Stellantrieb mit einer vorzugsweise als Konstantkraftfeder ausgebildeten, direkt auf einen Stellanschluss des Stellan triebs einwirkenden gewundenen Flachfeder als Rückstellfeder

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb, aufweisend ein An triebselement und ein Stellelement mit einem Stellanschluss. Das Antriebselement ist zum mittel- oder unmittelbaren An treiben des Stellelements um eine Stellachse vorgesehen. Das Stellelement weist einen zentrisch zur Stellachse angeordne ten und in tangentialer Umfangsrichtung zumindest teilweise umlaufenden Wellenabschnitt auf. Der Stellantrieb weist als Rückstellfeder eine tangential am Wellenabschnitt angreifende gewundene Flachfeder zum Bereitstellen eines auf das Stell element einwirkenden Rückstellmoments. Die gewundene Flachfe der weist eine Federachse oder Rollenachse sowie ein freies, tangential an dem Wellenabschnitt befestigtes Federende auf. Derartige gewundene Flachfedern werden häufig auch als Band federn bezeichnet.

Der Stellantrieb kann ein (Reduzier- ) Getriebe aufweisen. In diesem Fall ist das Antriebselement durch das Getriebe mecha nisch mit dem Stellelement wirkverbunden. Der Stellantrieb kann eine am Stellelement angreifende gewundene Flachfeder als Rückstellfeder aufweisen oder diese selbst sein, die mit dem Stellelement zum Bereitstellen eines auf das Stellelement einwirkenden Rückstellmoments mechanisch wirkverbunden ist.

Aus dem chinesischen Patent CN 104 089 068 B ist ein Stell antrieb bekannt, der einen Elektromotor, ein nachgeschaltetes Schneckengetriebe und einen über das Schneckengetriebe an- treibbaren Schaft mit einem Stellanschluss als Stellelement aufweist. Der Schaft umfasst einen zur Stellachse zentrisch angeordneten und in tangentialer Umfangsrichtung teilweise umlaufenden Wellenabschnitt. Weiter weist der Stellantrieb eine gewundene Flachfeder in Form einer Triebfeder als Rück stellfeder zum Bereitstellen eines auf das Stellelement ein- wirkenden Rückstellmoments auf. Die Federachse der gewundenen Flachfeder und die Stellachse des Schafts fluchten miteinan der. Die Triebfeder weist ein radial innenliegendes freies Federende auf, das tangential an dem Wellenabschnitt einge hängt ist (siehe dortige FIG 5) .

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2016 001 141 Al ist eine Stellvorrichtung bekannt, die einen Antriebsmotor, ein nachgeschaltetes Getriebe und ein darüber antreibbares Stellglied mit einer Stellachse aufweist. Das Getriebe um fasst ein um eine Drehachse drehbar gelagertes Zahnrad. An einer quer zur Drehachse verlaufenden offenen Stirnseite des Zahnrads ist eine Nut vorgesehen, welche in Umfangsrichtung zur Drehachse zwischen zwei Anschlagflächen verläuft (siehe Fig. lb, Fig. lc) . Zwischen einem Mitnehmer, der unabhängig vom Zahnrad um die Drehachse drehbar ist und einen in die Nut eingreifenden Dorn aufweist, und einem Gestell der Stellvor richtung ist eine durch Drehung des Mitnehmers um die Dreh achse spannbare, über ein Halteelement mechanisch zuschaltba- re Rückstellfeder angeordnet. Das Halteelement ist zwischen einer Haltestellung und einer Freigabestellung beweglich ge lagert. Mittels des Halteelements kann der Antriebsmotor von der Rückstellfeder getrennt werden, um ihn im Betrieb nicht unnötig zu belasten. Bei Erreichen der Endstellung der Stell vorrichtung wird der Mitnehmer vom Halteelement festgehalten. Tritt eine Störung auf, so wird das Halteelement in die Frei gabestellung bewegt. Die Rückstellfeder dreht dann den Mit nehmer um die Drehachse zurück, bis dessen Dorn an der An schlagfläche anliegt und das Getriebeelement mitnimmt, bis das zu bewegende Bauteil die Sicherheitsstellung erreicht.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2015 210 648 Al der Anmelderin ist ein Stellantrieb bekannt, der einen Motor, ein Getriebe und einen Stellanschluss aufweist. Der Motor ist geeignet, mittels des Getriebes den Stellanschluss anzutrei ben. Dabei umfasst der Stellantrieb eine Feder, die geeignet ist, unabhängig vom Getriebe längs der Antriebsrichtung auf den Stellanschluss einzuwirken. Ein derartiger Stellantrieb ist dafür vorgesehen, um z.B. ei ne am Stellanschluss angeschlossene Klappe oder ein dort an geschlossenes Ventil anzutreiben, insbesondere zum Heizen, Lüften oder Klimatisieren eines Gebäudes. Auch eine zumindest teilweise Integration des Stellelements in eine Klappe bzw. in ein Ventil ist denkbar.

Bei den im Rahmen der Erfindung betrachteten Stellantrieben ist das Stellelement innerhalb eines vorgegebenen Drehwinkel bereichs zwischen einer Ruhestellung (Startposition) und ei ner Betätigungsstellung (Endposition) um seine Stellachse drehbar angeordnet. Der maximale Stellwinkelbereich zwischen diesen beiden Drehstellungen liegt vorzugsweise bei 90° ±

10°. Beide Drehstellungen bilden üblicherweise auch Endan schläge. Bevorzugt kann die Ruhestellung ferner derart vorge sehen sein, dass der Stellantrieb in diese mittels der vorge spannten gewundenen Flachfeder selbsttägig zurückgestellt wird, sobald sich der Stellantrieb im stromlosen Zustand be findet .

Wie oben bereits ausgeführt, können derartige Stellantriebe oftmals in Anlagen für die Heizung, Lüftung oder Kühlung in einem Gebäude eingesetzt werden. Daher ist eine häufige An forderung, dass solche Stellantriebe zuverlässig, beständig, preiswert, kompakt und in grossem Volumen herstellbar sind.

