具有用于电动、手动地操作致动器的组件的致动器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于自动系统的装置，包括致动器驱动装置(1)和用于手动操作该致动器驱动装置的组件(27)，电驱动装置或电动液压驱动装置被设置作为致动器驱动装置(1)的驱动元件(3)。所述组件(27)包括发电机(18)和用于该发电机(18)的手动操作元件(6)，所述组件(27)能够与致动器驱动装置(1)的驱动元件(3)电连接。
【专利说明】具有用于电动、手动地操作致动器的组件的致动器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于自动化技术的设备，其包括致动器和用于手动致动该致动器的组件，其中电驱动装置或电动液压驱动装置被设置为该致动器的驱动元件。
【背景技术】
[0002]电致动器在自动化技术中用于控制机器、或设备、部件，其用于操控或监控。这样的部件的优选示例为控制元件，诸如阀、闸门、油门或挡板。取决于控制元件，致动，或者说移位，是旋转运动、平移运动或者旋转和平移相结合的运动。
[0003]用于这些机器或设备、部件的电致动器必须被设计为使得其能够在低RPM(4-180RPM)下传递高扭矩(30-500000Nm)，其中，在小角度的旋转期间，所传递的扭矩必须高度恒定。在已知的致动器的情形中，电动马达和机器或设备、部件之间的扭矩传递通过减速传动装置实现，取决于应用，所述减速传动装置可以被大不相同地实施。此外，为了将电动马达的高RPM转换成致动机器或设备、部件所需的高度恒定的输出RPM，减速传动装置是必要的。减速传动装置可以是任何合适类型的传动装置。示例包括锥齿轮或圆柱齿轮传动装置、蜗轮蜗杆传动装置、叠加传动装置或杠杆传动装置。 申请人:制造和销售适用于多样应用的致动器。因此，在完全旋转的旋转驱动的情况下，扭矩可高达32000Nm，而在具有小于360度范围的旋转驱动的情况下，可实现高达500000Nm的扭矩。
[0004]现在将通过示例描述已知的致动器的结构的原理:为将电动马达的RPM降低至用于致动机器或设备、部件的输出RPM，使行星齿轮传动装置与具有蜗杆轴、蜗杆和蜗轮或轮的蜗轮传动装置结合。为确保在电动机停止运转的情况下蜗轮传动装置保持在期望的静止位置，该蜗轮传动装置是自锁的。具有蜗轮或轮的空心输出轴和蜗杆轴通常在球轴承、或者说干式滑动轴承中转动。
[0005]蜗杆可偏移地布置在两个测量弹簧包之间的蜗杆轴上，使得蜗杆在扭矩被传递的情况下相对于蜗杆轴经受平移运动。作为被传递的扭矩的测量的这种偏移被转递到控制单元。传动装置内部填充有润滑油，从而保证在一段较长的时间免于维护操作。
[0006]根据机器、设备或部件的结构种类，旋转驱动装置必须与路径相关地或扭矩相关地在终止位置被关闭。为此，通常在控制单元中设置两个独立的测量系统，即，路径电路和扭矩电路，其分别测量行进致动路径、或者施加在输出轴上的转矩。期望终止位置的到达经由开关向控制单元发出信号，随后，控制单元关闭电动马达。
[0007]为了满足自动化技术中规定的安全标准，致动器必须能够在紧急情况下通过可单独致动的调节轮进行操作。此外，该调节轮也可以例如在启动致动器的情况下使用。调节轮通常是手轮，其由操作人员手动致动，从而将机器或设备、部件带到期望位置。此外，调节轮可以是曲柄或其他杠杆机构，如定位器。
[0008]为分离手动操作和马达操作，提供联接机构。该联接机构通常被实施和/或布置为使得在马达操作中，转子与输出轴直接联接，而调节轮脱离，而在手动操作中，或者说手动致动中，输出轴与调节轮联接，而转子脱离。以这种方式，实现了马达操作与手动操作的分离。联接机构优选被实施为使得一旦致动器以电动机操作工作，调节轮就自动地从转子轴脱离，因此马达操作优先于手动操作。
[0009]已知的具有可手动致动调节轮的致动器的劣势在于，调节轮和致动器的空间隔离仅能够通过相对复杂的、额外的结构实现。这些额外的结构意味着增加的制造成本和额外的空间需求。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是对致动器的手动致动提供简单且成本有效的解决方案。
[0011]该目的通过一些特征来实现，这些特征包括:为了致动器的手动致动，本发明的组件具有发电机，以及用于所述发电机的手动致动元件；并且该组件能够与致动器的驱动元件电联接。有利实施例设置成在手动致动元件和发电机之间设置手轮传动装置。除了提供成本有效且简单的实施例外，也可利用本发明的组件对任何致动器进行改造。
