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Patent Searching and Data


Title:
ACTUATING DRIVE, HAVING A RESTORING SPRING WHICH ACTS ON AN ACTUATION CONNECTION INDEPENDENTLY OF THE ACTUATION OPERATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/224364
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an actuating drive (AN) for a flap (K) or for a valve for adjusting a gaseous or liquid volumetric flow, in particular for the heating, ventilation, or air-conditioning of a building. The actuating drive comprises a housing (G), a motor (M), in particular a direct current motor, a downstream transmission (GE), an actuation connection (SA) downstream of the transmission, and a restoring spring (RF). The actuation connection is designed to set a rotational position of the flap or of the valve about an actuation axis (AS) of the actuation connection between an idle position (A) and an actuation position (B). The restoring spring is provided for the automatic movement of the actuating drive into the idle position. In a characterizing way, the transmission and the actuation connection form a common assembly (BE), which is arranged in or on the housing of the actuating drive for rotation or pivoting about the actuation axis of the actuating drive. The common assembly can be preloaded against a restoring torque of the restoring spring, which restoring torque increases with increasing rotation, and the common assembly can be locked by means of a housing-side locking element (V) when a specified preloading angle (α) is reached. The actuating drive has a release element (E), which is designed to release the common assembly in the event of a failure of a power supply of the actuating drive or on account of a received actuation command in order to move the common assembly together with the actuation connection into the idle position independently of the currently set rotational position of the actuating drive.

Inventors:
WÜST, Theodor (Eichwiesstrasse 24a, 8630 Rüti, 8630, CH)
BEER, Andri (Hauptstrasse 52, 7242 Luzein, 7242, CH)
HUBER, Glenn Patrick (Bachstrasse 31, 8902 Urdorf, 8902, CH)
Application Number:
EP2018/064124
Publication Date:
December 13, 2018
Filing Date:
May 30, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS SCHWEIZ AG (Freilagerstrasse 40, 8047 Zürich, 8047, CH)
International Classes:
F16K31/53; F16K1/20; F16K15/18; F16K17/04; F16K31/56; F16K35/16
Foreign References:
US5984260A1999-11-16
US3808895A1974-05-07
US4895343A1990-01-23
GB2018389A1979-10-17
US5367997A1994-11-29
US20080236313A12008-10-02
US4989566A1991-02-05
EP1279876A12003-01-29
GB1437061A1976-05-26
US20160102775A12016-04-14
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
MAIER, Daniel (Postfach 22 16 34, München, 80506, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Stellantrieb (AN) für eine Klappe (K) oder für ein Ventil zum Einstellen eines gasförmigen oder flüssigen Volumen- Stroms, insbesondere zum Heizen, Lüften oder Klimatisieren eines Gebäudes, wobei der Stellantrieb (AN) ein Gehäuse (G) , einen Motor (M) , ein nachgeschaltetes Getriebe (GE) , einen dem Getriebe (GE) nachgeschalteten Stellanschluss (SA) sowie eine Rückstellfeder (RF) umfasst, wobei der Stellanschluss (SA) zum Einstellen einer Drehstellung der Klappe (K) oder des Ventils um eine Stellachse (AS) des Stellanschlusses (SA) zwischen einer Ruhestellung (A) und einer Betätigungsstellung (B) eingerichtet ist und wobei die Rückstellfeder (RF) zum selbsttätigen Verfahren des Stellantriebs (AN) in die Ruhe- Stellung (A) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, - dass das Getriebe (GE) und der Stellanschluss (SA) eine gemeinsame Baugruppe (BE) bilden, welche im oder am Gehäuse (G) des Stellantriebs (AN) dreh- oder schwenkbar um die Stellachse (AS) des Stellantriebs (AN) angeordnet ist, - dass die gemeinsame Baugruppe (BE) entgegen ein mit zuneh¬ mender Verdrehung zunehmendes Rückstellmoment der Rück¬ stellfeder (RF) vorspannbar und bei Erreichen eines vorgegebenen Vorspannwinkels ( a ) mit einem gehäuseseitigen Ver- rastelement (V) verrastbar ist, und