In der Veröffentlichung der US-Patentanmeldung 2014/345400 Al ist die Verwendung einer massiven zylindrischen Schraubenfe der als Rückstellfeder beschrieben, die koaxial zum Stellan schluss angeordnet ist und diesen im Reversbetrieb direkt zu rück verfährt. Eine solche Schraubenfeder weist jedoch eine sehr „harte" steile Kennlinie auf. Um die Steilheit zu kom pensieren, ist dem Stellanschluss eine kombinierte Zahnrad kombination aus einem spiralförmigen, unrunden Zahnrad und aus einem dazu axial beabstandeten, fest damit verbundenen kreisrunden Zahnrad vorgeschaltet. Das unrunde Zahnrad ist dabei im Eingriff mit einem gleichfalls spiralförmigen, un runden Zahnsegment des Stellanschlusses. Die gezeigte Zahn- radkombination sowie der Stellanschluss erfordern eine mecha nisch schwere, massive Ausführung bei sehr hoher Bautiefe.

Weiterhin ist die Verwendung einer vorgespannten Triebfeder als Rückstellfeder für einen Stellantrieb bekannt, wobei die Triebfeder dann koaxial zu einem Zahnrad des Reduziergetrie bes angeordnet ist und wobei dieses Zahnrad über zumindest ein weiteres nachgeschaltetes Zahnrad des Reduziergetriebes auf den Stellanschluss einwirkt. Die Triebfeder umfasst eine Vielzahl von Windungen, wie z.B. im Bereich von 15 bis 50 Windungen. Dadurch weist die Triebfeder eine weiche, d.h. „flache" Federkennlinie, auf, um in etwa einen linearen

Kraftverlauf zu erzielen. Dabei wirkt das erste, typischer weise radial innenliegende Federende der Triebfeder auf die ses Zahnrad ein, während das zweite, radial aussenliegende Federende der Triebfeder als Drehmomentstütze am Gehäuse oder mit einem festen Bauteil des Gehäuses des Stellantriebs ver bunden ist. Mittels der Triebfeder verfährt dann der Stellan schluss relativ gleichmässig in die Ruhestellung zurück. Al lerdings ist eine solche Triebfeder mit der Vielzahl von Win dungen technisch aufwändig und schwer.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voran stehend beschriebenen Nachteile bei Stellantrieben zumindest teilweise zu beheben.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung einen Stellantrieb anzugeben, der hinsichtlich der gewundenen Flachfeder einen konstruktiv einfacheren Aufbau aufweist und leichter ist.

Es ist schliesslich eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen flexibler einsetzbaren Stellantrieb anzugeben.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Haupt anspruchs gelöst. Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung, die einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Erfindungsgemäss ist ein im Bezug zur Federachse radial aus- senliegendes freies Federende der gewundenen Flachfeder tan gential an dem Wellenabschnitt befestigt. Die gewundene

Flachfeder ist derart drehbar gelagert oder angeordnet, dass ihre Federachse radial beabstandet zur Stellachse und paral lel zur Stellachse ausgerichtet ist.

Die drehbare Lagerung um die Federachse kann z.B. durch eine Trommel erfolgen, auf der ein radial innenliegendes Flachfe derende befestigt ist oder dort anliegt, um ein Abrollen des freien, radial aussenliegenden Federendes durch den Wellenab schnitt des Stellelements zu ermöglichen. Die Trommel kann gehäusefest im Stellantrieb angeordnet sein oder um eine zen trische Trommelachse drehbar im Stellantrieb gelagert ange ordnet sein. Die gewundene Flachfeder weist zwei Federenden bzw. Flachfederenden auf, die sich entlang der linearen

Längserstreckung der gewundenen Flachfeder gegenüberliegen. Das freie, radial aussenliegende Flachfederende ist am Umfang des Wellenabschnitts, vorzugsweise beweglich mit wenig Spiel daran befestigt. Es greift somit direkt am Wellenumfang ein. Das Antriebselement ist zumeist ein Elektromotor. Alternativ kann dieses ein hydraulischer oder pneumatischer Aktor sein.

Im Gegensatz zu den eingangsgenannten typischen Triebfedern ist bei der vorliegenden Erfindung das zweite Federende, also das radial aussenliegende Federende, der gewundenen Flachfe der nicht „gehäusefest". Dagegen wirkt typischerweise das zentrale, radial innenliegende Federende der Triebfeder di rekt auf eine Welle, während das radial aussenliegende Feder ende als Stützlager fest mit dem Gehäuse oder einem Gehäuse teil verbunden ist.

Durch den direkten Eingriff der gewundenen Flachfeder am Stellelement ist vorteilhaft ein besonders kompakter Aufbau des Stellantriebs bei zugleich geringer Bauhöhe möglich. Zu gleich sind die verbleibenden Zahnräder des Getriebes bzw. Reduziergetriebes trotz vorgespannter gewundener Flachfeder vorteilhaft ohne Belastung. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass durch die Befesti gung des freien Flachfederendes am Wellenabschnitt eine be sonders einfache Umkehrung der Drehrichtung des Stellantriebs (Link-/Rechtslauf) mit einer einhergehenden Umkehrung des Rückstellmoments möglich ist (siehe FIG 4 - FIG 7) . Denn häu fig wird die Einbaurichtung eines Stellantriebs bei der Mon tage verwechselt, da ein Stellantrieb je nach Einbausituation (Anschlag rechts oder links) entsprechend einzubauen ist (Oberseite oder Unterseite) . In einem solchen Fall muss dann der Stellantrieb ausgebaut und wieder umgekehrt eingebaut werden. Das ist nachteilig mühsam und zeitaufwändig.

Mittels der einzigen gewundenen Flachfeder sind vorteilhaft sowohl ein annähernd gleichmässiger Rücklauf des Stellan triebs im Reversbetriebs also auch eine einfache Umkehrung der Drehrichtung und des Rückstellmoments möglich.

Der Stellwinkelbereich zwischen zwei Drehstellungen liegt vorzugsweise bei 90° ± 10°. Da das freie Federende der gewun denen Flachfeder beim Verfahren des Stellelements in die Be tätigungsstellung jedoch entlang des umlaufenden Wellenab schnitts aufgewickelt wird, kann der maximal mögliche Stell winkelbereich vorteilhaft mehrere Umdrehungen umfassen, d.h. bis zu 360°, 720°, 1080° etc..

