-
Die Erfindung betrifft einen linearen Stellantrieb, welcher ein Gehäuse und ein aus diesem ausfahrbares Schubrohr aufweist, wobei zur Lagerung des Schubrohrs im Gehäuse eine Gleitlagerung vorgesehen ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines solchen Stellantriebs.
-
Ein Stellantrieb, bei welchem eine Schubstange mittels einer Gleitlagerung in einem Gehäuse gelagert ist, ist beispielsweise aus der
US 2011/0061481 A1 bekannt. In dem Gehäuse, welches eine langgestreckte, säulenartige Form aufweist, ist auch ein Motor aufgenommen, welcher koaxial zur Schubstange angeordnet ist. Eine vom Motor angetriebene Welle ist mittels eines zweireihigen, doppelt wirkenden Axialkugellagers in dem Gehäuse gelagert.
-
Verschiedene Ausführungsformen von linearen Stellantrieben, bei welchen ein Schubrohr oder eine Schubstange gegenüber einem Gehäuse durch einen Dichtring oder ein komplexer geformtes Dichtelement abgedichtet sind, sind zum Beispiel aus der
EP 2 141 112 A1 sowie der
US 2009/0044645 A1 bekannt.
-
Die
DE 10 2008 031 292 C5 offenbart einen linearen Stellantrieb, bei welchem ein Innenring einer Axialwälzlagerung bei zunehmender Belastung auch als Element einer Gleitlagerung fungiert. Dieser Stellantrieb soll insbesondere zur Verstellung von Funktionsteilen von Möbeln geeignet sein.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung innerhalb eines linearen Stellantriebs gegenüber dem genannten Stand der Technik derart weiterzuentwickeln, dass auch unter Berücksichtigung unvermeidbarer, fertigungsbedingter Toleranzen eine rationelle Herstellung in der Serienfertigung mit weitestgehend gleichbleibenden Produkteigenschaften möglich ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen linearen Stellantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Montage eines Stellantriebs gemäß Anspruch 8. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Montageverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt den Stellantrieb, und umgekehrt.
-
Der Stellantrieb weist einen in einem Gehäuse befindlichen Stellmechanismus auf, wobei ein durch den Stellmechanismus betätigbares Schubrohr im Gehäuse mittels einer Gleitlagerung gelagert ist und aus dem Gehäuse ausfahrbar ist. Der Stellmechanismus ist beispielsweise als Kugelgewindetrieb, als einfaches Bewegungsgewinde oder als Planeten-Wälz-Getriebe ausgebildet.
-
Die Gleitlagerung umfasst ein gehäusefestes Gleitlagerelement, welches in einem zwischen dem Schubrohr und dem Gehäuse gebildeten Montageraum eingesetzt ist. Das Gleitlagerelement ist derart dimensioniert, dass es im nicht montierten Zustand ein Übermaß, bezogen auf den zur Verfügung stehenden Montageraum, aufweist, wobei das Übermaß durch eine Mehrzahl an Vorspannungselementen gebildet ist. Erst mit dem Einsetzten des Gleitlagerelementes in das Gehäuse wird das Übermaß beseitigt. Mit Hilfe eines fest mit dem Gleitlagerelement verbunden Deckelelementes, welches dem stirnseitigen Abschluss des Gehäuses dient, ist trotz des Übermaßes auf einfache Weise ein Einsetzten des Gleitlagerelementes in das Gehäuse möglich. In einem einzigen Arbeitsschritt ist somit eine spielfreie Gleitlagerung des Schubrohrs im Gehäuse und der stirnseitige Abschluss des Gehäuses realisierbar. Durch das Verschrauben des Deckelelementes am Gehäuse ist auch das Gleitlagerelement innerhalb des Gehäuses fixierbar.
