DE10030409B4

DE10030409B4 - Verstellantrieb mit Endschalter

Info

Publication number: DE10030409B4
Application number: DE10030409A
Authority: DE
Inventors: Kou-L Szu; Chi-Yung Cheng; Wei-Min Chiou
Original assignee: Hiwin Mikrosystem Corp
Current assignee: Hiwin Mikrosystem Corp
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: DE10030409A1; TW446080U; JP2001141018A; US6321611B1

Abstract

Verstellantrieb mit einer Spindel (5), die in einem Gehäuse (1) untergebracht und von einem Motor (9) angetrieben ist, einer Mutter (4), welche die Drehbewegung der Spindel (5) in eine Linearbewegung umwandelt, einer Kolbenstange (3), welche mit der Mutter (4) verbunden ist und sich zusammen mit der Mutter (4) linear aus- und zurückfahrbar bewegt, einem Außenrohr (2), welches die Kolbenstange (3) umschließt und linear beweglich ist, einem Federring (21), der am Außenumfang des Außenrohres (2) fixiert ist, einer Druckfeder (7), die in einer Kammer des Gehäuses (1) angeordnet ist und den Federring (21) in Richtung der zurückfahrenden Kolbenstange derart vorspannt, daß dieser an einer Wand der Kammer des Gehäuses (1) abgestützt ist, einer Leiterplatte (6), die in das Gehäuse (1) eingebaut ist, zwei Endschaltern (61, 62), die eng nebeneinander an der Leiterplatte (6) montiert sind, wobei der eine Endschalter (62) zur Wegbegrenzung der ausfahrenden Kolbenstange (3) in eine erste Endposition und...

Description

Die Erfindung betrifft einen Verstellantrieb bestehend aus einem Motor, einer Spindel, einer Mutter, einer mit der Mutter verbundenen Kolbenstange und einem Außenrohr, welches die Kolbenstange umschließt. In vielen Anwendungsfällen wird es gefordert, daß die Kolbenstange gestoppt werden muß, wenn sie eine der zwei Endlagen des Verstellantriebs erreicht.

Eine wie aus der DE 299 19 214 U1 bekannte Ausführung solcher Verstellantriebe zeigt 5. Zwei Endschalter 61 und 62 sind in einer Leiterplatte 6 montiert und in zwei Endlagen des Verstellantriebs plaziert. Der Schalter 61 dient als ein Endschalter für Rückfahrt der Kolbenstange. Der Schalter 62 dient als Endschalter für Ausfahrt der Kolbenstange. Wenn die Kolbenstange 3 einen der Endschalter erreicht, betätigt die Mutter 4 einen der Endschalter, welcher den Motorstrom ausschaltet und die Kolbenstange 3 stoppt. Die Ausführung hat folgende Nachteile:
Ein größeres Außenrohr 2 ist erforderlich, um die Leiterplatte 6 und die beiden Endschalter aufnehmen zu können. Dies vergrößert die Abmessung des Verstellantriebs. Die Montage der Leiterplatte und Endschalter in das Außenrohr ist eine zeitaufwendige Arbeit. Unterschiedliche Wegbegrenzungen erfordern Leiterplatten in unterschiedlicher Größen. Dies führt zu Teilvielfalt der Leiterplatte und höheren Produktionskosten.

Der zweite bekannte Ansatz für eine Realisierung der Wegbegrenzung ist das Zählen der Umdrehungszahl der Spindel. Dafür wird beispielsweise ein Getriebe mit der Spindel verbunden. Ist die Umdrehungszahl der Spindel eine vorgegebene Zahl, das bedeutet, daß die Kolbenstange eine der zwei Endpositionen des Antriebs erreicht. Das Getriebe schaltet dann den Motor elektronisch oder mechanisch aus. Ähnlich wie bei der vorherigen Ausführung sind unterschiedliche Getriebe für unterschiedliche Wegbegrenzungen erforderlich.

