DE102007014714A1

DE102007014714A1 - Spindelmotor

Info

Publication number: DE102007014714A1
Application number: DE102007014714A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dittes
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2006-04-05
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2027-03-24
Also published as: DE102007014714B4

Abstract

Spindelmotor, umfassend einen Elektromotor mit einem Rotor, der mit einer Gewindespindel verbunden ist, deren Gewinde mit einem Gewinde einer mit einer Kolbenstange verbundenen Spindelmutter in Eingriff steht, wobei die Spindelmutter mit Kolbenstange axial geführt ist in einem Gehäuseteil.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spindelmotor.
Aus der DE 102 35 078 A1 ist ein Spindelmotor mit integriertem Fettspeicher bekannt.
Aus der DE 42 37 385 A1 ist ein Antrieb bekannt, bei dem die Spindelmutter 9 axial verschiebbar angeordnet ist (Spalte 3, Zeile 30–31) Aus der DE 103 01 460 A1 ist ein Stellantrieb mit Schubrohr bekannt.
Aus der DE 298 16 790 U1 ist ein Linearantrieb bekannt, wobei eine Spindelmutter und eine Hilfsmutter verwendet ist.
Aus der DE 295 21 602 U1 ist ein Spindelantrieb mit Dämpferpaket bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstigen einfachen und kompakten Spindelmotor weiterzubilden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Spindelmotor nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Spindelmotor sind, dass der Spindelmotor einen Elektromotor mit einem Rotor umfasst, der mit einer Gewindespindel verbunden ist, deren Gewinde mit einem Gewinde einer mit einer Kolbenstange verbundenen Spindelmutter in Eingriff steht,
wobei die Spindelmutter mit Kolbenstange axial geführt ist in einem Gehäuseteil,
wobei zur axialen Führung ein Führungsteil mit der Spindelmutter und der Kolbenstange verbunden ist,
wobei das Führungsteil im Gehäuseteil axial geführt ist über Nutensteine, insbesondere Nutensteine, welche in einer Nut des Gehäuseteils axial bewegbar angeordnet sind.
Von Vorteil ist dabei, dass ein sehr einfacher und kompakter Motor ausgeführt ist. Er ist leicht montierbar und auch für große Hublängen ausführbar, insbesondere kostengünstig.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Gewindespindel mit dem Rotor gelagert in einem Gehäuseteil des Elektromotors. Von Vorteil ist dabei, dass Lager einsparbar sind Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zur axialen Führung ein Führungsteil mit der Spindelmutter und der Kolbenstange verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass das Führungsteil die Funktion der Verbindung von Spindelmutter und Kolbenstange übernimmt sowie die Funktion der Führung in axialer Richtung.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Führungsteil im Gehäuseteil axial geführt über Nutensteine, insbesondere Nutensteine, welche in einer Nut des Gehäuseteils axial bewegbar angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass kostengünstige einfache Elemente verwendbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Rotor mit der Gewindespindel spielfrei verbunden, insbesondere mittels einer Schraubverbindung zusammen mit einer Klemmverbindung. Von Vorteil ist dabei, dass die axialen Positionen mit hoher Genauigkeit anfahrbar sind und dabei eine hohe Wiederholgenauigkeit erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kolbenstange mittels einer Dichtung, insbesondere Stangendichtung, insbesondere Abstreifer, gegen ein Gehäuseteil abgedichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Innere des Spindelmotors schützbar ist, insbesondere also auch die Gewindebereiche der Gewindespindel und der Spindelmutter.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist im Bereich der axialen Endpositionen, also Anschläge, des Führungsteils jeweils ein elastisches Element, insbesondere O-Ring, angeordnet zur Aufnahme kinetischer Energie beim Auftreffen auf die Endposition. Von Vorteil ist dabei, dass auch im Sicherheitsfall Zerstörungen vermieden werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Führungsteil mit der Kolbenstange mittels Klemmverbindung verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass eine spielfreie Verbindung ausgeführt ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Klemmverbindung Spannmittel, mit welchen das Führungsteil derart verformbar ist, dass die Kolbenstange einklemmbar ist. Insbesondere sind die Spannmittel tangential ausgerichtet vorgesehen, insbesondere zum Verdrehsichern der Kolbenstange gegen das Führungsteil. Von Vorteil ist dabei, dass einfache und kostengünstige Elemente verwendbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind drei Nutensteine am Umfang angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass nur eine geringe Anzahl von Nutensteinen notwendig ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist nach Anfahren einer axialen Position die Schmierung der Gewinde ausführbar, wobei am Gehäuseteil eine Schmierstoffzuführung vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass je nach Bedarf Schmierstoff nachführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Stellring vorgesehen, wobei mittels Schraubelementen ein Verspannen des Innenrings eines Lagers des Motors ausführbar ist. Darüber hinaus ist mittels weiterer Schraubelemente ein Erzeugen von Andruckkraft für die Klemmverbindung zwischen Gewindespindel und Rotor ausführbar. Von Vorteil ist dabei, dass in einfacher Weise eine spielfreie Verbindung erzeugbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Rotor in einem axialen Endbereich einen oder mehrere Axialschlitze auf. Von Vorteil ist dabei, dass nur geringe Andruckkräfte zum Verspannen notwendig sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird eine formschlüssige Verbindung zwischen Führungsteil und Kolbenstange mittels Spannmitteln vorgesehen. Als Spannmittel sind Spannstifte, also Spannhülsen, verwendbar, die in zylindrische Bohrungen eingesteckt sind. Für diese formschlüssige Verbindung ist an der Kolbenstange eine derartige Abflachung vorgesehen, dass die Spannstifte berührend umgeben sind und sich an diese Abflachungsobertläche anschmiegen infolge ihrer durch elastische Verformung bedingten Anpresskraft. Dazu ist die Abflachung als Teil einer Oberfläche eines gedachten Zylinders ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass nur geringe Andruckkräfte zum Verspannen notwendig sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Gewindespindel an ihrem einen Endbereich einen Zapfen zum Zentrieren auf. Von Vorteil ist dabei, dass einfache und kostengünstige Zentriermittel vorgesehen sind und kein zusätzlicher Bauraum hierfür notwendig ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Zentrierteil zum Zentrieren des Gehäuseteils am Motorflansch vorgesehen. Insbesondere ist das Zentrierteil zur Aufnahme eines elastischen Elements vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass ein elastischer Anschlag für das Führungselement vorsehbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kolbenstange an ihrer zur Umgebung hin vorgesehenen Oberfläche glatt ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass keine Verschmutzungen ins Innere des Spindelmotors vordringen können, weil eine Abdichtung zum Gehäuseteil in einfacher und wirkungsvoller Weise ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Rotor Permanentmagnete, insbesondere der Spindelmotor nach dem Synchronmotor-Prinzip angetrieben ist. Von Vorteil ist dabei, dass hohe Kräfte erzeugbar sind. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