-
Beim Einsetzen des Gleitlagerelementes in das Gehäuse kann das Übermaß des Gleitlagerelementes beispielsweise durch Materialverdrängung beseitigt werden. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn das Gleitlagerelement an dessen Außenumfang strukturiert ist, beispielsweise in Form von Rillen. Die Verdrängung von Material des Gleitlagerelementes geschieht im einfachsten Fall allein durch Krafteinwirkung. Gemäß einer weiterentwickelten Verfahrensführung wird die partielle Umformung des Gleitlagerelementes durch Wärmeeinwirkung, insbesondere in Form von Ultraschallschweißen, ermöglicht oder zumindest unterstützt. Die temperaturgestützte Umformung des Gleitlagerelementes während der Montage unterstützt auch die Halterung des Gleitlagerelementes in dem Gehäuse.
-
Die Entfernung des Übermaßes des Gleitlagerelementes bei der Montage ist auch dadurch möglich, dass Material des Gleitlagerelementes beim Einsetzen in das Gehäuse an einer Gehäusekante abgeschabt wird. Das abzuschabende Material kann dabei in Form von beispielsweise leistenförmigen Ausgleichselementen vorliegen, welche im Vergleich zum übrigen Material des Gleitlagerelementes einfacher abgeschabt werden können. Soweit die Ausgleichselemente nicht abgeschabt werden, liegen sie als Bestandteile des Gleitlagerelementes beim fertig montiertem Stellantrieb direkt an der Innenwandung des Gehäuses an.
-
Unabhängig davon, ob das Übermaß des Gleitlagerelementes durch gesonderte Ausgleichselemente oder ohne Verwendung solcher Ausgleichselemente realisiert ist, befinden sich in bevorzugter Ausgestaltung am Umfang des Gleitlagerelementes Konturen, welche als Vorspannungselemente wirken. Die Vorspannungselemente, durch welche das Übermaß des Gleitlagerelementes gebildet ist, sind vorzugsweise als Leisten gestaltet, welche längs der Achse des Stellantriebs ausgerichtet sind. Um eine Anpassung an den Innenquerschnitt des Gehäuses bei moderaten Kräften zu ermöglichen, kann das Gleitlagerelement in Längsrichtung mehrfach geschlitzt sein. Somit sind mehrere, beispielsweise vier, Gleitlagersegmente gebildet, welche in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Die Gleitlagersegmente selbst können hierbei als Vorspannungselemente wirken. Ebenso ist es möglich, dass sich auf jedem Gleitlagersegment mehrere Leisten der beschriebenen Art als einzelne Vorspannungselemente befinden. Die Leisten können hierbei als integrale Bestandteile der Gleitlagersegmente oder als auf diese aufgesetzte, insbesondere aufgeklebte oder aufgeschweißte, oder als in Aussparungen der Gleitlagersegmente eingesetzte zusätzliche Ausgleichselemente ausgebildet sein. Die Schlitze zwischen den einzelnen Gleitlagersegmenten können sich längs des gesamten Gleitlagerelementes erstrecken, so dass die Verbindung zwischen den Gleitlagersegmenten ausschließlich durch das Deckelelement hergestellt ist. Alternativ sind Ausführungsformen realisierbar, bei welchen sich die Schlitze zwischen den einzelnen Gleitlagersegmenten nur über einen Teil der Länge des Gleitlagerelementes erstrecken.