Die als spiralförmige Triebfeder ausgebildete gewundene

Flachfeder weist vorzugsweise eine Anzahl von Windungen im Bereich von 5 bis 10 oder 6 bis 15 Windungen auf. In diesem Fall ist das freie Federende radial aussenliegend, während das zentral, radial innenliegende Federenden fest mit einem gehäusefesten Bolzen oder mit einer gehäusefesten Achse als Drehmomentstütze verbunden oder lose ist. Eine derartige Triebfeder weist insbesondere eine Federhärte auf, die sich zwischen der Betätigungs- und Ruhestellung des Stellantriebs um maximal 10%, vorzugsweise maximal 5%, unterscheidet. Nach einer Ausführungsform ist die gewundene Flachfeder eine Rollfeder mit einer Anzahl von direkt aneinanderliegenden Windungen im Bereich von 1 bis 5.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Rollfeder und somit die gewundene Flachfeder eine Konstant kraftfeder. Eine solche Konstantkraftfeder kann daher als be sondere Ausführungsform einer Rollfeder mit einem faktisch konstanten Weg-/Kraftverlauf betrachtet werden. Die Konstant kraftfeder weist zumindest eine halbe Windung, vorzugsweise mehrere, (immer) direkt aneinanderliegende Windungen auf, ab gesehen von einem im entspannten Zustand der Konstantkraftfe- der möglicherweise vom Umfang der Rolle tangential wegweisen den freien Federende. Derartige Federn werden typischerweise zur Höheneinstellung von vertikalen Schiebefenstern und von Computer-Monitoren eingesetzt.

In diesem Fall sind auf besonders vorteilhafte Weise mittels einer einzigen kompakten und leichten Konstantkraftfeder ein besonders gleichmässiger Rücklauf im Reversbetrieb und eine einfache Drehrichtungsumkehr möglich. Durch die „ebene Feder kennlinie" braucht der Motor nicht überdimensioniert werden, da das von ihm aufzubringende Antriebsmoment praktisch gleich ist. Es kann ein günstigerer Motor verwendet werden.

Eine ideale Feder mit konstanter Kraft ist definitionsgemäss eine Feder, bei der die Kraft, die sie über ihren Bewegungs bereich ausübt, eine Konstante ist, d.h. sie folgt nicht dem Hookeschen Gesetz. In Wirklichkeit liefern "Federn mit kon stanter Kraft", also die hier betrachteten Konstantkraftfe dern, keine tatsächliche konstante Kraft, und sie sind aus Materialien hergestellt, die dem Hookeschen Gesetz entspre chen. Im Allgemeinen sind solche Konstantkraftfedern als ge rolltes Band aus Federstahl konstruiert, so dass die Feder im entspannten Zustand in aufgerollter Form mit immer direkt an einanderliegenden Windungen vorliegt. Die Annäherung an die "konstante Kraft" erfolgt aus einem langen Hub und einer vor- gespannten Ruhestellung, so dass die Anfangskraft nicht bei Null (Newton), sondern bei einem endlichen Wert beginnt.

Bei den betrachteten Konstantkraftfedern liegt das Verhältnis der Federkraft in der Betätigungsstellung zur Federkraft in der vorgespannten Ruhestellung im Bereich von 1 bis 1.1, vor zugsweise im Bereich von 1.02 bis 1.05. Die geringfügige Zu nahme der Federkraft in der Betätigungsstellung resultiert von der durch das Abrollen des Federbands bedingten Abnahme des Radius. Dies kann durch eine entsprechende Zunahme der Federbandbreite zum freien Ende hin kompensiert werden.

Im Vergleich zu den üblicherweise spiralförmigen Triebfedern, bei denen die Windungen beim bestimmungsgemässen Einsatz der Triebfeder überwiegend nicht aneinander liegen, resultiert die beim Abrollen der betrachteten Konstantkraftfedern resul tierende Federkraft ausschliesslich durch die Änderung des Biegeradius im Abrollpunkt. Bei den Triebfedern dagegen re sultiert die beim Abrollen resultierende Federkraft durch ei ne Änderung des Biegeradius verteilt über einen Teil der Win dungen hinweg. Aus diesem Grund sind die hier betrachteten Konstantkraftfedern im Vergleich zu Triebfedern vorteilhaft erheblich kompakter. Sie weisen zudem durch den Einsatz be sonderer Federstähle, insbesondere von texturierten Kohlen stoff- und rostfreien Stählen, vorteilhaft eine deutlich hö here Federkraft auf.

Die betrachteten Konstantkraftfedern weisen einen Aussen- und Innendurchmesser auf, deren Verhältnis zueinander insbesonde re im Bereich von 1.1 bis 1.5, vorzugsweise im Bereich von 1.2 bis 1.3, liegt. Das Verhältnis von Aussendurchmesser zur üblicherweise konstanten Rollenbreite liegt insbesondere im Bereich von 0.5 bis 3, vorzugsweise im Bereich 1 bis 2. Die als Rolle ausgebildeten Konstantkraftfedern weisen somit eine hohlzylindrische Bauform auf. Eine solche Konstantkraftfeder kann z.B. auf einer Trommel montiert sein, wobei vorzugsweise eineinhalb Wicklungen bei maximaler Abwicklung auf der Trom mel verbleiben sollten. Konstantkraftfedern sind z.B. von den Firmen Kern-Liebers , Ming Tai Industrial Co., Hunter Springs oder Vulcan Springs erhältlich.

Die gewundene Flachfeder kann alternativ mit ihrem natürli chen, sich selbsttätig einstellenden, radial innenliegenden kleinsten Durchmesser auf einem gehäusefesten zylindrischen Lager drehbar gelagert sein. Das gehäusefeste Lager ist dann vorzugsweise derart bemessen, dass es die hohlzylindrische gewundene Flachfeder von innen begrenzt und führt. Eine ge häuseseitige Fixierung des dem radial aussenliegenden freien Federende der gewundenen Flachfeder gegenüberliegenden Feder ende ist hier nicht erforderlich.

