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Die Erfindung betrifft einen Linearaktuator, der insbesondere zur Höhenverstellung eines Tisches eingerichtet ist, sowie einen höhenverstellbaren Tisch mit einem solchen Linearaktuator.
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Linearaktuatoren dienen üblicherweise zum Verstellen zweier relativ zueinander beweglicher Teile. Beispielsweise werden Linearaktuatoren bei höhenverstellbaren Tischen eingesetzt, um eine Tischplatte auf einem Gestell eines Tisches anzuheben beziehungsweise abzusenken. In verschiedenen Ausführungen weist ein Linearaktuator beispielsweise einen oder mehrere Spindelantriebe auf, durch die eine Kraftwirkung in Längsrichtung erreicht wird.
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Beispielsweise zeigt die
DE 201 08 882 U1 einen herkömmlichen Doppelspindelmotor mit einem elektrischen Antrieb sowie einer Hohlspindel und einer darin laufenden Innenspindel, die teleskopartig aus einem Verbindungsrohr am Antrieb herausbewegt werden können.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Konzept für einen Linearaktuator anzugeben, der eine flexiblere Verwendung des Linearaktuators ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das vorgeschlagene Konzept basiert auf der Idee, dass bei einem Linearaktuator mit Gewindespindeln beziehungsweise zugehörigen Spindelmuttern eine Anordnung so erfolgt, dass bei drei zueinander beweglichen Teilen der in Längsrichtung gesehen mittlere Teil den größten Außenradius aufweist. Dadurch ist eine vereinfachte Befestigung an einem zu verstellenden Teil möglich. Zudem ermöglicht das verbesserte Konzept einen flexibleren Einbau.
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In einer Ausführungsform umfasst ein Linearaktuator ein Antriebsgehäuse mit einem darin angeordneten Antrieb sowie eine von dem Antrieb angetriebene Antriebswelle, welche innen hohl ist. Auf der Antriebswelle ist außen drehfest und längsverschiebbar ein Profilrohr gelagert. Der Linearaktuator umfasst ferner eine Gewindehohlspindel mit einem Außengewinde, die zwischen der Antriebswelle und dem Profilrohr angeordnet und fest mit dem Antriebsgehäuse verbunden ist. Eine Hohlspindelmutter ist an einem ersten Ende des Profilrohrs fest mit dem Profilrohr verbunden und wirkt mit dem Außengewinde der Gewindehohlspindel zusammen. Eine Spindelmutter ist an einem zweiten Ende des Profilrohrs fest mit dem Profilrohr verbunden. Eine Gewindespindel ist im Inneren der Antriebswelle angeordnet und wirkt mit einem Gewinde der Spindelmutter zusammen.
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Vorzugsweise weisen das Außengewinde der Gewindehohlspindel und das Gewinde der Gewindespindel zueinander entgegengesetzte Steigungsrichtungen auf. Beispielsweise ist die Hohlspindelmutter am dem Antriebsgehäuse zugewandten Ende des Profilrohrs angeordnet, während die Spindelmutter am dem Antriebsgehäuse abgewandten Ende des Profilrohrs angeordnet ist.
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Bei einer Drehung der Antriebswelle dreht das Profilrohr, welches sich außen um die übrigen Elemente erstreckt, wegen der drehfesten Lagerung mit der Antriebswelle mit. Die Hohlspindelmutter, die wiederum fest mit dem Profilrohr verbunden ist, bewirkt durch die Drehung auf der Gewindehohlspindel eine Längsbewegung des Profilrohrs auf der Antriebswelle. Dies ist durch die längsverschiebbare Lagerung des Profilrohrs auf der Antriebswelle ermöglicht. Somit wird eine lineare Bewegung des Linearaktuators durch eine Längsverschiebung zwischen Profilrohr und Antriebswelle erreicht.