- dass der Stellantrieb (AN) ein Entriegelungselement (E) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, bei Ausfall einer Stromversorgung des Stellantriebs (AN) oder auf einen empfangenen Stellbefehl hin die gemeinsame Baugruppe (BE) zu entriegeln, um die gemeinsame Baugruppe (BE) zusammen mit dem Stellanschluss (SA) und unabhängig von der aktuell eingestellten Drehstellung des Stellantriebs (AN) in die Ruhestellung (A) zu verfahren.

2. Stellantrieb (AN) nach Anspruch 1, wobei der Motor (M, MR) Teil der gemeinsamen Baugruppe (BE) ist. 3. Stellantrieb (AN) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ge¬ triebe (GE) selbsthemmend ausgeführt ist.

4. Stellantrieb (AN) nach Anspruch 1, wobei der Motor (M, MG) fest im Gehäuse (GE) angeordnet ist, wobei das Getriebe (GE) ein eingangsseitiges Getriebezahnrad (GZ) aufweist, das im Eingriff mit einem Motorzahnrad (MZ) des Motors (M, MG) ist und dessen Getriebeachse mit der Stellachse (AS) fluchtet.

5. Stellantrieb (AN) nach Anspruch 4, wobei das Motorzahnrad (MZ) und das Getriebezahnrad (GZ) in einem nicht-selbsthemmenden Eingriff miteinander sind.

6. Stellantrieb (AN) nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Ge- triebe (GE) zumindest ein weiteres Zahnrad aufweist, welches zwischen dem eingangsseitigen Getriebezahnrad (GZ) und dem Stellanschluss (SA) angeordnet ist.

7. Stellantrieb (AN) nach Anspruch 6, wobei das Getriebe (GE) bis auf den nicht-selbsthemmenden Eingriff zwischen dem

Motorzahnrad (MZ) und dem Getriebezahnrad (GZ) selbsthemmend ist .

8. Stellantrieb (AN) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Motor (M, MG) im entriegelten Zustand der gemeinsamen Baugruppe (BE) an ein elektrisches Begrenzungselement, insbe- sondere an einen ohmschen Widerstand, geschaltet ist.

9. Stellantrieb (AN) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die gemeinsame Baugruppe (BE) derart gestaltet ist, dass diese manuell von außen vorspannbar ist.

10. Stellantrieb (AN) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die gemeinsame Baugruppe (BE) mittels eines Aktors, insbesondere mittels eines weiteren Elektromotors oder eines Elektromagneten, vorspannbar ist.

11. Stellantrieb (AN) nach Anspruch 10, wobei der Aktor mit¬ tels eines elektrischen Betätigungselements, insbesondere mittels eines Tasters, zum Vorspannen betätigbar ist.

12. Stellantrieb (AN) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Stellantrieb (AN) ein am Gehäuse (G) angeordnetes Entriegelungsbetätigungselement zum Betätigen des Entriege¬ lungselements (E) der gemeinsamen Baugruppe (BE) aufweist. 13. Stellantrieb (AN) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Stellantrieb (AN) eingerichtet ist, den Motor (M) auszuschalten, solange sich die gemeinsame Baugruppe (B) im entriegelten Zustand befindet.

14. Stellantrieb (AN) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Stellanschluss (SA) mit einer nachgeschalteten

Spindel oder mit einem nachgeschalteten Exzenter zusammenwirkt, um eine Drehstellbewegung am Stellanschluss (SA) in eine lineare Stellbewegung an einem weiteren Stellanschluss umzusetzen .