[0012]此外，本发明的解决方案的基本优势在于，由于本发明的致动器和组件的纯电联接，所以对于致动器的手动致动，能够毫无问题地按照需要尽可能彼此远离地在空间上放置两个部件。这导致不再需要以往所需额外结构来将手动致动元件连接到远处布置的致动器的优势。此外，也无需将致动器的电气或电动液压驱动装置中的手动致动元件的部件设置在传动机构的机械结构中。
[0013]通过将手动致动元件与致动器结构隔离，第一次能够将手动致动元件设置在操作人员在任何时间可到达的任何区域中。因此，作为结构隔离的结果，特别是能够:
[0014]-确保手动致动元件的更好的可达性，
[0015]-将致动元件从危险区域转移到非危险区域，和/或
[0016]-将不同的致动器的致动元件设置在容易到达的中心位置。
[0017]在本发明的组件的有利的进一步改进中，设置成组件直接地或通过中间电路与在致动器的壳体中的驱动元件联接。替代地，设置成组件通过连接缆线直接地或通过中间电路与致动器的驱动元件联接。
[0018]根据发电机的实施例，其产生直流电压或者单相或多相交流电压。本发明的组件的实施例的有利形式提供控制单元，所述控制单元在手动致动的情况下从发电机产生的直流电压的极性或从发电机产生的多相交流电压的相序确定致动元件的动作的方向。由此推出的可以是致动器的用于关闭或启动组件的运动的方向。特别是在现场，为操作人员提供关于致动元件的动作的方向或致动器的移动的方向的相应的信息。
[0019]除前文所述的实施例的形式之外或替代地，设置成在所述组件上设置开关元件，利用该开关元件，能够对手动致动预先确定致动器的旋转方向。
[0020]为了避免本发明的组件不许可访问，提供了电气或电子安全单元，其被实施为使得仅在存在相应的授权的情况下才能够进行出于致动器的手动致动的目的访问组件。作为示例，该访问通过密码来确保安全，或利用无线电发布访问授权，例如通过应用RFID标签。此外，也可利用上位(superordinated)控制单元进行释放,或使用电子键盘。当然，其它已知的访问保障也可与本发明结合应用。特别地，可通过生物特征数据来提供安全性。
[0021]特别有利的是，发电机产生的电能可用于对可选的紧急能量存储器进行充电。在外部能量供应中断期间，紧急能量存储器中存储的能量被特别用于为致动器提供能量。因此，在外部能量供应断开的情况下，也可以确保致动器是完全可操作的。
[0022]此外，非常有利的，在外部电源丧失的情况下，组件所产生的能量同样可用于维持致动器的其他重要功能。这些功能可包括:
[0023]-打开或关闭设置在所述致动器上的制动或阻断系统；
[0024]-致动电气和/或电子安全单元；
[0025]-激活用于传递到所述致动器的输出轴的扭矩的监测单元；
[0026]-激活用于控制速度和/或监测行进路径的控制电子元件；(通过上述措施一限制转矩、行进路径或速度一能够避免在手动操作中因不正确的使用而引起的损坏！)
[0027]-与上位控制单元进行通信；
[0028]-将致动器的手动致动的信号发送至上位控制单元或与致动器相关联的控制电子元件；以及
[0029]-激活设置在组件中的电气凸轮传动装置，用以发出传递致动器或组件的不同状态的信号。
[0030]为在手动致动的情况下防止致动器的不受控制行进，设置了终止位置检测装置，该终止位置检测装置被实施为使得其以触觉、听觉或视觉的方式将致动器的预先确定的终止位置的到达报告给用户。另外或替代地，设置成将相应的报告转递至上位控制单元。
[0031]例如，通过增加或减少手动致动元件的致动力来实现在到达期望终止位置的情况下的触觉反馈。此外，一个选择是借助于其中手动致动元件的致动力交替地增加和减少的振动效果来实现触觉反馈。
[0032]在外部能量供应中断的情况下对比本发明的解决方案和已知的解决方案，已经描述了优势。然而，本发明还有利的是，当致动器正常工作时:本发明的组件能够用于支撑所述致动器，且随后作为伺服驱动装置。因此，特别地，该组件被实施为使得在外部能量供应可用的情况下，其还能够被用作用于致动器的伺服马达致动的旋转方向和速度传感器。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]现将基于附图更详细地描述本发明，其中:
[0034]图1本领域中已知的用于机器或设备、部件的致动器的实施例的第一种形式的示意性图示，
[0035]图2本领域中已知的用于机器或设备、部件的致动器的实施例的第二种形式的示意性图示，
[0036]图3本领域中已知的用于机器或设备、部件的致动器的实施例的第三种形式的示意性图示，
[0037]图4本领域中已知的用于机器或设备、部件的致动器的实施例的第四种形式的示意性图示，
[0038]图5本发明的致动器的实施例的第一种形式的示意性图示，
[0039]图6本发明的致动器的实施例的第二种形式的示意性图示，
[0040]图7本发明的致动器的实施例的第三种形式的示意性图示，
[0041]图8本发明的组件的第一优选实施例的外部视图，并且
[0042]图9本发明的组件的第二优选实施例的外部视图。【具体实施方式】
[0043]图1示出了本领域中已知的用于机器或设备、部件2的致动器I的实施例的第一种形式的示意性图示。如说明书引言所描述，所述机器或设备、部件2特别地是控制元件。在驱动元件3，尤其是电气驱动或液压驱动马达，和机器或设备、部件2之间的扭矩传递通常通过减速传动装置4实现，根据应用的情况，减速传动装置4可以被大不相同地实施。为了将电动马达3的高RPM转换成致动机器或设备、部件2所需的输出RPM，减速传动装置4是必要的。减速传动装置4可以是任何合适类型的传动装置，其示例已在上文中提到。
[0044]正如已经提到的，致动器I必须能够在紧急情况下通过手动致动元件6单独地操作。此外，例如还在致动器I的启动时使用手动致动元件6。致动元件6通常是致动件、或把手、轮，其由操作人员手动致动，以将机器或设备、部件2带到期望位置，更确切地带到终止位置。致动元件6还可以是曲柄或一些其他杠杆机构，例如定位器。
[0045]为分离手操作和马达操作，提供联接机构、更确切地说离合器机构7。该联接机构、或者说离合器机构7通常被实施和/或布置成在马达操作时，驱动元件3直接地或通过传动装置4间接地与输出轴5联接，并且手动致动元件6脱离，而在手动操作时，或者说手动致动时，输出轴5与手动致动元件6联接，而驱动元件3脱离。以这种方式，实现了马达操作与手动操作的分离。所述联接机构、或者说离合器机构7优选被实施为使得一旦致动器I以马达操作工作，手动致动元件6就自动地从输出轴5脱离，从而在正常操作中，马达操作优先于手动操作。在所示意的情形中，相应的控制通过与离合器机构7和控制电子元件8相关联的离合器传感器系统9产生，其响应于来自离合器传感器系统9的报告激活驱动装置3。
[0046]在图2所示的、本领域内已知的用于机器或设备、部件2的致动器I的实施例的第二形式的情况下，驱动元件3和手动致动元件6通过叠加传动装置10彼此连接。与叠加传动装置10相关联的是位置传感器11，其将相应的位置信息转递至控制电子元件8。控制电子元件8与上位的控制站12连接。控制电子元件8和控制站12之间的通信通过总线系统17实现，所述总线系统17根据自动化技术中的惯例的和/或标准化的总线协议中的一种实施。
[0047]图3示出了本领域中已知的用于机器或设备、部件2的致动器I的实施例的第三种形式的示意性图示。替代图2中使用的叠加传动装置10，在这里使用传动装置4。在手动致动元件6和传动装置4之间设置具有相应的离合器传感器系统9的离合器机构7。马达操作和手动操作之间的切换在这里也通过控制电子元件8实现。
[0048]图4中所示的本领域中已知的用于机器或设备、部件2的致动器I的实施例的第四种形式的示意性图示明确了当致动器I的手动致动元件6空间隔离布置时必须进行的工作。在这种情况下，需要一些额外的结构:在手动致动元件6和联接件13之间的连结传动装置14 ;接合杆16:以及与联接件13连接的延伸的离合器机构15。另外，图4所示的实施例的形式对应于图3所示的实施例的形式。
[0049]图5示出了本发明的致动器I的实施例的第一种形式的示意性图示。在所示出的实施例的形式中，机器或设备、部件2在正常运行中由驱动元件3通过传动装置4移动到期望位置。控制通过控制电子元件8实现。为此，存在与传动装置4相关联的位置传感器11，其将相应的位置信息转递至控制电子元件8。控制电子元件8控制马达操作和手动操作之间的切换。此外，控制电子元件8与上位的控制站12连接。控制电子元件8和控制站12之间的通信根据自动化技术的任何惯例和/或标准化控制方法以电的方式实现。
