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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearaktuator, der lineare Stellbewegungen einer Schubstange ermöglicht.
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Aus
EP1057569 A1 und
EP2592725 A1 (
11B) ist ein Linearaktuator nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt worden. Die Schubstange ist gegenüber dem Gehäuse verdrehgesichert und axial verschieblich gelagert. In vielen Fällen wird die Schubstange mit ihrem freien Ende an eine Anschlusskonstruktion angebunden. Die Anbindung ist erschwert, wenn zwischen Schubstange und Anschlusskonstruktion nicht die für die Anbindung erforderliche axiale Montagelage der Schubstange eingestellt ist. In diesem Fall muss entweder der Linearaktuator betätigt werden um die vorgesehene axiale Lage der Schubstange anzufahren, oder die Schubstange muss unter erheblichem Kraftaufwand axial von außen beaufschlagt werden. Im letzteren Fall wird der Gewindetrieb rückwärts betätigt, also eine axiale Last der Gewindemutter in eine rotative Bewegung der Gewindespindel umgewandelt werden.
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Gerade in der Phase der Montage des Linearaktuators ist die erste beschriebene Alternative zur Einstellung der axialen Lage der Schubstange beispielsweise aufgrund eines noch nicht erfolgten elektrischen Anschlusses nicht möglich. Die zweite Alternative erfordert erheblichen axialen Kraftaufwand.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen Linearaktuator nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, dessen Schubstange auf einfache Art und Weise gegenüber dem Gehäuse axial verschoben werden kann ohne Betätigung durch den Motor.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Linearaktuator gemäß Anspruch 1 gelöst. Der Linearaktuator ist mit einem Gehäuse und mit einem Motor versehen, der eine Gewindespindel eines Gewindetriebes antreibt, dessen mit der Gewindespindel in Schraubeingriff stehende, längsverschieblich in dem Gehäuse angeordnete Gewindemutter eine Schubstange betätigt. Die Schubstange kann an eine Umgebungskonstruktion angeschlossen werden und ein Maschinenteil betätigen. Dadurch, dass eine zwischen der Gewindemutter und dem Gehäuse wirksam angeordnete schaltbare Verdrehsicherung vorgesehen ist, bewirkt bei abgeschalteter Verdrehsicherung ein Verdrehen der drehfest mit der Gewindemutter verbundenen Schubstange eine Schraubbewegung der Gewindemutter gegenüber der Gewindespindel, so dass eine gewünschte axiale Lage der Schubstange gegenüber dem genannten Maschinenteil einstellbar ist.
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Auf die Gewindemutter des Linearaktuators wirken im Betrieb im Wesentlichen axiale Kräfte. Betriebsbedingte Drehmomente um die Spindelachse herum sind vergleichsweise geringfügig; sie entstehen durch Reibung zwischen der von dem Motor drehangetriebenen rotierenden Gewindespindel und der Gewindemutter. Vorzugsweise kann ein an sich bekannter Kugelgewindetrieb eingesetzt werden, dessen Kugeln an Kugelrillen der Gewindemutter und der Gewindespindel abwälzen. Die im Betrieb eines Kugelgewindetriebes auftretenden Reibungsverluste zwischen Gewindemutter und Gewindespindel üben ein geringes Drehmoment auf die Gewindemutter aus. Demzufolge überträgt die Verdrehsicherung keine nennenswerten betriebsbedingten Drehmomente zwischen Gehäuse und Gewindemutter.
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Die Verdrehsicherung kann ein Eingriffsteil aufweisen, das in eine entlang der Aktuatorachse angeordnete Längsnut eingreift, ebenso wie dies im eingangs genannten Stand der Technik umgesetzt ist. Die schaltbare Verdrehsicherung ermöglicht eine bedarfsweise Verlagerung des Eingriffsteils in eine Lage, in der das Eingriffsteil außer Eingriff mit der Längsnut verlagert, die Verdrehsicherung also abgeschaltet ist.
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Vorzugsweise kann das Eingriffsteil radial zu der Längsnut verlagerbar angeordnet sein. Das Eingriffsteil kann vorzugsweiseentgegen einer Federkraft aus der Längsnut heraus bewegt werden kann. Denkbar ist, die Längsnut durch rampenförmige Wände zu begrenzen, gegen die eine Kugel des Eingriffsteils mittels eines Federelementes angefedert ist, das an der Gewindemutter abgestützt ist.
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Das Eingriffsteil an sich kann alternativ biegelelastisch auslenkbar sein nach Art einer Blattfeder. Bei ausreichender Durchbiegung und einer entsprechend verkürzten radialen Erstreckung steht das Eingriffsteil schließlich nicht mehr in Eingriff mit der Längsnut.
