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Die Erfindung betrifft einen Verstellantrieb der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
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Derartige Verstellantriebe sind allgemein bekannt und werden in verschiedenen Applikationen, beispielsweise bei der Verstellung von Klappen und Türen im Maschinen- und Anlagenbau, im Fahrzeugbau, in der Medizintechnik, in der Möbelbranche und anderen Bereichen der Industrie verwendet.
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Durch
DE 299 19 214 U1 (entsprechend
US 6,377,010 B1 ) ist ein Verstellantrieb der betreffenden Art zum Verstellen eines ersten Bauteiles relativ zu einem zweiten Bauteil bekannt, der einen Linearantrieb und ein mit dem Linearantrieb antriebstechnisch parallelgeschaltetes Kolben-Zylinderaggregat aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verstellantrieb der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, der bei einem einfachen und kostengünstigen Aufbau in unterschiedlichen Applikationen verwendbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß es in verschiedenen Applikationen erforderlich oder zumindest wünschenswert ist, die Verstellgeschwindigkeit während des Verstellweges zu verändern. Hiervon ausgehend sieht die Erfindung Steuerungsmittel zur verstellwegabhängigen Steuerung der Verstellgeschwindigkeit des Verstellantriebs vor.
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Erfindungsgemäß ist es damit möglich, die Verstellgeschwindigkeit entlang des Verstellweges des Verstellantriebes zu steuern. Beispielsweise und insbesondere ist es möglich, die Verstellgeschwindigkeit am Anfang des Verstellweges zu erhöhen, dann konstant zu halten und am Ende des Verstellweges wieder zu verringern. Auf diese Weise ergibt sich einerseits ein langsamer Anlauf, andererseits kommt das zu verstellende Bauteil am Ende des Verstellweges langsam zum Stillstand. Dies ist insbesondere in Applikationen von Vorteil, bei denen ein ruckartiges Anfahren und ein ruckartiges Stillsetzen des Verstellantriebes unerwünscht sind.
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Das verstellwegabhängige Geschwindigkeitsprofil der Verstellgeschwindigkeit ist entsprechend den jeweiligen Anforderungen innnerhalb weiter Grenzen wählbar.
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Durch Kombination eines Linearantriebes mit einem Kolben-Zylinderaggregat ergibt sich in Verstellrichtung, beispielsweise beim Öffnen einer Klappe, ein günstiges Kräfteverhältnis, weil der Linearantrieb durch das Kolben-Zylinderaggregat als Kraftspeicher unterstützt wird. Weiterhin bewirkt die Verwendung eines Kolben-Zylinderaggregates als statischer Kraftspeicher, daß in der Anlaufphase Druckkräfte zum Verstellen des zweiten Bauteils relativ zu dem ersten optimal verfügbar sind.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Linearantrieb, beispielsweise ein Spindeltrieb, geringer dimensioniert werden kann, da bei der Verstellung die Hauptlast von dem Kolben-Zylinderaggregat getragen wird.
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Das Kolben-Zylindeaggregat kann eine beliebige geeignete Kolben-Zylinderanordnung aufweisen, beispielsweise als Dämpfer ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist das Kolben-Zylinderaggregat jedoch eine Gasfeder.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Steuerungsmittel pneumatische Steuerungsmittel aufweisen. Auf diese Weise ist die Steuerung unter Verzicht auf elektrische oder elektronische Bauelemente einfach und kostengünstig gestaltet.
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Eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß die pneumatischen Steuerungsmittel wenigstens einen Strömungskanal aufweisen, der in der Innenwandung eines Zylinders des Kolben-Zylinderaggregates gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform läßt sich die Verstellgeschwindigkeit durch entsprechende Gestaltung eines Strömungskanales oder mehrerer Strömungskanäle innerhalb weiter Grenzen variieren. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Strömungskanal oder die Strömungskanäle bei der Herstellung des Zylinders in denselben eingearbeitet werden können, so daß insoweit zusätzliche Bauteile nicht erforderlich sind.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß sich der Querschnitt des Strömungskanales in Axialrichtung des Zylinders wenigstens abschnittsweise verändert.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Ausführungsformen mit dem Strömungskanal weist derselbe wenigstens eine Nut auf. Entsprechende Nuten lassen sich auf einfache Weise in die Innenfläche des Zylinders des Kolben-Zylinderaggregates bei deren Herstellung einarbeiten.
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Um ein langsames Anlaufen des Verstellantriebes zu erzielen, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung vor, daß sich der Querschnitt des Strömungskanales im Bereich des Anfanges des Verstellweges wenigstens abschnittsweise vergrößert.