[0050]本发明的致动器I包括组件27，所述组件用于致动器I的电动、手动、远程致动。本发明的组件27由手动致动元件6、发电机18以及在给定情况下增速或减速手轮传动装置34组成。以上已通过示例的方式给出了手动致动元件6的示例。
[0051]在故障的情况下，例如在致动器I的外部能量供应30失效的情况下，能够通过本发明的组件27将机器或设备、部件2带到期望位置。为此，例如被实施为曲柄的手动致动元件6被维修人员旋转。通过机械能到电能的转换，控制电子元件8被供应所需要的能量，以通过驱动元件3将机器或设备、部件2移动到期望位置。
[0052]当外部能量供应可用时，同样能够通过本发明的组件27将机器或设备、部件2带到到期望位置。为此，例如实施为曲柄的手动致动元件6被维修人员旋转。驱动装置的控制电子元件8，更确切地说组件27的可选手轮控制电子元件32，基于所产生的能量的极性，更确切地说相位关系，或者说基于开关元件的位置，并基于所产生的能量的幅值，检测用于致动器I的伺服马达致动的旋转方向规范和速度规范。
[0053]此外，如前面所提到的，一旦手动致动元件6被致动，就能够对紧急能量存储器29进行充电。通过存储在紧急能量存储器29中的能量，一个选择是维持上文所提到的致动器I的附加功能。因此，在外部能量供应30失效的情况下，同样能够为致动器的所有必要部件提供所需要的能量。
[0054]在本发明的致动器I的实施例的第二种形式的图6所示的示意性图示的情况中，组件27在空间上与致动器I分离。优选地，组件27被布置在单独的壳体31中，并因此被实施为独立的模块。组件27经由连接缆线19与控制电子元件8连接。上文中已经解释了该实施例的优势以及该实施例所实现的选择方案，因此此处省略重复。
[0055]在图5和6中，致动器I由作为驱动元件3的电动马达致动,而图7所示的实施例具有液压驱动装置。对于其中机器或设备、部件2被手动操作致动的情况，相应的报告被从发电机18转递到控制电子元件8。此外,控制电子元件8由发电机18供应能量。此外,发电机18为液压泵20供应能量。液压致动器21经由液压泵20被供应能量。
[0056]图8示出集成在致动器I中的本发明的组件27的第一优选实施例的外部视图。组件27被布置在驱动壳体33中，所述组件27由发电机18 (图8中未单独示出)、被实施为曲柄的手动致动元件6以及在给定的情况下增速或减速手轮传动装置34组成。
[0057]图9示出与驱动装置I分开地布置在手轮壳体31中的本发明的组件27的第二优选实施例的外部视图。因此，在这里，组件27形成独立的模块，其随后也能够没有问题地与常规电动或液压致动器I连接。模块，或者说组件27与控制电子元件8的连接例如通过连接缆线19以电的方式实现。
[0058]此外，在壳体31上和/或在容纳组件27的壳体33中设置电气或电子安全单元
24。所述安全单元24被实施为使得仅在存在相应的授权的情况下才能够进行出于致动器I的手动致动的目的访问组件27。如何能够实施安全单元24的示例已在上文中描述。
[0059]此外，终止位置信号器25与本发明的组件27、或者说模块相关联。终止位置信号器25优选地被实施为使得在致动器I手动致动的情况下，预先确定的位置，或者说期望终止位置的到达以触觉、听觉或视觉的方式指示给维修人员。因此，当机器或设备、部件2已经到达期望终止位置时，操作人员直接得知。以这种方式，有效地防止行进超过终止位置。可替代地或另外地，在到达终止位置时，向上位控制单元12转递相应的报告。
[0060]此外，在组件27上，或者说在壳体31上，或者说在其中实现有组件27的壳体33上，设置有开关元件23，在手动致动的情况下，能够利用所述开关元件33预先确定致动器I的旋转方向。因此，维修人员能够例如通过将开关元件23移动到位置“关”来确保在致动元件6手动致动的情况下，与相应选择的旋转方向无关地，将机器或设备、部件2移动到关闭位置。
[0061]附图标记
[0062]I致动器
[0063]2机器或设备、部件
[0064]3驱动元件/电动或液压驱动装置
[0065]4传动装置
[0066]5输出轴
[0067]6手动致动元件
[0068]7离合器机构
[0069]8控制电子元件
[0070]9手轮/离合器传感器系统
[0071]10叠加传动装置
[0072]11位置传感器
[0073]12控制站/上位控制单元
[0074]13联接器
[0075]14连结传动装置
[0076]15延伸的离合器机构
[0077]16接合杆
[0078]17总线系统