Alternativ kann die hohlzylindrische gewundene Flachfeder ra dial von aussen begrenzt gelagert und geführt sein, wie z.B. in einer hohlzylindrischen Aufnahmeschale mit einer entspre chenden in Umfangsrichtung vorhandenen Aussparung für das Hindurchführen des freien, radial aussenliegenden Federendes.

Einer weiteren Ausführungsform zufolge weist die gewundene Flachfeder ein freies Rollenende auf, das um ein insbesondere linien- oder bandförmiges Verlängerungselement verlängert ist. Insbesondere ist das Verlängerungselement biegeschlaff. Es ist vorzugsweise zugfest ausgebildet. Das freie Ende die ses Verlängerungselements bildet nun das freie Federende der (verlängerten) gewundenen Flachfeder. Ein solches biege schlaffes, forminstabiles Bauteil weist einen niedrigen Elas tizitätsmodul und eine geringe Dehnsteifigkeit auf. Eine be reits geringe Kraft- und Momentenbeanspruchung führt hier zu grossen Verformungen an einem solchen Bauteil. Das Verlänge rungselement kann z.B. ein Band, ein Gurt, ein Seil, eine Litze oder eine Kette sein. Das Band, das Seil oder die Litze können aus einem Geflecht aus Metalldrähten oder Kunststoff fasern, wie z.B. aus Stahldrähten, aus Nylonfasern oder aus Kevlarfasern, hergestellt sein.

Der besondere Vorteil liegt darin, dass die Federkraft für beide Drehrichtungen wegen der fehlenden federelastischen Ei- genschaft des Verlängerungselements betragsmässig genau gleich und im Wesentlichen konstant ist. Ein drehrichtungsab hängiger Beitrag zum sich sonst einstellenden Rückstellmoment auf den Stellanschluss fehlt in diesem Fall.

Nach einer Ausführungsform ist das freie Federende an einem am radialen Aussenumfang des Wellenabschnitts gelagerten Be festigungspunkt befestigt. Der Wellenabschnitt umfasst somit diesen Befestigungspunkt. Der Befestigungspunkt z.B. kann ein Niet oder eine Schraube sein, welcher bzw. welche durch ein Befestigungsloch im oder am freien Ende der gewundenen Flach feder hindurchgreift. Vorzugsweise ist der Befestigungspunkt ein Scharnier, welches um eine parallel zur Stellachse ver laufende Schwenkachse drehbar ist. Dadurch ist eine einfache Befestigung des freien Flachfederendes am Aussenumfang des Wellenabschnitts möglich. Im Falle eines Scharniers ist vor teilhaft zudem eine leichtgängige Drehrichtungsumkehr durch ein Umschwenken des Scharniers möglich.

Einer weiteren Ausführungsform zufolge sind am Wellenab schnitt oder axial benachbart dazu zumindest zwei, vorzugs weise maximal drei oder vier Schaltnocken tangential zur Stellachse verteilt angeordnet. Der Stellantrieb weist ein (einziges), durch die jeweiligen Schaltnocken betätigbares elektrisches Schaltelement für eine Endlagenüberwachung des Stellelements aufweist. Das Schaltelement kann z.B. ein Mik roschalter, eine Lichtschranke oder ein Näherungsschalter sein. Jeder Schaltbetätigung kann somit vorteilhaft eine Ru he- und Betätigungsstellung jeweils für beide Drehrichtungen zugeordnet werden. Die Schaltnocken können zum Justieren die ser „Endanschläge" in tangentialer Richtung um die Stellachse verschiebbar und fixierbar angeordnet sein.

Nach einer besonderen Ausführungsform weist der Wellenab schnitt, abgesehen von zumindest einem tangentialen Wellenab- schnittsbereich, einen im Wesentlichen gleichen Wellenab- schnittsradius auf. Im Vergleich dazu weist der zumindest ei ne tangentiale Wellenabschnittsbereich einen erhöhten Wellen- abschnittsradius auf, wie z.B. erhöht um 10 bis 20%. Vorzugs weise ist dieser in Umfangsrichtung derart angeordnet, dass er in einer Betätigungs- oder Ruhestellung zugleich der am Wellenabschnitt angreifende Hebelpunkt für das freie Federen de ist. Durch den erhöhten Wellenabschnittradius ist in der Betätigungs- oder Ruhestellung ein erhöhtes Schliessmoment realisierbar, wie z.B. zum Geschlossenhalten einer Rauchklap pe in einem Lüftungskanal eines Gebäudes.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist einer der Schaltnocken zugleich das am radialen Aussenumfang des Wellenabschnitts gelagerte Scharnier. Das Scharnier erfüllt somit zwei Funktionen, nämlich die Befestigung des freien Fe derendes und die Betätigung des Schaltelements für die Endla genüberwachung .

Insbesondere ist die gewundene Flachfeder in der Ruhestellung zum Bereitstellen des Rückstellmoments bereits vorgespannt. Dadurch liegt auch noch in der Ruhestellung die volle Feder kraft bzw. das volle Rückstellmoment an.

Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist der am Stellele ment angeordnete Wellenabschnitt im Bezug zur Stellachse des Stellelements radial zum Stellelement fixiert. Der Stellan trieb weist einen insbesondere manuell betätigbaren Ent- und Verriegelungsmechanismus zum Trennen und Wiederherstellen ei ner tangentialen Drehfixierung zwischen dem Stellelement zu sammen mit dem Stellanschluss einerseits und dem Wellenab schnitt andererseits auf. Dadurch ist vorteilhaft eine Dreh richtungsumkehr des Stellelements (Recht-/Linkslauf) möglich. Um die Drehrichtung und das Rückstellmoment umkehren zu kön nen, ist zunächst die gewundene Flachfeder vom Stellelement mit dem Stellanschluss und vom restlichen Getriebe zu entkop peln, wie z.B. durch radiales Ausrücken eines Bolzens oder Riegels mittels Betätigung eines Schiebers oder Druckknopfes. Das Stellelement kann dann z.B. manuell mit geringem Kraft aufwand von der einen Endlage zur gegenüberliegenden Endlage bewegt werden. Typischerweise werden der Motor und das Ge- triebe des Stellantriebs beim Wechsel der Endlagen manuell mit angetrieben. Nach dem Endlagenwechsel wird die tangentia le Drehfixierung z.B. durch radiales Wiedereinrücken eines mit beispielhaften Schieber oder Druckknopf verbundenen Bol zens oder Riegels mittels Loslassens wiederhergestellt. Vor zugsweise weist der Wellenabschnitt einen radial innenliegen den und einen koaxial dazu radial aussenliegenden Teil auf. Der radial innenliegende Teil ist dabei fest mit dem Stel lelement, d.h. mit dem Zahnsegment verbunden, welches wiede rum im Eingriff mit einem Übertragungszahnrad ist.

