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Die Erfindung betrifft eine elektrische Spindelverstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen und Montieren einer elektrischen Spindelverstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 15.
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Aus der
DE 10 2007 034 144 A1 ist ein elektromotorischer Antrieb insbesondere für Möbelbauteile bekannt, bei dem ein Schalter innerhalb eines Strom- oder Schaltkreises installiert ist, der als sog. Reed-Schalter (Magnetschalter) ausgebildet sein kann. Zusätzlich ist diese Einheit mit einer Handhabe ausgestattet, sodass der Antrieb entsperrt werden kann und eine manuelle Verstellung des Antriebes möglich ist. Dieses Element kann im Motorgehäuse oder einem separaten Gehäuse untergebracht sein.
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Aus der
DE 10 2006 061 443 A1 ist weiterhin eine elektromotorische Versteileinrichtung für einen Fahrzeugsitz mit einem als kontaktlosen Schalter, z. B. einem Reedschalter, ausgebildeten Schaltelement für die Neigungsverstellung der Rückenlehne bekannt.
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Aus der
DE 200 09 155 U1 wiederum ist eine berührungslos arbeitende Positionserfassungseinrichtung bekannt, wobei mehrere elektrische Messkomponenten entlang der Bewegungsbahn des Aktuators positionsabhängig geschaltet werden.
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Aus der
DE 198 47 228 A1 ist eine elektrische Spindelverstellvorrichtung mit einem Aktor bekannt. Zur Lageerkennung eines mit dem Aktor in Wirkverbindung stehenden Stellelementes ist eine Magnet-Schalteinheit bekannt, die zum einen einen an einer Spindelmutter angebrachten schaltenden Magneten und zum anderen mehrere an einem verfahrbaren Grundkörper befestigte Magnetschalter umfasst
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Spindelverstellvorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen und Montieren der elektrischen Spindelverstellvorrichtung anzugeben, so dass eine Magnet-Schalteinheit zur Lageerkennung eines Stellelementes der elektrischen Spindelverstellvorrichtung mit einer automatisierbaren Fertigung und gegen Umwelteinflüsse abgesichert platzsparend integriert werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Spindelverstellvorrichtung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen elektrischen Spindelverstellvorrichtung besteht darin, dass durch die Integration des schaltenden Magneten in die in einer Spindelverstellvorrichtung ohnehin vorhandene Spindelmutter und durch die gegen Umwelteinflüsse geschützte Integration der besonders flachen und schmalen Magnet-Schalteinheit auf der Innenseite des Stützrohres gegenüber einer Lösung ohne Lageerkennung kein erhöhter Platzbedarf und gegenüber anderweitigen Lösungen zur Lageerkennung ein verringerter Platzbedarf besteht. Derartige bauraumoptimierte Spindelverstellvorrichtungen finden insbesondere in Möbeln, medizintechnischen Geräten, Industrieanwendungen und Solarpanelverstellungen Anwendung. Durch die hohe Integration und den sie bietenden Schutz kann die Produktsicherheit in diesen Anwendungsbereichen erhöht werden. Die verwendeten Bauteile sind mit hoher Prozesssicherheit genau zu fertigen, sodass die in diesen Anwendungen benötigte Genauigkeit der durch die Magnet-Schalteinheit detektierten Lageerkennung gewährleistet ist. Die Schaltsignale werden auf bekanntem Wege über eine Steuerung an den Motor gegeben, sodass dieser an den Endlagen innerhalb kurzer Bremsrampen reproduzierbar und schnell angehalten werden kann. Deswegen befinden sich ein oder mehrere Magnetschalter meist an oder in der Nähe der Enden der Magnet-Schalteinheit. Zusätzlich können beliebig viele Magnetschalter zwischen den Enden angeordnet sein, um Mittenstellungen zu detektieren.