[0079]18发电机
[0080]19连接缆线
[0081]20液压泵
[0082]21液压致动器
[0083]22 接口
[0084]23开关元件
[0085]24 电气安全单元
[0086]25电气终止位置信号器
[0087]26 ——
[0088]27 组件
[0089]28中间电路/电容器
[0090]29紧急能量存储器
[0091]30外部电压供应[0092]31手轮壳体
[0093]32手轮控制
[0094]33驱动装置壳体
[0095]34手轮传动装置
【权利要求】
1.一种用于自动化技术的设备，包括致动器(1)和用于所述致动器的手动致动的组件(27)，其中，电驱动装置或电动液压驱动装置被设置作为用于所述致动器(1)的驱动元件(3)，其中，所述组件(27)包括发电机(18)和用于所述发电机(18)的手动致动元件(6)，并且其中，所述组件(27)能够与所述致动器(1)的所述驱动元件(3)电联接。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述组件(27)在所述致动器(1)的壳体中直接地或通过中间电路(28)与所述驱动元件(3)联接，或者其中，所述组件(27)经由连接电缆(19)直接地或通过中间电路(28)与所述致动器(1)的所述驱动元件(3)联接。
3.根据权利要求1或2所述的设备， 其中，设置有控制单元(8)，所述控制单元(8)从由所述发电机(18)产生的直流电压的极性或从由所述发电机(18)产生的多相交流电压的相序推导出所述致动器(1)中的所述致动元件(6)的动作的方向。
4.根据权利要求1、2或3所述的设备， 其中，在所述组件(27)上设置有开关元件(23)，在手动致动的情况下，利用所述开关元件(23)能够预先确定所述致动器(1)的旋转方向。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的设备， 其中，通过所述组件(27)产生的能量能够用于对紧急能量存储器(29)进行充电，其中，在所述致动器(1)的外部能量供应中断期间，存储在所述紧急能量存储器(29)中的能量用于为所述致动器(1)提供能量。
6.根据权利要求1至5中的一项或多项所述的设备， 其中，在所述组件(27)上设置有电气或电子安全单元(24)，所述电气或电子安全单元(24)被实施为使得仅在存在相应的授权的情况下能够实现出于所述致动器(1)的手动致动的目的来访问所述组件(27)。
7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的设备， 其中，在所述外部能量供应失效的情况下，通过所述致动器(1)的手动致动所产生的能量能够用于以下功能中的至少一个功能: -打开或关闭设置在所述致动器(1)上的制动或阻断系统； -致动所述电气和/或电子安全单元(24)； -激活用于传递到所述致动器(1)的输出轴(5)的扭矩的监测单元； -激活用于控制速度和/或监测行进路径的计算/感应单元(8)； -与上位控制单元(12)进行通信； -将所述致动器(1)的手动致动的信号发送至上位控制单元(12)或与所述致动器(1)相关联的控制电子元件(8)； -激活设置在所述组件(27)处或所述致动器(1)中的电气凸轮传动装置，用以发出所述致动器(1)或所述组件(27)的不同状态的信号。
8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的设备， 其中，所述组件(27)被实施为使得所述组件(27)在所述外部能量供应存在的情况下被用作用于所述致动器(1)的伺服马达致动的转动方向和速度传感器。
9.根据权利要求7或8所述的设备，其中，设置有终止位置检测装置(25)，所述终止位置检测装置(25)被实施为使得所述终止位置检测装置(25)在所述致动器(I)的手动致动的情况下，以触觉、听觉或视觉的方式向用户报告预定的终止位置的到达，和/或相应的报告被转递至所述上位控制单元(12)。
【文档编号】F16K31/05GK103917814SQ201280033369
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年6月28日 优先权日:2011年7月4日
【发明者】维尔弗里德·普拉策, 本杰明·霍夫曼, 亨里克·纽尔拉 申请人:欧玛瑞斯特有限责任及两合公司