Die Erfindung bezieht sich auf einen Stellantrieb für die lineare Betätigung einer Vorrichtung mittels einer unter Umsetzung des Drehmoments eines motorisch angetriebenen Ritzels längsverschiebbaren Tangentialstange, insbesondere für eine Klappe oder für ein Ventil auf dem Gebiet Heizung-Lüftung-Klima (HLK), Brand- und Rauchschutz.

Elektrische Stellantriebe für die Motorisierung von Stellgliedern in Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK-Anlagen) werden seit mehr als 30 Jahren hergestellt. HLK-Stellglieder gewährleisten eine wirtschaftliche Volumenstrom¬ regelung von Gasen oder Flüssigkeiten, insbesondere von Luft und Wasser. Als kompakte Einheit umfassen die HLK-Stellglieder in der Regel nicht nur den An¬ trieb, sondern auch Druckfühler und Regler, alles in einem Gerät vereint.

Belüftungssysteme werden zunehmend in Gebäuden, insbesondere Wohn-, Büro-, Gewerbe- und Industriebauten, eingesetzt, in der Regel kombiniert mit Brand- und Rauchschutzeinrichtungen. In Belüftungsanlagen spielt die Volu¬ menstromregelung mit schwenkbaren Luftklappen eine wesentliche Rolle. Der Volumenstrom wird mit einem geeigneten Messinstrument gemessen, bei¬ spielsweise mit dem als kompakte Einheit von Antrieb, Druckfühler und Regler ausgebildeten NMV-D2M der Belimo Automation AG, CH-8340 Hinwil, und die Messwerte an eine Elektronik weitergegeben.

Zum Bewegen einer Klappe in einem Belüftungssystem oder eines Kugelhahns in einem Wasserleitungssystem müssen verhältnismässig schwache Motoren grossflächige oder grossvolumige Regelorgane betätigen. Eine präzise und stabile Verstellung ist nur mit einer überaus starken Untersetzung möglich. Für das Schwenken einer Klappe oder das Drehen eines Kugelhahns um einen spitzen oder rechten Winkel sind zahlreiche Umdrehungen der Welle des Elek- tromotors notwendig. In einem Stellantrieb wird das untersetzte Drehmoment des Motors in eine Linearbewegung umgesetzt.

Die DE 10160056 A1 beschreibt ein von einem Elektromotor betätigtes Zahn- radantriebsystem, welches der Betätigung einer Klappe eines Heizungs-, Lüf- tungs- und Klimatisierungssystems dient. Die schneckenförmig ausgebildete Achse eines Motors überträgt das Drehmoment auf eine schneckenförmig aus¬ gebildete Achse, in welche die Zahnung eines Getrieberades eingreift. Diese drehbare zweite Schnecke weist eine radiale Stabilisierungseinheit auf, welche mit einer fotoelektrischen Sensoreinrichtung zusammenwirkt. Das ganze Sys¬ tem ist auf in Axialrichtung nicht verschiebbare, rotierende Schneckenantriebe ausgerichtet.

Aus der US 5836205 A ist ein Stellantrieb mit zwei synchron linear verschiebba- ren Zahnstangen bekannt, welche von einem Ritzel und vier mit dem Ritzel, paarweise untereinander und mit den Zahnstangen in formschlüssigem Eingriff stehen. Die Zahnstangen werden als Spezialanfertigung hergestellt und sind mit ihrer Zahnung auf diejenige der Stirnräder abgestimmt, das System ist entspre¬ chend teuer.

Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, einen Stellantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher kostengünstig herzustellen und zu betrei¬ ben sowie vielseitig einsetzbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemässe dadurch gelöst, dass eine individuell ablängbare, in ihrer Axialrichtung verschiebbare Normgewindestange mit einem Radius r verdrehgesichert im Stellantrieb gehaltert ist, das Ritzel mit einem ebenfalls frei drehbar gelagerten Treibrad in formschlüssigem Eingriff steht, und ein federndes und/oder einstellbares Andruckorgan ausgebildet ist, welches ein spielfreies Kämmen von Treibrädern und Normgewindestange bewirkt. Spezielle und weiterbildende Ausführungsformen des Stellantriebs sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen. Normgewindestangen sind in grosser Auswahl bezüglich Länge, Durchmesser, Material, Zahnform, Steigung und Drehrichtung im Handel. Auch Spezialge- winde, wie beispielsweise doppelgängige Gewinde, sind als ablängbare Mas- senartikel beziehbar. Einfache Normgewindestangen sind bis zwanzigmal billi¬ ger als speziell herzustellende Zahnstangen, beispielsweise gemäss der US 5836205. Weiter haben herkömmliche Zahnstangen eine bestimmte Länge, welche je nach Verwendung unterschiedlich ist, es müssen verschiedene Typen an Lager gehalten werden, was die Kosten zusätzlich in die Höhe treibt. Erfin- dungsgemäss müssen dagegen lediglich nicht der Gebrauchslänge entspre¬ chende Normgewindestangen an Lager gehalten werden, die jederzeit prob¬ lemlos in jeder erforderlichen Dimension abgeschnitten werden können.

