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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein lineares Stellglied, insbesondere auf ein lineares Stellglied zur Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Linearbewegung.
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Stand der Technik
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Lineare Stellglieder, die beispielsweise eine Rotationsbewegung eines Motors in eine Linearbewegung einer Abtriebswelle umwandeln, sind im Stand der Technik bekannt.
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So ist zum Beispiel in der Japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer
JP 2002-122203 , ein lineares Stellglied veröffentlicht, bei dem der äußere Umfang einer Abtriebswelle mit einem Gewinde versehen ist, während der innere Umfang einer dazu passenden Mutter, die am Rotor Motors eines befestigt ist, mit einem Gewinde versehen ist, wobei die beiden Gewinde miteinander in Eingriff sind und dadurch eine Rotationsbewegung des Rotors in eine Linearbewegung der Abtriebswelle in axialer Richtung umgewandelt wird.
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Des weiteren ist ein lineares Stellglied, veröffentlicht in der Japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer
JP 2002-372117 , mit einem Kugelgewindetrieb zwischen einem Rotor und einer Abtriebswelle versehen, wodurch die Rotationsbewegung des Rotors in eine Linearbewegung in axialer Richtung umgewandelt wird.
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In dem in der Japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer
JP 2002-122203 veröffentlichten linearen Stellglied wird die Rotationsbewegung des Rotors mittels eines Gewindetriebs mit großem Reibungswiderstand auf die Abtriebswelle übertragen, weshalb der Wirkungsgrad der Übertragung niedrig ist, und daher das Drehmoment des Motors nur ungenügend übertragen werden kann.
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Andererseits ist in der Japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer
JP 2002-372117 ein lineares Stellglied angegeben, das einen Kugelgewindetrieb verwendet, wobei die Abtriebswelle mit einem Kugelgewinde versehen ist, und eine Stelle, die einer Mutter entspricht mit einer Kugelrille versehen ist, worin die Kugeln umlaufen, ohne sich von dem Gewindeabschnitt weg bewegen zu können, was zu einem komplizierten Aufbau führt. Weiterer Stand der Technik, der lineare Stellglieder betrifft, findet sich in der
EP 2 110 580 A1 ,
DE 10 13 767B ,
DE 10 2005 007 875 A1 ,
DE 199 53 287 A1 ,
DE 103 28 538 A1 ,
DE 20 2004 016 324 U1 und der
DE 197 31 626 C1 .
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein lineares Stellglied anzugeben, das über einen einfachen Aufbau verfügt und gleichzeitig eine hohe Schubkraft selbst bei niedrigen Drehmomenten entwickelt.
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Die Erfindung sieht ein lineares Stellglied gemäß Anspruch 1 vor. Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das lineare Stellglied (100,2100) eine Vielzahl von Käfigen (12,212) beinhalten, die in axialer Richtung der Gewindespindel (10) voneinander getrennt angeordnet sind.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Vielzahl von Kugeln (113), die von dem einen Käfig (112) gehalten werden, in einer Vielzahl von Reihen in der axialen Richtung der Gewindespindel (10) angeordnet sein.
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In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das lineare Stellglied (100, 1100, 2100) ein Teil beinhalten, das eine Rotation der Gewindespindel (10) verhindert und gleichzeitig den vorderen- und hinteren Endpunkt der Linearbewegung der Gewindespindel (10) definiert.
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In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Teil zur Verhinderung der Rotation ein Block (14) sein, der um die Gewindespindel (10) herum angeordnet ist und eine polygonale axiale Querschnittsform aufweist.
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In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Teil zur Verhinderung der Rotation ein Stift (2) sein, der auf der Gewindespindel (10), im wesentlichen im rechten Winkel zur axialen Richtung der Gewindespindel (10), angeordnet ist.
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In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann der Käfig (12,112) ringförmig sein.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Käfig (212) die Form eines Bandes aufweisen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein lineares Stellglied angegeben werden, das über einen einfachen Aufbau verfügt und gleichzeitig eine hohe Schubkraft selbst bei niedrigen Drehmomenten entwickelt.