Description:
Beschreibung

Stellantrieb mit einer vom Stellbetrieb unabhängig auf einen Stellanschluss einwirkenden Rückstellfeder

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb für eine (Luft-) Klappe oder für ein Ventil zum Einstellen eines gasförmigen oder flüssigen Volumenstroms, insbesondere zum Heizen, Lüften oder Klimatisieren eines Gebäudes. Der Stellantrieb umfasst ein Gehäuse, einen Motor, ein nachgeschaltetes Getriebe, einen dem Getriebe nachgeschalteten Stellanschluss sowie eine Rückstellfeder. Der Motor ist üblicherweise ein Elektromotor und vorzugsweise ein Gleichstrommotor. Das Getriebe ist typi ¬ scherweise eine Reduziergetriebe. Der Stellanschluss ist zum Einstellen einer Drehstellung der Klappe oder des Ventils um eine Stellachse des Stellanschlusses eingerichtet, und zwar zwischen einer Ruhestellung und einer Betätigungsstellung.

Die Ruhestellung kann einer geschlossenen oder auch geöffneten Drehstellung einer Klappe oder eines Ventils entsprechen. Die Betätigungsstellung entspricht dann im Umkehrschluss einer geöffneten bzw. geschlossenen Drehstellung der Klappe oder des Ventils. Zwischen diesen beiden Endstellungen kann der Stellanschluss auch dazwischen liegende Drehstellungen einstellen. Die Rückstellfeder dient zum selbsttätigen Verfahren des Stellantriebs in die Ruhestellung.

Die Rückstellfeder dient dazu, dass der Stellantrieb in dem Fall, dass er aus einer Ruhestellung ausgelenkt ist, mit einer rücktreibenden Kraft beaufschlagt ist. Beim (gewollten) Ausschalten des Stellantriebs oder auch bei einem (ungewoll ¬ ten) Ausfall der Stromversorgung des Stellantriebs verfährt dieser dann selbsttätig in die Ruhestellung. Eine mit dem Stellanschluss verbundene Klappe oder ein damit verbundenes Ventil werden automatisch geschlossen.

Nachteilig daran ist, dass der Motor und das folgende Getrie ¬ be ständig gegen die Rückstellfeder „arbeiten". Entsprechend leistungsstark und robust sind der Motor und das Getriebe auszulegen .

Ein weiterer Nachteil ist, dass der Motor ständig bestromt sein muss, um den Stellanschluss gegen die Rückstellfeder zu verdrehen und ihn dort in dieser Drehstellung zu halten. Die elektrischen Verluste sind entsprechend hoch.

Ein weiterer Nachteil ist, dass Getriebebauarten mit Tendenz zu Selbsthemmung nicht in Kombination mit einer solchen Rückstellfeder eingesetzt werden können. Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Stellantrieb anzugeben.

Die Aufgabe wird mit den Gegenständen der Hauptansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Erfindungsgemäß bildet das Getriebe und der Stellanschluss eine gemeinsame Baugruppe, die im oder am Gehäuse des Stell ¬ antriebs dreh- oder schwenkbar um die Stellachse des Stellantriebs angeordnet ist. Das Getriebe und der Stellanschluss können z.B. auf einer Trägerplatte im oder am Gehäuse ange- ordnet sein.

Die gemeinsame Baugruppe ist entgegen ein mit zunehmender Verdrehung zunehmendes Rückstellmoment der Rückstellfeder vorspannbar und bei Erreichen eines vorgegebenen Vorspannwinkels mit einem gehäuseseitigen Verrastelement V verrastbar. Der Vorspannwinkel ist insbesondere mindestens so groß wie der maximale betriebliche Drehstellungswinkel. Vorzugsweise ist der Vorspannwinkel im Bereich von 5° bis 90° größer als der maximale betriebliche Drehstellungswinkel, sodass in der zurückzufahrenden Ruhestellung noch eine ausreichende Vor- Spannung zum sicheren Schließen bzw. zum sicheren Öffnen der Klappe bzw. des Ventils vorhanden ist. Die Rückstellfeder kann eine Rollfeder oder Schraubenfeder sein, welche mit dem einen Federende im Gehäuse abgestützt ist und welche beab ¬ standet zur Stellachse auf die gemeinsame Baugruppe einwirkt.