Die die Normgewindestange tangential verschiebenden Treibräder setzen das über ein Getriebe ausgeübte Drehmoment in eine Linearbewegung um. Zweckmässig sind deshalb die Treibräder mit einem einstückig ausgebildeten Stirnzahnrad in formschlüssigen Eingriff mit einem Antriebsritzel. Eine prob¬ lemlose Montage kann erfolgen, wenn die Teilung des Stirnzahnrades ein n- oder 1/n-faches der Teilung des Treibrades beträgt und n = 1 , 2, 3 ist.

Das Treibrad weist zweckmässig einen die Geometrie der Normgewindestange exakt abwälzbaren, konvex gekrümmten Aussenmantel auf. Dadurch wird das System auch beim Aufeinanderdrücken eine sehr hohe Leichtgängigkeit auf. Mit Muttern selbsthemmende Normgewindestangen sind mit erfindungsgemässen Treibrädern nicht selbsthemmend und ausserdem weniger schmutzempfindlich.

Die in den Stellantrieb eingeführten Normgewindestangen sind bezüglich des Gehäuses oder der umgelegten Stirnwände der Grundplatte überstehend und durchgreifen beidseits eine Bohrung, vorzugsweise mit Spiel. Bei einem Radius r der Normgewindestange hat die Bohrung einen Radius r+ Δr. Derart ist die Gewindestange in Querrichtung flexibel montiert, hat jedoch eine definierte Querkraftbegrenzung, welche je nach Verwendung des Stellantriebs grösser oder kleiner ist.

Die Normgewindestange kann beidends eine lösbare und bevorzugt verstell¬ bare Wegbegrenzung aufweisen, beispielsweise in Form einer Mutter, welche mit einer Kontermutter gesichert ist. einem herausziehbaren Splint mit Federsi¬ cherung oder dgl. an sich bekannten Mitteln, mit einem Gehäuse oder umge¬ legten Seitenwänden der Grundplatte als Anschlagpunkt.

Von wesentlicher Bedeutung ist eine Verdrehsicherung der Normgewinde- stange. Diese erfolgt am einfachsten, indem die Normgewindestange an der in Längsrichtung zu verschiebenden Vorrichtung befestigt wird, welche in aller Regel nur längsverschiebbar, jedoch nicht drehbar ist. Dies erfolgt zweckmäs- sig in lösbarer Weise, beispielsweise über ein starr mit der Normgewindestange verbundenes Plättchen oder einen Winkel.

Die abgelängte Normgewindestange kann wenigstens innenseitig in Abstand von den Stirnseiten in Axialrichtung abgeflacht sein, d.h. der Bereich der Stirn¬ seiten der Normgewindestange bleibt dabei vorteilhaft unverändert. Im Extrem¬ fall kann die Gewindestange über die ganze Länge halbiert sein. Dies kann zur Erleichterung der Längsverschiebung des Andruckorgans auf der Gewinde¬ stange erfolgen. So können beispielsweise auch einfache Andruckrollen mit konvexer Aussenseite universell eingesetzt werden.

Das Andruckorgan kann, wie vorstehend erwähnt, beliebig ausgebildet sein, im Prinzip auch gleitend, jedoch vorzugsweise rollend. In der Praxis erfolgt dies zweckmässig mit wenigstens einer, vorzugsweise mit zwei in Abstand angeord¬ nete Andruckrollen. Diese sind bei unveränderter Normgewindestange wahl¬ weise mit konkav umlaufender gezahnter oder zahnloser zylindrischer Mantel¬ fläche ausgebildet. Die Andruckrollen sind bevorzugt gegenüber einem Treibrad angeordnet. Eine Andruckrolle kann jedoch auch zwischen zwei Treibrädern liegen. In der Praxis ergeben sich insbesondere folgende Varianten:

- Ein Treibrad, eine Andruckrolle. Diese Ausführungsform erlaubt eine pendelnde Normgewindestange. Diese muss durch Querkraftbegrenzun- gen geführt sein, wie erwähnt erfolgt dies beispielsweise durch Bohrun¬ gen, aber auch durch Längsschlitze, welche die Bewegungen, insbeson¬ dere die Pendelbewegungen, der Normgewindestange begrenzen. - Zwei Treibräder, eine Andruckrolle: Die Andruckrolle kann eine optimale Wirkung entfalten, wenn sie in der Mitte zwischen den Treibrädern liegt. Dies gilt entsprechend für ein Treibrad und zwei Andruckrollen. - Zwei in Abstand angeordnete Paare von Treibrad und Andruckrolle. Diese in der Praxis am häufigsten verwendete Ausführungsform benötigt grundsätzlich keine Querkraftbegrenzungen.

