CN1934376A - 电动执行机构的减速齿轮传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调节气体或液体体积流(98)的电动执行机构的减速齿轮传动机构(10)，尤其是用于采暖、通风、空气调节、防火或防烟领域。模块化构成的减速齿轮传动机构(10)包括一个具有至少一台驱动电机(20)的初级传动机构(12)和一个具有一个从动轴(36)的次级传动机构(14)。此外，在初级传动机构(12)中集成了一个自行制动机构(16)。传动机构模块(12、14)是相互可拆卸地连接的。特别是不同的次级传动机构(14)可用于初级传动机构(12)。本发明的减速齿轮传动机构(10)优选适用于尤其一种包括一个模块外壳、一个模块电子系统(38)、一个传感器模块和COM模块以及一个连接模块(28)的模块化执行机构。

Description

电动执行机构的减速齿轮传动机构

本发明涉及一种用于调节气体或液体体积流的电动执行机构的减速齿轮传动机构，尤其是用于采暖、通风、空气调节、防火或防烟领域。

30多年以来，人们一直在制造使采暖、通风和空气调节设备(HLK设备)中的执行机构的机动化的伺服驱动机构。HLK执行机构保证了气体或液体、尤其是空气和水和经济的体积流调节。作为紧凑的单元，这种执行机构不仅包括驱动机构，而且还包括压力传感器和调节器，它们全部集成在一台机器中。

在建筑物中，尤其在住宅、办公、商业和工业建筑中采用通风系统在不断地增加，通风系统通常与防火、防烟设备合成一体。在通风设备中，用可回转的空气阀进行体积流的调节起着重要的作用。体积流用一种合适的测量仪器、例如用CH-8340 Hinwil，Belimo Automation股份公司生产的、由驱动机构、压力传感器和调节器构成紧凑单元的NMV-D2M型测量仪器进行测量，并把测量值传送到一个电子装置上。

在现代室内技术设备中，今天除了交流电器外，使用直流电器越来越多。可直接采用24伏直流供电，而不再需要带变压器的独立的电压供给。

为了使通风系统中的阀或水管系统中的球阀运动，相当弱的电机必须操作大面积或大体积的调节机构。精确和稳定的调节只有用极强的减速才可能。阀回转或球阀旋转一个锐角或直角需要电动机的轴转动许多转。电子装置接收控制信号并控制电动机。

文献CH 614507 A5描述了一种用于通风设备的带一台电动机和传动机构的伺服驱动机构。它可插装在阀轴上。最后的带齿的传动元件作为扇形齿轮构成并配有一根在伺服驱动机构的一块底板内可旋转地径向支承的、轴向固定的空心轴。电动机可在到达限制扇形齿轮的转角的末端挡块后保持接通。所述的伺服驱动机构用于采暖和通风设备的空气阀、混合旋塞阀(Mischhhnen)和节流阀。所述的减速齿轮传动机构或降速齿轮传动机构是根据机器特定的。

本发明的目的在于提出一种开头所述的可灵活使用的减速齿轮传动机构，其降低制造成本和仓储管理费用，但是对于几乎相同的运行成本带来相同的功率。

根据本发明，这个目的这样达到：一个模块化构成的减速齿轮传动机构包括一个具有至少一台驱动电机的初级传动机构和一个具有一个从动轴的次级传动机构，其中集成一个自行制动机构，且传动机构模块是相互可拆卸地连接的。本发明的一些特殊的和改进的实施方式可从各项从属权利要求中得知。

按组合学的规则，模块化构成的初级传动机构和次级传动机构的任意可组合性允许下列组合的数量K，即：

K＝n·m

n＝初级传动机构的数目，

m＝次级传动机构的数目。

所以例如用6个初级传动机构和6个次级传动机构可组成电动执行机构用的减速齿轮传动机构的36种组合；而用3个初级传动机构和10个次级传动机构则有30种组合。

当一个操作机构、即一个阀，一个活门，尤其是一个球阀或提升阀到达终端位置并且电动机停止后就会产生这里所指的自行制动。在这种状态下，当气体或液体体积流不同地流动时，传动机构必须保持位置稳定和不允许移动。就这点而言，这种状态相当于一个自行制动的螺栓。