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Insbesondere ist das lineare Stellglied gemäß der vorliegenden Erfindung so aufgebaut, dass ein Käfig zur Halterung der Kugeln am inneren Umfang eines Rotors befestigt ist, ohne eine Kugelrille am inneren Umfang des Rotors auszubilden, wodurch selbst bei niedrigem Drehmoment eine hohe Schubkraft entwickelt wird.
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Das erfindungsgemäße lineare Stellglied enthält ferner einen Kraftübertragungsmechanismus, der eine Kombination von Gewindespindel und Kugeln beinhaltet, wodurch der Reibungswiderstand durch die Rollbewegungen der Kugeln verringert und der Drehmoment-Wirkungsgrad verbessert werden kann im Verhältnis zu einer herkömmlichen Kraftübertragung, bei der Gewindespindel und Mutter ineinander eingreifen, wobei hohe Reibungswiderstände auftreten.
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Ferner lässt sich das lineare Stellglied gemäß der vorliegenden Erfindung unter Aufrechterhaltung einer hohen Fertigungspräzision mit einer geringeren Anzahl von Bauteilen und in kürzerer Arbeitszeit montieren.
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Ferner kann der Käfig des linearen Stellglieds gemäß der vorliegenden Erfindung verschiedene Konfigurationsformen aufweisen, was zu einer hohen Produktivität führt.
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Des Weiteren können die Kugeln aus verschiedenartigstem Material bestehen, wie zum Beispiel Metall, Keramik, Kunstharz und ähnlichem, was zu einer hohen Produktivität führt.
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Ferner ist das erfindungsgemäße lineare Stellglied so aufgebaut, dass das Teil zur Verhinderung der Rotation der Abtriebswelle gleichzeitig auch als Anschlag dient, der die vorderen- und hinteren Endpunkte der Linearbewegung der Abtriebswelle definiert, was zum leichteren Zusammenbau beiträgt und daher zu geringeren Montagezeiten und höherer Produktivität führt.
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Figurenliste
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- 1 ist eine partielle axiale Querschnittsansicht eines linearen Stellglieds gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, das einen relevanten Bereich einer Abtriebswelle (Gewindespindel) zeigt.
- 2 ist eine radiale Querschnittsansicht des linearen Stellglieds von 1, entlang einer Linie II - II.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht eines der Käfige des linearen Stellglieds von 1, der die Kugeln an ihrer Position hält.
- 4A und 4B sind erläuternde Ansichten eines Bereichs des linearen Stellglieds von 1 in der näheren Umgebung der Käfige, wobei 4A eine Seitenansicht der Gewindespindel und der Käfige darstellt, und 4B einen axialen Querschnitt der Gewindespindel und der Käfige entlang der Achse der Gewindespindel zeigt.
- 5 ist eine partielle axiale Querschnittsansicht eines linearen Stellglieds gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, die einen relevanten Bereich einer Abtriebswelle (Gewindespindel) zeigt.
- 6 ist eine radiale Querschnittsansicht des linearen Stellglieds von 5, entlang einer Linie VI - VI.
- 7 ist eine partielle axiale Querschnittsansicht eines linearen Stellglieds gemäß einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, die einen relevanten Bereich einer Abtriebswelle (Gewindespindel) zeigt.
- 8 ist eine radiale Querschnittsansicht des linearen Stellglieds von 7, entlang einer Linie VIII - VIII.
- 9 ist eine perspektivische Ansicht eines der bandförmigen Käfige des linearen Stellglieds von 7, der die Kugeln auf ihrer Position hält, und
- 10A und 10B sind erläuternde Ansichten eines Bereichs des linearen Stellglieds von 7 in der näheren Umgebung der bandförmigen Käfige, wobei 10 eine Seitenansicht der Gewindespindel und der bandförmigen Käfige darstellt, und 10B einen axialen Querschnitt der Gewindespindel und der bandförmigen Käfige entlang der Achse der Gewindespindel zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachstehend werden beispielhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung an Hand der begleitenden Zeichnungen erläutert.
Eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Abbildungen 1 bis 4B beschrieben.
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1 zeigt eine partielle axiale Querschnittsansicht eines linearen Stellglieds 100 gemäß der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, die einen relevanten Bereich einer Abtriebswelle zeigt.
