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Die Erfindung betrifft einen linearen Stellantrieb, insbesondere mit elektrischem Antrieb. Innerhalb des linearen Stellantriebs befinden sich sowohl stromführende Komponenten, wobei es sich um Antriebskomponenten oder messtechnische Komponenten handeln kann, als auch mechanische, nicht stromführende Komponenten, die Komponenten eines Spindeltriebs und Lagerkomponenten umfassen.
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Ein Spindelantrieb mit einem integrierten Antriebsmotor ist beispielsweise aus der
DE 20 2010 004 265 U1 bekannt. Ein solcher Spindelantrieb ist beispielsweise zum Verstellen von Fotovoltaikmodulen oder Parabolantennen verwendbar. Der Spindelantrieb weist ein Mantelrohr auf, welches eine Spindel umgibt. Mit einer Spindel des bekannten Spindelantriebs sind ein Schubrohr sowie eine Schutzhülle verbunden, wobei die Schutzhülle auf dem Mantelrohr axial verschiebbar ist. Damit soll ein guter Schutz auch unter extremen klimatischen Bedingungen gegeben sein.
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Ein weiterer linearer Stellantrieb mit motorischem Antrieb ist beispielsweise aus der
US 2011/0061481 A1 bekannt. Innerhalb dieses Stellantriebs befindet sich ein Axiallager, welches als Wälzlager ausgebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen linearen Stellantrieb gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich eines günstigen Verhältnisses zwischen Fertigungsaufwand und Dauerhaltbarkeit, auch unter ungünstigen Umweltbedingungen, weiterzuentwickeln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Stellantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Stellantrieb weist ein durchgehendes Gehäuse auf, welches durch mindestens eine Dichtung, insbesondere jeweils mindestens eine statische sowie eine dynamische Dichtung, in mehrere voneinander getrennte Räume aufgeteilt ist. Bei den Räumen handelt es sich um eine sogenannte Elektrokammer sowie um eine sogenannte Mechanikkammer. Stromführende Komponenten des linearen Stellantriebs, worunter ein Elektroantrieb ebenso wie Komponenten der Datenverarbeitung und -leitung fallen können, sind ausschließlich im ersten Raum, das heißt der Elektrokammer des Stellantriebs, angeordnet. Als Winkelstellungen und/oder Drehbewegungen aufnehmender Sensor kann beispielsweise mindestens ein Hallsensor in der Elektrokammer angeordnet sein.
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Im zweiten Raum, das heißt der Mechanikkammer, befindet sich ein Spindeltrieb samt zugehöriger Lagerung. Der Spindeltrieb kann beispielsweise als Kugelgewindetrieb, als einfaches Bewegungsgewinde, oder als Planeten-Wälz-Getriebe gestaltet sein. Zur Lagerung der Spindel des Spindeltriebs ist vorzugsweise ein Wälzlager, insbesondere ein in beide Axialrichtungen abstützendes Axialkugellager, Axialrollenlager oder Axialnadellager, vorgesehen, welches innerhalb der Mechanikkammer angeordnet ist. Der Elektromotor, welcher die Spindel antreibt, kann entweder eine eigene Lagerung aufweisen oder als Direktantrieb mit Rotor ohne eigene Lagerung ausgebildet sein. Im letztgenannten Fall ist der Rotor des Elektromotors starr mit der Spindel des Spindeltriebs verbunden, während im ersten Fall optional eine Ausgleichskupplung zwischen den Elektromotor und die Spindel geschaltet ist. In beiden Fällen ist der Rotor des Elektromotors innerhalb der von der Mechanikkammer in abgedichteter Weise abgetrennten Elektrokammer angeordnet. Im Unterschied zur beschriebenen, als Axial-Wälzlager ausgebildeten Lagerung der ist zur Lagerung eines mittels der zugehörigen Spindelmutter verschiebbaren, aus dem Gehäuse ausfahrbaren Schubrohres vorzugsweise eine Gleitlagerung vorgesehen. Hierbei kann ein in das Gehäuse eingesetztes Gleitlagerelement unmittelbar an einen das Gehäuse stirnseitig abschließenden, gegenüber dem Schubrohr dynamisch abgedichteten Deckel anschließen.