在初级传动机构和次级传动机构之间的自行制动机构可以是一个不可控或可控的离合器。

所述自行制动机构最好是限制转矩的离合器、特别是摩擦离合器或别的制动离合器。在静止位置内，在轴向上弹性的自行制动机构相应于要产生的摩擦力被压缩，相反，不可转动的自行制动机构则相应于一个转矩松开。在驱动电机接通时，不可转动的自行制动机构张紧，在只旋转几度的角度后，该自行制动机构开始在最小阻力的位置上摩擦，直至驱动电机断开为止，然后通过自行制动机构立即闭锁。也可用任一种作用相同的其它离合器、尤其是电磁离合器代替机械的摩擦离合器。为简化起见，“摩擦”一词也用于电磁离合器。

根据第二变型方案，自行制动机构关于轴向在两个侧面上可具有一个摩擦面。克服转矩的阻力最好不一样大，而是有所不同。这可通过相关齿轮的旋转轴的不同大小的摩擦半径来实现。从杠杆定律可推导出：在相同摩擦系数和相同压力时，具有较小半径r的摩擦面在具有较大半径R的摩擦面之前开始摩擦。这也适用于-如前所述-电磁离合器。

实际上，较大的摩擦半径R通常对应初级传动机构，而较小的摩擦半径r则对应一个壳体部分。不采取别的措施时，自行制动机构在该壳体部分上开始摩擦。

根据本发明的另一变型方案，自行制动机构是外物操作地可控的离合器，为此，可在较小摩擦半径r的范围内插入螺栓或凸轮来锁定自行锁止机构。当初级传动机构的驱动电机接通时，该自行制动机构便在较大摩擦半径R的范围内开始摩擦。这种转换在需要较大的阻力时进行。

根据另一实施方式，具有初级传动机构的第一空转齿轮与自行制动机构固定连接，且在较小和较大摩擦半径的范围内，壳体部分在不同水平面上具有自行制动机构的支承面。一个摩擦面位于一个轴向可移动的升降销内，另一个摩擦面则同心环形布置。用该升降销例如可从外环形摩擦面升起一个弹簧座圈，并且该弹簧座圈便自行靠在该销上。这样，由于不同的摩擦半径R、r就使自行制动机构变得小得多。

自行制动机构优选包括一个在齿轮轴向上可张紧的、不可转动的制动弹簧，该制动弹簧最好是锥形压缩弹簧、螺旋弹簧或板簧。不同的摩擦半径R、r通过不同长度的弹簧臂来实现。

自行制动、即摩擦阻力可通过提高轴向压力来提高。压力在两个半径R、r时相同程度地升高，但由于不同长度的半径或杠杆臂所述压力所产生的作用是不同的。

初级传动机构和次级传动机构最好是可分离的，以便它们中的每一个可分别进行自由旋转。这最好通过一个紧贴该自行制动机构的齿轮的分离、优选通过按下一个脱开键来实现。

为了位置反馈例如可使用一个电位器，该电位器可连接从动轴方向上最后的齿轮，为了操作初级传动机构并由此也操作次级传动机构，使用一台众所周知的驱动电机，特别是使用一台直流电动机、无电刷的直流电动机、无传感器的直流电动机或同步电动机已证明是合适的。