1: Rotor
2: Statorgehäuse
3: Gehäuseteil
4: Zentrierteil
5: Lager
6: O-Ring als elastomeres Teil
7: Motor-Flanschteil, Gehäuseteil des Elektromotors
8: zweiter Gewindestift
9: Stellring
10: Nutenstein
11: Führungsteil
12: Dichtung, Abstreifer
13: Kolbenstange
14: Gewindespindel
15: Spindelmutter
16: Flanschteil
17: Spannhülse
18: Gleitlager
20: Signalstecker
21: Schmierstoffzuführung
30: erste Gewindestifte
141: Gewindebereich der Gewindespindel 14
142: Zapfen der Gewindespindel 14
200: Gewindestift
201: Nutmutter
202: Kammer
203: Mutter
204: Zentrierbund
210: Nutenstein
211: Schraube

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Spindelmotor in Schnittansicht gezeichnet. Dabei ist in 1a ein erster Ausschnitt vergrößert dargestellt. In 1b ist ein Schnitt B-B und in 1c ist ein Schnitt C-C und in 1d ein Schnitt D-D dargestellt.
Der Rotor 1 des Elektromotors ist über das Lager 5 in einem Motor-Flanschteil 7, also einem Gehäuseteil des Elektromotors gelagert.
Das Stator-Blechpaket 2 ist am Motor-Flanschteil 7 angeordnet und nimmt die Stator-Wicklungen auf.
Am axialen Endbereichs des Rotors 1 ist eine Gewindespindel 14 vorgesehen, die mittels eines Zapfens 142 in einer entsprechenden Ausnehmung des Rotors zentriert ist und mittels eines Außen-Gewindebereichs 15 in einen Innen-Gewindebereich eines Stellrings 9 eingeschraubt ist. Dieser weist in seinem Innen-Gewindebereich einen Axialschlitz auf, wodurch eine Klemmverbindung zusätzlich zu der Gewindeverbindung realisierbar ist. Somit ist die Verbindung zwischen Gewindespindel 14 und Rotor 1 spielfrei realisierbar.
Wie in 1c gezeigt, sind zum Klemmen erste Gewindestifte 30 vorgesehen, die in radialer Richtung im Stellring einschraubbar sind und somit den geringfügig elastischen Endbereich des Rotors 1, welcher das Innengewinde umfasst, verformbar machen und somit das Klemmen erreichbar machen.
Im Stellring sind zusätzlich zweite Gewindestifte 8 vorgesehen, die in axialer Richtung einschraubbar sind und somit den Innenring des Lagers 5 in axialer Richtung festlegen. Der Außenring des Lagers 5 ist durch das Zentrierteil 4 fest gelegt.
Das Zentrierteil 4 dient außerdem zum Zentrieren des Gehäuseteils 3, das auch als Führungsteil bezeichnet wird, am Motor-Flanschteil 7.
Die Gewindespindel 14 ist an ihrem axialen Hauptbereich mit einem Außengewinde versehen, dessen Verzahnung mit dem Innengewinde einer Spindelmutter 15 in Eingriff steht. Diese Spindelmutter 15 ist mit einem Führungsteil 11 verbunden, welches mit einer Kolbenstange 13 verbunden ist. Diese Kolbenstange 13 ist über eine Dichtung 12 gegen das Gehäuseteil 3 abgedichtet und bewegt sich axial heraus oder hinein. Nach außen erscheint dabei nur das glatte Kolbenstangenäußere, also ein Stahlzylinder. Die Gewindebereiche und Verzahnungen sind im geschützten Inneren des Spindelmotors vorgesehen.
Vorteiligerweise ist die Gewindespindel derart mit dem Rotor verbunden, dass sie mit dem Rotor 1 über dessen Lager 5 gelagert ist im Gehäuse.
Das elastomere Teil 6, von denen eine erste im Zentrierteil 4 und eine zweite im gehäusebildenden Flanschteil 16 vorgesehen ist, dienen zur Bildung eines Anschlags für die Spindelmutter bei Erreichen ihrer axialen Endpositionen. Somit ist eine Abfederung der Wucht des Aufpralles vorgesehen. Im Normalbetrieb, also nicht im Sicherheitsfall, ist jedoch der Elektromotor von einem Umrichter derart versorgt, dass das Anfahren der Endpositionen vermieden wird. Dazu ist vorzugsweise auch ein Winkelsensor mit dem Rotor innerhalb des Elektromotors vorgesehen, dessen Signale über den Signalstecker 20 aus dem Motor herausgeführt sind. Auf diese Weise ist ein Umrichter zur Versorgung der Statorwicklungen derart elektrisch verbindbar, dass eine präzise Lagesteuerung und -regelung ermöglicht ist.