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Um den Verstellantrieb am Ende des Verstellweges langsam zum Stillstand kommen zu lassen, sieht eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß sich der Querschnitt des Strömungskanales im Bereich des Endes des Verstellweges wenigstens abschnittsweise verringert.
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Grundsätzlich ist es erfindungsgemäß ausreichend, wenn der Verstellantrieb einen Linearantrieb und ein Kolben-Zylinderaggregat aufweist. Entsprechend den jeweiligen Anforderungen können erfindungsgemäß jedoch auch zwei oder mehrere Linearantriebe und/oder zwei oder mehrere Kolben-Zylinderaggregate vorgesehen sein.
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Der Linearantrieb kann entsprechend den jeweiligen Anforderungen ausgestaltet sein. Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, daß der Linearantrieb einen Spindeltrieb aufweist. Derartige Spindeltriebe stehen als einfache und kostengünstige sowie robuste Standardbauteile zur Verfügung.
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Um den Verstellantrieb besonders kompakt zu gestalten, sieht eine Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform vor, daß eine Spindel des Spindeltriebs als Hohlspindel ausgebildet ist und daß das Kolben-Zylinderaggregat in der Hohlspindel angeordnet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten, stark schematisierten Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stellantriebs dargestellt ist. Dabei bilden alle beschriebenen, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen beanspruchten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung sowie unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbeziehungen.
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Es zeigt:
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1 eine geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Verstellantriebes und
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2 eine Schnittansicht eines Details des Verstellantriebs gemäß 1.
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In 1 ist in teilweise geschnittener Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel eines Verstellantriebes 2 zum Verstellen eines ersten Bauteiles relativ zu einem zweiten Bauteil dargestellt. Bei dem zweiten Bauteil kann es sich beispielsweise um eine Klappe handeln, die relativ zu einem Grundkörper, der das erste Bauteil bildet, zu verstellen ist.
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Der Verstellantrieb 2 weist ein Gehäuse 4 auf, an bzw. in dem ein Linearantrieb 6 und ein Kolben-Zylinderaggregat 8 in Form einer Gasfeder angeordnet sind.
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Der Linearantrieb 6 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Spindeltrieb ausgebildet, der eine um eine Drehachse 10 drehbar gelagerte Gewindespindel 12 aufweist, auf der verdrehsicher und in Axialrichtung der Gewindespindel 12 beweglich eine Spindelmutter 14 angeordnet ist. Die Spindelmutter 14 ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen mit einem Innengewinde versehenen Abschnitt eines Hubrohres 16 gebildet.
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Die Gewindespindel 12 steht über ein Untersetzungsgetriebe 18 mit einer Abtriebswelle 20 eines Elektromotors 22 in Drehantriebsverbindung. Aufbau und Funktionsweise eines entsprechenden Untersetzungsgetriebes sind dem Fachmann allgemein bekannt und werden daher hier nicht näher erläutert.
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Spannungsversorgungs- und Ansteuerungsmittel zur Ansteuerung des Elektromotors 22 sind dem Fachmann ebenfalls allgemein bekannt und werden daher ebenfalls nicht näher erläutert.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gewindespindel 12 als Hohlspindel ausgebildet, in deren Innerem ein Zylinder 24 der Gasfeder 8 aufgenommen ist. Der Zylinder 24 stützt sich mit seinem der Kolbenstange 28 abgewandten Ende in der Gewindespindel 12 ab, während das freie Ende der Kolbenstange 28 mit dem Hubrohr 16 verbunden ist.
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An dem freien Ende des Hubrohres 16 sowie dem dem Hubrohr 16 abgewandten Ende des Gehäuses 4 sind Anlenkpunkte 30, 32 zur Verbindung des Verstellantriebes 2 mit relativ zueinander zu verstellenden Bauteilen vorgesehen.
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Erfindungsgemäß weist der Verstellantrieb 2 Steuerungsmittel zur verstellwegabhängigen Steuerung der Verstellgeschwindigkeit des Verstellantriebs 2 auf. Unter dem Verstellweg wird derjenige Weg verstanden, den das Hubrohr 16 zwischen den Endlagen der Verstellbewegung zurücklegt. Unter der Verstellgeschwindigkeit wird erfindungsgemäß die Geschwindigkeit verstanden, mit der sich das Hubrohr 16 entlang einer durch die Drehachse 10 der Gewindespindel 12 definierten Verstellachse bewegt. Die Steuerungsmittel weisen bei diesem Ausführungsbeispiel pneumatische Steuerungsmittel auf, die nachfolgend anhand von 2 näher erläutert werden.