-
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung weisen die einzelnen Gleitlagersegmente jeweils eine Krümmung auf, welche signifikant größer, beispielsweise um 5 % oder um 10 % größer, als der Außenradius des Schubrohres ist. Das Schubrohr liegt somit nur in jeweils einem schmalen streifenförmigen Gleitlagerbereich an den einzelnen Gleitlagersegmenten an. Mit zunehmender radialer Belastung zwischen Schubrohr und Gehäuse verbreitert sich der streifenförmige Gleitlagerbereich, soweit das betreffende Gleitlagersegment der radialen Belastung ausgesetzt ist. Damit ist sowohl eine reibungsarme als auch eine hoch belastbare Führung des Schubrohres im Gehäuse mittels der Gleitlagerung gegeben. Allgemein wird die beschriebene Kontaktierung zwischen ineinander liegenden, gekrümmten Elementen mit deutlich voneinander abweichenden Krümmungsradien als Schmiegung bezeichnet. Eine solche Schmiegung, bei welcher das Gleitlagerelement partiell einen Krümmungsradius von beispielsweise mindestens 105 % oder mindestens 110 % des Krümmungsradius des Schubrohres aufweist, kann auch bei einem nicht geschlitzten, komplett hülsenförmigen Gleitlagerelement gegeben sein. Der Innenumfang des Gleitlagerelementes ist hierbei nicht kreisförmig, sondern beschreibt ein gotisches Profil. Hierbei liegt zwischen mehreren Bereichen mit weitem Radius jeweils ein schmalerer Bereich mit engerem Radius, im Extremfall eine Kante. Bei Wälzlagerungen sind gotische Profile beispielsweise bei Vierpunktlagern bekannt. Auch der Außenumfang des Gleitlagerelementes ist nicht notwendigerweise exakt kreisförmig. Beispielsweise können sich am Außenumfang des Gleitlagerelementes vom Gehäuse abgehobene Abschnitte befinden, welche für eine gezielte Nachgiebigkeit des Gleitlagerelementes in radialer Richtung sorgen. Die Begriffe „radial“ und „axial“ sind stets auf die Vorschubrichtung des Schubrohres, das heißt die Mittelachse des Stellantriebs, bezogen.
-
In das Gleitlagerelement kann eine Verdrehsicherung integriert sein, bei welcher es sich beispielsweise um eine Längsnut handelt, die mit einer Leiste an der Innenwandung des Gehäuses zusammenwirkt. Ein Längsschlitz im Gleitlagerelement ist auch als Schmiermittelkanal nutzbar. Zu diesem Zweck ist ein Schmiermittelanschluss, welcher in den Längsschlitz mündet, in das Gehäuse des Stellantriebs einschraubbar. Bei dem Gehäuse handelt es sich beispielsweise um ein Metallprofil, welches rationell im Strangguss- oder Strangpressverfahren herstellbar ist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist in das Deckelelement ein Lüftungselement integriert. Das Lüftungselement ermöglicht beim Ausfahren oder Einfahren des Schubrohres ein Einströmen beziehungsweise Ausströmen von Luft in den beziehungsweise aus dem Innenraum des Gehäuses. In das Lüftungselement kann ein Luftfilter und/oder ein Feuchtigkeit bindendes Element integriert sein.
-
Ebenso kann in das Deckelelement eine Dichtung integriert sein, insbesondere eine dynamische Dichtung, welche das Schubrohr gegenüber dem Deckelelement und damit auch gegenüber dem Gehäuse abdichtet. Eine besonders hohe Dichtwirkung ist erzielbar, indem zwei Dichtungen, welche beide in die Baueinheit aus Gleitlagerelement und Deckelelement integriert sind, in Axialrichtung hintereinander angeordnet sind. Hierbei kann sich eine dieser Dichtungen in Axialrichtung unmittelbar am Gleitlagerelement abstützen.
-
Die Montage des Stellantriebs umfasst folgende Schritte:
- – Mehrere Stellantriebskomponten, umfassend ein Gehäuse, insbesondere in Form eines Strangpressprofils oder Stranggussprofils aus Metall, ein Schubrohr und ein Gleitlagerelement, werden bereitgestellt,
- – das Gehäuse, das Schubrohr und das Gleitlagerelement werden ineinander gesteckt, wobei ein Übermaß des Gleitlagerelementes, bezogen auf einen zwischen dem Gehäuse und dem Schubrohr gebildeten Montageraum, entfernt wird.
-
Das Schubrohr kann hierbei Bestandteil eines vormontierten Spindeltriebs sein. Optional ist der Spindeltrieb mit einer Antriebseinheit, insbesondere in Form eines Elektromotors, zu einer Baueinheit zusammengefasst, welche als Ganzes in das Gehäuse einsetzbar ist.
