DE102010021536A1

DE102010021536A1 - Spindelantrieb

Info

Publication number: DE102010021536A1
Application number: DE201010021536
Authority: DE
Inventors: Johannes Maier; Daniel Duffner
Original assignee: Sbs Feintechnik & Co KG GmbH; Sbs Feintechnik & Cokg GmbH
Current assignee: Sbs Feintechnik & Co KG GmbH; Sbs Feintechnik & Cokg GmbH
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2011-11-24

Abstract

Der Spindelantrieb hat eine Gewindespindel, auf der ein aus zwei axial nebeneinander liegenden Gewindemuttern bestehendes Gewindeelement sitzt. Die Gewindemuttern sind drehfest miteinander verbunden und begrenzt axial relativ zueinander verschiebbar. Beide Gewindemuttern sind durch wenigstens ein federndes Druckelement gegeneinander belastet. Dadurch werden die Gewindemuttern mit ihren Gewindestegen gegen die Flanken des Gewindesteges der Gewindespindel gedrückt, so dass ein Flankenspiel zwischen den Gewindemuttern und der Gewindespindel vermieden wird. Darum ist eine hochgenaue Fertigung der Gewindespindel sowie der Gewindemuttern nicht notwendig, so dass der Spindelantrieb aus kostengünstigen Teilen gefertigt werden kann und für eine Massenproduktion geeignet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Mit dem Spindelantrieb wird mit Hilfe einer Gewindespindel eine Drehbewegung in eine Linearbewegung umgewandelt. Derartige Antriebe sind als Linearaktuatoren bekannt.
Bei vielen Anwendungen ist es zweckmäßig, die Linearbewegung mit Hilfe eines derartigen Spindelantriebes durchzuführen. Als Gewindeelement werden Gewindemuttern eingesetzt. Zwischen Gewindemutter und Spindel ist in der Regel ein axiales Spiel vorhanden, was beispielsweise bei der Bewegungsumkehr oder einer auf die Gewindespindel und/oder auf die Gewindemutter wirkende äußere Kraft kurzzeitig zu einem undefinierten Zustand führt. Um dieses sogenannte Flankenspiel zu verringern oder zu vermeiden, werden die Gewindespindeln sowie die Gewindemuttern mit hoher Genauigkeit gefertigt, was mit erheblichen Kosten verbunden ist. Für Massenprodukte sind derartige Spindelantriebe somit nicht geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Spindelantrieb so auszubilden, dass das Flankenspiel des Spindelantriebes mit einfachen Mitteln und bei kostengünstiger Fertigung vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Spindelantrieb erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Spindelantrieb wird das Gewindeelement durch zwei axial nebeneinander liegende Gewindemuttern gebildet, die drehfest miteinander verbunden, jedoch begrenzt axial relativ zueinander verschiebbar sind. Die beiden Gewindemuttern sind durch das federnde Druckelement gegeneinander belastet. Dies führt dazu, dass die beiden Gewindemuttern mit ihren Gewindestegen durch die Kraft des Druckelementes gegen die Flanken des Gewindesteges der Gewindespindel gedrückt werden. Auf diese Weise wird jegliches Flankenspiel zwischen den Gewindemuttern und der Gewindespindel vermieden. Da das Druckelement die Gewindemuttern in der beschriebenen Weise belastet, ist eine hochgenaue Fertigung der Gewindespindel sowie der Gewindemuttern nicht notwendig. Das Druckelement sorgt dafür, dass die Gewindestege der Gewindemuttern stets gegen die Flanken des Gewindesteges der Gewindespindel gedrückt werden. Der erfindungsgemäße Spindelantrieb kann somit aus kostengünstigen Teilen gefertigt werden, so dass er sich für eine Massenproduktion hervorragend eignet.
Das Druckelement befindet sich vorteilhaft innerhalb von ringnutförmigen Öffnungen in den einander zugewandten Stirnseiten der Gewindemuttern. In diesen Öffnungen sitzt das Druckelement geschützt. Es stützt sich mit seinen beiden Enden am Boden der Öffnungen der beiden Gewindemuttern axial ab.
Da das Druckelement vorgesehen ist, ist vorteilhaft die Breite der Gewindestege der Gewindemuttern kleiner als der Abstand zwischen den Windungen des Gewindesteges der Gewindespindel. Trotz dieser Maßverhältnisse sorgt das Druckelement für die spielfreie Anlage der Gewindestege von Gewindespindel und Gewindemuttern.
Die Gewindestege der Gewindemuttern liegen unter der Kraft des Druckelementes spielfrei an den einander gegenüberliegenden Flanken des Gewindesteges der Gewindespindel an.
Eine vorteilhafte und kostengünstige Lösung ergibt sich, wenn als Druckelement eine Schraubendruckfeder verwendet wird. Sie ist ein kostengünstig herstellbares Bauteil, das sich zudem einfach in die Gewindemuttern einbauen lässt.
Anstelle der Schraubendruckfeder kann selbstverständlich auch jedes andere federnde Druckelement eingesetzt werden, beispielsweise auch Tellerfedern, axial elastisch zusammendrückbare Hülsen und dergleichen.
Für den Betrieb des Spindelantriebes ist es möglich, entweder zumindest die eine Gewindemutter oder die Gewindespindel drehbar anzutreiben.
Vorteilhaft wird die Gewindespindel am Außendurchmesser gelagert, wodurch sich ein ruhiger Lauf der Gewindespindel ergibt.
Eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung ergibt sich, wenn als Gewinde Bewegungsgewinde, vorzugsweise Trapezgewinde, verwendet werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen
1 in einem Axialschnitt einen erfindungsgemäßen spielfreien Spindelantrieb,
2 den Ausschnitt A in 1 in vergrößerter Darstellung,
3 und 4 jeweils in unterschiedlichen perspektivischen Darstellungen den erfindungsgemäßen Spindelantrieb.
Der spielfreie Spindelantrieb hat eine Gewindespindel 1, auf der zwei Gewindemuttern 2 und 3 sitzen. Die beiden Gewindemuttern 2, 3 sind an ihren einander zugewandten Stirnseiten 6, 7 jeweils mit einer ringnutförmigen Vertiefung 8, 9 versehen. Die beiden Vertiefungen 8, 9 liegen fluchtend zueinander und nehmen wenigstens ein Druckelement 10 auf, das die beiden Gewindemuttern 2, 3 entgegengesetzt zueinander belastet. Das Druckelement 10 ist vorteilhaft eine Schraubendruckfeder, die sich mit ihren beiden Enden am Boden 11, 12 der Vertiefungen 8, 9 abstützt.