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Mit Bezug auf 1 beinhaltet das lineare Stellglied 100 gemäß der ersten Ausgestaltung ein Paar Statoreinheiten 6, die in Kombination miteinander eine Statoranordnung bilden, die Form eines Hohlzylinders haben, und von denen jede folgendes beinhaltet: eine Wicklungsspule 3, eine Wicklung 5, die um die Wicklungsspule 3 gewickelt ist, Anschlusselemente 4, die zur Stromversorgung von Wicklung 5 dienen, und zylindrische Statorjoche, die aus magnetisch weichem Stahlblech bestehen und durch Blechbearbeitungsverfahren geformt werden, und die Polklauen an ihrem inneren Umfang angeordnet haben.
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Die Statoranordnung, bestehend aus dem Paar Statoreinheiten 6 ist fest zwischen einem Gehäusevorderteil 1 und einem hinteren Gehäuseteil 11 eingefügt.
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Das lineare Stellglied 100 beinhaltet ferner einen Rotor, der im Hohlraum der Statoranordnung angeordnet ist und folgendes umfasst: eine zylindrische Rotorhülse 9, die über ein Lagerpaar 8 mit den Gehäuseteilen 1 beziehungsweise 11 so in Verbindung steht, dass sie gegenüber den Statoreinheiten 6 der Statoranordnung drehbar ist, und zylindrische Ringmagnete (Feldmagnete) 7, die fest am äußeren Umfang der Rotorhülse 9 durch beispielsweise Einlegetechnik befestigt sind.
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Im Hohlraum der Rotorhülse 9 ist eine Gewindespindel 10 als Abtriebswelle gleichachsig zur Rotorhülse 9 angeordnet. Ein Kugelgewinde 10a ist am äußeren Umfang der Gewindespindel 10 ausgebildet. Käfige 12, die eine zylindrische Ringform aufweisen und die dazu dienen, eine Vielzahl von Kugeln 13 mit sphärischer Form zu halten, sind fest mit dem inneren Umfang der Rotorhülse 9 durch, zum Beispiel Einlegetechnik, verbunden.
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In der zweiten Ausgestaltung sind zwei der Käfige 12 an den jeweiligen Stellen der Gewindespindel 10, voneinander in axialer Richtung getrennt, angeordnet. Die Anzahl der Käfige 12 ist jedoch nicht auf zwei beschränkt, sondern kann auch drei oder mehr betragen. Die Kugeln 13 die von den Käfigen 12 gehalten werden, stehen mit dem Kugelgewinde 10a der Gewindespindel 10 in Eingriff.
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Ein Stift 2 wird so in die Gewindespindel 10 eingeführt, dass er im Wesentlichen rechtwinklig zur axialen Richtung der Gewindespindel 10 ausgerichtet ist.
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2 zeigt einen radialen Querschnitt des linearen Stellglieds 100 von 1 entlang einer Linie II - II.
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Wie in 2 zu sehen ist, ragt der in die Gewindespindel 10 eingeführte Stift 2 radial aus dem äußeren Umfang der Gewindespindel 10 heraus, andererseits ist der innere Durchmesser des Gehäusevorderteils 1 größer als der äußere Durchmesser der Gewindespindel 10 und hat gleichzeitig einen inneren Radius, der kleiner ist, als die Entfernung zwischen Achsenmitte der Gewindespindel 10 und dem oberen Ende von Stift 2, der radial aus dem äußeren Umfang der Gewindespindel 10 herausragt.
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Ferner ist eine Aussparung 1a an der Stelle des inneren Umfangs des Gehäusevorderteils 1 angeordnet, die dem Stift 2 entspricht. Die Aussparung 1a hat eine radiale Querschnittsgeometrie, die im Wesentlichen der Längsform von Stift 2 entspricht, jedoch besitzt sie geringfügig größere Abmessungen und ist in axialer Richtung verlängert. Mit der oben beschriebenen Anordnung wird verhindert, dass sich der Stift 2 aus der Aussparung 1a heraus bewegen kann, wodurch verhindert wird, dass sich die Gewindespindel 10 drehen kann, und sie sich daher nur in axialer Richtung vorwärts oder rückwärts bewegen kann.
