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

CO ₀ - C0 ₃ Winkelgeschwindigkeit