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Nach der erfindungsgemäßen Spindelverstellvorrichtung kann der Schutz der Magnet-Schalteinheit dadurch zusätzlich erhöht werden, dass zusätzlich zu einem unteren Trägermaterial, welches die Magnet-Schalteinheit während der Montage trägt und in Position hält, ein weiteres oberes Trägermaterial verwendet wird. Durch diese obere Abdeckung wird ein für die Magnetschalter beschädigungsfreies Überfahren durch die bewegliche Einheit erzielt. Selbst bei kritischen Toleranzen und leichten Berührungen zwischen Magnetgeber und Magnetschalter können lebensdauerreduzierende Beschädigungen weitestgehend ausgeschlossen werden. Zudem wird durch die gleichzeitige untere und obere Abdeckung der empfindlichen Magnetschalter ein zusätzlicher Schutz gegen mechanische Einwirkungen im Handling und während der Montage erzielt und die Einwirkung von Umwelteinflüssen zusätzlich minimiert. Die Trägerteile können an einem Ende miteinander verbunden sein, also aus einem Trägerstreifen bestehen, der etwa mittig zusammengeklappt wird, um die Magnet-Schalteinheit zwischen den beiden zusammengeklappten Trägerstreifenhälften einzubetten. Die oberen und unteren Abdeckungen (Trägerteile) können, je nach Länge der Magnet-Schalteinheit, jeweils ein- oder mehrstückig ausgebildet sein.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der schaltende Magnet ganz oder teilweise in einer Vertiefung der Spindelmutter angeordnet, um eine bauliche Vergrößerung der Spindelmutter nach Außen zu vermeiden. Um das Einbringen des Magneten zu erleichtern, kann eine Hülse aus leicht nachgebendem, ansonsten beliebigen nichtmagnetischen Material zwischen Spindelmutter und Magnet eingebracht werden, in dem der Magnet vorzugsweise per Presspassung oder mittels Kleber eingebracht wird. Diese Hülse kann auf der Spindelmutter angebracht sein oder zur Vermeidung einer baulichen Vergrößerung in die Spindelmutter eingelassen sein.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Magnet-Schalteinrichtung aus auf einem Träger aufgebrachten einem oder mehreren Magnetschaltern und ihren Anschlussleitungen. Dieser Träger gibt der Magnet-Schalteinrichtung eine größere Steifigkeit, wobei zum gefahrlosen Handling der Träger auch eine gewisse Flexibilität aufweisen kann. Dem Träger kommt die Aufgabe zu, für den Schutz der empfindlichen Magnetschalter, der Kontaktierungen der Magnetschalter mit den Anschlussleitungen und der Anschlussleitungen während des Handlings und der Montage in das Stützrohr zu sorgen. Um ein Verrutschen der Magnetschalter und eine unnötige Beanspruchung der Magnetschalter und ihrer Kontaktstellen mit den Anschlussleitungen während der Montage zu vermeiden, ist eine Fixierung mindestens der Magnetschalter auf dem Träger sinnvoll. Dies kann durch einfache mechanische Fixierelemente z. B. in Form einer Klebefolie oder mechanischer Klammern erzielt werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, wenn die Anschlussleitungen des oder der Magnetschalter an der gleichen oder zumindest einer benachbarten Stelle nach Außen zu der Steuerung abgeführt werden. Dadurch wird das Stützrohr nur an einer Stelle durch eine oder mehrere kleinere Durchbohrungen mechanisch geschwächt.
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Nach einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Spindelverstellvorrichtung können die mehreren Trägerteile zusätzlich ganz, teilweise oder abschnittsweise miteinander durch Kleber, abdichtende Materialien oder Schweißnähte verbunden werden, um die mechanische Stabilität weiter zu erhöhen, die Fixierung der Magnetschalter und der Anschlussleitungen sicherzustellen und das Eindringen von Umwelteinflüssen zusätzlich zu reduzieren.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich auf der Innenseite des Stützrohres eine mechanische Aufnahmevorrichtung für die Magnet-Schalteinheit. Hierdurch wird eine besonders einfache Montage erreicht. Für eine kostengünstige Herstellung der Spindelverstellvorrichtung ist es vorteilhaft, das Stützrohr als Strangpressprofil auszuführen, in welches an der Innenseite eine durchgängige Aufnahmeschiene für die Magnet-Schalteinheit integriert ist. Diese wird bereits im Herstellungsprozess des Strangpressprofils ausgebildet. Hierdurch wird ein besonders sicherer Halt der Magnet-Schalteinheit mit über die gesamte Verfahrlänge der Spindelverstellvorrichtung definierter Lage und Abstand zum Magnetschalter erzielt.
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Zur Lösung der Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren die Merkmale des Patentanspruchs 15 auf.