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Die Aussparung 1a ist mit vorderen und hinteren Anschlagelementen versehen, die an den vorderen und hinteren Enden der Aussparung 1a angeordnet sind und die aus Teilen des Gehäusevorderteils 1 beziehungsweise der Rotorhülse 9 gebildet werden, gegen die der Stift 2 bei seiner Vorwärts- beziehungsweise Rückwärtsbewegung stößt, wodurch die vorderen und hinteren Endpositionen der Bewegung der Gewindespindel 10 definiert werden. Das bedeutet, dass der Stift 2 als Teil zur Verhinderung der Rotation der Gewindespindel 10 auch als Anschlagelement dient, der die vorderen und hinteren Endpositionen der Linearbewegung der Gewindespindel 10 definiert.
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Hierbei können die Anschlagstellen mit einer Feder, Unterlegscheibe oder ähnlichem versehen sein, wodurch sich verhindern lässt, dass sich die Abtriebswelle am vorderen- oder hinteren Anschlag festsetzen kann.
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Es folgt nun die Beschreibung des in 1 dargestellten Käfigs 12.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten Käfigs 12 der die Kugeln 13 in Position hält.
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Die Abbildungen 4A und 4B zeigen einen Bereich des linearen Stellglieds 100 von 1 in der Umgebung der Käfige 12, wobei 4A die Seitenansicht der Gewindespindel 10 und der Käfige 12 darstellt, und 4B den axialen Querschnitt der Gewindespindel 10 und der Käfige 12 entlang der Achsenmitte der Gewindespindel 10 zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 3 ist jeder der Käfige 12 mit einer Vielzahl von Öffnungen 12a versehen, die in umfänglicher Richtung mit gleichmäßigem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei ihre Positionen dem Kugelgewinde 10a entsprechen. Daraus ergibt sich, dass die Öffnungen 12a spiralförmig auf dem Umfang des Käfigs 12 angeordnet sind.
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Wird eine Kugel 13 in die Öffnung 12a vom äußeren Umfang des Käfigs 12 her eingesetzt, so ragt ein Teil des Kugelkörpers der Kugel 13 vom inneren Umfang des Käfigs 12 nach innen, und ein Teil der Kugel 13 ist mit dem Kugelgewinde 10a der Gewindespindel 10 in Eingriff.
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Der Käfig 12 hält die Kugeln 13 in Position, und nachdem der Käfig 12 an der Rotorhülse 9 befestigt wurde, können die Kugeln 13 nicht mehr herausfallen. Mit einem Aufbau, bei dem der Käfig 12 fest mit der Rotorhülse 9 verbunden ist, wird die Rotation der Rotorhülse 9 durch
Punktkontakt der Kugeln 13 auf die Gewindespindel 10 übertragen.
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In der ersten Ausgestaltung ist der Käfig 12 mit sieben Öffnungen 12a versehen, was der Anzahl von Kugeln 13 entspricht. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt, in der es wünschenswert ist, dass die Kugeln 13 den äußeren Umfang des Kugelgewindes 10a der Gewindespindel 10 möglichst spielfrei aufnehmen.
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Dabei lässt sich die Anzahl der Kugeln 13 im Hinblick auf die Gegebenheiten des Käfigs 12 nicht beliebig vergrößern. Es ist hierbei vorteilhaft eine ungerade Anzahl von Kugeln 13 zum Erreichen einer hohen Präzision und stabilen Belastungen bei einer möglichst geringen Anzahl von Kugeln 13 zu verwenden.
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Wird eine gerade Anzahl von Kugeln 13 verwendet, so entsteht eine symmetrische Position, und wenn laterale Kräfte (im rechten Winkel zur Welle) einwirken, kann dies dazu führen, dass sich die daraus resultierende Belastung dann auf eine einzige der Kugeln 13 konzentriert.
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Wird andererseits eine ungerade Anzahl von Kugeln 13 verwendet, so wird die Belastung von zwei oder mehr der Kugeln 13 getragen und dadurch verteilt werden. Da hierbei drei Kugeln 13 alleine die Last nicht gut genug aufnehmen können, und da bei der Verwendung von vier Kugeln sich die Last dann auf eine einzige der Kugeln 13 konzentrieren kann, ist es vorteilhaft, mindestens fünf Kugeln 13, oder eine noch größere ungerade Anzahl von Kugeln 13 zu verwenden.