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Eine durchgehende, vorzugsweise durch ein Metallprofil gebildete Gehäusewandung umschließt in bevorzugter Ausgestaltung sowohl die Elektrokammer als auch die Mechanikkammer des Stellantriebs. Abgesehen von Abdeckungen an den Stirnseiten ist das Gehäuse des Stellantriebs einteilig ausgeführt. Das Gehäuse weist insgesamt eine Säulenform auf. Die stirnseitigen Abdeckungen können aus Metall, beispielsweise aus Stahlblech oder einem urgeformten und/oder spanend bearbeiteten metallischen Werkstoff, oder aus Kunststoff gefertigt sein.
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Das Gehäuse des Stellantriebs ist beispielsweise kippbar in einer Anschlusskonstruktion gelagert. Zu diesem Zweck können sich Lagerzapfen am Gehäuse befinden, die Komponenten einer Gleitlagerung bilden. Ebenso ist es – je nach Dimensionierung und Anwendungsfall – möglich, das Gehäuse des Stellantriebs starr in eine Anschlusskonstruktion einzubauen. In beiden Fällen kann sich am Ende der Schubstange des Spindeltriebs ein Anschlussgewinde, beispielsweise für ein Gelenkauge zur schwenkbaren Verbindung mit einem weiteren Konstruktionselement, befinden.
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Der in der Elektrokammer befindliche Antriebsmotor des Stellantriebs kann mit einem Getriebe zu einem Getriebemotor zusammengefasst sein. Bei dem Getriebe handelt es sich beispielsweise um ein Planetengetriebe, was eine koaxiale Anordnung von Antriebsmotor und Spindeltrieb und damit insgesamt eine schlanke Gestaltung des Stellantriebs ermöglicht. Sowohl bei Ausgestaltungen mit direktem elektrischem Antrieb der Spindel als auch bei Ausgestaltungen mit zwischengeschaltetem Getriebe ist eine Wellendurchführung zwischen Elektrokammer und Mechanikkammer die einzige Stelle, an welcher die Elektrokammer nicht lediglich statisch, sondern dynamisch abzudichten ist.
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Sämtliche Komponenten des Stellantriebs, die sich in der Elektrokammer befinden, sind in vorteilhafter Ausgestaltung wartungsfrei ausgelegt. Ein Schmieranschluss oder eine Mehrzahl an Schmieranschlüssen befindet sich dementsprechend höchstens am zweiten Raum des Stellantriebs. Aufgrund der Tatsache, dass mindestens eine Komponente des Spindeltriebs, insbesondere ein Schubrohr, aus der Mechanikkammer des Stellantriebs ausfahrbar ist, ist das luftgefüllte Volumen innerhalb der Mechanikkammer variabel. Eine Be- und Entlüftungsvorrichtung der Mechanikkammer kann beispielsweise ein Diaphragma oder ein Doppel-Membranventil umfassen. Die Be- und Entlüftungsvorrichtung ist in einen das Gehäuse stirnseitig abschließenden Deckel, insbesondere Kunststoffdeckel, integrierbar, wobei es von der aus der Mechanikkammer ausfahrbaren Komponente, das heißt Schubstange, des Stellantriebs radial beabstandet und damit asymmetrisch zum Spindeltrieb angeordnet ist.