Als elastomeres Teil 6 ist eine Dichtung, wie beispielsweise ein O-Ring, verwendbar.
Das Führungsteil 11 ist bei ihrer axialen Bewegung über die Nutensteine 10 geführt, welche in jeweiligen Nuten des Gehäuseteils 3 bewegbar sind. Somit treten keine Drehmomente nach außen und die Kolbenstange 13 erzeugt nur axiale Kräfte. Eine Verdrehsicherung für die Kolbenstange ist somit auch nicht notwendig.
Zwischen Kolbenstange 13 und Führungsteil ist ebenfalls eine Klemmverbindung vorgesehen. Dabei sind Tangential angebrachte Spannhülsen vorgesehen, die das Führungsteil beim Einschrauben in das geschlitzt ausgeführte Führungsteil derart verformen, dass die Kolbenstange im Inneren des Führungsteils geklemmt verbindbar ist. Die Kolbenstange weist an der Berühroberfläche zu den Spannhülsen 17 eine Abflachung auf, wodurch eine Verdrehsicherheit gegenüber der Kolbenstange 13 gewährleistet ist.
Am Gehäuseteil 3 ist eine Schmierstoffzuführung 21 vorgesehen.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen weist in seinem Innen-Gewindebereich mehrere Axialschlitze auf.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird der Innenraum der Kolbenstange mit Schmierstoff befüllt.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird auch am äußeren Umfang der Kolbenstange Schmierstoff vorgesehen. Somit ist das Gleitlager 18 schmierbar durch diesen Schmierstoffanteil.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind Ausnehmungen in der Wandung der Kolbenstange vorgesehen, wodurch Schmierstoff zwischen Innerem und Äußerem der Kolbenstange austauschbar ist.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist die Spindelmutter und das Führungsteil 11 einstückig ausgeführt.
In der 2 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei in 2a wiederum ein vergrößerter Ausschnitt gezeigt ist und in 2b ein Schnitt B-B.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 1 ist nun das Führungsteil 11 mit der Kolbenstange 13 verschraubt. Dabei sind radial einschraubbare Gewindestifte 200 vorgesehen, die nach dem Einschrauben die Kolbenstange sichern, insbesondere in axialer Richtung und in kraftschlüssiger Weise. Die Gewindestifte 200 sind mit einer Spitze ausgeführt und fixieren somit form- und/oder kraftschlüssig.
Gewindespindel 14 und Rotor 1 sind nun außerdem über die Mutter 203 gekontert verbunden, wobei die Mutter 203 eine zum Rotor hin gewandte Schräge aufweist, die zu einer besseren Zentrierung führt. Außerdem ist an der Gewindespindel der Zentrierbund 204 vorgesehen, der ebenfalls die Zentrierung verbessert.
Auf dem Rotor 1 ist nun eine Nutmutter 201 vorgesehen, die den Lagerinnenring des Lagers 5 gegen einen Absatz der Rotorwelle 1 verspannt und somit formschlüssig in axialer Richtung sichert.
Ebenso weist das Zentrierteil 4 ein Außengewinde auf, mit welchem es am Motor-Flanschteil 7 einschraubbar ist, und verspannt den Lageraußenring des Lagers 5 gegen einen Absatz im Motor-Flanschteil 7.
Außerdem ist nun die Schmierstoffbohrung der Schmierstoffzuführung 21 gezeigt und ihr Einmünden in die Kammer 202, die nun als Vorratskammer vorgesehen ist.
Der Bereich 141 ist axial länger ausgeführt als in dem Ausführungsbeispiel nach 1.
In 2b ist noch ein Querschnitt B-B gezeigt, wobei die Nutensteine 210 im Gegensatz zur Ausführung nach 1b eine andere Form aufweisen und mittels Schrauben 211, die in 1b nicht gezeigt aber ebenfalls einsetzbar sind, fixiert sind. Dabei sind die Nutensteine 211 an ihrer radial weiter außen liegenden Oberfläche gekrümmt ausgeführt und wirken somit besser zentrierend. Außerdem ist ein formschlüssiges Halten in Umfangsrichtung durch die Nutensteine realisiert – analog zum Ausführungsbeispiel 1.