Der die Vertiefungen 8, 9 radial innen begrenzende Wandabschnitt 13, 14 ist im Ausführungsbeispiel dünner als der die Vertiefungen radial nach außen begrenzende Wandabschnitt 15, 16. Selbstverständlich können auch die äußeren Wandabschnitte dicker als die inneren Wandabschnitte oder gleich dick wie diese sein.
Wie sich aus den 3 und 4 ergibt, sind die Gewindemuttern 2, 3 in Drehrichtung formschlüssig miteinander verbunden. Der Drehformschluss kann beliebig gestaltet sein. Im Ausführungsbeispiel hat die Gewindemutter 2 von ihrer Stirnseite axial abstehende Nocken 17. Um eine gleichmäßige Drehübertragung zwischen den Gewindemuttern 2, 3 zu ermöglichen, sind vorteilhaft mehrere solcher Nocken 17 über den Umfang verteilt angeordnet. Sie greifen in entsprechende stirnseitige Öffnungen 18 der Gewindemutter 3 ein. In Achsrichtung können die beiden Gewindemuttern 2, 3 begrenzt relativ zueinander verschoben werden, um jegliches Flankenspiel zu eliminieren. Dies wird anhand von 2 erläutert.
Die Gewindespindel 1 hat das Gewinde 19, in welche das Gewinde 20 bzw. 21 der Gewindemuttern 2, 3 eingreift. Der Gewindesteg 22 des Gewindes 19 hat größere Breite als die Gewindestege 23, 24 der Gewindemuttern 2, 3. Außerdem ist die Breite der Gewindemuttern 23, 24 kleiner als der Abstand zwischen den Windungen des Gewindesteges 22 der Gewindespindel 1. Da die Gewindemuttern 2, 3 durch das federnde Druckelement 10 entgegengesetzt zueinander belastet sind, werden der Gewindesteg 23 gegen die in 2 rechten Flanken und der Gewindesteg 24 gegen die in 2 linken Flanken des Gewindesteges 19 der Gewindespindel 1 gedrückt. Auf diese Weise wird jegliches Axialspiel bzw. Flankenspiel in einfacher Weise wirkungsvoll eliminiert. Von der jeweils anderen Flanke des Gewindesteges 22 haben die Gewindestege 23, 24 der Gewindemuttern 2, 3 Abstand. Die Axialverschiebung der Gewindemuttern 2, 3 relativ zueinander ist so gering, dass der in Drehrichtung wirkende Formschluss zwischen den Gewindemuttern 2, 3 nicht verlorengeht. Dadurch werden die Gewindemuttern 2, 3 zuverlässig relativ zur Gewindespindel 1 axial verschoben.
Das federnde Druckelement 10 sorgt dafür, dass die Umkehr der Bewegungsrichtung oder die Umkehr der Kraft auf der Gewindespindel 1 zu keinem undefinierten Zustand führt.
Als Gewinde 19 bis 21 werden vorteilhaft Bewegungsgewinde, insbesondere Trapezgewinde, eingesetzt. Mit solchen Gewinden lässt sich die Umsetzung einer Dreh- in eine Längsbewegung problemlos durchführen. Trapezgewinde sind besonders für das Aufbringen in beiden Kraftrichtungen gut geeignet.
Die Gewindespindel 1 besteht vorteilhaft aus Metall. Die Gewindemuttern 2, 3 können vorteilhaft aus Kunststoff bestehen, wie aus POM, PA oder allgemein aus einem für Zahnräder geeigneten Kunststoff.
Die Gewindemuttern 2, 3 können spanlos oder urformend hergestellt werden, so dass eine kostengünstige und einfache Herstellung möglich ist. Damit eignet sich dieser Spindelantrieb vorteilhaft für die Massenfertigung.
Eine Schmierung der Bauteile des Spindelantriebes ist nicht erforderlich. Die Bauteile können aus Materialien bestehen, die eine Schmierung nicht benötigen.
Durch die Kraft des federnden Druckelementes 10 kann eine gewünschte Reibung zwischen den Gewindemuttern 2, 3 und der Gewindespindel 1 erreicht werden.
Es ist grundsätzlich auch möglich, für eine Schmierung zwischen den Gewindemuttern 2, 3 und der Gewindespindel 1 zu sorgen, beispielsweise indem im Kunststoff der Gewindemuttern ein entsprechendes Schmiermitteldepot vorgesehen ist bzw. im Kunststoff entsprechende Schmiermittel eingebettet sind.
Die Kraft des federnden Druckelementes 10 ist an die äußere Last angepasst, so dass die Spielfreiheit gewährleistet ist.
Das Druckelement 10 kann auch dazu herangezogen werden, eine Überlastung des Spindelantriebes anzuzeigen. Ist die äußere Kraft, die auf den Spindelantrieb wirkt, größer als die vom Druckelement 10 ausgeübte Kraft, dann tritt ein Flankenspiel auf, weil sich zumindest die eine Gewindemutter gegen die Kraft des Druckelementes 10 gegenüber der anderen Gewindemutter verschieben kann. Dieses Flankenspiel kann dann als Signal für eine auftretende Überlastung herangezogen werden.
Der Spindelantrieb ist Teil eines Getriebes, mit dem unterschiedlichste Komponenten, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, verstellt werden können. An den Spindelantrieb wird ein (nicht dargestellter) Antriebsmotor, insbesondere ein Elektromotor, angeschlossen. So können beispielsweise mit diesem Linearaktuator Spiegel oder Kameras in Kraftfahrzeugen bewegt werden. Die Gewindemuttern 2, 3 gewährleisten infolge des eliminierten Flankenspiels, dass die Anwendung gleichmäßig verstellt und in seiner jeweiligen Lage vibrationsfrei gehalten wird.
Zum Antrieb können unterschiedlichste Getriebeanordnungen verwendet werden. So ist es beispielsweise möglich, auf einer der beiden Gewindemuttern 2, 3 ein Schneckenrad vorzusehen, das mit einer Schnecke kämmt.
In diesem Falle kann der Antriebsmotor senkrecht zur Drehachse der Gewindespindel 1 angeordnet sein.
Die Gewindespindel 1 wird vorteilhaft am Außendurchmesser in einem entsprechenden Gehäuse drehbar gelagert. Hierzu sitzt auf dem in 1 linken Ende der Gewindespindel 1 ein (nicht dargestelltes) Drehlager, das im Gehäuse befestigt ist. Infolge der Lagerung der Gewindespindel 1 auf ihrem Außendurchmesser ergibt sich ein sehr ruhiger und damit geräuscharmer Lauf der Gewindespindel.
Die Gewindeanfänge der Gewindemuttern 2, 3 sind bei einem bestimmten Abstand der Gewindemuttern so orientiert, dass die Gewindespindel 1 eingeschraubt werden kann. Außerdem sind die Gewindeanfänge der Gewindemuttern 2, 3 auf die Position der Nocken 17 so abgestimmt, dass diese in die stirnseitigen Öffnungen 18 eingreifen können.