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Da das Profilrohr zudem mit der Spindelmutter fest verbunden ist, dreht auch die Spindelmutter bei einer Drehung der Antriebswelle mit. Die Drehung der Spindelmutter auf der Gewindespindel bewirkt wiederum eine Längsbewegung, diesmal der Gewindespindel, durch die die Gewindespindel vorzugsweise aus dem Inneren der Antriebswelle und des Profilrohrs in Längsrichtung heraustritt. Dadurch wird eine weitere lineare Bewegung des Linearaktuators bewirkt.
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Vorzugsweise führt die Gewindespindel bei einer Drehung der Antriebswelle beziehungsweise des Profilrohrs lediglich eine lineare Bewegung aus, aber keine Drehbewegung.
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Bei der beschriebenen Anordnung weist somit das Profilrohr einen größeren Radius auf als die Antriebswelle, die Gewindehohlspindel und die Gewindespindel. Somit ist erreicht, dass das Element mit dem größten Außenradius bei der teleskopartigen linearen Auseinanderbewegung als in Längsrichtung mittleres Element verbleibt. Damit kann bei einer Befestigung an zu bewegenden Teilen eine flexibel gestaltete Form für die zu bewegenden Teile gewählt werden.
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In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Antrieb einen Elektromotor. Hierbei ist es möglich, dass die Antriebswelle unmittelbar von dem Elektromotor angetrieben wird.
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Weiterhin ist es in verschiedenen Ausführungsformen möglich, dass der Antrieb ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, umfasst. Beim Einsatz eines Planetengetriebes ist es möglich, dass die Drehachse einer Motorwelle des Motors identisch oder zumindest parallel zu einer Drehachse der Antriebswelle ist. Dadurch wird eine koaxiale Anordnung von Motor und Spindelsystem erleichtert. Vorzugsweise weist der Antrieb einen Elektromotor und ein Getriebe auf.
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Das Antriebsgehäuse, das einen solchen Antrieb, also den Motor und das Getriebe umfasst, kann einstückig oder zweistückig ausgeführt sein. Beispielsweise umfasst das Antriebsgehäuse ein Motorgehäuse und ein Getriebegehäuse. Alternativ sind Motor und Getriebe in einem gemeinsamen Antriebsgehäuse angeordnet.
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Die Antriebswelle überträgt das Drehmoment vom Antrieb beziehungsweise vom Getriebe zum Profilrohr. Die axialen Kräfte werden über die fest mit dem Antriebsgehäuse verbundene Gewindehohlspindel, die Hohlspindelmutter, das Profilrohr, die Spindelmutter und über die Gewindespindel auf den zu bewegenden Teil übertragen. Durch die auf zwei Bauteile aufgeteilte Übertragung von Axialkraft und Drehmoment wird eine einfache und platzsparende Lagerung des Spindelsystems im Antrieb beziehungsweise im Getriebe ermöglicht. Somit kann ein solcher Linearaktuator auch mit geringeren Kosten hergestellt werden.
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In verschiedenen Ausführungsformen ist die Antriebswelle mit dem Antrieb über eine drehfeste steckbare Verbindung verbunden. Beispielsweise weist der Antrieb, etwa das Getriebe, eine vierkantförmige Öffnung auf, in die ein vierkantförmiges Ende der Antriebswelle eingesteckt wird. Anders ausgedrückt ist die Antriebswelle mit dem Antrieb in diesem Fall über eine Vierkantverbindung verbunden.
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In verschiedenen Ausführungsformen ist wenigstens eines der folgenden Elemente durch einen Kunststoff gebildet: Die Antriebswelle, die Gewindehohlspindel, die Hohlspindelmutter, die Spindelmutter. Beispielsweise wird für den Kunststoff Polyoxymethylen verwendet, das kurz auch als POM bekannt ist. Durch die Ausbildung mit Kunststoff beispielsweise der Gewindehohlspindel ist das Profilrohr, welches beispielsweise aus einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, oder Stahl gebildet ist, vom Getriebe beziehungsweise dem Antrieb im Allgemeinen schwingungsentkoppelt. Bei der Ausbildung mit POM kann für die Antriebswelle eine hohe Festigkeit, Härte und Steifigkeit in einem weiten Temperaturbereich gewährleistet werden.
