse
AE axiales freies Endstück
AFI , AF2 Axialführung
AG Außengewinde
AN Stellantrieb
DZ Doppelzahnrad
END axiales Endstück des dritten Getriebeteils FE Führungselement
FE2 zweites Führungselement
G Getriebe
G1-G3 Getriebeteile
GA Getriebeachse
GH Gehäuse
H Hülse
HR Hohlraum
IG Mutter, Innengewinde
LN Führungsnut, Nut, Linearnut
L Lager, Drehlager
LV linearer Vorschub
LZ Lagerzapfen
M Motor, Elektromotor
MA Motorachse
MAN manuelle Entriegelung, manuelles Stellglied
RA radiale Außenseite
RF Rückstellfeder
RN Ringnut, Gewinde
S Stirnseite
SA Stellanschluss
ZI, Z2 Motorzahnräder
ZS Zahnsegment, Zahnrad
CO0- C03 Winkelgeschwindigkeit

Claims

Patentansprüche
1. Stellantrieb (AN), insbesondere für eine Klappe oder für ein Ventil zum Einstellen eines gasförmigen oder flüssigen Volumenstroms, wobei der Stellantrieb (AN) ein Gehäuse (GH) , einen Motor (M) , ein nachgeschaltetes Getriebe (G) sowie einen dem Getriebe (G) nachgeschalteten Stellanschluss (SA) zum Anschließen an der Klappe oder an dem Ventil aufweist, dadurch gekennzeichnet,
- dass das Getriebe (G) ein erstes und zweites Getriebeteil (Gl, G2) aufweist, welche beide um eine gemeinsame Getrie¬ beachse (GA) jeweils drehbeweglich sowie axial und insbe¬ sondere radial fixiert angeordnet sind, wobei das zweite Getriebeteil (G2) koaxial außenliegend zum ersten Getriebe- teil (Gl) angeordnet ist,
- dass der Motor (M) beide Getriebeteile (Gl, G2) jeweils mit Untersetzung und mit unterschiedlichen festen Übersetzungsverhältnissen ül, Ü2 zumindest mittelbar antreibt,
- dass das Getriebe (G) ein drittes Getriebeteil (G3) auf- weist, welches koaxial zwischen dem ersten und zweiten
Getriebeteil (Gl, G2) angeordnet ist, wobei das dritte Ge¬ triebeteil (G3) axial beweglich, drehfest und insbesondere radial fixiert im zweiten Getriebeteil (G2) gelagert ist,
- dass das erste Getriebeteil (Gl) eine mit der Getriebeachse (GA) fluchtende, sich axial erstreckende und zum dritten
Getriebeteil (G3) koaxial innenliegende Gewindestange (GS) mit einem sich axial erstreckenden Außengewinde (AG) um- fasst, wobei das Außengewinde (AG) im Eingriff mit einem Innengewinde (IG) des dritten Getriebeteils (3) ist, und - dass ein axiales freies Endstück (AE) des dritten Getriebe¬ teils (G3) zumindest mittelbar (ZS) mit dem Stellanschluss (SA) verbunden ist oder den Stellanschluss (SA) bildet.
2. Stellantrieb (AN) nach Anspruch 1,
- wobei der Motor (M) eine Motorachse (MA) mit einem Doppel¬ zahnrad (DZ) als Teil des Getriebes (G) umfasst, wobei das Doppelzahnrad (DZ) ein kleines Motorzahnrad (ZI) und ein axial dazu beabstandetes großes Motorzahnrad (Z2) aufweist, jeweils mit einer radialen Außenverzahnung,
- wobei die Getriebeteile (G1-G3) derart angeordnet sind, dass die gemeinsame Getriebeachse (GA) parallel zur Motor- achse (MA) angeordnet ist,
- wobei das erste und zweite Getriebeteil (Gl, G2) ein erstes und zweites Getriebezahnrad (Z3, Z4) aufweist, jeweils mit einer radialen Außenverzahnung,
- wobei das erste Motorzahnrad (ZI) mit dem ersten oder