Claims

Spindelantrieb mit einer Gewindespindel, auf der ein Gewindeelement sitzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindeelement aus zwei axial nebeneinander liegenden Gewindemuttern (2, 3) besteht, die drehfest miteinander verbunden, begrenzt axial relativ zueinander verschiebbar und durch wenigstens ein federndes Druckelement (10) gegeneinander belastet sind.
Spindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement (10) innerhalb einer ringnutförmigen Öffnung (8, 9) in den einander zugewandten Stirnseiten der Gewindemuttern (2, 3) angeordnet ist und sich mit seinen Enden am Boden (11, 12) der Öffnungen (8, 9) axial abstützt.
Spindelantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Gewindestege (23, 24) der Gewindemuttern (2, 3) kleiner ist als der Abstand zwischen den Windungen des Gewindesteges (22) der Gewindespindel (1).
Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindestege (23, 24) der Gewindemuttern (2, 3) unter der Kraft des Druckelementes (10) spielfrei an einander gegenüberliegenden Flanken des Gewindesteges (22) der Gewindespindel (1) anliegen.
Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement (10) eine Schraubendruckfeder ist.
Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die eine Gewindemutter (2, 3) drehbar angetrieben ist.
Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (1) drehbar angetrieben ist.
Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (1) am Außendurchmesser gelagert ist.
Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde als Bewegungsgewinde, vorzugsweise als Trapezgewinde, ausgebildet ist.