DE102007043391B4

DE102007043391B4 - Aktuator mit verlagerbarem Ausleger

Info

Publication number: DE102007043391B4
Application number: DE102007043391.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Scholz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-09-12
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2027-09-13
Also published as: DE102007043391A1

Abstract

Aktuator (10) umfassend eine Gewindespindel (11) mit einer Drehachse (12), einem Ausleger (23), der mit einer Mutter (20) fest verbunden ist, welche in die Gewindespindel (11) eingreift und ein Gehäuse (30), in dem die Gewindespindel (11) drehbeweglich gelagert ist, wobei eine Verdrehsicherung (50) zwischen der Mutter (20) oder dem Ausleger (23) und dem Gehäuse (30) vorgesehen ist, wobei die Verdrehsicherung (50) wenigstens ein gesondertes, längliches Gleitprofil (51) umfasst, dessen Gleitfläche (52) bezüglich der Drehachse (12) konvex ausgebildet ist, wobei das Gleitprofil (51) mit einer an seine Gleitfläche (52) angepassten Führungsnut (53) im Gehäuse (30) in Führungseingriff steht und wobei das Gleitprofil (51) an der Mutter (20) oder am Ausleger (23) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitprofil (51) in radialer Richtung bezüglich der Drehachse verlagerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein derartiger Aktuator ist aus der DE 27 34 530 C2 bekannt. Dort ist eine Aktuator mit einer Kugelgewindespindel gezeigt, in die eine Kugelgewindemutter 8 eingreift. Der rohrförmige Ausleger 9, der die Kugelgewindespindel umgibt, ist fest mit der Kugelgewindemutter verbunden. Weiter ist ein Gehäuse 7; 1 vorgesehen, in dem die Kugelgewindespindel drehbar gelagert ist, nämlich im Flansch 6 des Elektromotors 1. Darüber hinaus ist eine Verdrehsicherung vorhanden, die verhindert, dass sich der Ausleger bei einer Drehbewegung der Kugelgewindespindel mitdreht. Die Verdrehsicherung wird von einem quadratischen Gleitstück 14 gebildet, das sich an der angepassten Innenumfangsfläche 15 des quadratischen Zylinderrohres 7 formschlüssig abstützt. Die Verdrehsicherung kann sowohl Kräfte in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung bezüglich der Drehachse der Kugelgewindespindel aufnehmen. Die radiale Kraftrichtung ist erforderlich, damit der Aktuator Querkräfte am Ausleger aufnehmen kann.
Der Nachteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die quadratische Verdrehsicherung aufgrund des unvermeidbaren Führungsspiels nur an ihren Eckbereichen am Zylinderrohr anliegt. In der Folge sind die Berührflächen sehr klein, weshalb erhöhter Verschleiß auftritt, wenn der Ausleger sich bewegt. Dieses Problem verschärft sich noch, wenn ein Zylinderrohr aus stranggepresstem Aluminium verwendet werden soll, welches relativ weich ist und ungünstige Gleiteigenschaften aufweist. Derartige Zylinderrohre werden eingesetzt, wenn komplexe Querschnittsgeometrien, beispielsweise für hinterschnittene Befestigungsnuten, gewünscht werden. Die Folge des Verschleißes ist ein erhöhtes Spiel in der Verdrehsicherung, was dazu führt, dass sich der Ausleger hin- und herdreht, wenn sich seine Bewegungsrichtung umkehrt.
Aus der DE 100 30 140 A1 ist ein Aktuator mit einer Gewindespindel und einer Mutter bekannt, wobei eine Verdrehsicherung mit einem Gleitkontaktelement vorgesehen ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verdrehsicherung anzugeben, die einem geringeren Verschleiß unterliegt, ohne dass ein höherer Herstellaufwand entsteht. Weiter sollen Fertigungsungenauigkeiten des Gehäuses oder der Mutter ausgeglichen werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Verdrehsicherung wenigstens ein gesondertes, längliches Gleitprofil umfasst, dessen Gleitfläche bezüglich der Drehachse konvex ausgebildet ist, wobei das Gleitprofil mit einer an seine Gleitfläche angepassten Führungsnut im Gehäuse in Führungseingriff steht und wobei das Gleitprofil an der Mutter oder am Ausleger festgelegt ist.
Durch die Verwendung eines länglichen Gleitprofils wird eine längliche Gleitfläche geschaffen, die sich in Richtung der Drehachse erstreckt. Aufgrund der verhältnismäßig geringen Breite der Gleitfläche wird diese auch dann im Wesentlichen gleichmäßig belastet, wenn die Verdrehsicherung mit Spiel behaftet ist. Eine Verschleißerhöhung ist in diesem Fall nicht zu erwarten. Die Profilform hat überdies den Vorteil, dass das Gleitprofil kostengünstig, beispielsweise mit einem Extrusionsverfahren, hergestellt werden kann.