zweiten Getriebezahnrad (Z3, Z4) im Eingriff ist und wobei das zweite Motorzahnrad (Z2) mit dem zweiten oder ersten Getriebezahnrad (Z4, Z3) im Eingriff ist, und
- wobei die jeweils zwei sich im Eingriff befindlichen Zahnräder (ZI, Z3, Z2, Z4; ZI, Z4, Z2, Z3) die zwei unter- schiedlichen Übersetzungsverhältnisse ül, Ü2 aufweisen.
3. Stellantrieb (AN) nach Anspruch 2, wobei die beiden Übersetzungsverhältnisse ül, Ü2 im Bereich von 1:3 bis 1:200, insbesondere im Bereich von 1:5 bis 1:20, liegen.
4. Stellantrieb (AN) nach Anspruch 3, wobei das Verhältnis der beiden Übersetzungsverhältnisse ül, Ü2 zueinander im Bereich von 0.7 bis 1.3, insbesondere im Bereich von 0.9 bis 1.1, liegt .
5. Stellantrieb (AN) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste und zweite Getriebeteil (Gl, G2) bedingt durch die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse ül, Ü2 ein Differenzübersetzungsverhältnis Ü3 zueinander aufweisen, welches sich aus der Differenz der beiden unterschiedlichen festen Übersetzungsverhältnisse ül, Ü2 ergibt.
6. Stellantrieb (AN) nach Anspruch 5, wobei das dritte Ge¬ triebeteil (G3) , welches axial beweglich und drehfest im zweiten Getriebeteil (G2) gelagert ist, eine lineare axiale Stellbewegung (LV) ausführt, welche sich aus dem Produkt des Differenzübersetzungsverhältnisses Ü3 und einem Gewindestei- gungswinkel φ des Außen- und Innengewindes AG, IG am ersten und dritten Getriebeteil (Gl, G3) ergibt.
7. Stellantrieb (AN) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das axiale freie Endstück (AE) des dritten Getriebe¬ teils (G3) über ein Drehlager (L) mit dem verbleibenden Teil (VT) des dritten Getriebeteils (G3) verbunden ist, sodass das axiale freie Endstück (AE) zum verbleibenden Teil (T) axial und radial fixiert, jedoch aber drehbeweglich ist.
8. Stellantrieb (AN) nach Anspruch 7, wobei das axiale freie Endstück (AE) des dritten Getriebeteils (G3) entlang der Getriebeachse (GA) drehfest im Gehäuse (GH) des Stellantriebs (AN) geführt ist.
9. Stellantrieb (AN) nach Anspruch 8, wobei das axiale freie Endstück (AE) zur Ausgabe einer linearen Stellbewegung (LV) mit dem Stellanschluss (SA) verbunden ist oder den Stellan- schluss (SA) insbesondere zum Anschließen an einem Ventil bildet.
10. Stellantrieb (AN) nach Anspruch 7 oder 8, wobei zumindest das axiale freie Endstück (AE) eine Vielzahl von axial verlaufenden Ringnuten (RN) an seiner radialen Außenseite auf- weist, welche eine Außenverzahnung bilden, und wobei die radiale Außenseite des axialen freien Endstücks (AE) im
Eingriff mit einer Außenverzahnung eines im Gehäuse (GH) des Stellantriebs (AN) gelagerten Zahnsegments (ZS) ist, sodass eine axiale lineare Stellbewegung (LV) des axialen freien Endstücks (AE) in eine Drehbewegung umsetzbar ist, und wobei das Zahnsegment (ZS) mit dem Stellanschluss (SA) verbunden ist oder den Stellanschluss (SA) insbesondere zum Anschließen an einer Klappe bildet.
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CN110131327A (zh) * 2019-05-29 2019-08-16 浙江吉利控股集团有限公司 一种汽车离合器的螺旋式致动器

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