Der Stellantrieb weist ein Entriegelungselement auf, welches dazu eingerichtet ist, bei Ausfall einer Stromversorgung des Stellantriebs oder auf einen empfangenen Stellbefehl hin die gemeinsame Baugruppe zu entriegeln, um die gemeinsame Bau ¬ gruppe zusammen mit dem Stellanschluss und unabhängig von der aktuell eingestellten Drehstellung des Stellantriebs in die Ruhestellung zu verfahren. Das Entriegelungselement ist z.B. ein Elektromagnet. Die Entriegelung kann derart ausgeführt sein, dass er im erregten bestromten Zustand die Verriegelung aufrecht erhält und dass er bei Wegfall der Stromerregung wie z.B. bei aus der Stromversorgung des Stellantriebs, die Ver- riegelung aufhebt, sodass die gemeinsame Baugruppe in die Ruhestellung zurückfährt.

Durch die Federrückstellung, die unabhängig vom normalen Klappen- bzw. Ventilantrieb aufgezogen bzw. vorgespannt werden kann, wird das System des Klappen- bzw. Stellantriebs vorteilhaft vom System der Rückstellung getrennt und überbrückt eine ggf. vorhandene Selbsthemmung. Die Rückstellfunk ¬ tion ist somit unabhängig vom Momentenfluss im Antrieb.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Rückstellfeder als Feder- Speicher nur bei einem Störfall oder bei einem Ausschaltbe ¬ fehl in Aktion tritt. Die Antriebskomponenten sind im Normalbetrieb weniger belastet.

Weiterhin kann nach erfolgter Einstellung eines Drehwinkels im Stellbetrieb der Motor wieder ausgeschaltet werden.

Nach einer Ausführungsform ist der Motor Teil der gemeinsamen Baugruppe. Das heisst auch, dass sich der Motor relativ zum Gehäuse verdreht. Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist das Getriebe selbsthemmend ausgeführt. Dadurch bleibt die Klappe oder das Ventil unabhängig von außen einwirkenden Störgrößen im Volumenstrom wie Druckschwankungen oder Druckstöße starr in ihrer Drehstellung.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Motor fest im Gehäuse angeordnet. Das Getriebe weist ein eingangsseitiges Getriebezahnrad auf, das im Eingriff mit einem Motorzahnrad des Motors ist. Die Getriebeachse des Getriebezahnrads fluchtet dabei mit der Stellachse des Stel lantriebs .

Dadurch wird der Motor für den Fall, dass die gemeinsame Baugruppe zum Verfahren in die Ruhestellung entriegelt wird, durch das Getriebezahnrad angetrieben. Der Motor wirkt hier vorteilhaft als Bremse. Ein allzu hartes Rückfahren der ge ¬ meinsamen Baugruppe wird dadurch vorteilhaft vermieden. In diesem Fall sind das Motorzahnrad und das Getriebezahnrad in einem nicht-selbsthemmenden Eingriff miteinander.

Em weiterer Vorteil ist, dass wegen der gehäusefesten Anord nung des Motors keine beweglichen Anschlussdrähte zum Motor erforderlich sind im Vergleich zur relativen Anordnung des Motors als Teil der gemeinsamen Baugruppe. In Summe resul ¬ tiert eine kompaktere Bauweise

Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Getriebe zumin- dest ein weiteres Zahnrad auf, welches zwischen dem eingangs- seitigen Getriebezahnrad und dem Stellanschluss angeordnet ist. Insbesondere ist das Getriebe bis auf den nicht-selbst ¬ hemmenden Eingriff zwischen dem Motorzahnrad und dem Getriebezahnrad selbsthemmend ausgeführt. Dadurch kann ein Teil des Getriebes für den Fall, dass die gemeinsame Baugruppe zum