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Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Vormontage der Magnet-Schalteinheiten, also der Magnetschalter und mindestens Teilen der Anschlussleitungen auf dem festeren Träger, händisch oder automatisiert vorab erfolgen kann, bevor die Magnet-Schalteinheit als Ganzes geschützt händisch oder automatisiert in eine innenliegende Aufnahme im Stützrohr eingeschoben und endmontiert wird. Die Prozesssicherheit wird hierdurch erhöht. Um ein Verrutschen der Magnetschalter während der Montage der Magnet-Schalteinheit und eine unnötige Beanspruchung der Magnetschalter und ihrer Kontaktstellen mit den Anschlussleitungen während der Montage zu vermeiden, ist eine Fixierung mindestens der Magnetschalter auf dem Träger sinnvoll. Dies kann dadurch erreicht werden, dass vor der Montage der Magnet-Schalteinheit im Stützrohr die Magnetschalter durch Aufbringen einfacher mechanischer Fixierelemente in Form einer Klebefolie fixiert werden. Auch andere mechanische Fixierhilfen sind denkbar, beispielsweise kleine Klammern.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Schutz der Magnet-Schalteinheit dadurch zusätzlich erhöht werden, dass zur Montage der Magnet-Schalteinheit zusätzlich zu einem unteren Trägermaterial, welches die Magnet-Schalteinheit trägt und in Position hält, ein weiteres oberes Trägermaterial verwendet wird. Durch die gleichzeitige untere und obere Abdeckung der empfindlichen Magnetschalter wird ein zusätzlicher Schutz gegen mechanische Einwirkungen im Handling und während der Montage erzielt und die Einwirkung von Umwelteinflüssen zusätzlich minimiert.
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Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die mehreren Trägerteile während des Montageprozesses zusätzlich ganz, teilweise oder abschnittsweise miteinander durch Kleber, abdichtende Materialien oder Schweißnähte verbunden werden, um die mechanische Stabilität weiter zu erhöhen, die Fixierung der Magnetschalter und der Anschlussleitungen sicherzustellen und das Eindringen von Umwelteinflüssen zusätzlich zu reduzieren. Um die Einbettung der Magnetschalter zu optimieren, können die Trägerteile entlang ihrer Längsrichtung derart geknickt oder gebogen sein, dass die Magnetschalter und die Anschlussleitungen darin ortsfest fixiert werden.
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Für den Träger bzw. die Trägerteile kommt ein günstiges Streifenmaterial zum Einsatz, welches vor der Verarbeitung bestimmungsgemäß händisch oder automatisch abgelängt wird. Typischerweise wird hier Mylarfolie verwendet.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt eines elektrischen Spindelverstellantriebes, wobei sich das linearbewegliche Stellelement in der ausgefahrenen Position befindet,
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2 eine perspektivische Draufsicht der Magnet-Schalteinheit, wobei zwei Magnetschalter für Endpositionen und ein Magnetschalter für eine Mittenposition vorgesehen sind,
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3 eine perspektivische Draufsicht eines Magnetschalters an einem Ende der Magnet-Schalteinheit,
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4 eine perspektivische Draufsicht der Magnet-Schalteinheit, wobei der Träger aus zwei miteinander verbundenen Trägerteilen besteht,
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5 eine perspektivische Draufsicht der Magnet-Schalteinheit aus zwei Trägerteilen, die die Magnet-Schalteinheit zweiseitig abdecken,
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6 eine perspektivische Draufsicht der Magnet-Schalteinheit, wobei zwei Magnetschalter für Endpositionen vorgesehen sind,
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7 eine perspektivische Draufsicht der Magnet-Schalteinheit, wobei der Träger aus zwei miteinander verbundenen Trägerteilen besteht,
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8 einen Querschnitt durch das Stützrohr und
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9 einen Querschnitt durch die Magnet-Stelleinheit.
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Eine erfindungsgemäße Spindelverstellvorrichtung 1 kann insbesondere zur Verstellung von Möbeln, medizinischen Gräten, wie Liegen, Operationstische, Röntgengeräte und dgl., industriellen Hebe- und Verstellgeräten sowie verstellbaren Solarpanels eingesetzt werden.
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Die elektrische Spindelverstellvorrichtung 1 umfasst einen Aktor 2 mit einer nicht näher dargestellten Steuereinheit 19, der über ein nicht dargestelltes Kraftübertragungselement (Getriebe) und eine Spindel 3 ein linear bewegliches Stellelement 4 antreibt. Außer dem Stellelement 4 befinden sich alle Komponenten in einem ein- oder mehrstückigen Gehäuse 20, wobei ein Stützrohr 9 den Teil des Gehäuses 20 darstellt, welcher um die Spindel 3 angeordnet ist. Die Bewegungsübertragung von der angetriebenen Spindel 3 auf das Stellelement 4 erfolgt über eine mit dem Stellelement 4 fest verbundene Spindelmutter 7.
