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I. Anwendungsgebiet
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Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb mit Gewindespindel und Spindelmutter.
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II. Technischer Hintergrund
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Derartige Spindelantriebe werden dazu benutzt, um durch Drehung der Spindel die darauf im Eingriff stehende, aber an einem Bauteil der Umgebung lediglich längsverschiebbar, jedoch drehfest geführte Spindelmutter in Längsrichtung der Gewindespindel zu verfahren.
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Bei derartigen Spindelantrieben tritt mit zunehmender Länge des Spindelantriebes das Problem auf, dass – vor allem bei schnellem Drehantrieb der Spindel – die nicht immer exakt ausgewuchtete und in der Regel auch bezogen auf ihre Länge relativ dünne Gewindespindel in Querrichtung zu schlagen beginnt, da die Gewindespindel außer an ihren Enden lediglich durch die darauf laufende Spindelmutter in Querrichtung stabilisiert wird.
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Befindet sich diese Spindelmutter jedoch nahe eines Endbereiches der Gewindespindel, ist die freitragende Länge der schnell drehenden Gewindespindel oft so groß, dass ein starker Seitenschlag der Gewindespindel auftritt, sodass dies entweder zu Beschädigungen an einem Bauteil der Umgebung führen kann oder sogar zur Beschädigung der Gewindespindel selbst.
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Aus diesem Grund ist es bereits bekannt, Spindelunterstützungen vorzusehen.
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Deren Problem liegt jedoch darin, dass sie den freien Verfahrweg der Gewindespindel, und zwar möglichst über die gesamte Länge der Spindel, nicht einschränken sollten.
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Aus diesem Grund wurden in Längsrichtung verschiebbare, buchsenförmige Spindelunterstützungen angewandt, die verschiebbar und drehfest meist in dem gleichen parallel zur Gewindespindel verlaufenden Profil geführt waren, wie die Spindelmutter.
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Um die Spindelmutter nicht zu behindern, wurde also vor und beispielsweise beidseits hinter der Spindelmutter jeweils eine die Spindel abstützende Stützbuchse angeordnet und die beiden Stützbuchsen über in Längsrichtung verlaufende Stäbe oder Drähte miteinander verbunden.
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Dadurch schob im Betrieb des Spindelantriebes die Spindelmutter die eine Stützbuchse vor sich her in Richtung Ende des Spindelantriebes, wodurch die damit verbundene andere Spindelbuchse – bei ausreichender Dimensionierung der Stäbe bzw. Drähte – in den frei tragenden Bereich zwischen dem anderen Ende und der Spindelmutter gezogen wurde und dort die Gewindespindel abstützte.
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Die die Stützbuchsen verbindenden Stäbe oder Drähte mussten dabei an der Spindelmutter vorbeigeführt werden, was aus Bauraumgründen häufig schwierig war. Zusätzlich wurden diese Stäbe oder Drähte aus Gewichtsgründen so leicht wie möglich ausgeführt, was dazu führte, dass diese Verbindungselemente unter Umständen brachen oder abrissen, was dann manchmal zu einem Blockieren des Spindelantriebes führte.
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Die
DE 41 20 500 C1 zeigt bereits eine Lösung, bei der Stützbuchsen von der Spindelmutter in der einen Richtung nicht nur geschoben, sondern in der anderen Bewegungsrichtung aufgrund einer Haftwirkung auch gezogen werden, und im Zugbetrieb die Stützbuchsen an einem der jeweiligen Stützbuchse zugeordneten Endanschlag unter Lösen der Haftverbindung zur Spindelmutter stehen bleibt.
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Wie die Darstellung und Beschreibung zu 3 und 5 klarstellen, können dabei jedoch die Stützbuchsen auf der einen Seite der Spindelmutter nicht die Anschläge überlaufen, welche den Stützbuchsen auf der anderen Seite der Spindelmutter zugeordnet sind.
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Somit kann nach diesem Schema nur eine Hälfte der Verfahrlänge der Spindelmutter mittels Stützbuchsen abgestützt werden, während diejenige Hälfte der Verfahrlänge, an deren Ende sich die Spindelmutter momentan befindet, keine Stützung erfährt.