Die konvexe Form der Gleitfläche in Verbindung mit der angepassten Führungsnut hat zur Folge, dass sowohl Kräfte in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung bezüglich der Drehachse übertragen werden können. Der Aktuator ist somit in der Lage, Querkräfte am Ausleger aufzunehmen, ohne dass hierfür zusätzliche Führungsmittel vorgesehen werden müssen.
Das Gleitprofil kann im Wesentlichen entlang seiner gesamten Länge abgestützt sein, vorzugsweise an der Außenumfangsfläche der Mutter. Die Abstützung entlang der gesamten Länge dient dazu, die radialen Kräfte so weiterzuleiten, dass keine elastische Verformung am Gleitprofil auftritt. Eine elastische Verformung hätte eine ungleichförmige Belastung der Gleitfläche zur Folge und somit erhöhten Verschleiß. Die bevorzugte Befestigung an der Mutter ist sinnvoll, weil diese in der Regel sehr massiv ausgeführt ist. Der Ausleger, typischerweise ein dünnwandiges Rohr, ist regelmäßig nicht zur Anbringung des Gleitprofils geeignet.
Es können zwei Gleitprofile vorgesehen sein, die vorzugsweise bezüglich der Drehachse symmetrisch angeordnet sind. Diese Ausführungsform besitzt die geringste Anzahl an Gleitprofilen, bei der radiale Kräfte in jeder beliebigen Richtung übertragen werden können. Durch die bevorzugte symmetrische Anordnung ist hierbei die geringst mögliche Belastung der Gleitprofile sichergestellt. Die nachfolgend angesprochene Spieleinstellung ist bei dieser Anordnung besonders problemlos möglich.
Das Gleitprofil ist in radialer Richtung bezüglich der Drehachse verlagerbar. Auf diese Weise können Fertigungsungenauigkeiten des Gehäuses oder der Mutter problemlos ausgeglichen werden. Das Gleitführungsspiel wird hierbei gerade so klein eingestellt, dass keine unnötigen Verspannungen auftreten, die Verschleiß verursachen können.
Die Spielanstellung kann auf einfache Weise dadurch realisiert werden, dass an der Mutter eine Rampe vorgesehen ist, auf der das Gleitprofil abgestützt ist, so dass es bei einer Verlagerung in Richtung der Drehachse auch quer zur Drehachse verschoben wird. Diese Anordnung ist auch deshalb vorteilhaft, weil der Verschiebeweg in axialer Richtung sehr groß gewählt werden kann, wobei durch eine Rampe mit kleiner Steigung ein kleiner Verschiebeweg in Querrichtung erzeugt wird. Die üblicherweise kleinen Fertigungstoleranzen können somit mit einem großen Stellweg, der einfach einzustellen ist, ausgeglichen werden. Versuche haben ergeben, dass ein Steigungswinkel der Rampe relativ zur Drehachse zwischen 0,2° und 2,0°, vorzugsweise zwischen 0,5° und 1,0° eine besonders einfache Spieleinstellung ermöglicht. Die Länge der Rampe ist vorzugsweise größer als die Länge des Gleitprofils, um auch nach einer Axialverschiebung des Gleitprofils eine Abstützung desselben über die gesamte Länge zu gewährleisten.
Die Rampe kann von einer gesonderten Keilleiste gebildet werden, die fest mit der Mutter verbunden ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn die Rampe ausgehend von der handelsüblichen Mutter hergestellt werden soll. Die Keilleiste kann einfach an der Mutter angebracht werden, ohne dass die Mutter umfangreich bearbeitet werden muss. Vorzugsweise ist die Keilleiste in einer passgenauen Nut angeordnet, damit sie lagegenau fixiert ist.
Zur einfachen Fixierung der gewählten Spieleinstellung können an dem Gleitprofil mehrere Befestigungsmittel vorgesehen sein, so dass das Gleitprofil wahlweise in einer der den Befestigungsmitteln zugeordneten Stellungen an der Mutter befestigt werden kann. Die Mehrzahl von Befestigungsmitteln befindet sich bevorzugt am Gleitprofil und nicht an der Mutter, weil das Gleitprofil einfacher zu bearbeiten ist als die Mutter. Besonders kostengünstig ist es, wenn die Befestigungsmittel Durchbrüche in dem Gleitprofil sind, die von einem Schraubbolzen vorzugsweise einer Senkkopfschraube durchsetzt werden. In Verbindung mit der o. g. Keilleiste kann der Schraubbolzen auch die Keilleiste durchsetzen, wodurch auf eine gesonderte Befestigung der Keilleiste verzichtet werden kann.
Besonders geringe Herstellkosten bei gleichzeitig hoher Gebrauchsdauer des Aktuators können erzielt werden, wenn das Gehäuse aus Aluminium besteht, wobei die Führungsnut unmittelbar an dem Gehäuse vorgesehen ist und wobei das Gleitprofil aus Polyoxymethylen (POM) besteht. Das Aluminium-Gehäuse lässt sich besonders günstig mittels Strangpressen herstellen. Eine gesonderte Bearbeitung der Führungsnut ist dann regelmäßig nicht erforderlich. Das vorgeschlagene Gleitprofil verursacht einen besonders geringen Verschleiß, wenn es unmittelbar auf Aluminium gleitet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es stellt dar:

1 eine perspektivische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Aktuators; und
2 einen Querschnitt von 1 im Bereich der Mutter.

In 1 ist ein erfindungsgemäßer Aktuator ganz allgemein mit 10 bezeichnet. Er besteht aus einer Kugelgewindespindel 11 mit einer Drehachse 12, in die eine Kugelumlaufmutter 20 eingreift. Weiter ist ein Gehäuse 30 vorgesehen, das aus einem stranggepressten Aluminium-Gehäuseprofil 31 besteht, welches an seinen Enden mit einer vorderen Endplatte 32 und einer hinteren Endplatte 35 verschlossen ist. In der hinteren Endplatte 35 ist ein Radialrillenkugellager 36 vorgesehen, mit dem die Gewindespindel 11 drehbar im Gehäuse 30 gelagert ist. Das Radialrillenkugellager 36 ist mit einem Gewindering 37 in der hinteren Endplatte 35 festgelegt. An der Gewindespindel 11 ist ein Antriebszapfen 15 einstückig angeformt, der beispielsweise mit einem Elektromotor zum Antrieb des Aktuators verbunden werden kann.
Die Kugelumlaufmutter 20 ist mit einer Fangmutter 22, die im Normalbetrieb die Gewindespindel 11 nicht berührt, fest verbunden. Für den Fall, dass die Kugelumlaufmutter 20 aufgrund von Überlast oder Verschleiß bricht, kommt die Fangmutter mit der Gewindespindel in Eingriff und verhindert, dass der Aktuator auf Grund der äußeren Last in Bewegung versetzt wird.
An der Fangmutter 22 ist ein Ausleger 23 in Form eines kreiszylindrischen Auslegerrohres 24 befestigt. Das Auslegerrohr 24 ist über die Gleitbuchse 33 in der vorderen Endplatte 32 in radialer Richtung bezüglich der Drehachse 12 abgestützt, wobei eine Beweglichkeit des Auslegerrohres 24 in Richtung der Drehachse 12 gewährleistet ist. Am Ende des Auslegerrohres 24 ist ein Endkopf 25 vorgesehen, an dem eine übergeordnete Baugruppe befestigt werden kann. Im Endbereich der vorderen Endplatte 32 ist eine Dichtung 34 angeordnet, um zu verhindern, dass Schmutz ins Innere des Gehäuses 30 eindringt.
Die Gewindespindel 11 ist konzentrisch zum Auslegerrohr 24 angeordnet, wobei am Ende der Gewindespindel ein Stützring 13 vorgesehen ist, über den die Gewindespindel 11 in radialer Richtung am Auslegerrohr 24 abgestützt ist, wobei eine Drehbeweglichkeit zwischen Auslegerrohr 24 und Gewindespindel 11 gewährleistet ist. Der Stützring 13 ist mit einem handelsüblichen Sicherungsring 14 an der Gewindespindel 11 befestigt. Da der Stützring 13 im gleichen Axialbereich angeordnet ist wie die Gleitbuchse 33, wird eine Momentanbeanspruchung des Auslegerrohres 24 vermieden.
Zwischen der Kugelumlaufmutter 20 und dem Gehäuseprofil 31 ist eine Verdrehsicherung 50 vorgesehen. Die Verdrehsicherung 50 umfasst zwei prismatische Gleitprofile 51 aus Polyoxymethylen (POM), die gegenüberliegend an der Mutter 20 befestigt sind. Die beiden Gleitflächen 52 (siehe 2) eines jeden Gleitprofils 51 sind an je einer angepassten prismatischen Führungsnut 53 im Gehäuseprofil 31 gleitbeweglich abgestützt.
Die Befestigung der Gleitprofile 51 an der Außenumfangsfläche 21 der Mutter 20 wird mit Hilfe von Keilleisten 55 bewerkstelligt. Hierfür sind sowohl an der Mutter 20 als auch an den Gleitprofilen 51 Nuten 60; 61 vorgesehen, in welche die Keilleisten 55 passgenau und Richtung der Drehachse 12 beweglich eingesetzt sind. Die Dicke der Keilleiste 55 ist in Richtung der Drehachse 12 nicht konstant, so dass die Unterseite gegenüber der Oberseite der Keilleiste 55 geneigt ist. Die Keilleiste bildet somit eine Rampe, mit der das zugeordnete Gleitprofil bei einer Bewegung in Richtung der Drehachse 12 in radialer Richtung verlagert wird. Damit die Gleitflächen 52 des Gleitprofils parallel zur Drehachse verlaufen, ist auch ein der Nuten 60; 61 entsprechend der Neigung der Keilleiste 55 geneigt ausgeführt.
Zur Fixierung der gewünschten Spieleinstellung sind sowohl an der Keilleiste 55 als auch am Gleitprofil 51 je drei Durchbrüche 57; 58 als Befestigungsmittel vorgesehen. Die Abstände der Durchbrüche 57; 58 sind so gewählt, dass sich neun mögliche Relativstellungen zwischen Gleitprofil 51 und Keilleiste ergeben. Die gewünschte Relativstellung wird mit einem Schraubbolzen 59 in Form einer Senkkopfschraube fixiert. Die Senkkopfschraube durchsetzt dabei sowohl einen Durchbruch 57 im Gleitprofil als auch einen Durchbruch 58 in der Keilleiste und wird in die Kugelgewindemutter 20 eingeschraubt.
Bezugszeichenliste