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Eine aus Kunststoff gebildete Spindelmutter 6, insbesondere bei einer Ausbildung mit POM, weist eine gute Gleitfähigkeit auf der Gewindespindel 5 auf, welche beispielsweise aus Stahl hergestellt ist.
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Wenn die Hohlspindelmutter und die Gewindehohlspindel aus Kunststoff hergestellt sind, kann es vorteilhaft sein, diese in Kombination mit Polytetrafluorethylen zu verwenden, welches auch unter der Bezeichnung Teflon bekannt ist. Dadurch werden die Gleiteigenschaften zwischen den Kunststoffteilen, insbesondere den Gewinden der Kunststoffteile, verbessert.
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In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Linearaktuator ferner ein Teleskopgehäuse mit einem inneren Teleskopteil, einem mittleren Teleskopteil und einem äußeren Teleskopteil, wobei das Profilrohr mit dem mittleren Teleskopteil ortsfest und drehbar gelagert verbunden ist. Dementsprechend bewegt sich das mittlere Teleskopteil bei einer linearen Bewegung des Profilrohrs ebenfalls in Längsrichtung mit. Gleichzeitig kann sich das Profilrohr innerhalb des mittleren Teleskopteils drehen. Beispielsweise erfolgt die drehbare Lagerung mit einem Kugellager oder dergleichen. Die ortsfeste Anbindung des mittleren Teleskopteils kann dementsprechend in Längsrichtung an jeder beliebigen Stelle des Profilrohrs geschehen. Dadurch kann der Linearaktuator flexibler eingesetzt werden.
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Beispielsweise ist das Teleskopgehäuse derart gestaltet, dass sich das mittlere Teleskopteil in Längsrichtung in den äußeren Teleskopteil einschieben lässt, vorzugsweise in einer drehfesten Verbindung. Zudem lässt sich der innere Teleskopteil in Längsrichtung in dem mittleren Teleskopteil einschieben, wiederum vorzugsweise in drehfester Verbindung. Dementsprechend sind das innere Teleskopteil und das äußere Teleskopteil mit dem mittleren Teleskopteil jeweils drehfest und längsverschiebbar verbunden.
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Da das durchmessergrößte Teil des Spindelsystems, nämlich das Profilrohr, in jedem Fall mit dem mittleren Teleskopteil verbunden ist, kann die Anordnung beziehungsweise Auszugsrichtung des Teleskopgehäuses beliebig gewählt werden, nämlich entweder von oben nach unten oder von unten nach oben, eine vertikale Anordnung des Teleskopgehäuses angenommen.
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Dementsprechend ist es in einer Ausführungsform vorgesehen, dass das äußere Teleskopteil mit dem Antriebsgehäuse ortsfest und drehfest verbunden ist und/oder das innere Teleskopteil mit der Gewindespindel ortsfest und drehfest verbunden ist. Vorzugsweise ist dabei das mittlere Teleskopteil mit dem Profilrohr an der Seite verbunden, die dem Antriebsgehäuse zugewandt ist.
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In einer alternativen Ausführungsform ist das innere Teleskopteil mit dem Antriebsgehäuse ortsfest und drehfest verbunden und/oder das äußere Teleskopteil ist mit der Gewindespindel ortsfest und drehfest verbunden. Vorzugsweise ist dabei das mittlere Teleskopteil mit dem Profilrohr an der Seite verbunden, die dem Antriebsgehäuse abgewandt ist.