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In diesen Fällen ist das Eingriffsteil auslenkbar, und kann unter einem an der Schubstange angreifenden Drehmoment außer Eingriff mit der Längsnut gebracht werden. Im Fall der gegen die rampenförmigen Wände angefederten Kugel wird diese unter entsprechend großem Drehmoment an der Schubstange quer zu der Längsnut unter relativer Drehbewegung zwischen Gehäuse und Gewindemutter entlang der rampenförmigen Wand verschoben und radial einwärts gedrückt, bis sie schließlich außer Eingriff mit der Längsnut ist. Die Kugel kann beispielsweise in einer Hülse des Eingriffsteils oder in einer Querbohrung der Gewindemutter angeordnet sein und erhaben über deren Außenumfang vorstehen.
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Der Linearaktuator kann mit einer Längenmesseinrichtung versehen sein. Das Gehäuse kann an seinem Innenumfang mit einer entlang der Aktuatorachse angeordneten Maßverkörperung und die Gewindemutter kann mit einem die Maßverkörperung abtastenden Sensor versehen sein. Das Gehäuse kann an seinem Innenumfang mit der entlang der Aktuatorachse angeordneten Längsnut sowie mit der umfangsseitig auf Abstand zueinander angeordneten Maßverkörperung versehen sein.
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Die schaltbare Verdrehsicherung kann vorzugsweise in der verdrehgesicherten Lage eine bestimmte Drehlage der Gewindemutter gegenüber dem Gehäuse festlegen. In dieser bestimmten Drehlage ist der Sensor der Längenmesseinrichtung einwandfrei auf die Maßverkörperung ausgerichtet.
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Die zuvor beschriebenen Varianten der Erfindung können den technischen Effekt eines Einrastens der Gewindemutter nutzen, wenn eine volle Umdrehung der Schubstange verrichtet wurde. Das Einrasten erfolgt in der genannten bestimmten Drehlage der Gewindemutter. Wenn eine axiale Positionierung der Schubstange mit dem Einrasten der Verdrehsicherung abgeschlossen wird, ist eine einwandfreie Positionierung des Sensors in Bezug auf die Maßverkörperung und somit ein einwandfreies Arbeiten der Längenmesseinrichtung sichergestellt.
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Der Gehäusedeckel kann mit einer Durchführung für die Schubstange versehen sein, gegenüber der die drehfest mit der Gewindemutter verbundene Schubstange um ihr Schubachse herum drehbar angeordnet ist. Auf diese Weise ist ein Verdrehen der Schubstange gegenüber dem Gehäuse zum Einstellen ihrer axialen Position einwandfrei und ohne weiteres möglich.
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Eine weitere erfindungsgemäße Lösung sieht anstelle der schaltbaren Verdrehsicherung vor, dass die Schubstange gegenüber der in dem Gehäuse drehfest angeordneten Gewindemutter in axialer Richtung relativ verschieblich angeordnet und in einer Montageposition an der Gewindemutter axial fixiert werden kann. Beispielsweise ist es möglich, die Schubstange an ihrem der Gewindemutter zugewandten Ende mit einem um die Schubstangenachse gewundenen Gewinde zu versehen, das in Schraubeingriff mit einem an der Gewindemutter ausgebildeten Gegengewinde steht. Unter Drehung der Schubstange erfolgt eine axiale Relativverschiebung zwischen der Gewindemutter und der Schubstange. Die Schubstange wird solange gedreht, bis eine Montagelage eingestellt ist, in der die Schubstange an das Maschinenteil der Umgebungskonstruktion angeschlossen werden kann.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei in insgesamt drei Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch einen Linearaktuator,
- 2 den Linearkatuator aus 1 im Querschnitt. Und
- 3 eine Ausschnittsvergrößerung eines alternativen Ausführungsbeispiels.
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Die 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Linearaktuators, mit einem Gehäuse 1 und mit einem Motor 2, der eine Gewindespindel 3 eines Gewindetriebes 4 antreibt, dessen mit der Gewindespindel 3 in Schraubeingriff stehende, längsverschieblich in dem Gehäuse 1 angeordnete Gewindemutter 5 eine drehfest mit der Gewindemutter 5 verbundene Schubstange 6 betätigt. Zwischen der Gewindemutter 5 und dem Gehäuse 1 ist eine schaltbare Verdrehsicherung 7 wirksam angeordnet.