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Eine vergleichbare Entlüftungsvorrichtung ist an der Elektrokammer des Stellantriebs in bevorzugter Ausgestaltung nicht vorgesehen. Die dynamische Dichtung zwischen Elektrokammer und Mechanikkammer lässt geringe Druckdifferenzen zwischen den beiden Kammern von beispielsweise bis zu einigen Millibar zu. Um einer zu starken Erhitzung der Elektrokammer entgegen zu wirken, kann das Gehäuse des Stellantriebs als Stranggussprofil, beispielsweise aus einer Leichtmetalllegierung, gestaltet sein, dessen Profilrippen auch als Kühlrippen fungieren. Im Übrigen sind die Rippen des Stranggussprofils auch zur Anbindung mechanischer Bauteile an den Stellantrieb nutzbar. Innerhalb der Elektrokammer können sich diverse mechanische Anschlusskonturen, beispielsweise eine Zentrieraufnahme für einen Endschalter sowie eine Aufnahme für eine Platine, befinden. Für Fixierungen mittels solcher Aufnahmen und Anschlusskonturen, insbesondere mit T-Nuten, sind beispielsweise Senkschrauben gemäß DIN 605 geeignet.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht eine Zweiteilung der Elektrokammer in einen Hauptelektroraum, in welchem sich der Elektromotor befindet, sowie einen Nebenelektroraum, in welchem sich mindestens eine Sensorikkomponente, insbesondere ein Positionssensor, befindet, vor. Hierbei ist der Hauptelektroraum als erster Teilraum in linearer Verlängerung des Spindeltriebs angeordnet, während ein zweiter Teilraum, nämlich der Nebenelektroraum, parallel zur Mittelachse des Spindeltriebs, sich über den größten Teil der Länge des Gehäuses, beispielsweise mehr als 80% oder mehr als 90% der Länge des Gehäuses, erstreckend, angeordnet ist.
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Die Querschnittskonturen beider Teilräume der Elektrokammer sind bevorzugt direkt aus dem Stranggussprofil gebildet, welches die Hauptkomponente des Gehäuses darstellt. Hierbei gibt es – im Querschnitt des Gehäuses, mit Blickrichtung längs der Spindelachse, betrachtet – vorzugsweise keine Überschneidungen zwischen den beiden Teilräumen des Elektroraums. Eine parallel zur Mittelachse des Spindeltriebs verlaufende Zwischenwandung des Gehäuses grenzt hierbei den zweiten Teilraum sowohl vom ersten Teilraum als auch von der Mechanikkammer ab.
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Die in axialer Richtung des Spindeltriebs und damit des gesamten Stellantriebs gemessene Länge des Nebenelektroraums entspricht vorzugsweise der Gesamtlänge des Gehäuses. Dies hat den Vorteil, dass der Nebenelektroraum ausreichend Raum sowohl für die Aufnahme von den Elektromotor ansteuernden Elektronikkomponenten als auch von die Einstellung des Spindeltriebs detektierenden Positionssensoren, beispielsweise Endschaltern, bietet, wobei der Mechanikraum frei von jeglichen elektrischen Komponenten bleibt. Im Nebenelektroraum kann sich auch die komplette Sensorik eines linearen, inkrementellen oder absoluten Messsystems befinden, welches zur Detektion der Stellung und/oder Bewegung der Schubstange des Stellantriebs ausgebildet ist. Optional ist die Sensorik Teil einer Wegregelung des Stellantriebs.
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Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass eine durch ein Metallprofil gebildete, nahtlose Wandung des Gehäuses des Stellantriebs verschiedene Räume und Teilräume begrenzt, welche in einem Fall ausschließlich mechanische Komponenten und in einem anderen Fall elektrische Komponenten sowie Elektronikkomponenten aufnehmen. Im letztgenannten Fall befindet sich eine elektrische Komponente, nämlich ein Elektromotor, in einem ersten Teilraum, während sich zugehörige elektronische Komponenten einschließlich Sensoren in einem zweiten Teilraum befinden. Die Sensoren wirken hierbei mit Strukturen nicht bestromter Teile in einem von den beiden Teilräumen getrennten, insbesondere durch mehrere Dichtungen flüssigkeitsdicht abgetrennten, Raum zusammen.