Die dritte bekannte Lösung ist die Überwachung des Stromverbrauches des Motors im Verstellantrieb. Wenn die Kolbenstange eine der Endpositionen erreicht, fängt die Kolbenstange oder die Mutter an, gegen ein Hindernis, wie zum Beispiel einer Endlagendämpfung, zu fahren. Dabei nimmt der Motorstrom drastisch zu. Übersteigt der überwachte Motorstrom einen vorbestimmten Wert, schaltet eine Steuerung den Motor aus. Ein Nachteil des Ansatzes besteht darin, daß vor Erreichen des Grenzwertes des Motorstroms wichtige Übertragungsglieder des Verstellantriebs, wie zum Beispiel die Spindel und die Mutter, schon wegen des schwankenden Motordrehmoments beim Abbremsen beschädigt werden können. Demzufolge ist eine präzise Einstellung der Steuerung für jeden einzelnen Verstellantrieb erforderlich. Dies bedeutet zusätzliche Produktionskosten.

Ein weitere bekannte Ausführung, wie in der EP 0 647 799 A2 beschrieben, verwendet eine Buchse 22 und einen Federring 23 (6), die mit dem Außenrohr verbunden sind, zum Bestätigen zweier umgekehrt orientierter Endschalter 61 und 62. Wenn die Kolbenstange 3 die Endposition für Rückfahrt erreicht, fährt die Mutter gegen den Federring 23, der an das Außenrohr drückt. Das Außenrohr betätigt dann wiederum den Endschalter 61 für das Zurückfahren. Dies führt zum Ausschalten des Motorstroms und stoppt die Kolbenstange. Erreicht die Kolbenstange bei der Ausfahrt eine andere Endposition, drückt die Mutter die Buchse 22, die wiederum das Außenrohr nach außen schiebt. Das rechte Ende des Außenrohrs verließt den Endschalter 62. Dadurch wird der Motor ausgeschaltet. Eine Schwachstelle der Ausführung läßt sich im folgenden mit Hilfe der Abbildung 7 erläutern. Unterliegt die Kolbenstange einer vertikalen Belastung, biegt sich das Außenrohr aufgrund von Montagetoleranzen zu einer Seite ab. Dies kann dazu führen, daß das Außenrohr durch diese Verbiegung die Endschalter nicht mehr trifft. Eine zuverlässige Wegbegrenzung ist dadurch nicht möglich. Eine engere Montagetoleranz hat jedoch höheren Montageaufwand, größere Reibung zwischen dem Außenrohr und der Kolbenstange und zusätzlichen Energieverbrauch des Verstellantriebs zur Folge. Schließlich führt der Federring innerhalb des Außenrohrs zu höheren Fertigungs- und Montagekosten des Außenrohrs.

Ziel der Erfindung ist die Konstruktion eines Verstellantriebs mit Wegbegrenzungsfunktion, welche im Vergleich zu vorhandenen Ausführungen folgende Verbesserungen aufweist:
unabhängig von Hublänge des Verstellantriebs,
einfachere und zuverlässigere Konstruktion,
wenige Komponenten,
kleinere Abmessung und
geringe Fertigungskosten.

Dies wird gemäß der Erfindung durch einen Verstellantrieb nach den Merkmalen aus dem Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Für die Realisierung einer zuverlässigen Wegbegrenzung setzt die Erfindung Endschalter ein, womit kein mit einer Stromüberwachung verbundener Nachteil existiert.

Um den Durchmesser des Außenrohrs und somit die Abmessung des Verstellantriebs zu reduzieren, werden die Endschalter für Aus- und Rückfahrt mit einer Leiterplatte integriert, die in der Nähe eines Endes des Außenrohrs plaziert ist und von dem Außenrohr und der Mutter ausgelöst wird. Durch eine solche Anordnung kann die Abmessung der Leiterplatte von der Hublänge des Verstellantriebs unabhängig sein. Darüber hinaus lassen sich die Fertigungskosten des Außenrohrs wegen fehlendem Federring innerhalb des Außenrohrs reduzieren.

Um die Montagearbeit der Leiterplatte in das Gehäuse des Verstellantriebs zu vereinfachen, wird das Gehäuse so konstruiert, das es zwei Nuten sowie eine Rippe für Führung der Leiterplatte beim Einfügen aufweist.