Verfahren in die Ruhestellung entriegelt wird, zusammen mit dem Motor bremsend eingreifen. Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist der Motor im entriegelten Zustand der gemeinsamen Baugruppe an ein elektrisches Begrenzungselement, insbesondere an einen ohmschen Widerstand, geschaltet. Dadurch wird durch den generatori ¬ schen Betrieb des Motors ein zusätzliches Bremsmoment auf die gemeinsame Baugruppe aufgebracht. Das Begrenzungselement kann auch eine Zehnerdiode sein. Das Schalten des Motors an das elektrische Begrenzungselement kann z.B. mittels eines elekt ¬ rischen Schalters erfolgen, der beim Entriegeln z.B. durch die gemeinsame Baugruppe selbst geschlossen wird.

Die gemeinsame Baugruppe kann nach einer Ausführungsform derart gestaltet sein, dass diese manuelle von außen vor ¬ spannbar ist. Die Baugruppe kann z.B. die Form eines Drehrads oder eines Drehkaufs aufweisen.

Die gemeinsame Baugruppe kann nach einer Ausführungsform auch mittels eines Aktors, insbesondere mittels eines weiteren Elektromotors oder eines Elektromagneten, vorspannbar sein. Der Elektromagnet kann z.B. ein Zug- oder Hubmagent sein. Dadurch ist kein manueller Eingriff notwendig.

Der Aktor, das heißt der weitere Elektromotor oder der Elektromagnet, kann mittels eines elektrischen Betätigungsele ¬ ments, insbesondere mittels eines Tasters, zum Vorspannen betätigbar ist. Dadurch ist auf besonders einfache Weise ein Vorspannen lediglich durch Drücken eines Tasters am Gehäuse möglich .

Nach einer weiteren Ausführungsform weist der Stellantrieb ein am Gehäuse angeordnetes Entriegelungsbetätigungselement zum Betätigen des Entriegelungselements der gemeinsamen Bau ¬ gruppe auf. Dadurch ist auf besonders einfache Weise ein Entriegeln der gemeinsamen Baugruppe möglich.

Vorzugsweise ist der Stellantrieb eingerichtet, den Motor auszuschalten, solange sich die gemeinsame Baugruppe im ent ¬ riegelten Zustand befindet. Dadurch wird verhindert, dass der Stellantrieb in Betrieb geht, ohne dass ein sicheres Verfah ¬ ren des Stellanschlusses in die Ruhestellung nicht mehr mög ¬ lich ist.

Schließlich kann der Stellanschluss mit einer nachgeschalte- ten Spindel oder mit einem nachgeschalteten Exzenter zusammenwirken, um eine Drehstellbewegung am Stellanschluss in eine lineare Stellbewegung an einem weiteren Stellanschluss umzusetzen. Dadurch können auch Ventile mit einem linearen Ventilantrieb an einen derartigen Stellantrieb angeschlossen werden.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden am Beispiel der nachfolgenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:

FIG 1 das Prinzip der erfindungsgemäßen Entkopplung eines normalen Stellbetriebs von einer unabhängig auf einen Stellanschluss des Stellantriebs einwirkenden Rückstellfeder zum Verfahren in eine Ruhestellung,

FIG 2 ein Beispiel für einen Aufbau eines erfindungsgemä ¬ ßen Stellantriebs mit einer im Gehäuse dreh- oder schwenkbar aufgenommenen gemeinsamen Baugruppe aus

Getriebe, Stellanschluss sowie mit und ohne Motor,

FIG 3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen

Stellantriebs mit einer gemeinsamen Baugruppe mit Motor im entriegelten Zustand, und FIG 4 das Ausführungsbeispiel gemäß FIG 3 im vorgespann ¬ ten, verrasteten Zustand der gemeinsamen Baugruppe.