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Da der Käfig 12 gemäß der ersten Ausgestaltung durch Kleben, Einlegetechnik oder einem ähnlichen Verfahren einstückig innerhalb des hohlen Rotors, der den Magneten 7, sowie die aus Metall (Edelstahl, Aluminium, oder ähnlichem) gefertigte Rotorhülse 9 beinhaltet, angeordnet werden kann, ist bei der Montage nur noch der äußere Umfang des Magneten 7 in eine gleichachsige Lage zum inneren Umfang der Rotorhülse 9 zu bringen. Daraus ergibt sich, dass das lineare Stellglied 100 mit höherer Präzision und geringerem Arbeitsaufwand montiert werden kann.
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Es ist von Vorteil, wenn der Käfig 12, der die Kugeln 13 hält, obwohl er im Hinblick auf Materialien keiner Beschränkung unterliegt, aus Metall oder abriebfestem Kunstharz, wie zum Beispiel Polyacetal (POM) oder Polyphenylensulfid (PPS) besteht, und ferner so geformt ist, dass die Kugeln 13 nicht nach innen herausfallen können. Mit einem solchen Aufbau lässt sich die Montage leicht bewerkstelligen.
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Eine zweite Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Abbildungen 5 und 6 beschrieben.
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5 stellt einen partiellen axialen Querschnitt eines linearen Stellglieds 1100 gemäß der zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dar, der einen relevanten Bereich einer Abtriebswelle zeigt.
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Bezugnehmend auf 5 ist das lineare Stellglied 1100 gemäß der zweiten Ausgestaltung im Wesentlichen identisch mit dem linearen Stellglied 100 gemäß der in 1 gezeigten ersten Ausgestaltung mit Ausnahme des Vorhandenseins von einem Käfig 112 an Stelle der zwei Käfige 12 und dass an Stelle von Stift 2 ein Block 14 vorhanden ist. Identische Teile haben daher die gleichen Bezugszeichen wie in 1, und auf ihre detaillierte Beschreibung wird daher an dieser Stelle verzichtet.
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Im Hohlraum einer Rotorhülse 9 ist eine Gewindespindel 10 als Abtriebswelle gleichachsig zu der Rotorhülse 9 angeordnet. Ein Kugelgewinde 10a ist am äußeren Umfang der Gewindespindel 10 ausgebildet. Der bereits erwähnte Käfig 112, der eine kreisförmige zylindrische Form hat und der zur Halterung einer Vielzahl von Kugeln 113 ausgelegt ist, die eine sphärische Form haben, ist fest mit dem inneren Umfang der Rotorhülse 9 verbunden, zum Beispiel mittels Einlegetechnik. Die Kugeln 113, die vom Käfig 112 gehalten werden, greifen in das Kugelgewinde 10a der Gewindespindel 10 ein.
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Während jeder Käfig 12 gemäß der ersten Ausgestaltung wie in 3 gezeigt, so aufgebaut ist, dass die von ihm gehaltenen Kugeln 13 in einer Reihe um den äußeren Umfang der Gewindespindel 10 herum angeordnet sind, ist Käfig 112 gemäß der zweiten Ausgestaltung so aufgebaut, dass die von ihm gehaltenen Kugeln 113 in einer Vielzahl von Reihen um den äußeren Umfang der Gewindespindel 10 herum angeordnet sind. In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel hält der Käfig 112 die Kugeln 113 in sieben solchen Reihen.
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In der zweiten Ausgestaltung tritt, wie oben beschrieben, der bereits erwähnte Block 14 an Stelle des Stifts 2. Block 14 hat einen polygonalen (viereckig in der zweiten Ausgestaltung) Querschnitt entlang einer Richtung, die im Wesentlichen rechtwinklig zur axialen Richtung liegt, und ist um die Gewindespindel 10 herum angeordnet und mit ihr fest verbunden.
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6 zeigt einen radialen Querschnitt des linearen Stellglieds 1100 von 5, entlang einer Linie VI - VI.
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Bezug nehmend auf 6, ist der Block 14 um die Gewindespindel 10 herum befestigt und ragt vom äußeren Umfang der Gewindespindel 10 radial nach außen. Das Gehäusevorderteil 101, in dem die Gewindespindel 10 untergebracht ist, hat eine Aussparung 101a mit polygonaler radialer Querschnittsgeometrie entsprechend dem radialen Querschnitt von Block 14, aber geringfügig größer, deren Wandoberfläche sich radial außerhalb des äußeren Umfangs der Gewindespindel 10 befindet.