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Bei einer Verwendung des Linearaktuators zum Verstellen zweier relativ zueinander beweglicher Teile ist beispielsweise das Antriebsgehäuse beziehungsweise das damit verbundene Teleskopteil mit dem einen beweglichen Teil und die Gewindespindel beziehungsweise das mit der Gewindespindel verbundene Teleskopteil mit dem anderen beweglichen Teil fest verbunden.
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Ein Linearaktuator gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen lässt sich beispielsweise bei einem höhenverstellbaren Tisch verwenden. Dementsprechend weist eine Ausführungsform eines höhenverstellbaren Tisches wenigstens einen Linearaktuator, vorzugsweise wenigstens zwei Linearaktuatoren, gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf.
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Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen hierbei Elemente oder Bauteile gleicher Funktion. Soweit sich Elemente oder Bauteile in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt.
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Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines Linearaktuators,
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2 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Linearaktuators,
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3 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Linearaktuators,
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4 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Linearaktuators,
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5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Linearaktuators, und
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6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Linearaktuators.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Linearaktuators, bei dem in einem zweistückigen Antriebsgehäuse 10 ein Motor 8 und ein Getriebe 7 angeordnet sind, welche gemeinsam einen Antrieb für ein Spindelsystem bilden. Das Spindelsystem umfasst unter anderem eine Antriebswelle 1, die von dem Motor 8 beziehungsweise dem Getriebe 7 angetrieben wird. Die Antriebswelle 1 ist innen hohl und erstreckt sich länglich innerhalb eines Profilrohrs 2, an dem die Antriebswelle 1 an ihrer Außenseite drehfest und längsverschiebbar befestigt ist. Das Spindelsystem umfasst ferner eine Gewindehohlspindel 3 mit einem Außengewinde, die zwischen der Antriebswelle 1 und dem Profilrohr 2 angeordnet und fest mit dem Antriebsgehäuse 10 verbunden ist. Eine Hohlspindelmutter 4 ist am oberen Ende des Profilrohrs 2 fest mit diesem verbunden und wirkt mit dem Außengewinde der Gewindehohlspindel 3 zusammen. Am unteren Ende des Profilrohrs 2 ist eine Spindelmutter 6 fest mit dem Profilrohr 2 verbunden. Im Inneren der Antriebswelle 1 ist eine Gewindespindel 5 angeordnet, welche mit einem Gewinde der Spindelmutter 6 zusammenwirkt. Das Außengewinde der Gewindehohlspindel 3 und das Gewinde der Gewindespindel 5 weisen entgegengesetzte Steigungsrichtungen auf.
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Das Antriebsgehäuse 10 umfasst in der vorliegend dargestellten Ausführungsform ein Motorgehäuse und ein Getriebegehäuse. Alternativ sind Motor 8 und Getriebe 7 in einem gemeinsamen Antriebsgehäuse 10 angeordnet.
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Bei einem Betrieb des Linearaktuators wird die Antriebswelle 1 von dem Antrieb 7, 8 angetrieben. Durch die drehfeste Verbindung der Antriebswelle 1 mit dem Profilrohr 2 dreht dieses ebenfalls mit. Dementsprechend rotiert die Hohlspindelmutter 4 auf der Gewindehohlspindel 3 und setzt die rotatorische Bewegung des Profilrohrs 2 in eine Längsbewegung um. Diese Längsbewegung ist durch die längsverschiebbare Lagerung des Profilrohrs 2 auf der Antriebswelle 1 möglich.
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Ferner rotiert die Spindelmutter 6 mit dem Profilrohr 2 mit, sodass das Gewinde der Spindelmutter 6 mit dem Gewinde der Gewindespindel 5 zusammenwirkt. Dadurch ergibt sich wiederum eine Längsbewegung der Gewindespindel 5 relativ zum Profilrohr 2.