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1 zeigt die beschriebene Spindelverstellvorrichtung in dem Zustand, bei dem das Stellelement weit ausgefahren ist und sich an oder in der Nähe der maximalen Ausfahrposition befindet.
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Zur Lageerkennung ist die Spindelverstellvorrichtung 1 mit einer Schaltvorrichtung versehen. Diese Schaltvorrichtung besteht aus einem schaltenden Magneten 6, der kontaktlos in einem Magnetschalter 8, 8' einen Schaltimpuls auslöst. Dies geschieht durch räumliche Annäherung des Magneten 6 an den Magnetschalter 8, 8' und ist vorzugsweise durch einen REED-Schalter verwirklicht. Der im Magnetschalter 8, 8' erzeugte Schaltimpuls wird über Anschlussleitungen 12 an die Steuereinheit 19 des Aktors 2 übertragen. Diese Steuereinheit 19 setzt über vorgegebene Algorithmen den Steuerimpuls in ein Steuersignal für den Aktor 2 um. Beispielsweise kann an der in 1 dargestellten (End-)Position der Steuerimpuls das Steuersignal Bremsen erzeugen, sodass der Aktor innerhalb kürzester Zeit nach Erzeugung eines Schaltimpulses im Magnetschalter 8 stehen bleibt und somit die weitere Verfahrlänge des Stellelements 4 nach Auslösung des Steuerimpulses begrenzt wird. Der gleiche Vorgang geschieht in der nicht dargestellten End-Einfahrposition, wenn der Magnet 6 in räumliche Nähe des zweiten in 1 dargestellten Magnetschalters 8 kommt.
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Der eine oder die mehreren Magnetschalter 8, 8' sind Teil einer Magnetschalteinheit 5, die innenliegend im Stützrohr 9 der Spindelverstellvorrichtung 1 angebracht ist. Je nach Erfordernissen der Lageerkennung können die Magnetschalter 8, 8' an beliebigen Längspositionen innerhalb des Stützrohres 9 angeordnet sein. Die Positionierung der Magnetschalter 8, 8' an oder in der Nähe der Enden des Stützrohres 9 dient zur Detektierung der beiden Endpositionen (minimale Einfahr- und maximale Ausfahrpositoion) des Stellelements 4. Die Positionierung eines oder mehrerer Magnetschalter 8' an beliebigen Positionen zwischen den Enden des Stützrohres 9 dient zur Lageerkennung, z. B. der Mittenposition, und kann zur Steuerung des Aktors 2 über bestimmte Steuersignale genutzt werden (z. B. verlangsamte Fahrt, beschleunigte Fahrt, zeitlich befristeter Halt).
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Der schaltende Magnet 6 muss zur Funktionserfüllung der Lageerkennung fest mit dem Stellelement 4 verbunden sein. Dies geschieht durch Aufbringen oder Einbettung des Magneten 6 in die mit dem Stellelement 4 fest verbundene Spindelmutter 7. Die Spindelmutter 7 ist dabei das direkt angetriebene Element der Spindel 3. Der Magnet wird auf der Außenseite der Spindelmutter befestigt, vorzugsweise durch Kleben oder mindestens teilweise in eine Vertiefung 10 an der Außenseite der Spindelmutter 7 eingesetzt. In 1 ist der Magnet 6 derart eingezeichnet, dass dieser nur teilweise über die Außenkontur der Spindelmutter 7 ragt und zu einem größeren Teil in der Vertiefung 10 eingesetzt ist. Dies kann wiederum durch Verkleben oder eine Presspassung geschehen. In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann zwischen Magnet und Spindelmutter noch ein Zwischenelement (Hülse) eingesetzt werden, welche aus einem leicht flexiblen Material besteht.
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Die Magnet-Schalteinheit besteht vorzugsweise aus einem Träger 11, auf welchem die einen oder mehreren Magnetschalter 8, 8' mit mindestens Teilen ihrer Anschlussleitungen 12 angeordnet sind. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit zwei Magnetschaltern 8 für zwei Endpositonen und einem Magnetschalter 8' für eine beliebige Zwischenposition, die die Mittenposition sein kann. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei Magnetschaltern 8. Der Träger 11 ist bevorzugt als Streifen ausgeführt.