考虑到运行安全性，可装入一个储能器，以便在电机发生故障时仍可操作执行机构，布置在初级传动机构内的储能器最好是一个机械弹簧、电池或电容器。

次级传动机构-同样以公知的方式-与一个阀、球阀或用于提升阀、特别是锥形阀的直线电动机的驱动轴连接，最好借助一个连接模块来实现。

本发明的优点可简单地归纳如下：

-通过由初级传动机构、次级传动机构和自行制动机构组成的减速齿轮传动机构的模块化结构，在用少量结构组件的情况下就可实现高的设备多样性；

-执行机构的其它组成部分也可实现模块化，特别是传感器模块和COM模块、电子装置和壳体，由此还提高了在用少量结构组件的情况下高设备多样性的优点，

-高的设备多样性对于覆盖最不同的使用场合也产生积极的影响；

-主动传动单元可匹配电子平台(Elektronikplattform)(大小、电机技术)。

本发明具有高度研发成熟的电动执行机构的全部优点。

下面结合附图所示的实施例来详细说明本发明，这些实施例也是从属权利要求的内容。附图示意地示出：

图1是具有一个自行制动机构的模块化构成的初级传动机构和次级传动机构的总图；

图2示出具有一个锥形制动弹簧的自行制动机构；

图3示出在一个壳体部分的方向上具有两个摩擦面的自行制动机构；

图4是弹簧导向机构的俯视图；

图5是具有一个内摩擦面的壳体部分的俯视图；

图6是具有一个外摩擦面的初级传动机构的正齿轮的俯视图；

图7是使用了一个提升阀的一条通道的部分视图。

图1所示的减速齿轮传动机构10也叫做变速器，它主要包括一个初级传动机构12和一个次级传动机构14，这两个机构模块化地组成并可拆卸地相互连接。在自由旋转的第一正齿轮F和壳体部分60(图2)之间布置了一个自行制动机构16，该自行制动机构在本实施例中包括一个用弹簧钢制成的不可转动制动弹簧18。

一台功率相当小的驱动电机20支承在一个支架22上，该电动机在该实施例中为一台直流电动机，它通过一根电动机轴24驱动一个长齿轮E，该齿轮简称E轮。这个E轮与一个大直径的窄的正齿轮啮合，该正齿轮与一个小直径的齿轮、即小齿轮连接或构成一体(F轮)。最后，还有另一个减速齿轮、即D轮与初级传动机构12对应。

另一个与F轮共轴的C轮是次级传动机构14配置的减速正齿轮，共同的纵轴线L₁也是制动弹簧18的纵轴线。通过一个轴向对称的最后的减速正齿轮-B轮-驱动一个扇形齿轮，后者也叫做A轮。

全部齿轮A至E具有平行的轴线L₁、L₂并按通常的结构型式例如正齿轮、蜗轮、人字齿轮和带齿的几何形状构成。这些齿轮用金属和/或高机械强度的耐磨塑料制成。通过高的减速比，使用相当弱的驱动电机20就足够了。用一个双箭头26表示的一个方向或另一方向的回转角可进行精确地设定。最大的回转角实际为90°，相对于纵轴线L₂的回转范围介于30°至90°之间。

A轮通过一个连接模块28以传力连接和/或形状配合连接的方式与一根空心轴30连接，后者操动一个阀、一个球阀或一个直线电动机。纵轴线L₂与纵轴线L₁平行延伸。空心轴30通过一个模块化构成的执行机构的图2所示壳体58、60中的一个上轴承32和一个下轴承34而可回转地支承，该空心轴也叫做从动轴36。

执行机构的结构例如可参阅CH-8340 Belimo Automation股份公司的产品NEWS VAV NMV-D2M。

在初级传动机构12的外壳60中布置了一个同样为模块式的电子装置38，该电子装置特别是向驱动电机20和应急运行用的储能器40发出必要的控制指令。这些指令也可通过一个手动可操作的操作元件42输入。在初级传动机构12的上述外壳58、60上也有一根电接头44，它特别用于电动机20和储能器40的供电。此外，模块结构也可允许用同一个初级传动机构12驱动多个次级传动机构14。

通过一个啮合在齿轮B的小齿轮内的正齿轮48把旋转运动通过一根到用于位置反馈的电位器52的轴50传递到电子装置38上。

最后，设置了一个可手动向下按压的手动可操作的脱开键54。在此，由于制动弹簧18而可使F轮沿轴线L₁向下移动直至F轮的小齿轮从D轮脱开为止。在这种情况下，初级传动机构12和次级传动机构14产生空转而不拆卸模块。在次级传动机构14空转时，由于阻力很小，所以电位器52的正齿轮48也一起旋转。当然，脱开键54的操作销56在D轮外部延伸。

由初级传动机构12和次级传动机构14组成的减速齿轮传动机构10的模块式结构对本发明具有重要的意义，但装配一个自行制动机构16也有重要的意义。初级传动机构12和次级传动机构14的模块结构是这样拆卸的，即这两个传动机构例如用螺栓或快速锁合件之类的可拆卸的固定工具连接的模块12、14可迅速地和简便地相互分离。在此，D轮的小齿轮从C轮脱开。如果电位器52配置一个正齿轮48，则后者也从B轮的小齿轮脱开。