Nach einer Ausführungsform weist der Stellantrieb einen ins besondere manuell betätigbaren Vorspannmechanismus zum Vor spannen der gewundenen Flachfeder auf. Der Vorspannmechanis mus kann ein direkt mit dem Wellenabschnitt im Eingriff be findliches Vorspannzahnrad als Teil des Vorspannmechanismus aufweisen. In diesem Fall weist der Wellenabschnitt an seinem Aussenumfang als weiteres Teil des Vorspannmechanismus eine entsprechende Aussenverzahnung auf. Das Verhältnis des ver zahnten Aussendurchmessers des Vorspannzahnrads zum verzahn ten Aussendurchmesser des Wellenabschnitts liegt im Sinne ei ner Untersetzung insbesondere in einem Bereich von 0.1 bis 0.5, vorzugsweise im Bereich von 0.2 bis 0.3. Das Vorspann zahnrad weist vorzugsweise eine zentrale Öffnung zum Einfüh ren eines passenden Vorspannwerkzeugs, wie z.B. eines Spann schlüssels, auf. Dadurch ist ein manuelles Vorspannen des Stellanschlusses mit einigen Umdrehungen in die Gegenrichtung möglich. Der Spannschlüssel kann z.B. ein Sechskantschlüssel (Inbusschlüssel) und die zentrale Öffnung eine Innensechskan töffnung sein. Die Aussenverzahnung des Wellenabschnitts liegt vorzugsweise axial in einer anderen Ebene als der Aus senumfang des Wellenabschnitts für das Aufrollen des Feder bands .

Der Ver- und Entriegelungsmechanismus und der Vorspannmecha nismus können natürlich auch durch einen gemeinsamen Mecha nismus realisiert sein. So kann z.B. das Vorspannzahnrad im verriegelten Zustand zugleich in eine gleich ausgeführte Aus- senverzahnung des zuvor beschriebenen radial innenliegenden und des koaxial dazu radial aussenliegenden Teils des Wellen abschnitts im Eingriff sein. Im entriegelten Zustand kann das Vorspannzahnrad durch axiales Ausrücken nur im Eingriff mit dem radial aussenliegenden Teil des Wellenabschnitts sein.

Einer weiteren Ausführungsform zufolge weist der Stellantrieb ein Getriebe, insbesondere ein Reduziergetriebe auf. Das An triebselement ist durch das Getriebe mechanisch mit dem

Stellelement wirkverbunden. Das Stellelement weist ein Zahn rad, insbesondere ein Zahnsegment, als getriebeseitigen Ab trieb auf.

Schliesslich weist das Getriebe abtriebsseitig ein Abtriebs zahnrad auf. Das Stellelement ist zumindest teilweise dann durch das Abtriebszahnrad gebildet. Der Wellenabschnitt des Zahnrads oder des Zahnsegments ist axial zu dessen Verzah nungsebene beabstandet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Er findung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und die in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination er findungswesentlich sein. Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 15 jeweils mit den selben Bezugszeichen versehen. Es zeigen schematisch:

FIG 1 ein Beispiel einer als Konstantkraftfeder ausgebil deten gewundenen Flachfeder,

FIG 2 eine beispielhafte, an einem Wellenabschnitt eines

Stellelements eines erfindungsgemässen Stellantriebs in einer Ruhestellung tangential angreifende Kon stantkraftfeder, FIG 3 den beispielhaften Stellantrieb gemäss FIG 2 in ei ner Betätigungsstellung,

FIG 4 den beispielhaften Stellantrieb gemäss FIG 2 in der

Ruhestellung und mit einem am Rollenende angebrach ten Verlängerungselement gemäss der Erfindung,

FIG 5 den beispielhaften Stellantrieb gemäss FIG 4 in ei ner Betätigungsstellung,

FIG 6 - den beispielhaften Stellantrieb gemäss FIG 4 mit FIG 8 stufenweiser Umkehrung der Drehrichtung von einem

Rechtslauf zu einem Linkslauf mit Hilfe eines Ent- und Verriegelungsmechanismus und mit Hilfe eines Vorspannmechanismus gemäss der Erfindung,

FIG 9 ein Beispiel für einen Stellantrieb mit verschiede FIG 11 nen Drehstellungen und Drehrichtungen und mit einem

Scharnier als Wellenabschnittsbereich mit erhöhtem Wellenabschnittsradius gemäss der Erfindung,

FIG 12 - ein Beispiel für einen Stellantrieb mit verschiede- FIG 15 nen Drehstellungen und Drehrichtungen und mit mehre ren Schaltnocken zur Betätigung eines Schaltelements für eine Endlagenüberwachung gemäss der Erfindung.

FIG 1 zeigt ein Beispiel einer bereits als Konstantkraftfeder 2 ausgebildeten gewundenen Flachfeder bzw. Rollfeder. Mit D _Ä ist der Aussendurchmesser, mit Di der Innendurchmesser und mit B die Breite der gezeigten gewundenen Flachfeder 2 be zeichnet. Mit dem Bezugszeichen 21 ein vom Aussenumfang der Konstantkraftfeder 2 tangential wegzeigendes Federband, vor zugsweise ein Stahlfederband, bezeichnet. Im vorliegenden Beispiel ist ein mit RE bezeichnetes Rollenende um einen ge strichelt dargestellten Federweg S weiter abgerollt, wobei in idealer Weise eine konstante Federkraft F erhalten bleibt.