10: Aktuator
11: Gewindespindel
12: Drehachse
13: Stützring
14: Sicherungsring
15: Antriebszapfen
20: Mutter
21: Außenumfangsfläche der Mutter
22: Fangmutter
23: Ausleger
24: Auslegerrohr
25: Endkopf
30: Gehäuse
31: Gehäuseprofil
32: vordere Endplatte
33: Gleitbuchse
34: Dichtung
35: hintere Endplatte
36: Radialrillenkugellager
37: Gewindering
50: Verdrehsicherung
51: Gleitprofil
52: Gleitfläche
53: Führungsnut
55: Keilleiste
57: Durchbruch des Gleitprofils
58: Durchbruch der Keilleiste
59: Schraubbolzen
60: Nut der Mutter
61: Nut des Gleitprofils

Claims

Aktuator (10) umfassend eine Gewindespindel (11) mit einer Drehachse (12), einem Ausleger (23), der mit einer Mutter (20) fest verbunden ist, welche in die Gewindespindel (11) eingreift und ein Gehäuse (30), in dem die Gewindespindel (11) drehbeweglich gelagert ist, wobei eine Verdrehsicherung (50) zwischen der Mutter (20) oder dem Ausleger (23) und dem Gehäuse (30) vorgesehen ist, wobei die Verdrehsicherung (50) wenigstens ein gesondertes, längliches Gleitprofil (51) umfasst, dessen Gleitfläche (52) bezüglich der Drehachse (12) konvex ausgebildet ist, wobei das Gleitprofil (51) mit einer an seine Gleitfläche (52) angepassten Führungsnut (53) im Gehäuse (30) in Führungseingriff steht und wobei das Gleitprofil (51) an der Mutter (20) oder am Ausleger (23) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitprofil (51) in radialer Richtung bezüglich der Drehachse verlagerbar ist.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitprofil (51) im Wesentlichen entlang seiner gesamten Länge abgestützt ist, vorzugsweise an der Außenumfangsfläche (21) der Mutter (20).
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Gleitprofile (51) vorgesehen sind, die vorzugsweise bezüglich der Drehachse (12) symmetrisch angeordnet sind.
Aktuator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Mutter (20) eine Rampe vorgesehen ist, auf der das Gleitprofil (51) abgestützt ist, so dass es bei einer Verlagerung in Richtung der Drehachse (12) auch quer zur Drehachse verschoben wird.
Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel der Rampe relativ zur Drehachse (12) zwischen 0,2° und 2,0°, vorzugsweise zwischen 0,5° und 1,0° beträgt.
Aktuator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampe von einer gesonderten Keilleiste (55) gebildet wird, die fest mit der Mutter (20) verbunden ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gleitprofil (51) mehrere Befestigungsmittel vorgesehen sind, so dass das Gleitprofil (51) wahlweise in einer der den Befestigungsmitteln zugeordneten Stellungen an der Mutter (20) befestigt werden kann.
Aktuator nach einem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel Durchbrüche (57) in dem Gleitprofil (51) sind, die von einem Schraubbolzen (59) vorzugsweise einer Senkkopfschraube durchsetzt werden.
Aktuator nach Anspruch 8, soweit dieser auf Anspruch 6 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubbolzen (59) auch die Keilleiste (55) durchsetzt.
Aktuator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (30) aus Aluminium besteht, wobei die Führungsnut (53) unmittelbar an dem Gehäuse vorgesehen ist und wobei das Gleitprofil (51) aus Polyoxymethylen besteht.