-
Der Stellantrieb ist insbesondere zur Verwendung im Freien, beispielsweise als Komponente zur Verstellung eines Solarmoduls, jedoch auch für mobile Anwendungen, beispielsweise in Straßen- oder Schienenfahrzeugen, geeignet.
-
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zweigen:
-
1 einen linearen Stellantrieb in perspektivischer, geschnittener Ansicht,
-
2 einen Querschnitt des Stellantriebs nach 1,
-
3 eine kombinierte Lager-Deckel-Einheit für einen Stellantrieb,
-
4 die Lager-Deckel-Einheit nach 3 in eingebautem Zustand.
-
Einander entsprechende oder prinzipiell gleich wirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die 1 und 2 einerseits sowie 3 und 4 andererseits zeigen zumindest in Teilen jeweils ein Ausführungsbeispiel eines elektrisch betriebenen, insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten linearen Stellantriebs, hinsichtlich dessen prinzipieller Funktion auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird. Soweit nicht anders angegeben, beziehen sich die folgenden Ausführungen auf beide Ausführungsbeispiele.
-
Der Stellantrieb 1 weist ein Gehäuse 2 mit einer durchgehenden, durch ein Metallprofil gebildeten Gehäusewand auf, welche sich annähernd über die gesamte Länge des Stellantriebs 1 erstreckt. Innerhalb des Gehäuses 2 befinden sich zwei voneinander getrennte Räume 4, 5, nämlich eine Elektrokammer 4, auch als erster Raum bezeichnet, und eine Mechanikkammer 5, auch als zweiter Raum bezeichnet. In der Elektrokammer 4 sind stromführende Komponenten, unter anderem ein Elektromotor 6, aufgenommen. Ein vom Elektromotor 6, allgemein als Antriebseinheit bezeichnet, angetriebener Spindeltrieb 7 befindet sich in der Mechanikkammer 5.
-
Hauptkomponente des Gehäuses 2 ist ein Profilelement 10, bei welchem es sich um ein Stranggussprofil aus Metall handelt. Die mit 3 bezeichnete Außenoberfläche des Gehäuses 2 ist direkt durch die gerippte Oberfläche des Profilelements 10 gebildet. Ebenso sind hauptsächlich zylindrische Wandungen der Räume 4, 5 unmittelbar durch das Profilelement 10 gebildet.
-
An der Schnittstelle zwischen der Elektrokammer 4 und der Mechanikkammer 5 ist eine Lagereinheit 8 im Gehäuse 2 angeordnet. Die Lagereinheit 8 ist direkt im Profilelement 10 gehalten. Eine mit 9 bezeichnete, direkt an der Lagereinheit 8 verankerte Schwenklagerung ermöglicht die kippbare Lagerung des gesamten Stellantriebs 1 in einer Anschlusskonstruktion. Ein Wälzlager innerhalb der Lagereinheit 8 ist als doppeltwirkendes Axialkugellager ausgebildet. Zur Nachschmierung des Spindeltriebs 7 samt Lagereinheit 8 sind an verschiedenen Stellen Schmiermittelzuführungen 13 in das Profilelement 10 eingesetzt.
-
Der Spindeltrieb 7 umfasst eine Spindel 14 sowie eine Spindelmutter 15. Mit der Spindelmutter 15 ist ein auch als Hüllrohr bezeichnetes Schubrohr 16 verbunden, welches eine aus dem Gehäuse 2 ausfahrbare Komponente des Spindeltriebs 7 darstellt. An den beiden Stirnseiten des Profilelements 10 ist das Gehäuse 2 durch Deckelelemente 11, 12 verschlossen, wobei das Schubrohr 16 durch das Deckelelement 12 hindurch geführt ist. Das Schubrohr 16 ist im Gehäuse 2 auf derjenigen Seite des Profilelementes 10, auf welcher es aus dem Gehäuse 2 ausfahrbar ist, das heißt auf der Seite des Deckelelementes 12, durch ein Gleitlagerelement 17 gelagert.