FIG 2 zeigt eine beispielhafte, an einem Wellenabschnitt 3 eines Stellelements 10 eines erfindungsgemässen Stellantriebs 1 in einer Ruhestellung RS tangential angreifende Konstant- kraftfeder 2. Der Stellantrieb 1 weist dabei ein nicht weiter gezeigtes Antriebselement, wie z.B. einen Elektromotor, ein Getriebe G sowie das Stellelement 10 auf, das seinerseits ei nen Stellanschluss AN umfasst. Der Stellanschluss AN ist zum Anschliessen einer Klappe oder eines Ventils vorgesehen. Das Antriebselement ist zum Antreiben des Stellelements 10 um ei ne Stellachse A vorgesehen. Das Getriebe G ist somit mecha nisch mit dem Stellelement 10 wirkverbunden. Weiterhin um fasst das Getriebe G mehrere miteinander kämmende Zahnräder 11, 12. Das Zahnrad 11 ist zudem im Eingriff mit dem hier als Zahnsegment ausgebildeten Stellelement 10. Mit VE ist ferner eine Verzahnungsebene bzw. Wirkebene bezeichnet, in der sich sämtliche Zahnräder 10, 11 sowie das Zahnsegment 10 befinden. In der FIG 2 liegt in der gezeigten Ruhestellung RS das Zahn segment 10 an einem Endanschlag an.

Weiterhin weist der Stellantrieb 1 eine am Stellelement 10 angreifende gewundene Flachfeder 2 auf, welche mit dem Stell element 10 zum Bereitstellen eines auf das Stellelement 10 einwirkenden Rückstellmoments M mechanisch wirkverbunden ist. Im vorliegenden Beispiel weist die als Rolle ausgestaltete gewundene Flachfeder 2, also die Konstantkraftfeder 2, durch das teilweise Abrollen des Federbandes 21 bereits eine Vor spannung bzw. ein Vorspannmoment M _v auf. Dieses entspricht bei erfindungsgemässer Verwendung der Konstantkraftfeder 2 als Rückstellfeder im Wesentlichen auch dem Rückstellmoment M im Stellbetrieb. Generell liegt bei der vorliegenden Erfin dung das Verhältnis einer entsprechenden Vorspannstrecke V zu einem Aussenradius RB der Rolle im Bereich von 1 bis 8, vor zugsweise im Bereich von 3 bis 6.

Gemäss der Erfindung weist das Stellelement 10 nun den zur Stellachse A zentrisch angeordneten und in tangentialer Um fangsrichtung zumindest teilweise umlaufenden Wellenabschnitt 3 auf. Zudem ist tangential an dem Wellenabschnitt 3 ein freies Federende E der gewundenen Flachfeder 2 befestigt. Das freie Federende E ist im vorliegenden Beispiel ein Befesti gungspunkt, wie z.B. ein Niet oder eine Schraubverbindung. Der zumindest teilweise umlaufende Wellenabschnitt 3 ist wei ter im vorliegenden Beispiel vollständig umlaufend. Er ist weiter beispielhaft als zylindrische Hohlwelle ausgebildet mit einer zentralen, nicht weiter bezeichneten Durchgangsöff nung. Letztere verläuft auch durch das Stellelement 10 hin durch, an dem diese Hohlwelle 3 (fest) angeordnet ist. Das Stellelement 10 und die Hohlwelle 3 können auch einstückig sein .

In der FIG 2 greift das Federband 21 der Konstantkraftfeder 2 an dem Befestigungspunkt 4 an, der zugleich auch ein Hebel punkt H. Mit anderen Worten wird die Konstantkraftfeder 2 mit einem dem Aussenradius R des Wellenabschnitts 3 entsprechen den Hebelweg beim Antrieb des Zahnsegments 10 im Uhrzeiger sinn gespannt und entlang des Aussenumfangs des Wellenab schnitts 3 aufgerollt. Das Federband 21 wird dabei von der Rolle der Konstantkraftfeder 2 abgerollt. Die Konstantkraft- feder 2 ist beispielhaft selbst auf einer Trommel 6 montiert. Mit RB ist der Aussenradius der Rolle der Konstantkraftfeder 2 und mit FA die Federachse der Trommel 6 bzw. der Konstant- kraftfeder 2 bezeichnet. Die als Konstantkraftfeder 2 ausge bildete gewundene Flachfeder 2 ist radial zur Stellachse A beabstandet und um die zur Stellachse A parallel verlaufende Federachse FA drehbar gelagert. Vorzugsweise weist die Rolle der Konstantkraftfeder 2 noch mindestens eine halbe Windung im maximal abgewickelten Zustand, das heisst bei Erreichen der Betätigungsstellung, auf. Vorzugsweise sollten noch ca. anderthalb Wicklungen in der Betätigungsstellung verbleiben. Die Wicklungen liegen dabei immer aneinander.

FIG 3 zeigt den beispielhaften Stellantrieb 1 gemäss FIG 2 in einer Betätigungsstellung BS . Im Vergleich zur vorherigen FIG 2 wurde nun das Stellelement 10 mittels des angetriebenen Ge triebes G um den gezeigten Stellwinkel a von der Ruhestel lung RS in die Betätigungsstellung BS bewegt. Mit SR ist hier eine erste Stellrichtung, d.h. ein Rechtslauf, bezeichnet.

Mit S ist der Federweg bezeichnet, um den das Federband 21 der gezeigten Konstantkraftfeder 2 durch die Drehung des Wel- lenabschnitts 3 von dieser abgerollt worden ist. Dabei ent spricht der Federweg S betragsmässig in etwa der Bogenlänge des am Wellenabschnitt 3 aufgewickelten Federbands 21. Die Bogenlänge selbst ergibt sich aus dem Produkt des Stellwin kels a und dem Aussenradius R des Wellenabschnitts 3.