Darüber hinaus werden die Endschalter in der Leiterplatte in einer Linie parallel zu der Achse des Außenrohrs angeordnet, damit die Betätigung der Schalter unempfindlich gegen die vertikale Deformation des Außenrohrs ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen näher erläutert. Es zeigen:
1 das Außenrohr in die Endposition der Rückfahrt gemäß der Erfindung,
2 das Außenrohr in die Endposition der Ausfahrt gemäß der Erfindung,
3 die in das Gehäuse des Verstellantriebs eingefügte Leiterplatte gemäß der Erfindung,
4 die Anordnung der Endschalter auf der Leiterplatte gemäß der Erfindung,
5 eine bekannte Ausführung, wobei sich zwei Endschalter im Außenrohr befinden,
6 eine bekannte Ausführung mit zwei Endschalter und
7 eine Schnittdarstellung über die Deformation des in 6 gezeigte Außenrohrs wegen einer vertikalen Belastung.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Motor 9 dem Verstellantrieb die nötige Bewegungskraft liefert. Die Kraft wird mit Hilfe einer Schneckenwelle und eines Schneckenrads auf eine Spindel weiterleitet. Die Drehbewegung der Spindel wird in die Linienbewegung einer Mutter 4 weiter umgesetzt. Wenn die mit der Mutter 4 verbundene Kolbenstange 3 die Endlage für Rückfahrt erreicht, drückt die Mutter 4 den Taster des Endschalters, welcher den Motor ausschaltet und die Kolbenstange stoppt. In der Position kann der Verstellantrieb nur ausfahren, nicht mehr zurückfahren. Wie in 1 gezeigt, werden beide Taster der Endschalter vom Außenrohr gedrückt, wenn die Kolbenstange die Endposition erreicht.
Wenn die Kolbenstange des Verstellantriebs ausfährt und die Endposition erreicht, wie in 2 dargestellt, fährt die Mutter gegen eine Buchse 22 auf einem Ende des Außenrohrs und bringt das Rohr nach außen. Ein in einer Rille auf dem Außenrohr 2 fixierter Federring 21 drückt eine Druckfeder 7, die sich in einer Kammer des Gehäuse 1 befindet. Das Außenrohr wird sich immer nach außen bewegen, bis dessen rechtes Ende den Taster des Endschalters 62 verlässt und den Motor 9 ausschaltet. In der Endposition kann die Kolbenstange nur zurückfahren, nicht mehr ausfahren. Wie in 2 dargestellt, sind beide Taster der Endschalter 61 und 62 in der Position nicht betätigt. Wenn der Verstellantrieb zurückfährt, drückt die Druckfeder 7 das Außenrohr zur Innenseite, so daß das rechte Ende des Außenrohrs mit dem Endschalter 62 wieder kontaktiert, und die Kolbenstange wieder in beide Richtungen fahren kann. In der Position ist der Taster des Schalters 62 betätigt, und der Taster des Endschalters 61 ist nicht betätigt.
Um die oben erwähnte Funktion zu realisieren, werden die Endschalter wie folgt kontrolliert:
Ist der Taster des Schalters 61 von der Mutter 4 nicht betätigt, und der Taster des Schalters 62 vom rechten Ende des Außenrohrs gedrückt, kann die Kolbenstange in beide Richtungen fahren.
Ist der Taster des Schalters 61 von der Mutter 4 gedrückt, und der Taster des Endschalters 62 vom Außenrohr aktiviert, kann die Kolbenstange nur ausfahren.
Sind die beiden Taster von der Mutter und vom Außenrohr nicht betätigt, kann die Kolbenstange 3 nur zurückfahren.
Ist der Endschalter 61 von der Mutter 4 aktiviert und der Endschalter 62 vom Außenrohr 2 nicht aktiviert, kann der ganze Mechanismus nicht mehr in Ordnung sein. Eine mögliche Ursache dafür ist, daß der Druckfeder 7 ihre Elastizität verloren hat. In diesem Fall gibt die Steuerung dem Verstellantrieb keine Freigabe, um weitere Schäden zu vermeiden.
In dem Ausführungsbeispiel, wie in 3 gezeigt, sind Endschalter 61 und 62 in eine Leiterplatte 6 montiert. Zwischen dem Endschalter 61 und der Leiterplatte 6 liegt ein Distanzstück 63. Dadurch ist die Lage des Endschalters 61 in bezug auf der Leiterplatte 6 höher als die des Endschalters 62. Durch diese Anordnung läßt sich sicherstellen, daß die Mutter 4 den Endschalter 62 bei der Ausfahrt während der Rückfahrt der Kolbenstange nicht berührt.
Um die Leiterplatte 6 beim Einfügen in das Gehäuse 1 zu führen, wird das Gehäuse 1 mit einer Rippe 11 und zwei Nuten 12, 13 gestaltet. Nachdem die Leiterplatte 6 in das Gehäuse 1 eingelegt ist, liegt die Rippe 11 zwischen den Endschaltern 61 und 62 und bleibt mit der Leiterplatte in Kontakt. Die Konstruktion sichert dies, daß die Leiterplatte nicht wegen der Betätigung der Schalter aus ihrer ursprünglichen Position ausweicht.
Die Endschalter in der Leiterplatte sind absichtlich, wie in 4 dargestellt, in einer Gerade parallel zu der Achse des Außenrohrs angeordnet. Mit der besonderen Anordnung kann ihre Betätigung im Vergleich zum vorhandenen Ansatz wenig empfindlich gegen die vertikale Deformation des Außenrohrs sowie gegen die Montagetoleranz zwischen den Endschaltern, der Mutter und dem Außenrohr sein.
In dem Ausführungsbeispiel werden Endschalter für die Implementierung der Wegbegrenzung des Verstellantriebs eingesetzt. Dies überwindet das Zuverlässigkeitsproblem des Ansatzes mit Stromüberwachung. Weil die beiden Endschalter außerhalb des Außenrohrs plaziert sind, kann der Durchmesser bzw. die Abmessung des Verstellantriebs drastisch reduziert werden. Das Gehäuse des Verstellantriebs weist eine Rippe und zwei Nuten auf, wodurch die Leiterplatte sehr einfach in das Gehäuse hineingelegt werden kann. Die Zeit und Kosten der Montage lassen sich drastisch reduzieren. Ist eine andere Hublänge des Verstellantriebs gefordert, brauchen nur die Länge der Spindel und des Außenrohrs verändert zu werden. Eine Änderung der Abmessung der Leiterplatte ist hier unnötig.