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Mit der oben beschriebenen Anordnung wird Block 14, der sich nicht aus der polygonalen Aussparung 101a heraus bewegen kann, daran gehindert, sich in umfänglicher Richtung zu bewegen, und daher kann auch die Gewindespindel 10, um die herum der Block 14 befestigt ist, nicht rotieren und kann sich daher nur vorwärts und rückwärts in axialer Richtung bewegen.
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Die polygonale Aussparung 101a ist mit vorderen und hinteren Anschlagelementen versehen, die sich an den vorderen und hinteren Enden der polygonalen Aussparung 101a befinden und die von Teilen des Gehäusevorderteils 101 und der Rotorhülse 9 gebildet werden, gegen die der Block 14 bei seiner Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegung stößt, wodurch die vorderen und hinteren Endpositionen der Bewegung der Gewindespindel 10 definiert werden. Mit anderen Worten ist Block 14 nicht nur ein Teil zur Verhinderung der Rotation, das verhindert, dass sich die Gewindespindel 10 drehen kann, sondern dient auch als Anschlagelement zur Definierung der vorderen und hinteren Endpositionen der Linearbewegung von Gewindespindel 10.
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Block 14 kann zum Beispiel aus zwei Teilen bestehen, die so zusammengebaut werden, dass sie den Bereich der Gewindespindel 10 mit kleinem Durchmesser fest umgreifen, was den Zusammenbau einfach gestaltet und die Gewindespindel 10 an einer Drehbewegung hindert, und auch verhindert, dass sie axial herausfallen kann (mit anderen Worten: die vorderen und hinteren Endpositionen der Linearbewegung sind definiert).
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Hierbei können die Anschlagstellen mit einer Feder, Unterlegscheibe oder ähnlichem versehen sein, wodurch sich verhindern lässt, dass sich die Abtriebswelle am vorderen- oder hinteren Anschlag festsetzen kann.
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Eine dritte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird an Hand der Abbildungen 7 bis 10B beschrieben.
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7 ist eine partielle axiale Querschnittszeichnung eines linearen Stellglieds 2100 gemäß der dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung und zeigt einen relevanten Bereich einer Abtriebswelle.
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Bezugnehmend auf 7 ist das lineare Stellglied 2100 gemäß der dritten Ausgestaltung im Wesentlichen identisch mit dem linearen Stellglied 100 gemäß der in 1 gezeigten ersten Ausgestaltung mit Ausnahme des Vorhandenseins von zwei Bandkäfigen 212 an Stelle der Käfige 12. Identische Teile haben daher die gleichen Bezugszeichen wie in 1, und auf ihre detaillierte Beschreibung wird an dieser Stelle verzichtet.
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Im Hohlraum der Rotorhülse 9 ist eine Gewindespindel 10 als Abtriebswelle gleichachsig zu der Rotorhülse 9 angeordnet. Ein Kugelgewinde 10a ist am äußeren Umfang der Gewindespindel 10 ausgebildet. Bandkäfige 212 zur Halterung einer Vielzahl von Kugeln 213 mit sphärischer Form sind fest am inneren Umfang der Rotorhülse 9 befestigt.
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In der dritten Ausgestaltung sind zwei Bandkäfige 212 an den jeweiligen Stellen der Gewindespindel 10, voneinander in axialer Richtung getrennt, angeordnet. Die Anzahl der Bandkäfige 212 ist jedoch nicht auf zwei beschränkt, sondern kann auch drei oder mehr betragen. Die Kugeln 213 die von den Bandkäfigen 212 gehalten werden, stehen mit dem Kugelgewinde 10a der Gewindespindel 10 in Eingriff.
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Ein Stift 2 wird so in die Gewindespindel 10 eingeführt, dass er im Wesentlichen rechtwinklig zur axialen Richtung der Gewindespindel 10 ausgerichtet ist.
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8 zeigt einen radialen Querschnitt des linearen Stellglieds 2100 von 7 entlang einer Linie VIII - VIII.