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III. Darstellung der Erfindung
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a) Technische Aufgabe
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Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, einen Spindelantrieb mit einer verfahrbaren Spindelunterstützung zu schaffen, der einfach und kostengünstig aufgebaut ist und dennoch eine hohe Funktionssicherheit durch gleichmäßige Abstützung der Spindel bietet.
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b) Lösung der Aufgabe
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelost. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß kann auf die Verbindungselemente zwischen den beidseitigen Stützelementen, also die Stäbe oder Seile, verzichtet werden, indem die Spindelmutter ein Stützelement – im Folgenden der Einfachheit halber immer Stützbuchse genannt, ohne die Form des Stützelementes auf eine Buchse zu beschränken – nicht nur vor sich her schiebt, sondern die Stützbuchse auf der gegenüberliegenden Seite der Spindelmutter hinter sich her zieht, in dem die Stützbuchse an der Spindelmutter bzw. der Spindelmutteraufnahme gehalten wird.
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Dies kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, entweder mittels Magnetkraft oder mittels Formschluss oder sogar mittels Kraftschluss, wobei im vorliegenden Fall eine Magnetlösung zu bevorzugen ist, da sie weitestgehend verschleißfrei arbeitet.
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Im einfachsten Fall ist in den beiden Stirnseiten der Spindelmutteraufnahme bzw. Spindelmutter jeweils wenigstens ein Magnet bzw. ein ferromagnetisches Element angeordnet und in der gegenüberliegenden Stirnfläche der Stützbuchse ein ferromagnetisches Element bzw. ein Magnet, meist als Einlegeteil in der ansonsten aus Kunststoff bestehenden Stützbuchse gestaltet.
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Ebenso könnten jedoch an der Spindelmutter bzw. Spindelmutteraufnahme in Richtung der Stützbuchse vorstehende Haltenasen oder ähnliches vorgesehen sein, die bei Annäherung an die Stützbuchse diese hintergreifen und dann bei Bewegung der Spindelmutter in Gegenrichtung mitziehen.
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Damit die Stützbuchsen im freitragenden Abschnitt der Gewindespindel richtig positioniert werden, sollen sie nicht über den gesamten Verfahrweg von der Spindelmutter mitgezogen werden, sondern an vorbestimmten Positionen der Gewindespindel verbleiben.
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Wenn beispielsweise auf jeder Seite der Gewindespindel nur eine Stützbuchse angeordnet ist, soll bei Annäherung der Spindelmutter an das eine Ende der Gewindespindel die auf der anderen Seite mitgezogene Stützbuchse etwa in der Mitte der Länge der Gewindespindel stehen bleiben, was dann in etwa der halben freitragenden Länge der Gewindespindel entspricht.
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Falls auf jeder Seite der Spindelmutter zwei oder mehr Stützbuchsen angeordnet werden, sollen diese sich über den freitragenden Teil der Gewindespindel etwa gleichmäßig verteilen. Zu diesem Zweck ist der Verfahrweg jeder Stützbuchse begrenzt einerseits durch einen Endanschlag auf dem ihm benachbarten Ende des Spindelantriebes der für alle Stützbuchsen dieser Seite gemeinsam wirkt, und einem jeder Stützbuchse spezifisch zugeordneten Zwischenanschlag.
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Nähert sich eine Spindelmutter einem Ende des Spindelantriebes, also dem einen Endanschlag, an, so schiebt sie die auf dieser Seite befindlichen Stützbuchsen zusammen, bis diese gegenseitig aneinander anliegen und die erste davon an der Spindelmutter anliegt.
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Ändert sich dann die Bewegungsrichtung der Spindelmutter, so zieht diese zunächst alle Stützbuchsen gemeinsam hinter sich her, da die erste Stützbuchse an der Spindelmutter haftet und in der Folge die nächsten Stützbuchsen jeweils an der vorhergehenden Stützbuchse, meist mittels des gleichen Wirkmechanismus, z. B. Magnetkraft.
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Der erste Zwischenanschlag, der erreicht wird, wirkt ausschließlich auf die letzte, also von der Spindelmutter am weitesten entfernte, gezogene Stützbuchse ein und bringt diese zum Stillstand, indem sie sie stoppt und von der vorhergehenden Stützbuchse ablöst.
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Von den übrigen Stützbuchsen wird die jeweils nächste an der vorhergehenden und damit indirekt ebenfalls an der Spindelmutter an der Spindelmutter mit einem analogen Haltemechanismus gehalten und werden von dieser weiter mitgezogen.