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Die Schubstange 6 ist durch einen Gehäusedeckel 15 hindurchgeführt und an einer Durchführung 16 des Gehäusedeckels 15 längsverschieblich geführt und um die Schubstangenachse drehbeweglich gelagert.
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Die Verdrehsicherung 7 weist ein Eingriffsteil 8 auf, das in eine entlang der Aktuatorachse angeordnete Längsnut 9 eingreift und außer Eingriff mit der Längsnut 9 schaltbar ist. Die Längsnut 9 hat entlang der Aktuatorachse gesehen etwa rampenförmige Wände, 10, die im Ausführungsbeispiel dem Querschnittsprofil einer Kugelrille 11 entsprechen.
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Das Eingriffsteil 8 weist eine Kugel 12 auf, die in einer Querbohrung 13 der Gewindemutter 5 angeordnet ist und erhaben über deren Außenumfang vorsteht. Das Eingriffsteil 8 weist ferner ein Federelement 24 auf, das gegen die Kugel 12 angefedert ist. Im Ausführungsbeispiel ist das Federlement 24 durch eine Druckfeder 14 gebildet, die in die Querbohrung 13 eingesetzt ist. Die Druckfeder 14 ist einerseits an der Gewindemutter 5 abgestützt und andererseits gegen die Kugel 12 angefedert. Die Kugel 12 wird unter der Druckkraft der Druckfeder 14 in die Längsnut 9 hineingedrückt.
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Das Eingriffsteil 8 ist auslenkbar, und kann unter einem an der Schubstange 6 angreifenden Drehmoment außer Eingriff mit der Längsnut 9 gebracht werden. Im Ausführungsbeispiel wird die angefederte Kugel 12 unter entsprechend großem an der Schubstange 6 angreifenden Drehmoment quer zu der Längsnut 9 unter relativer Drehbewegung zwischen Gehäuse 1 und Gewindemutter 5 verschoben und radial einwärts gedrückt, bis sie schließlich außer Eingriff mit der Längsnut 9 ist.
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Der Linearaktuator ist mit einer Längenmesseinrichtung 17 versehen. Das Gehäuse 1 weist an seinem Innenumfang eine entlang der Aktuatorachse angeordnete Maßverkörperung 18 auf. Die Gewindemutter 5 trägt einen die Maßverkörperung 18 abtastenden Sensor 19. Die Längsnut 9 und die Maßverkörperung 18 sind umfangsseitig auf Abstand zueinander angeordnet. Bei eingeschalteter Verdrehsicherung 7 - im Ausführungsbeispiel ist die Kugel 12 in die Längsnut 9 eingerastet - sind der Sensor 19 und die Maßverkörperung 18 einwandfrei aufeinander ausgerichtet. Die schaltbare Verdrehsicherung 7 bestimmt in ihrer Rastposition eine Drehlage der Gewindemutter 5 gegenüber dem Gehäuse 1.
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Wenn die Schubstange 6 zur Einstellung einer Montageposition gedreht wird um ihre Längsachse, ist ein Einrasten spürbar nach jeder vollen Umdrehung, wenn die Kugel 12 der schaltbaren Verdrehsicherung 7 in die Längsnut 9 einrastet. In der Rastposition ist die Längenmesseinrichtung 17 einwandfrei funktionsfähig.
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Die Gewindemutter 5 und die Gewindespindel 3 des Gewindetriebs 4 gemäß den 1 und 2 können unmittelbar in Schraubeingriff miteinander stehen. Die Variante gemäß 3 unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass der Gewindetrieb durch einen Kugelgewindetrieb 20 gebildet ist, dessen Kugeln 21 an schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Kugelrillen 22, 23 der Gewindemutter 1 und der Gewindespindel 3 abwälzen. Diese Variante ist ansonsten übereinstimmend mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2.
- 1
- Gehäuse
- 2
- Motor
- 3
- Gewindespindel
- 4
- Gewindetrieb
- 5
- Gewindemutter
- 6
- Schubstange
- 7
- Verdrehsicherung
- 8
- Eingriffsteil
- 9
- Längsnut
- 10
- rampenförmige Wand
- 11
- Kugelrille
- 12
- Kugel
- 13
- Querbohrung
- 14
- Druckfeder
- 15
- Gehäusedeckel
- 16
- Durchführung
- 17
- Längenmesseinrichtung
- 18
- Maßverkörperung
- 19
- Sensor
- 20
- Kugelgewindetrieb
- 21
- Kugel
- 22
- Kugelrille
- 23
- Kugelrille
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1057569 A1 [0002]
- EP 2592725 A1 [0002]