Selbstverständlich können auch mehr als zwei Treibräder und/oder Andruck¬ rollen eingesetzt werden, es ist jedoch das Kosten-Nutzenverhältnis zu beach¬ ten.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können auch nicht fe- dernde Andruckrollen verwendet werden, indem identisch ausgebildete Schlitze in der Grund- und Deckplatte des Stellantriebs ausgespart werden, vorzugs¬ weise im Bereich von Andruckrollen und/oder der Treibräder. Weiter können die Andruckrollen so ausgestaltet sein, dass sie eine umlaufende, ringförmige Nut haben, welche eine Federwirkung entfaltet. Selbstverständlich können die ein- zelnen Varianten auch miteinander kombiniert werden, sofern die Wirtschaft¬ lichkeit erhalten bleibt.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden:

- Anstelle von spezifischen gezahnten Zugstangen oder komplizierten dre¬ henden Schneckengetrieben können ausserordentlich kostengünstige, überall im Handel erhältliche Normgewindestangen erworben und der Verwendung entsprechend einfach abgelängt werden. - Die verhältnismässig grosse Toleranz von handelsüblichen Normgewindestangen wird durch das Andrücken der Treibräder mini- miert, dadurch wird eine höhere Zug- und Druckbelastung der Normge¬ windestange ermöglicht. - Die erfindungsgemässe Kombination einer Normgewindestange mit Treibrädern hat keine Selbsthemmung, bei Bedarf kann die Normgewin¬ destange manuell eingeführt oder herausgezogen werden. - Durch die Spielfreiheit wird auch die Schmutzempfindlichkeit minimiert, das kontinuierliche zylindrische Abwälzen verdrängt den Schmutz. - Die Anzahl von Treibrädern kann je nach Anwendung variiert werden. Ein einziges Paar aus einem Treibrad und einer Andruckrolle ergibt eine kardanische Befestigung mit grosser eindimensionaler Bewegungsfrei- heit, Pendeln genannt. Zwei Treibräder ermöglichen eine grossere Kraft¬ übertragung bei gleicher Flankenbelastung. - Pro Stellantrieb können auch zwei oder mehr Normgewindestangen eingesetzt werden, mit entsprechender Anpassung der übrigen Bauteile.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei¬ spielen, welche auch Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen sind, nä¬ her erläutert. Es zeigen schematisch

- Fig. 1 einen Stellantrieb mit abgehobener Deckplatte, in perspektivischer Darstellung, - Fig. 2 eine Variante von Fig. 1 mit Deckplatte, - Fig. 3 eine Ansicht einer Querkraftbegrenzung, - Fig. 4 eine Ansicht einer an einer Normgewindestange anliegende selbstfedernde Andruckrolle, und - Fig. 5 eine aufgeschnittenen Draufsicht auf Fig. 4.

Ein Stellantrieb 10 gemäss Fig. 1 umfasst eine Grundplatte 12, welche im we- sentlichen rechteckig ausgebildet ist. Zwei Laschen der aus einem Metallblech bestehenden Grundplatte 12 sind rechtwinklig umgebogen und bilden andeu¬ tungsweise Seitenwände 14. Über Stützpfosten 16 ist eine ebenfalls aus dem gleichen Metallblech bestehende Deckplatte 18 befestigt. Montagelaschen 20 mit je einer Bohrung 22 dienen der Befestigung des Stellantriebs 10 insgesamt.

Eine abgelängte Normgewindestange 24 durchgreift mit Spiel je eine Bohrung 26 in den rechtwinklig umgebogenen Seitenwänden 14, sie ist in Axialrichtung L, ihrer Längsrichtung, frei verschiebbar. Die Bohrung 26 bildet eine Querkraft- begrenzung.

Zwei im Bereich des stirnseitigen Endes 30 der Normgewindestange 24 ange¬ ordnete Muttern bilden eine beidseitige Wegbegrenzung 28 in Axialrichtung L, z.B. je eine nicht gezeigte Kontermutter fixiert die Muttern. Die beiden Seiten- wände 14 bilden einen Anschlag für die Wegbegrenzungen 28, welche wie er¬ wähnt auch als federgesicherter Splint ausgebildet sein können.

In der Grund- 12 und Deckplatte 18 ist ein motorisch angetriebenes Ritzel 32 gelagert, welches formschlüssig in das überstehende Stirnzahnrad 34 von zwei Treibrädern 36 eingreift, welche frei drehbar in der Grund- 12 und Deckplatte 18 gelagert sind.