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Insgesamt ergibt sich somit bei einer entsprechenden Drehung der Antriebswelle 1 eine gleichmäßige, teleskopartige Relativbewegung zwischen Antriebswelle 1 beziehungsweise Gewindehohlspindel 3, Profilrohr 2 und Gewindespindel 5, wobei das Profilrohr 2 als durchmessergrößtes Element mittig in der teleskopartigen Anordnung liegt.
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2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Linearaktuators in einer Schnittansicht, welche im Wesentlichen der in 1 dargestellten Ausführungsform entspricht. Hierbei ist zu erkennen, dass das Getriebe 7 als Planetengetriebe ausgebildet ist. Zudem kann man in 2 erkennen, dass die Antriebswelle 1 über eine Vierkantverbindung mit dem Getriebe verbunden ist, bei der ein Vierkantstift der Antriebswelle 1 in eine vierkantförmige Öffnung des Getriebes 7 eingreift. Durch die Vierkantverbindung wird somit eine drehfeste steckbare Verbindung realisiert, welche mit geringem Aufwand hergestellt werden kann.
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Die dargestellte Bauweise des Linearaktuators ermöglicht den Einsatz von leichten und kostengünstigen Materialien. Beispielsweise sind die Antriebswelle 1, die Gewindehohlspindel 3, die Hohlspindelmutter 4 und die Spindelmutter 6 aus einem Kunststoff, insbesondere Polyoxymethylen gebildet, welches auch als POM bekannt ist. Dieses Material weist eine hohe Beständigkeit und Festigkeit auf. Zudem ergibt sich eine gute Gleitfähigkeit der Spindelmutter 6 auf der metallischen Gewindespindel 5, welche beispielsweise aus Stahl gebildet ist.
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In verschiedenen Ausführungsformen sind die Gewindehohlspindel 3 und die Hohlspindelmutter 4 aus einer Kombination von Polyoxymethylen und Polytetrafluorethylen gebildet, welches auch als Teflon bekannt ist. Dadurch werden auch die Gleiteigenschaften der Hohlspindelmutter 5 auf der Gewindehohlspindel 3 zusätzlich verbessert. Das Profilrohr 2 ist beispielsweise aus einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, oder aus Stahl gebildet.
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3 zeigt eine Ausführungsform eines Linearaktuators mit einem Teleskopgehäuse 20. Beispielsweise ist eine der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen in dem Teleskopgehäuse 20 angeordnet. Das Teleskopgehäuse 20 weist ein inneres Teleskopteil 21, ein mittleres Teleskopteil 22 und ein äußeres Teleskopteil 23 auf. Das Profilrohr 2 ist an seiner Außenseite über ein Lager 30, beispielsweise ein Kugellager mit dem mittleren Teleskopteil 22 ortsfest und drehbar gelagert verbunden. Dadurch kann sich das Profilrohr 22 innerhalb des umgebenden mittleren Teleskopteils 22 drehen. Insbesondere ist dabei das mittlere Teleskopteil 22 mit dem Profilrohr 2 an der Seite verbunden, die dem Antriebsgehäuse 10 abgewandt ist. Vorzugsweise sind das innere Teleskopteil 21 und das äußere Teleskopteil 23 mit dem mittleren Teleskopteil 22 jeweils drehfest und längsverschiebbar verbunden. Vorzugsweise sind das äußere Ende der Gewindespindel 5 und das äußere Profilrohr 23 drehfest miteinander verbunden, beispielsweise an einem von zwei relativ zueinander beweglichen Teilen. Dementsprechend ist beispielsweise auch das innere Teleskopteil 21 drehfest mit dem Antriebsgehäuse 10 verbunden. Bei einer Drehbewegung der Antriebswelle ergibt sich somit neben der Relativbewegung der Teile des Spindelsystems zueinander auch eine gleichmäßige Relativbewegung der Teleskopteile 21, 22, 23.
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4 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Linearaktuators, bei dem in Anlehnung an das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel das Spindelsystem in einem Teleskopgehäuse 20 angeordnet ist. Jedoch ist bei der in 4 dargestellten Ausführungsform die Anordnung der Teleskopteile 21, 22, 23 vertauscht.