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2 zeigt eine Schnittansicht eines Details des Verstellantriebs 2 im Bereich des Kolbens 34 der Gasfeder 8. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zylinder 24 durch den Kolben 34 in zwei Teilräume 40, 42 unterteilt.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die pneumatischen Steuerungsmittel einen Strömungskanal 44 auf, der bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine in die Innenwandung des Zylinders 24 eingebrachte Nut gebildet ist. Wie aus 2 ersichtlich ist, vergrößert sich der Querschnitt der Nut 44 in einem ersten Bereich 46 am Anfang des Verstellweges, bleibt in einem zweiten Abschnitt 48 konstant, um sich in einem dritten Abschnitt im Bereich des Endes des Verstellweges wieder zu verringern. Die Nut 44 bildet einen verstellwegabhängigen Bypass, durch den das verdrängte Gas zwischen den Teilräumen 40, 42 strömen kann.
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Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verstellantriebes 2 ist wie folgt:
Um ein mit dem Anlenkpunkt 30 verbundenes Bauteil relativ zu einem mit dem Anlenkpunkt 32 verbundenen Bauteil in 1 nach rechts zu verstellen, treibt der Elektromotor 22 die Gewindespindel 12 derart an, daß sich die Spindelmutter und damit das Hubrohr 16 in 1 nach rechts bewegt. Hierbei wird der Kolben 34 der Gasfeder 8 mitgenommen, so daß Gas aus dem Teilraum 42 in 2 nach links in den Teilraum 40 einströmt.
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Zu Beginn der Verstellbewegung gelangt der Kolben 34 in den ersten Abschnitt 46, in dem die Nut 44 beginnt und sich ihr Querschnitt in 2 nach rechts hin erweitert, um in dem zweiten Abschnitt 48 konstant zu bleiben.
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Solange sich der Kolben 34 in dem zweiten Abschnitt bewegt, in dem der Querschnitt der Nut 44 konstant ist, strömt Gas aus dem Teilraum 42 über die Nut 44 in den Teilraum 40, wobei sich der Kolben 34 mit konstanter Geschwindigkeit bewegt.
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Wenn der Kolben 34 in den dritten Abschnitt 50 gelangt, in dem sich der Querschnitt der Nut 44 allmählich verringert, verringert sich die Verstellgeschwindigkeit des Hubrohres 60 allmählich, so daß das Hubrohr 16 am Ende der Verstellbewegung sanft abgebremst wird.
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Im Ergebnis beschleunigt bzw. verlangsamt sich die Bewegung des Kolbens 34 und damit des Hubraumes 16 in den Abschnitten, in denen sich der Querschnitt der Nut 44 ändert. Durch entsprechende Bemessung der Querschnittsveränderung der Nut 44 ist die Beschleunigung des Kolbens 34 und damit des Hubrohres 16 innerhalb weiter Grenzen wählbar. In dem dritten Abschnitt 15 wirkt die Gasfeder 8 damit als Dämpfer des Verstellantriebs 2.
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Nach erfolgter Verstellung ergibt sich in Bezug auf die relativ zueinander verstellten Bauteile ein günstiges Kräfteverhältnis in Verstellrichtung, indem die Gasfeder 8 einen den Linearantrieb 6 unterstützenden statischen Kraftspeicher bildet.
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Die Rückstellung aus der verstellten Lage, also in in 1 nach links, kann bei eingeschaltetem Antrieb, jedoch unter der Wirkung der Gewichtskraft eines verstellten Bauteiles erfolgen, sofern der durch die Gewindespindel 12 und die Spindelmutter 14 gebildete Spindeltrieb nicht selbsthemmend ist. Bei der Rückstellung bildet die Gasfeder 26 einen Dämpfer. Die Verstellgeschwindigkeit erhöht sich allmählich, wenn der Kolben 34 sich im Bereich des dritten Abschnittes 50 der Nut 44 bewegt, um im wesentlichen konstant zu bleiben, wenn sich der Kolben 34 im Bereich des zweiten Abschnittes 48 der Nut 44 bewegt. Gelangt der Kolben 34 in den Bereich des ersten Abschnittes 46, so verringert sich die Geschwindigkeit des Kolbens 34 wieder.
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Die Erfindung stellt damit einen Verstellantrieb 2 zur Verfügung, der auf der für vielfältige Applikationen geeignet ist und insbesondere bei Verwendung einer pneumatisch-mechanischen Steuerung, wie sie beispielsweise durch die Nut 44 gebildet ist, besonders kostengünstig ausgestaltet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 29919214 U1 [0003]
- US 6377010 B1 [0003]
- DE 10330176 B4 [0004]
- DE 19959512 B4 [0004]
- DE 112005002952 T5 [0004]
- EP 0203362 B1 [0004]
- DE 4308455 A1 [0004]