1: Gehäuse
11: Rippe
12: Nute
13: Nute
2: Außenrohr
21: Federring
22: Buchse
3: Kolbenstange
4: Mutter
5: Spindel
6: Leiterplatte
61: Endschalter für Rückfahrt
62: Endschalter für Ausfahrt
63: Distanzstück
7: Druckfeder
8: Schneckenwelle
81: Schneckenrad
9: Motor

Claims

Verstellantrieb mit einer Spindel (5), die in einem Gehäuse (1) untergebracht und von einem Motor (9) angetrieben ist, einer Mutter (4), welche die Drehbewegung der Spindel (5) in eine Linearbewegung umwandelt, einer Kolbenstange (3), welche mit der Mutter (4) verbunden ist und sich zusammen mit der Mutter (4) linear aus- und zurückfahrbar bewegt, einem Außenrohr (2), welches die Kolbenstange (3) umschließt und linear beweglich ist, einem Federring (21), der am Außenumfang des Außenrohres (2) fixiert ist, einer Druckfeder (7), die in einer Kammer des Gehäuses (1) angeordnet ist und den Federring (21) in Richtung der zurückfahrenden Kolbenstange derart vorspannt, daß dieser an einer Wand der Kammer des Gehäuses (1) abgestützt ist, einer Leiterplatte (6), die in das Gehäuse (1) eingebaut ist, zwei Endschaltern (61, 62), die eng nebeneinander an der Leiterplatte (6) montiert sind, wobei der eine Endschalter (62) zur Wegbegrenzung der ausfahrenden Kolbenstange (3) in eine erste Endposition und der andere Endschalter (61) zur Wegbegrenzung der zurückfahrenden Kolbenstange (3) in eine zweite Endposition vorgesehen sind, wobei bei aus- und zurückfahrender Kolbenstange (3) der eine Endschalter (62) ständig mit dem Außenrohr (2) in Kontakt steht, bei Erreichen der ersten Endposition der Kolbenstange (3) der eine Endschalter (62) mit dem Außenrohr (2) außer Kontakt steht, und bei Erreichen der zweiten Endposition der Kolbenstange (3) der eine Endschalter (62) mit dem Außenrohr (2) und der andere Endschalter (61) mit der Mutter (4) der Spindel (5) in Kontakt stehen.
Verstellantrieb nach Anspruch 1, wobei der andere Endschalter (61) mittels eines Distanzstücks (63) an der Leiterplatte (6) montiert ist, so daß der andere Endschalter (61) höher als der eine Endschalter (62) positioniert ist.
Verstellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden Endschalter (61, 62) an der Leiterplatte (6) mittels einer Rippe (11) des Gehäuses (1) getrennt sind.