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Die Magnetschalter 8, 8' sind bevorzugt längs zu dem streifenförmigen Träger 11 angeordnet, können jedoch ohne Funktionsverlust in einer nicht dargestellten Ausführungsform auch quer oder in beliebiger anderer Richtung in Relation zum Träger 11 angeordnet sein. Über eine nicht näher dargestellte Kontaktierung sind die Magnetschalter 8, 8' mit den Anschlussleitungen 12 verbunden, die abschnittsweise auf dem Träger 11 entlanggeführt werden, bevor sie über benachbarte Durchlassöffnungen 14 durchgeführt werden. In nicht dargestellten Ausführungsformen können alle Anschlussleitungen 12 durch eine gemeinsame Öffnung 14 im Träger 11 oder auch durch mehrere, räumlich weiter getrennte Öffnungen 14 im Träger 11 durchgeführt werden.
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Bevorzugt werden die Magnetschalter 8, 8' durch eine Fixierfolie 13 auf dem Träger 11 fixiert. Nach nicht dargestellten Ausführungsformen kann eine Fixierung der Magnetschalter 8, 8' über mechanische Hilfsmittel, beispielsweise Klammern erzielt werden. Die gleichen Methoden der Fixierung können auch für zumindest Abschnitte der Anschlussleitungen 12 verwendet werden.
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Bevorzugt besteht der Träger aus zwei Trägerteilen 11', 11'', die die Magnet-Schalteinheit 5 in zweigegenüberliegenden Richtungen begrenzen. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführung, wobei die beiden Trägerteile 11', 11'' an einer Seite miteinander verbunden sind und einen langen Streifen bilden. 5 zeigt den endgültigen Aufbau der Magnet-Schalteinheit 5 mit einem oberen Trägerteil 11'' und einem unteren Trägerteil 11' mit dazwischen liegenden Magnetschaltern 8, 8'.
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9 zeigt eine mögliche Anordnung der Magnetschalter 8, 8' innerhalb der Trägerteile 11', 11'', wobei die Trägerteile entlang ihrer Längsrichtung ganz oder abschnittsweise einfach oder mehrfach geknickt sind, um die Magnetschalter 8, 8' und die Anschlussleitungen 12 zu fixieren. Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform können die Trägerteile 11', 11'' entlang ihrer Längsrichtung auch gebogen sein bzw. abschnittsweise gebogen und einfach oder mehrfach geknickt sein.
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Beim Herstellen und Montieren der erfindungsgemäßen elektrischen Spindelverstellvorrichtung werden zunächst die eine oder mehreren Magnet-Schalter 8, 8' mit mindestens Abschnitten ihrer Anschlussleitungen 12 auf einem Träger 11 vormontiert. Zuvor wird das Endlos-Streifenmaterial auf die für den einstückigen Träger 11 oder die zwei oder mehr Trägerteile 11', 11'' für die Montage der Magnetschalter abgelängt. Die Montage der Magnetschalter 8, 8', die zuvor mit ihren Anschlussleitungen 12 kontaktiert wurden, geschieht durch Auflegen auf dem Träger 11 oder dem unteren Trägerteil 11' und anschließende Fixierung durch abschnittsweises oder vollständiges Überkleben mittels einer Fixierfolie, Klebeband o. ä. Die Anschlussleitungen 12 werden dann durch die Öffnungen 14 im Träger 11 nach Außen geführt. 4 und 5 zeigen einen Zwischenschritt und die Endposition im weiteren Montageprozess des einstückigen Trägers 11, wobei die nicht durch die Magnetschalter 8, 8' besetzte Hälfte des Trägers um 180 Grad auf die besetzte Hälfte umgeklappt wird. Im Falle des zweistückigen Trägers wird der obere Trägerteil 11'' auf den unteren Trägerteil 11 aufgesetzt. Verkleben, Abdichten und/oder Verschweißen der Trägerteile sind weitere Schritte im Herstellungsprozess.
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In einem weiteren Montageprozess wird die so vormontierte Magnet-Schalteinheit 5 in eine innenliegende Aufnahme 15 des Stützrohres 9 eingeschoben. Die Aufnahme ist bei einem aus einem abgelängten Stangpressprofil hergestellten Stützrohr 9 im Herstellungsprozess des Strangpressprofilmaterials bereits ausgebildet worden. Zwischen der Aufnahme und der Außenwand des Stützrohres 9 bildet sich so eine Lasche, in der die Magnet-Schalteinheit gelagert ist.