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Bei weiterer Bewegung der Spindelmutter erfolgt das gleiche am nächsten Zwischenanschlag, der ausschließlich auf die nächste, nunmehr letzte, Stützbuchse einwirkt usw., bis alle Stützbuchsen an ihren jeweiligen Zwischenanschlägen zum Stillstand gekommen sind und damit über die freitragende Länge der Spindelmutter verteilt sind.
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Bis dahin hat die Spindelmutter auf der anderen Seite eine, zwei oder auch mehr Stützmuttern vor sich hergeschoben, die nunmehr wiederum an der Spindelmutter anhaften, wenn diese ihre Bewegungsrichtung ändert und was dann auf der anderen Seite der Spindelmutter eine analoge Verteilung der Stützbuchsen über die freitragende Länge der Gewindespindel ergibt.
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Die Stützbuchsen können in den gleichen Nuten geführt sein, in denen die Spindelmutteraufnahme geführt ist oder auch in separaten Nuten des üblicherweise vorhandenen Führungsprofiles für die Spindelmutter, welches um die Gewindespindel herum angeordnet ist.
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Auf diese Art und Weise lassen sich sehr große Spindellängen herstellen. Beispielsweise kann dadurch selbst bei Spindellängen von 6 m der Spindeldurchmesser bei nur 2 cm bis 3 cm gehalten werden.
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c) Ausführungsbeispiele
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Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
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1: den Spindelantrieb in der Seitenansicht,
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2: einen Querschnitt durch die Spindelmutter,
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3: einen Querschnitt durch eine erste Stützbuchse,
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4: einen Querschnitt durch eine zweite Stützbuchse,
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5: Detailansichten aus 1.
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1 zeigt den Spindelantrieb in teilweise aufgeschnittener Ansicht, indem eine Seite des rinnenförmigen, in Längsrichtung 10 verlaufenden, Profiles 9, in dem die Gewindespindel 1 ebenfalls in Längsrichtung 10 verlaufend angeordnet ist, aufgeschnitten ist.
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Das rinnenförmige, in Längsrichtung 10 verlaufende, Profil 9 ist stirnseitig verschlossen und in diesen stirnseitigen Enden ist die Gewindespindel 1 drehbar gelagert, wie am besten in 2 bis 4 zu erkennen und liegt in dessen innerem Freiraum 9a.
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Mit dem Außengewinde der Gewindespindel 1 kämmt ein entsprechendes Innengewinde der darauf laufenden Spindelmutter 2, die drehfest, aber in Längsrichtung 10 verschiebbar, mit ihren seitlichen Fortsätzen 2a, b in den entsprechenden hinterschnittenen Nuten 8a, b der Innenseiten der Seitenschenkel des Profiles 9 formschlüssig in Längsrichtung 10 geführt ist.
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Beidseits der Spindelmutter 2 sind in 1 jeweils zwei Stützbuchsen 3a, b bzw. 4a, b die Spindelmutter 1 ringförmig umschließend und damit in den Querrichtungen abstützend, angeordnet.
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Hierfür besitzen die Stützbuchsen 3a, b, 4a, b, einen runden Innenquerschnitt, jedoch kein Innengewinde, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der Gewindespindel 1, so dass bei einem seitlichen Ausschlagen der Gewindespindel 1 dieses Ausschlagen begrenzt wird durch den Innenumfang der Stützbuchse 3 bzw. 4.
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Die Stützbuchsen 3, 4 ihrerseits sind – wie die 2 bis 4 zeigen – in Längsrichtung 10 verschiebbar im Profil 9 geführt, und in diesem Beispiel in den gleichen Nuten 8a, b auf den Innenseiten der Schenkel des Profiles 9 wie die Spindelmutter 2, es könnten jedoch auch verschiedene Nuten sein.
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Wie 1 sowie die Vergrößerungen daraus in den 5a–c zeigen, haften die Spindelmutter 2 und die dagegengerichteten Stirnflächen der Stützbuchsen 3a bzw. 4a mittels Magnetkraft aneinander und ebenso die gegeneinander gerichteten Stirnflächen der aufeinander abfolgenden Stützbuchsen 3a, b bzw. 4a, b, sofern sie miteinander in Kontakt kommen.