FIG 4 zeigt den beispielhaften Stellantrieb 1 gemäss FIG 2 in der Ruhestellung RS und mit einem am Rollenende RE angebrach ten Verlängerungselement 22 gemäss der Erfindung. Auch in diesem Fall weist die gewundene Flachfeder 2 durch das teil weise Abrollen des Federbandes 21 eine Vorspannung auf. Die so verlängerte gewundene Flachfeder 2 wird im Folgenden als verlängerte Konstantkraftfeder 2' bezeichnet. Dabei weist die verlängerte Konstantkraftfeder 2 ' ein freies Rollenende RE auf, das um ein linien- oder bandförmiges Verlängerungsele ment 22 verlängert ist. Dieses Verlängerungselement 22 ist insbesondere biegeschlaff und zugfest ausgeführt. Es kann z.B. ein Band, ein Gurt, ein Seil, eine Litze oder eine Kette sein. Somit ist die Federkraft wegen der fehlenden federelas tischen Eigenschaft des Verlängerungselements 22 für beide Drehrichtungen SR, SL genau gleich und im Wesentlichen kon stant .

FIG 5 zeigt den beispielhaften Stellantrieb 1 gemäss FIG 4 in einer Betätigungsstellung BS . Wie die FIG 5 zeigt, ist in dieser Stellung BS nur das Verlängerungselement 22 auf dem Wellenabschnitt 3 aufgewickelt .

Die Figuren FIG 6 bis FIG 8 zeigen den beispielhaften Stell antrieb 1 gemäss FIG 4 nun in stufenweiser Umkehrung der Drehrichtung von einem Rechtslauf SR zu einem Linkslauf SL mit Hilfe eines Ent- und Verriegelungsmechanismus EVM und mit Hilfe eines Vorspannmechanismus VSM gemäss der Erfindung.

In der FIG 6 ist gezeigt, wie die tangentiale Drehfixierung zwischen dem Stellelement 10 zusammen mit dem Stellanschluss SA einerseits und dem Wellenabschnitt 3 andererseits aufgeho ben wird. Die gewundene Flachfeder bzw. Konstantkraftfeder 2 wird somit von dem Stellelement 10 und von dem restlichen Ge triebe G entkoppelt. Der eingetragene gerade Pfeil symboli siert beispielhaft ein radiales Ausrücken eines nicht weiter gezeigten Drehfixierungselements des Ent- und Verriegelungs mechanismus EVM. Das Drehfixierungselement kann z.B. ein Bol zen oder Riegel sein. Das Drehfixierungselement gibt mittels eines vorzugsweise am Gehäuse des Stellantriebs 10 betätigba ren Freigabeelements die Drehfixierung zwischen einem radial innenliegenden, fest mit dem Wellenabschnitt 3 verbundenen Teil 32 und einem koaxial dazu radial aussenliegenden Teil 31 des Wellenabschnitts 3 frei. Das Freigabeelement kann z.B. ein Schieber, Druckknopf oder Taster sein. Mit dem Betätigen und Festhalten des beispielhaften Freigabeelements dreht sich der Wellenabschnitt 3 bzw. dessen radial aussenliegender Teil 31, durch die wirkende Vorspannung nun selbsttätig in Links richtung, d.h. in die in FIG 6 gezeigte Zwischen- oder Neut ralstellung. Das Stellelement 10 mit dem damit festverbunde nen radial innenliegenden Teil 32 des Wellenabschnitts 3 selbst verbleibt immer noch in der gestrichelt dargestellten Drehstellung. Das entkoppelte Stellelement 10 kann nun z.B. händisch in die durchgezogen dargestellte Drehstellung bewegt werden, wobei das Getriebe G und der nicht weitergezeigte Mo tor mitbewegt werden. Alternativ kann dann der Motor einge schaltet werden, um das Stellelement 10 in die durchgezogen dargestellte Drehstellung zu bewegen.

Entsprechend der nachfolgenden FIG 7 wird mittels eines Vor spannzahnrads 13 als Teil eines Vorspannmechanismus VSM der radial aussenliegende Teil 31 des Wellenabschnitts 3 im Ge genuhrzeigersinn gedreht. Dadurch wird das am Aussenumfang des Wellenabschnitts 3 angebrachte freie Ende E der gewunde nen Flachfeder 2 an die gezeigte untere Position unter Auf bringung einer Vorspannung bewegt. Nach dieser Drehrichtungs änderung wird die tangentiale Drehfixierung im Wellenab schnitt 3 wiederhergestellt, wie z.B. durch radiales Wieder einrücken des mit dem Schieber oder Druckknopf verbundenen Bolzens oder Riegels. Mit der Umkehrung der Stelldrehrichtung von einem Rechtslauf SR auf einen Linkslauf SL kehrt sich auch die Funktion der Endlagenerfassung um. Mit anderen Wor ten wird aus der Ruhestellung RS nun die Betätigungsstellung RB und umgekehrt. Dies ist durch geeignete Auswertung mittels einer Steuereinheit des Stellantriebs 1 zu berücksichtigen.

Die FIG 8 zeigt schliesslich das Stellelement 10 nun im

Linkslauf SL in der Betätigungsstellung BS . Der gezeigte Stellwinkel ß entspricht betragsmässig typischerweise dem Stellwinkel a beim Rechtlauf SR des Stellantriebs 1.

Die Figuren FIG 9 bis FIG 11 zeigen ein Beispiel für einen Stellantrieb 1 mit verschiedenen Drehstellungen RS, BS und Drehrichtungen SR, SL und mit einem Scharnier 4 als Wellenab- schnittsbereich 3 mit erhöhtem Wellenabschnittsradius R+ ge mäss der Erfindung.

Im Vergleich dazu ist nun das freie Federende E der gewunde nen Flachfeder 2 an einem am radialen Aussenumfang des Wel lenabschnitts 3 gelagerten Scharnier 4 befestigt. Letzteres ist um eine parallel zur Stellachse A verlaufende Schwenkach se drehbar. Dadurch ist ein leichtgängiges, selbsttätiges Um schwenken des Scharniers 4 bei einer Drehrichtungsumkehr mög lich.