此外，在F轮和外壳部分60之间安装一个集成的自行制动机构16也具有重要的意义。在正确的弹簧强度和调节的情况下，不可转动的制动弹簧18阻止两体式的减速齿轮传动机构10从固定的工作位置移开，这里是通过在制动弹簧18的臂与C轮和外壳部分60的至少一个内表面之间的足够的摩擦力来实现的。详见图2、3、5和6。

图2表示在初级传动机构12范围内带有一个用弹簧钢制成的锥形制动弹簧18的自行制动机构16的第一实施方式的详图。F轮的齿轮轴62固定在两个外壳部分58、60内，该齿轮轴同时是制动弹簧18的弹簧导向机构。构成一个较长的上弹簧臂64和一个较短的下弹簧臂66。制动弹簧18在轴线L₁的方向上张紧，从而把两个弹簧臂62、64显然以相同的力压到F轮或外壳部分60上。两个弹簧臂62、64各自形成一个摩擦面68、70。当传动电动机20的E轮(图1)在F轮上作用一个转矩时，制动弹簧18便用其较短的弹簧臂66在摩擦面70上摩擦。根据杠杆定律，这是一目了然的。

图2示出两种变型方案。根据第一变型方案，外壳部分60的一个孔74用一个闭锁件72的短凸柄76封闭，该凸柄最多相当于外壳部分60的厚度。自行制动机构16或制动弹簧18的摩擦力可以提高，方法是孔74用闭锁件78的长凸柄80来封闭。这个长凸柄超出外壳部分60并锁住短弹簧臂66。在操作初级传动机构12时，短弹簧臂66止挡在长凸柄80上并不再继续旋转。所以长弹簧臂64在摩擦面68上旋转，比两个弹簧臂64、66的可自由旋转时高的阻力必须被克服。由于可控的自行制动机构16提供两种不同的自行制动力。

图2显然也可相反地构成，即短弹簧臂66紧贴在F轮上，而长弹簧臂64则紧贴在外壳60上。可控的自行制动机构16也可以如此。此外，自行制动机构可以这样修改，方法是例如在F轮和外壳部分58之间嵌入定距件。这样，两个弹簧臂64、66以较大或较小的力压到外壳60上，从而影响摩擦阻力。最后，自行制动机构也可这样修改，即用涂敷的方式和/或机械的方式使得一个或两个摩擦面68、70粗糙、例如使所述摩擦面做有沟槽。

原则上，在不是F轮的别的齿轮的情况下也可安装自行制动机构16，但它越靠近驱动电机20的E轮，作用则越大。

图3示出了一种螺旋线形构成的制动弹簧18固定在F轮上的自行制动机构。这可例如用一个弹簧垫圈82来实现。制动弹簧18在F部范围内固定在一个弹簧座圈84上，而该弹簧座圈则在孔74的范围内自由紧贴在外壳60上并固定外摩擦面68。弹簧座圈84在中央区有一个向下伸出的同轴的轴颈86。一个同样与纵轴线L₁同轴的升降销88例如借助一根未示出的偏心杠杆而可在双箭头90的方向内升降。这样，弹簧座圈84便可从外壳60升起，于是轴颈86和升降销88构成内摩擦面70。在F轮旋转时，制动弹簧18以及弹簧座圈84一起旋转。摩擦阻力的大小根据升降销88的位置而或大或小。这个自行制动机构16也同样是可控的。

图4表示图2的自行制动机构16的转换。制动弹簧18可围绕弹簧导向机构旋转，该弹簧导向机构是F轮的齿轮轴62。在操作F轮时(图2)，短弹簧臂66止挡在长凸柄80上并由此锁定制动弹簧18的旋转，该制动弹簧由于其不可转动的结构只以很小的程度变形。所以在传动电动机20停止时，由于大的减速致使回弹不起决定性作用。

同样从图2看出，图5表示在外壳部分60上具有较小半径r的一个环形内摩擦面70，该外壳部分只示出了圆盘状的部分。

图6表示F轮上的一个同样为环形的外摩擦面68，该摩擦面具有一个较大的半径R。

图7表示用一个提升阀94封闭一条通道92，该提升阀在这里是锥形阀。提升阀94可用一台直线电动机操作，该直线电动机使该阀在纵轴线L₃的方向上沿双箭头96的方向移动。为简化起见，该直线电动机未示出。这里用一个按照本发明的减速齿轮传动机构10(图1)示出空气流98的调节。为此，旋转运动被转换成线性运动。