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Dies kann unterschiedlich gelöst werden:
Gemäß 5a ist in der gegen die Stützbuchse 4a gerichteten Stirnfläche der Spindelmutter 2 ein Magnet 5 eingelassen, der mit seiner Polrichtung in Längsrichtung 10 ausgerichtet ist und in der entgegengerichteten Stirnfläche der nächsten Stützbuchse 4a an der analogen Stelle entweder ein ferromagnetisches Element 6 angeordnet ist, welches auf den Magneten 5 anspricht, oder ein Gegenmagnet 6'.
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Auf der gegenüberliegenden Stirnseite der Stützbuchse 4a ist dann wiederum ein Magnet 5 angeordnet, wiederum mit Polausrichtung in Längsrichtung 10, um die nächste Stützbuchse 4b und das dort enthaltene ferromagnetische Element 6 zu halten.
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Anstelle der ferromagnetischen Elemente 6 können – wie in 5b dargestellt – in den Stützbuchsen 4 ebenfalls direkt Gegenmagnete 6, die den Magneten 5 entsprechen können, vorgesehen sein, die dann sich vorzugsweise in Längsrichtung 10 durch die gesamte Länge der Stützbuchse 4a, b hindurch erstrecken. Deren Polung muss dann so ausgerichtet sein, dass sich die gegeneinander gerichteten Pole der Magnete der beiden Stützbuchsen und auch von Stützbuchse 4a zur Spindelmutter 2 gegenseitig anziehen.
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5c zeigt ein Haltelement, welches mittels Formschluss funktioniert: Jede Stützbuchse 4a, b weist einen in Richtung Spindelmutter 2 vorstehenden Rasthaken 15 auf, der bei Anlage an der nächsten Stützbuchse 4a bzw. an der Spindelmutter 2 in eine dort vorhandene analoge Rastvertiefung 16 einrastet, wie in dem Längsschnitt im unteren Bild der 5c dargestellt.
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Die Haftkraft all dieser Halteelemente ist jedoch nur begrenzt und die Verbindung zwischen beiden aneinander liegenden Elementen wie zwei Stützbuchsen z. B. 4a und b oder Spitzbuchse 4a und Spindelmutter 2 reißt ab, wenn beim Bewegen der Spindelmutter 2 und Nachziehen dieser Stützbuchsen z. B. 4a, b, eine davon gegen den ihr spezifisch zugeordneten Zwischenanschlag 11a, b, 12a, b fährt.
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In 1 ist dies bei einer Bewegung der Spindelmutter 2 nach rechts bereits für die Stützbuchse 4b am Zwischenanschlag 12b der Fall gewesen, während Stützbuchse 4a noch mit der Spindelmutter 2 mitgezogen wird.
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Dies kann erreicht werden, indem im Querschnitt betrachtet – siehe die 2 bis 4 – die Zwischenanschläge 11a, b, 12a, b beispielsweise in Form von einschraubten Schrauben oder ähnlichen Hindernissen, etwa Nutensteinen, an unterschiedlichen Querpositionen in den Freiraum 9a des Profiles 9 hineinragen, jedoch nur soweit, dass sie nicht mit der Spindelmutter 2 kollidieren.
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Die einzelnen Stützbuchsen z. B. 4a, weisen dann an der entsprechenden Querposition jeweils einen Fortsatz 17 auf, in dessen Bewegungsweg der zugeordnete Zwischenanschlag 12a liegt, während die übrigen Stützbuchsen von dem betreffenden Zwischenanschlag nicht beeinflusst werden.
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Am anderen Ende ihres Bewegungsweges, also dem Ende der Gewindespindel 1, laufen die Stützbuchse z. B. 3a, b einer Seite alle gemeinsam gegen denselben Endanschlag 13 bzw. 14.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gewindespindel
- 2
- Spindelmutter
- 2a, b
- Fortsätze
- 3
- Stützbuchse
- 4
- Stützbuchse
- 5
- Magnet
- 6
- ferromagnetisches Element
- 6'
- Gegenmagnet
- 7
- Motor
- 8a, b
- Nut
- 9
- Profil
- 9a
- Freiraum
- 10
- Längsrichtung
- 11
- Zwischenanschlag
- 12
- Zwischenschlag
- 13
- Endanschlag
- 14
- Endanschlag
- 15
- Rasthaken
- 16
- Rastvertiefung
- 17
- Fortsatz