FIG 1 zeigt das Prinzip der erfindungsgemäßen Entkopplung eines normalen Stellbetriebs von einer unabhängig auf einen Stellanschluss SA eines Stellantriebs AN einwirkenden Rück- stellfeder RF zum Verfahren in eine Ruhestellung A. Im oberen Teil sind beispielhaft die Bewegungen der Komponenten des Stellantriebs im Uhrzeigersinn, und im unter Teil im Gegenuhrzeigersinn dargestellt.

Es wird während eines Initialisierungsvorgangs des Stellan- triebs zunächst die Klappe bzw. das Ventil geschlossen und dann die Rückstellfeder gespannt, indem die gemeinsame Bau ¬ gruppe mit dem Gehäuse verrastet wird. Der Motor bleibt in beiden Fällen stromlos.

Im Normalbetrieb, d.h. im Stellbetrieb, erfolgt das Einstel- len der Drehstellung zwischen einer Ruhestellung und einer BetätigungsStellung .

Bei einer Rückstellung wird die Klappe bzw. das Ventil ge ¬ schlossen, in dem die gemeinsame Baugruppe durch ein Entrie ¬ geln der vorgespannten Rückstellfeder in die Ruhestellung zurückgefahren wird. Der Motor ist dabei ausgeschaltet bzw. stromlos .

FIG 2 zeigt ein einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Stellantriebs AN mit einer im Gehäuse G dreh- oder schwenkbar aufgenommenen gemeinsamen Baugruppe BE aus Getriebe GE, Stellan- schluss SA sowie mit Motor M R und ohne Motor M G . Im rechten unteren Teil der Figur sind gestrichelt die beiden betriebli ¬ chen Endstellungen A, B der Klappe K dargestellt.

Gemäß der Erfindung wird eine gemeinsame Baugruppe BE zu ¬ nächst im Gegenuhrzeigersinn gespannt. Die Baugruppe BE verrastet dabei über eine Raste R an der Baugruppe BE mit einer Verrastung V, die in die Raste R einrückt. Über ein Entriegelungselement E in Form eines Elektromagneten ist dann die Baugruppe BE aus der gezeigten Vorspannung entriegelbar. Die Vorspannung wird mittels einer Rückstellfeder RF aufge- bracht.

Im Beispiel der FIG 2 ist auch ein Motor M G gestrichelt dar ¬ gestellt, der gehäusefest angeordnet ist und über sein Motor- zahnrad MZ im Eingriff mit einem Getriebezahnrad GZ des Ge ¬ triebe GE ist. In diesem Fall bremst der Motor M G bei einer Entriegelung der gemeinsamen Baugruppe BE mit. Im anderen Fall, bei dem der Motor M R Teil der gemeinsamen Baugruppe BE ist, kann der Motor M R nicht bremsend eingreifen.

FIG 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stellantriebs AN mit einer gemeinsamen Baugruppe BE mit Motor M im entriegelten Zustand. Mit AK ist ein Anschlusskabel des Stellantriebs AN bezeichnet, über das der Stellantrieb AN elektrisch versorgt wird und zudem seine Stellbefehle erhält.

FIG 4 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß FIG 3 im vorge ¬ spannten, verrasteten Zustand der gemeinsamen Baugruppe BE .

Bezugs zeichenliste

A Endanschlag „geschlossen", Ruhestellung der Klappe oder des Ventils B Endanschlag „offen", Betätigungsstellung der Klappe oder des Ventils

C entspannte Drehposition der Baueinheit

D gespannte Drehposition der Baueinheit

AN Stellantrieb

AS Stellachse

BE Baueinheit

E Entriegelungselement

G Gehäuse

GE Getriebe

GZ Getriebezahnrad

M Motor, Elektromotor

MG gehäusefester Motor

MR Motor im Relativsystem zum Gehäuse

MZ Motorzahnrad

R Raste

RF Rückstellfeder

SA Stellanschluss

V Verrastelement

α Vorspannwinkel