Claims (16)

1.用于调节气体或液体体积流(98)的电动执行机构的减速齿轮传动机构(10)，尤其是用于采暖、通风、空气调节、防火或防烟领域，其特征为，模块化构成的减速齿轮传动机构(10)包括一个具有至少一台驱动电机(20)的初级传动机构(12)和一个具有一个从动轴(36)的次级传动机构(14)，其中集成了一个自行制动机构(16)，且传动机构模块(12、14)是相互可拆卸地连接的。

2.按权利要求1所述的减速齿轮传动机构(10)，其特征为，所述传动机构模块(12、14)是可相互替换的，其中特别是不同的次级传动机构(14)可用于同一个初级传动机构(12)。

3.按权利要求1或2所述的减速齿轮传动机构(10)，其特征为，最好布置在第一空转齿轮(F)上的自行制动机构(16)是限制转矩的离合器，尤其是摩擦离合器。

4.按权利要求1至3中任一项所述的减速齿轮传动机构(10)，其特征为，所述自行制动机构(16)是单级的或双级的机械摩擦离合器、电磁离合器或别的制动离合器。

5.按权利要求1至4中任一项所述的减速齿转传动机构(10)，其特征为，所述自行制动机构(16)具有一个带大半径(R)的外摩擦面(68)和一个带小半径(r)的内摩擦面(70)，由此就可用同一自行制动机构设定不同的值。

6.按权利要求5所述的减速齿轮传动机构(10)，其特征为，所述外摩擦面(68)在初级传动机构(12)的正齿轮(F)上构成，所述内摩擦面(70)在外壳部分(60)上构成，或者相反地构成。

7.按权利要求1至6中任一项所述的减速齿轮传动机构(10)，其特征为，所述自行制动机构(16)是外物操作地可控的离合器。

8.按权利要求7所述的减速齿轮传动机构(10)，其特征为，所述自行制动机构(16)在内摩擦面(70)的范围内用一个过度伸出的凸柄(80)锁定。

9.按权利要求7所述的减速齿轮传动机构(10)，其特征为，所述初级传动机构(12)的齿轮(F)与自行制动机构(16)固定连接，一个外壳部分(60)形成一个具有大半径(R)的环形外摩擦面(68)，而在轴向(L1)上可移动的升降销(88)形成一个内摩擦面(70)。

10.按权利要求1至9中任一项所述的减速齿轮传动机构(10)，其特征为，所述自行制动机构(16)包括一个在轴向(L1)上可张紧的、不可转动的制动弹簧(18)，该制动弹簧最好是锥形压缩弹簧、螺旋弹簧或者板簧。

11.按权利要求1至10中任一项所述的减速齿轮传动机构(10)，其特征为，与所述自行制动机构(16)保持啮合的齿轮(F、D)最好通过一个在外壳盖(46)上的脱开键(54)可脱开。

12.按权利要求1至11中任一项所述的减速齿轮传动机构(10)，其特征为，一个用于位置反馈的电位器(52)可通过一个带有一根轴(50)的齿轮(48)连接到从动轴(36)方向上最后的齿轮(B)的小齿轮中。

13.按权利要求1至12中任一项所述的减速齿轮传动机构(10)，其特征为，所述驱动电机(20)是直流电动机、无电刷的直流电动机、无传感器的直流电动机或者同步电机。

14.按权利要求1至13中任一项所述的减速齿轮传动机构(10)，其特征为，考虑到运行安全，在初级传动机构(12)的外壳(46)内装入一个储能器(40)，优选一个机械弹簧、一个电池或一个电容器。

15.按权利要求1至14中任一项所述的减速齿轮传动机构(10)，其特征为，所述次级传动机构(14)与一个用于驱动阀、球阀或用于提升阀(94)、特别是锥形阀的直线电动机的空心轴(30)连接。

16.按照权利要求1至15中任一项所述的减速齿轮传动机构(10)在一种模块化构成的执行机构的应用，该执行机构具有一个模块化的外壳、一个模块化电子装置(38)、一个传感器模块和COM模块以及一个连接模块(28)。

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