-
Im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 ist das Gleitlagerelement 17 nicht mit dem Deckelelement 12 verbunden. Durch die Gestaltung des am Profilelement 10 festgeschraubten Deckelelementes 12 ist jedoch sichergestellt, dass das Gleitlagerelement 17 beim Betrieb des Stellantriebs 1 nicht aus dem Gehäuse 2 herauswandern kann.
-
Das Gleitlagerelement 17 ist als geschlitzte Hülse ausgeführt. In der Schnittdarstellung nach 2 sind Konturen sowohl des Gleitlagerelementes 17 als auch des Schubrohres 16 sowie des Gehäuses 2 – genauer: des Profilelementes 10 – stark überhöht dargestellt. Das Gleitlagerelement 17 weist gegenüber einem ringförmigen, zwischen dem Schubrohr 16 und einer Innenwandung des Profilelements 10 gebildeten Montageraum 18 ein Übermaß auf. Hierbei fungieren erhabene Oberflächenbereiche des Gleitlagerelementes 17 als Vorspannungselemente 19. Im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 können diese Vorspannungselemente 19 stochastisch am Umfang des Gleitlagerelementes 17 verteilt sein. Beim Einschieben des Gleitlagerelementes 17 in den Innenraum des Gehäuses 2 werden die Vorspannungselemente 19 entweder abgeschabt oder verdrängt, so dass das Gleitlagerelement 17 großflächig an der Innenwandung des Profilelements 10 anliegt.
-
Wie aus 2 weiter hervorgeht, ist zwischen dem Gleitlagerelement 17 und dem Profilelement 10 des Gehäuses 2 eine mit 20 bezeichnete Verdrehsicherung gegeben. Die Verdrehsicherung 20 ist gebildet durch einen Längsschlitz 21 im Gleitlagerelement 17 und eine Leiste 22 an einer Innenwandung des Profilelements 10. Das fertig montierte Gleitlagerelement 17 liegt, wie in 2 ersichtlich, beidseitig – in Umfangsrichtung betrachtet – an der Leiste 22 an, so dass keinerlei Verdrehung des Gleitlagerelementes 17 innerhalb des Gehäuses 2 möglich ist.
-
In der Anordnung nach 2 befindet sich, ebenso wie in der Ausgestaltung gemäß 4, unterhalb des im wesentlichen zylindrischen Hohlraum des Profilelements 10, in welchem das Schubrohr 16 geführt ist, ein weiterer, schmalerer Hohlraum, welcher insbesondere zur Aufnahme von Elektronikkomponenten, beispielsweise Sensorikkomponenten, geeignet ist. Dieser schmalere Hohlraum ist an der Stirnseite des Profilelements 10 ebenfalls durch das Deckelelement 12 abgeschlossen. Zur dynamischen Abdichtung gegenüber dem Schubrohr 16 ist in dem Deckelelement 12 mindestens eine Dichtung 23 gehalten. Ein Anschlussstück 24 am Ende des Schubrohres 16 ermöglicht dessen Verbindung mit weiteren Konstruktionselementen, beispielsweise einem Pleuel oder einem schwenkbaren Rahmen.
-
Im Ausführungsbeispiel nach den 3 und 4 ist aus dem Gleitlagerelement 17 und dem Deckelelement 12 eine Baueinheit, nämlich eine Lager-Deckel-Einheit 25, gebildet. Diese Lager-Deckel-Einheit 25 ist derart gestaltet, dass sie in den Stellantrieb 1 nach 1 einsetzbar ist..