Die Normgewindestange 24 wird von zwei Andruckrollen 38 spielfrei auf die Treibräder 36 mit einem konkav gewölbten, gezahnten Aussenmantel 37 ge- drückt. Dies erfolgt durch eine pendelnde Blattfeder 40, welche auf einem Bol¬ zen 42 schwenkbar aufgesteckt ist. Die beiden Enden der Blattfeder 40 um¬ schlingen die Wellen 44 der Andruckrollen 38 und haltern diese. In Normallage ist die Blattfeder 40 leicht gespannt.

Eine Verdrehsicherung 46 der Normgewindestange 24 ist winkelförmig ausge¬ bildet. Ein Schenkel 48 der Verdrehsicherung 46 ist starr mit der Normgewinde¬ stange 24 verbunden, der andere Schenkel 50 hat eine Bohrung 52, welche der lösbaren Befestigung an einer translatorisch verschiebbaren, nicht drehbaren Vorrichtung dient.

Fig. 2 zeigt einen Stellantrieb 10 mit montierter Deckplatte 18. In dieser Dar- Stellung sind die mit ihrer starren Welle 44 frei drehbaren Andruckrollen 38 von vorne sichtbar. Als Andruckorgan sind anstelle einer Blattfeder 40 (Fig. 1) Schlitze 54 in der Grund- 12 und Deckplatte 18 vorgesehen, welche beim Auf¬ setzen der Andruckrollen 38 auf die Normgewindestange 24 eine Federwirkung erlauben. Diese Schlitze 54 sind in beiden Platten 12, 18 exakt deckungsgleich angeordnet. Die Andruckrollen 38 sind vorliegend in einer den Treibrädern 36 geometrisch entsprechenden Form ausgebildet, auch bezüglich der Zahnung.

Gemäss Fig. 2 ist lediglich ein einziges Treibrad 36 ausgebildet, welches einer der beiden Andruckrollen 38 gegenüber liegt. Die starr mit dem Treibrad 36 verbundene Welle 56 überragt die Deckplatte 18. Dies ist ebenfalls für die eine Bohrung 58 mit Spiel durchgreifende Treibwelle 60 des Ritzels 32 (Fig.2) der Fall.

Die Verdrehsicherung 46 ist in Fig. 2 nicht dargestellt, sie erfolgt wiederum mit- tels der translatorisch verschiebbaren Vorrichtung, wobei die Normgewinde¬ stange 24 in ein Innengewinde eingedreht und mit der Wegbegrenzung 28 als Kontermutter fixiert ist.

Fig. 3 und 4 zeigen eine Ansicht einer von der Grundplatte 12 umgelegten Sei- tenwand 14, mit einem Radialschnitt der Normgewindestange 24. Die Normge¬ windestange 24 mit dem Radius r durchgreift mit Spiel koaxial die Bohrung 26 in einem Abstand Δr. Falls in Abwandlung von Fig. 2 nur deren rechte Andruck¬ rolle 38 ausgebildet ist, bildet die Bohrung 26 eine Querkraftbegrenzung für eine Pendelbewegung der Normgewindestange 24.

Fig. 5 zeigt eine speziell ausgebildete Andruckrolle 38, welche auf der im Radi¬ alschnitt dargestellten Normgewindestange 24 aufliegt. Die Welle 38 ist bezüg- lieh einer Symmetrieebene E spiegelsymmetrisch ausgebildet. Sie weist eine ringförmige Nut 62 auf, welche sich bis in den Bereich der Welle 44 erstreckt. Dadurch werden zwei scheibenförmige Schenkel 64, 66 gebildet, welche eine konkav umlaufende Aussenfläche 68 bilden. Beim Andrücken einer einstückig ausgebildeten Andruckrolle 38 auf die Normgewindestange 24 spreizen die bei¬ den scheibenförmigen Schenkel 64, 66 je nach Andruckkraft elastisch auf, was mit Doppelpfeilen 70 dargestellt ist. Weiter kann die Andruckrolle 38 zwei- oder mehrteilig ausgebildet sein. Bei einer entlang der Ebene E zweigeteilten An¬ druckrolle 38 werden die beiden Hälften mit Federkraft zusammengedrückt. Beim Andrücken werden die Haltekräfte überwunden, die Schenkel 64, 66 öff¬ nen sich elastisch. Fig. 4 stellt weitere Varianten eines federnden Andruckor¬ gans dar.

Die in den Fig. 1 , 2 und 5 gezeigten Andruckorgane in Form von zwei gefeder- ten Andruckrollen 38, Schlitzen 54 und federnden scheibenförmigen Schenkeln 64, 66 können einzeln ausgebildet oder miteinander kombiniert sein.

Die Treibrollen 36/Stirnzahnräder 34 und/oder Andruckrollen 38 bestehen aus üblichen Materialien, beispielsweise Stahl oder Kunststoff, je nach den gestell- ten Anforderungen, wie z. B. bezüglich Belastung, Lebensdauer, Leichtgängig- keit und Bearbeitung.