Claims

Spindelmotor, umfassend einen Elektromotor mit einem Rotor, der mit einer Gewindespindel verbunden ist, deren Gewinde mit einem Gewinde einer mit einer Kolbenstange verbundenen Spindelmutter in Eingriff steht, wobei die Spindelmutter mit Kolbenstange axial geführt ist in einem Gehäuseteil wobei zur axialen Führung ein Führungsteil mit der Spindelmutter und der Kolbenstange verbunden ist, wobei das Führungsteil im Gehäuseteil axial geführt ist über Nutensteine, insbesondere Nutensteine, welche in einer Nut des Gehäuseteils axial bewegbar angeordnet sind.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel mit dem Rotor gelagert ist in einem Gehäuseteil des Elektromotors.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mit der Gewindespindel spielfrei verbunden ist, insbesondere mittels einer Schraubverbindung zusammen mit einer Klemmverbindung oder mit einer zusätzlichen Kontermutter.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange mittels einer Dichtung, insbesondere Stangendichtung, insbesondere Abstreifer, gegen ein Gehäuseteil abgedichtet ist.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der axialen Endpositionen, also Anschläge, des Führungsteils jeweils ein elastisches Element, insbesondere O-Ring, angeordnet ist zur Aufnahme kinetischer Energie beim Auftreffen auf die Endposition.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsteil mit der Kolbenstange mittels Klemmverbindung verbunden ist.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsteil und die Kolbenstange formschlüssig verbunden sind.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur formschlüssigen Verbindung des Führungsteils und der Kolbenstange Spannmittel vorgesehen sind, insbesondere Spannstifte.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel in einer Bohrung des Führungsteils klemmend gehalten sind, insbesondere zur Erzeugung von Spielfreiheit bei der formschlüssigen Verbindung.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel tangential ausgerichtet vorgesehen sind, insbesondere zum Verdrehsichern der Kolbenstange gegen das Führungsteil.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei Nutensteine am Umfang angeordnet sind.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Anfahren einer axialen Position die Schmierung der Gewinde ausführbar ist, wobei am Gehäuseteil eine Schmierstoffzuführung vorgesehen ist.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorratskammer an der Schmierstoffzuführung vorgesehen ist, insbesondere zur Erhöhung der zeitlichen Abständen zwischen den Nachfüll-Vorgängen mit Schmierstoff an der axialen Position.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellring vorgesehen ist, wobei mittels aus dem Stellring herausschraubbaren Schraubelementen, insbeosndere mit einem Absatz der Rotorwelle in Zusammenwirkung, ein Verspannen des Innenrings eines Lagers des Motors ausführbar ist.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellring vorgesehen ist, wobei mittels weiteren Schraubelementen ein Erzeugen von Andruckkraft für die Klemmverbindung zwischen Gewindespindel und Rotor ausführbar ist.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor in einem axialen Endbereich einen oder mehrere Axialschlitze, also axial ausgerichtete Schlitze, aufweist.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsteil axial ausgerichtete Schlitze aufweist, insbesondere zur Verbesserung der elastischen Verformbarkeit des Führungsteils.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel an ihrem einen Endbereich einen Zapfen zum Zentrieren aufweist.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierteil zum Zentrieren des Gehäuseteils am Motorflansch vorgesehen ist.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierteil zur Aufnahme eines elastischen Elements vorgesehen ist.
Spindelmotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange an ihrer zur Umgebung hin vorgesehenen Oberfläche glatt ausgeführt ist.