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Wie in 8 zu sehen ist, ragt der in die Gewindespindel 10 eingeführte Stift 2 radial aus dem äußeren Umfang der Gewindespindel 10 heraus, andererseits ist der innere Durchmesser des Gehäusevorderteils 1 größer als der äußere Durchmesser der Gewindespindel 10 und hat gleichzeitig einen inneren Radius, der kleiner ist, als die Entfernung zwischen Achsenmitte der Gewindespindel 10 und dem oberen Ende von Stift 2, der radial aus dem äußeren Umfang der Gewindespindel 10 herausragt.
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Ferner ist eine Aussparung 1a an der Stelle des inneren Umfangs des Gehäusevorderteils 1 angeordnet, die dem Stift 2 entspricht. Die Aussparung 1a hat eine radiale Querschnittsgeometrie, die im Wesentlichen der Längsform von Stift 2 entspricht, jedoch mit geringfügig größeren Abmessungen und in axialer Richtung verlängert.
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Mit der oben beschriebenen Anordnung wird verhindert, dass sich der Stift 2 aus der Aussparung 1a heraus bewegen kann, wodurch verhindert wird, dass sich die Gewindespindel 10, mit dem sich darin befindlichen Stift 2, drehen kann, und sie sich daher nur in axialer Richtung vorwärts oder rückwärts bewegen kann.
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Die Aussparung 1a ist mit vorderen und hinteren Anschlagelementen versehen, die an den vorderen und hinteren Enden der Aussparung 1a angeordnet sind und die aus Teilen des Gehäusevorderteils 1 beziehungsweise der Rotorhülse 9 gebildet werden, gegen die der Stift 2 bei seiner Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung stößt, wodurch die vorderen und hinteren Endpositionen der Bewegung der Gewindespindel 10 definiert werden. Das bedeutet, dass der Stift 2 als Teil zur Verhinderung der Rotation der Gewindespindel 10 auch als Anschlagelement dient, der die vorderen und hinteren Endpositionen der Linearbewegung der Gewindespindel 10 definiert.
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Hierbei können die Anschlagstellen mit einer Feder, Unterlegscheibe oder ähnlichem versehen sein, wodurch sich verhindern lässt, dass sich die Abtriebswelle am vorderen- oder hinteren Anschlag festsetzen kann.
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Es folgt nun die detaillierte Beschreibung des in 7 dargestellten Bandkäfigs 212.
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9 zeigt eine perspektivische Ansicht des in 7 gezeigten Bandkäfigs 212 der die Kugeln 213 in Position hält.
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Die Abbildungen 10A und 10B zeigen einen Bereich des linearen Stellglieds 2100 von 7 in der Umgebung der Bandkäfige 212, wobei 10A die Seitenansicht der Gewindespindel 10 und der Bandkäfige 212 zeigt, und 10B den axialen Querschnitt der Gewindespindel 10 und der Bandkäfige 212 entlang der Achsenmitte der Gewindespindel 10 zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 9 besteht der Bandkäfig 212 aus zwei Käfigteilen 214 und 215, die zum Beispiel durch Pressen von Stahlblech geformt werden.
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Das Käfigteil 214 beinhaltet: eine Vielzahl von Bereichen zur Halterung von Kugeln 214a die in äquidistantem Abstand angeordnet sind und entsprechend der Form der Kugeln 213 gekrümmt sind, so dass die Kugeln 213 um die Gewindespindel 10 herum mit gleichem Winkelabstand angeordnet sind, und eine Vielzahl von flachen Bereichen 214b die jeweils benachbarte Kugelhalterungsbereiche 214a miteinander verbinden.
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Auf gleiche Weise beinhaltet das Käfigteil 215 eine Vielzahl von Kugelhalterungsbereichen 215a die in äquidistantem Abstand so angeordnet sind, dass sie den Kugelhalterungsbereichen 214a des Käfigteils 214 gegenüberliegen und die entsprechend der Form der Kugeln 213 gekrümmt sind, so dass die Kugeln 213 um die Gewindespindel 10 herum mit gleichem Winkelabstand angeordnet sind, und eine Vielzahl von flachen Bereichen 215b die jeweils benachbarte Kugelhalterungsbereiche 215a miteinander verbinden. Werden die beiden oben beschriebenen Käfigteile 214 und 215 nun miteinander verbunden, so können die Kugeln 213 um die Gewindespindel 10 herum auf äquidistanten Positionen gehalten werden.