Das freie Federende E der gewundenen Flachfeder 2 kann z.B. an einer hohlzylindrischen Hülse befestigt sein. Die Längs symmetrieachse der Hülse liegt in der Ebene des Federendes 21 bzw. in der Ebene des vorzugsweise bandförmigen Verlänge rungselements 22. Zusätzlich ist die Hülse derart am freien Federende E befestigt, dass die Längssymmetrieachse der Hülse senkrecht zur Richtung der Federkraft F ist. Die Hülse kann dann auf einfache Weise zwischen zwei sich gegenüberliegenden Lagern des Scharniers 4 eingeschoben und durch einen geeigne ten Sicherungsstift befestigt werden, der sich durch beide Lager und durch die Hülse hindurch mit wenig Spiel erstreckt.

Der in den Figuren FIG 9 bis FIG 11 gezeigte Wellenabschnitt 3 weist, abgesehen von einem tangentialen Wellenabschnittsbe- reich, der mit dem Scharnier 4 korrespondiert, einen im We sentlichen gleichen Wellenabschnittsradius R auf. Im Ver gleich dazu weist der tangentiale Wellenabschnittsbereich bzw. das Scharnier 4 einen erhöhten Wellenabschnittsradius R+ auf. Im vorliegenden Beispiel ist der tangentiale Wellenab- schnittsbereich derart angeordnet, dass er in den gezeigten Ruhestellung RS zugleich der am Wellenabschnitt 3 angreifende Hebelpunkt H für das freie Federende E ist. Durch den erhöh ten Wellenabschnittradius R+ resultiert in der gezeigten Ru hestellung RS wegen des grösseren Hebels, d.h. wegen des er höhten Wellenabschnittradius R+, auch ein erhöhtes Schliess- moment M ₊ . In dieser sicheren stromlosen Ruhestellung RS ist dann z.B. eine Rauchklappe oder ein Ventil mit einem höheren erhöhten Schliessmoment M ₊ beaufschlagt.

Die Figuren FIG 12 bis FIG 15 zeigen ein Beispiel für einen Stellantrieb 1 mit verschiedenen Drehstellungen RS, BS und Drehrichtungen SR, SL und mit mehreren Schaltnocken Ni bis N zur Betätigung eines Schaltelements SE für eine Endlagenüber wachung gemäss der Erfindung. Die Drehstellungen in den Figu ren FIG 12 und FIG 14 entsprechen in ihrer Funktion im We sentlichen denen der vorherigen Figuren FIG 9 und FIG 11. Die Figuren FIG 13 und FIG 15 sind im Vergleich zu den Figuren FIG 12 und FIG 14 von der jeweiligen Ruhestellung RS in die entsprechende Betätigungsstellung BS bewegt.

Bei diesem Beispiel sind am Wellenabschnitt 3 drei Schaltno cken Ni - N tangential zur Stellachse A verteilt angeordnet. Der Stellantrieb 1 weist hier vorteilhaft nur ein einziges, durch die jeweiligen Schaltnocken Ni - N betätigbares elekt risches Schaltelement SE für eine Endlagenüberwachung des Stellelements 10 auf. Das Schaltelement SE kann z.B. ein Mik roschalter oder ein Näherungssensor sein. Jeder Schaltbetäti gung kann somit vorteilhaft eine Ruhe- und Betätigungsstel lung RS, BS jeweils für beide Drehrichtungen SR, SL zugeord net werden. Die Schaltnocken Ni - N können zum Justieren der „Endanschläge" in tangentialer Richtung um die Stellachse A verschiebbar und fixierbar angeordnet sein. Im Fall eines hier gezeigten 90 ° -Stellwinkelbereichs kann auf einen der sonst vier erforderlichen Kombinationen aus Drehrichtung (Rechtslauf, Linkslauf) und Endstellungen (Ruhestellung und Betätigungsstellung) verzichtet werden. Der Grund hierfür ist, dass der Schaltnocken N2 sowohl in der Betätigungsstel lung BS und beim Rechtslauf (FIG 13) wie auch in der Betäti gungsstellung BS und beim Linkslauf (FIG 15) betätigt wird.

Im Beispiel der Figuren FIG 12 bis FIG 15 ist einer der Schaltnocken, hier Schaltnocke Ni, zugleich das am radialen Aussenumfang des Wellenabschnitts 3 gelagerte Scharnier 4.

Bezugszeichenliste

1 Stellantrieb

2 gewundene Flachfeder, Rollfeder, Konstantkraftfe- der, Triebfeder

2 verlängerte gewundene Flachfeder, verlängerte Roll feder, verlängerte Triebfeder, verlängerte Kon stantkraftfeder

3 Wellenabschnitt, tangentialer Wellenabschnitt

4 Befestigungspunkt, Scharnier, Niet, Gelenk

5 Verbindungselement, Niet, Schweissnaht, Klebepunkt

6 Nabe, Trommel

10 12 Zahnräder

10 Abtriebszahnrad, Zahnsegment

11, 12 Übertragungszahnrad

13 Vorspannzahnrad

21 ( Stahl- ) Federband mit radialer Vorspannung

22 Verlängerungselement, Zugband, Kette, Seil

31 radial innenliegender Teil des Wellenabschnitts

32 radial innenliegender Teil des Wellenabschnitts

A Stellachse

AN Stellanschluss, Stellelement

B Bandbreite

D _Ä Aussendurchmesser

DI Innendurchmesser

E Federende, freies Federende

EVM Ent- und Verriegelungsmechanismus

FA Federachse, Rollenachse

G Getriebe

H Hebelpunkt

K Taster, Schaltbetätigungselement

M Rückstellmoment

M _v Rückstellmoment bei Vorspannung

M ₊ erhöhtes Rückstellmoment

N ₁ -N ₄ Schaltnocken, tangentialer Wellenabschnitt

R Aussenradius des Wellenabschnitts, Wellenradius RB Aussenradius der Rollfeder

RE Rollende, Rollfederende, freies Federende

R+ erhöhter Aussenradius des Wellenabschnitts

S Federweg

SE elektrisches Schaltelement

SR erste Stellrichtung, Rechtslauf

SL zweite Stellrichtung, Linkslauf

VE Verzahnungsebene

VSM Vorspannmechanismus a, ß erster, zweiter Stellwinkel, Stellwinkelbereich p Vorspannwinkel