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Dementsprechend umschließt das äußere Teleskopteil 23 im ausgezogenen Zustand das Antriebsgehäuse 10 und die Gewindehohlspindel 3, während das innere Teleskopteil 21 den Bereich mit der Gewindespindel 5 umschließt. Wie bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist jedoch das Profilrohr 2 über ein Lager 30, beispielsweise ein Kugellager mit dem mittleren Teleskopteil 22 verbunden, wobei bei der dargestellten Ausführungsform aus baulichen Gründen ein Verlängerungsteil 31 zwischen Lager 30 und Profilrohr 2 vorgesehen ist. Insbesondere ist dabei das mittlere Teleskopteil 22 mit dem Profilrohr 2 an der Seite verbunden, die dem Antriebsgehäuse 10 zugewandt ist.
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Beispielsweise ist bei der in 4 dargestellten Ausführungsform die Gewindespindel 5 mit dem inneren Teleskopteil 21 drehfest verbunden, während das Antriebsgehäuse 10 mit dem äußeren Teleskopteil 23 drehfest verbunden ist.
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Demgemäß ist sowohl bei der in 3 dargestellten Ausführungsform als auch bei der in 4 dargestellten Ausführungsform jeweils das Profilrohr 2 drehbar und ortsfest mit dem mittleren Teleskopteil 22 verbunden. Dies bewirkt, dass ein dreiteiliges Teleskopgehäuse 20 flexibel in beiden möglichen Auszugsrichtungen mit dem innen liegenden Spindelsystem verbunden werden kann. Dadurch kann der Linearaktuator flexibler eingesetzt werden.
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In 5 und 6 sind schematische Darstellungen der Ausführungsbeispiele des Linearaktuators gemäß 3 beziehungsweise 4 dargestellt. Dabei entspricht das Ausführungsbeispiel der 5 im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 3, während das Ausführungsbeispiel der 6 im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 4 entspricht.
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In den Darstellungen der 5 und 6 ist insbesondere zu erkennen, dass das durchmessergrößte Teil des Spindelsystems, nämlich das Profilrohr 2, jeweils in Längsrichtung mittig angeordnet ist. Dadurch wird insbesondere ermöglicht, dass in flexibler Weise eine Verbindung zwischen dem Profilrohr 2 und dem mittleren Teleskopteil 22 hergestellt werden kann.
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Beispielsweise stellen die in 3 und 5 dargestellten Ausführungsformen des Linearaktuators Anordnungen mit einer üblichen Auszugsrichtung des Teleskopgehäuses 20 dar, während die in 4 und 6 dargestellten Ausführungsformen eine so genannte Upside-Down-Montage des Teleskopgehäuses 20 darstellen, bei der die Auszugsrichtung des Teleskopantriebs 20 umgekehrt ist.
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Ein Linearaktuator gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen dient insbesondere zum Verstellen zweier relativ zueinander beweglicher Teile. Beispielsweise kann ein solcher Linearaktuator zur Höhenverstellung einer Tischplatte bei einem höhenverstellbaren Tisch eingesetzt werden.
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Neben der Anwendung bei höhenverstellbaren Tischen können die zuvor beschriebenen Linearaktuatoren auch bei anderen elektrisch verstellbaren Möbeln oder für andere Anwendungen verwendet werden, bei denen üblicherweise Linearaktuatoren eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebswelle
- 2
- Profilrohr
- 3
- Gewindehohlspindel
- 4
- Hohlspindelmutter
- 5
- Gewindespindel
- 6
- Spindelmutter
- 7
- Getriebe
- 8
- Motor
- 10
- Antriebsgehäuse
- 20
- Teleskopgehäuse
- 21, 22, 23
- Teleskopteil
- 30
- Lager
- 31
- Verlängerungsteil