-
Im Ausführungsbeispiel nach den 3 und 4 ist das Gleitlagerelement 17 durch vier Gleitlagersegmente 26 gebildet. Zwischen jeweils zwei benachbarten Gleitlagersegmenten 26 befindet sich ein Längsschlitz 21, welcher als Teil einer Verdrehsicherung 20 oder als Kanal zur Zuführung von Schmiermitteln nutzbar ist. Die vier Gleitlagersegmente 26 sind nur über das Deckelelement 12 miteinander verbunden. Auf jedem Gleitlagersegment 26 befindet sich eine Mehrzahl an Vorspannungselementen 19, welche in diesem Fall als Leisten ausgebildet sind, die sich in Längsrichtung des Schubrohres 16 erstrecken.
-
Der fest mit den vier Gleitlagersegmenten 26 und damit dem Gleitlagerelement 17 insgesamt verbundene Deckel, das heißt das Deckelelement 12, weist vier kreisrunde Durchbrüche 27 auf, welche das Anschrauben der gesamten Lager-Deckel-Einheit 25 am Profilelement 10 ermöglichen.
-
Ferner weist das Deckelement 12 an seinem Innenumfang zwei ringförmige Ausnehmungen 28 auf, welche jeweils eine Dichtung 23 aufnehmen. Die beiden Dichtungen 23 sind mit Hilfe einer Abdeckung 29 und einer in 4 nur ansatzweise erkennbaren Verschraubung 30 im Deckelelement 12 gehalten.
-
Wie aus den 3 und 4 weiter hervorgeht, befindet sich im Deckelelement 12 eine Aufnahme 31 für ein Lüftungselement 32. Das Lüftungselement 32 ist über einen Lüftungskanal 33, welcher in das Deckelelement 12 integriert ist, mit demjenigen Querschnittsbereich des Profilelements 10 verbunden, in welchem sich der Spindeltrieb 7 einschließlich des Schubrohres 16 befindet. Zu dem schmaleren, anhand 2 bereits erläuterten Hohlraum des Gehäuses 2 hin, welcher sich außerhalb des Spindeltriebs 7 befindet und in dem keine bewegten Teile angeordnet sind, ist der Lüftungskanal 33 hingegen durch eine statische Dichtung 34 abgedichtet. Selbst bei vollständig eingefahrenem Schubrohr 16, wie in 4 dargestellt, ragt das Lüftungselement 32 nicht über das Schubrohr 16 hinaus. In das Lüftungselement 32 ist ein Filter integriert, um die Mechanikkammer 5 des Stellantriebs 1 vor Partikeleintrag zu schützen.
-
Insgesamt ist durch die Lager-Deckel-Einheit 25 ein multifunktionales Element zur Verfügung gestellt, welches den Einsatz des Stellantriebs 1 auch unter rauen Umgebungsbedingungen ermöglicht.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Stellantrieb
- 2
- Gehäuse
- 3
- Außenoberfläche
- 4
- Elektrokammer
- 5
- Mechanikkammer
- 6
- Elektromotor, Antriebseinheit
- 7
- Spindeltrieb
- 8
- Lagereinheit
- 9
- Schwenklagerung
- 10
- Profilelement
- 11
- Deckelelement
- 12
- Deckelelement
- 13
- Schmiermittelzuführung
- 14
- Spindel
- 15
- Spindelmutter
- 16
- Schubrohr
- 17
- Gleitlagerelement
- 18
- Montageraum
- 19
- Vorspannungselement
- 20
- Verdrehsicherung
- 21
- Längsschlitz
- 22
- Leiste
- 23
- Dichtung
- 24
- Anschlussstück
- 25
- Lager-Deckel-Einheit
- 26
- Gleitlagersegment
- 27
- Durchbruch
- 28
- Ausnehmung
- 29
- Abdeckung
- 30
- Verschraubung
- 31
- Aufnahme
- 32
- Lüftungselement
- 33
- Lüftungskanal
- 34
- Dichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2011/0061481 A1 [0002]
- EP 2141112 A1 [0003]
- US 2009/0044645 A1 [0003]
- DE 102008031292 C5 [0004]