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Der Stellantrieb ist insbesondere zur Verwendung im Freien, beispielsweise als Komponente zur Verstellung eines Solarmoduls, geeignet. Durch die Aufteilung des Gehäuseinnenraums in Räume, welche in unterschiedlichem Maße und auf die jeweils eingebauten Komponenten abgestimmter Weise einen Ein- und Austritt von Medien zulassen, ist der Stellantrieb auch unter ungünstigen Witterungseinflüssen wie Niederschlägen aller Art oder Sandstürmen verschleißarm betreibbar. Entsprechendes gilt beim Einsatz des Stellantriebes in Meeresnähe. Auch für mobile Anwendungen ist der lineare Stellantrieb geeignet.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
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1 einen linearen Stellantrieb in einer Schnittdarstellung,
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2 bis 4 Details des Stellantriebs in Ansichten gemäß 1,
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5 und 6 jeweils einen Querschnitt des linearen Stellantriebs.
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Die Figuren zeigen einen elektrisch betriebenen, insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten linearen Stellantrieb, hinsichtlich dessen prinzipieller Funktion auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird.
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Der Stellantrieb 1 weist ein Gehäuse 2 mit einer durchgehenden, durch ein Metallprofil gebildeten Gehäusewand 3 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 angetriebener Spindeltrieb 7 befindet sich in der Mechanikkammer 5.
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An der Schnittstelle zwischen der Elektrokammer 4 und der Mechanikkammer 5 ist eine Lagereinheit 8 im Gehäuse 2 angeordnet, welche durch eine statische Dichtung 9 gegenüber der Gehäusewand 3 abgedichtet ist. Die Lagereinheit 8 wird durchdrungen von einer Verbindungswelle 10, die den Elektromotor 6 mit dem Spindeltrieb 7 verbindet und durch eine dynamische Dichtung 11 gegenüber der Lagereinheit 8 abgedichtet ist. In der Lagereinheit 8 ist die Verbindungswelle 10 mittels eines Wälzlagers, nämlich eines zweireihigen Axialkugellagers 12, gelagert. Die dynamische Dichtung 11 ist dem zweireihigen Axialkugellager 12 direkt benachbart, wobei sie auf der der Elektrokammer 4 zugewandten Seite des zweireihigen Axialkugellagers 12 angeordnet ist, so dass sich das zweireihige Axialkugellager 12 innerhalb der Mechanikkammer 5 befindet. Zur Nachschmierung des zweireihigen Axialkugellagers 12 ist eine Schmiermittelzuführung 13 in Form eines Schmiernippels vorgesehen. Die Schmiermittelzuführung 13 befindet sich, in axialer Richtung des Spindeltriebs 7 betrachtet, zwischen den beiden Wälzkörperreihen des Axialkugellagers 12.
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Eine Nachschmierung von Komponenten innerhalb der Elektrokammer 4 ist dagegen nicht vorgesehen. Dies gilt auch in Fällen, in denen der Elektromotor 6 die Verbindungswelle 10 und damit den Spindeltrieb 7 über ein Getriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe, antreibt. Der Spindeltrieb 7 umfasst eine fest mit der Verbindungswelle 10 verbundene Spindel 14 sowie eine Spindelmutter 15. Mit der Spindelmutter 15 ist ein auch als Schubrohr bezeichnetes Hüllrohr 16 verbunden, welches eine aus dem Gehäuse 2 ausfahrbare Komponente des Spindeltriebs 7 darstellt.