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Die Käfigteile 214 und 215 werden zusammengesetzt, wobei die Vielzahl (sieben in der vorliegenden Ausgestaltung) von Kugeln 213 zwischen den entsprechenden Kugelhalterungsbereichen 214a und 215a zu liegen kommen und werden zum Beispiel durch Verpressen miteinander verbunden.
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Die vom Bandkäfig 212 gehaltenen Kugeln 213 sind so angeordnet, dass ihre Positionen dem Kugelgewinde 10a der Gewindespindel 10 entsprechen. Das heißt, der Bandkäfig 212 ist spiralförmig geformt, entsprechend der Spirale des Kugelgewindes 10a der Gewindespindel 10.
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In der dritten Ausgestaltung, die in 10A und 10B zu sehen ist, ist eine Laufrille 15 entsprechend der Form der Kugel 213 am inneren Umfang der Rotorhülse 9 ausgebildet und entsprechend der Lage der vom Bandkäfig 212 gehaltenen Kugeln 213 angeordnet. Die Kugeln 213 greifen in die Laufrille 15 ein und der Bandkäfig 212 ist fest an der Rotorhülse 9 befestigt (der Bandkäfig 212 kann an der Rotorhülse 9 durch Verkleben oder ähnlichem befestigt werden), und der Käfig 212 rotiert daher zusammen mit der Rotation der Rotorhülse 9.
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In der dritten Ausgestaltung ist die Laufrille 15 am inneren Umfang der Rotorhülse 9 ausgebildet, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Anordnung beschränkt, und die Laufrille 15 kann auch nicht am inneren Umfang der Rotorhülse 9 ausgebildet sein, worin der Bandkäfig 212 zur Halterung der Kugeln 213 fest an der Rotorhülse 9 durch Kleben oder ähnlichem befestigt werden kann.
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Der Bandkäfig 212 ist geeignet, die Kugeln 213 in Position zu halten, und die Kugeln 213 daran zu hindern, aus dem Bandkäfig 212 heraus zu fallen. Während der Bandkäfig 212 fest steht in Bezug auf die Rotorhülse 9, wird die Rotation der Rotorhülse 9 über Punktkontakt der Kugeln 213 auf die Gewindespindel 10 übertragen.
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In der dritten Ausgestaltung werden im Bandkäfig 212 sieben Kugelhalterungsbereiche 214a und 215a, sowie sieben Kugeln 213 verwendet, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Anordnung beschränkt, wobei es von Vorteil ist, fünf oder eine größere ungerade Anzahl von Kugeln 213 zu verwenden.
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Gemäß der dritten Ausgestaltung in welcher die Bandkäfige 212 verwendet werden, werden die Kugeln 213 ordnungsgemäß durch die Kugelhalterungsbereiche 214a und 215a gehalten und daran gehindert, nach innen oder außen herauszufallen.
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Die vorliegende Erfindung wurde an Hand von spezifischen Ausgestaltungen beschrieben, ist aber auf keine Weise auf diese beschränkt. Ein Fachmann wird leicht erkennen können, dass vielerlei Abwandlungen und Kombinationen möglich sind, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und auch verschiedenartige Kombinationen der Bestandteile der einzelnen Ausgestaltungen in der vorliegenden Erfindung inbegriffen sein können.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 101
- Gehäusevorderteil
- 1a
- Aussparung
- 101a
- polygonale Aussparung
- 2
- Stift
- 3
- Wicklungsspule
- 4
- Anschlusselement
- 5
- Wicklung
- 6
- Statoreinheit
- 7
- Magnet (Feldmagnet)
- 8
- Lager
- 9
- Rotorhülse
- 10
- Gewindespindel (Abtriebswelle)
- 10a
- Kugelgewinde
- 11
- hinteres Gehäuseteil
- 12, 112
- Käfig
- 12a
- Öffnung
- 212
- Bandkäfig
- 214,215
- Käfigteil
- 214a, 215a
- Kugelhalterungsbereich
- 214b, 215b
- flacher Bereich
- 13, 113, 213
- Kugel
- 14
- polygonaler Block
- 15
- Laufrille
- 100, 1100, 2100
- lineares Stellglied