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Der Elektroraum 4 ist unterteilt in zwei Teilräume 17, 18, nämlich einen Hauptelektroraum 17 und einen Nebenelektroraum 18. Der ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch als oberer Elektroraum bezeichnete Hauptelektroraum 17 weist den gleichen Querschnitt wie der Mechanikraum 5 auf und ist – in Axialrichtung des Spindeltriebs 7 betrachtet – dem Mechanikraum 5 vorgelagert. Im Unterschied hierzu ist der Nebenelektroraum 18, welcher auch als unterer Elektroraum bezeichnet wird, in Axialrichtung ausgedehnter als der Hauptelektroraum 7, so dass eine Überlappung zwischen dem Mechanikraum 5 und dem Nebenelektroraum 18 gegeben ist. Anders ausgedrückt: Es existiert mindestens eine zur Längsachse des Spindeltriebs 7 normale Ebene, welche sowohl den Mechanikraum 5 als auch den Nebenelektroraum 18 schneidet. Insbesondere schneidet eine solche Ebene einen im Nebenelektroraum 18 angeordneten Endschalter 19, allgemein als Sensorikkomponente bezeichnet, welcher als kontaktloser, induktiver Sensor ausgebildet ist und mit der Spindelmutter 15 oder einem fest mit der Spindelmutter 15 verbundenen Teil zusammenwirkt.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Nebenelektroraum 18 über die gesamte Länge des Gehäuses 2. Dies ermöglicht insbesondere den Einbau mehrerer entsprechend dem Endschalter 19 aufgebauter Sensoren, welche die Position der Spindelmutter 15 detektieren. Zugehörige elektrische Leitungen sind ebenfalls im Nebenelektroraum 18 verlegt. An derjenigen Stirnseite des Stellantriebs 1, an welcher sich der Elektromotor 6 befindet, ist der Hauptelektroraum 17 mit dem Nebenelektroraum 18 durch einen Kabeldurchlass 21 verbunden. Der Kabeldurchlass 21 befindet sich im Ausführungsbeispiel in einer Zwischenwandung 22, die den Nebenelektroraum 18 sowohl vom Mechanikraum 5 als auch vom Hauptelektroraum 17 trennt. Die Zwischenwandung 22 ist ebenso wie die Gehäusewand 3 unmittelbar aus dem Metallprofil gebildet, aus welchem das Gehäuse 2 gefertigt ist.
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Abweichend hiervon könnte sich der Kabeldurchlass 21 auch in einem Deckel 23 befinden, welcher den Elektroraum 4 an der in 2 sichtbaren, motorseitigen Stirnseite des Stellantriebs 1 abdeckt. Der aus Kunststoff gefertigte Deckel 23 ist gegenüber der metallischen Gehäusewand 3 durch eine Dichtung 24 abgedichtet. Zusätzlich bildet der Deckel 23, indem er mit der Gehäusewand 3 überlappt, eine Spaltdichtung, die die Dichtung 24 schützt, insbesondere einen Schutz der Dichtung 24 vor grobem Schmutz und Alterung durch UV-Strahlung darstellt. Weiter ist am Deckel 23 eine mit 25 bezeichnete Kabelverschraubung erkennbar.
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Diejenige Stirnseite des Stellantriebs 1, an welcher das Hüllrohr 16, auch als Schubrohr bezeichnet, aus dem Gehäuse 2 ragt, ist in 4 dargestellt. An dieser Stirnseite ist das Gehäuse 2 durch einen Deckel, in diesem Fall mit 26 bezeichnet, verschlossen, wobei das Hüllrohr 16 gegenüber dem Deckel 26 durch zwei hintereinander geschaltete Dichtungen 27 abgedichtet ist. Der Deckel 26 schließt sowohl die Mechanikkammer 5 als auch den Nebenelektroraum 18 ab. Zwischen den Nebenelektroraum 18 und den Deckel 26 ist eine statische Flachdichtung 28 eingesetzt. Der Deckel 26 ist – vergleichbar mit der Gestaltung des Deckels 23 auf der Seite des Hauptelektroraums 7 – derart geformt, dass er die Flachdichtung 28 vor grobem Schmutz und UV-Strahlung schützt.
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Zur Führung des Hüllrohres 16 ist an der mit Hilfe des Deckels 26 sowie der dynamischen Dichtungen 27 und der statischen Flachdichtung 28 verschlossenen Stirnseite des Gehäuses 2 ein Gleitlagerelement 29 vorgesehen, welches unmittelbar mit dem Hüllrohr 16 zusammenwirkt. Das Hüllrohr 16 ist an seinem aus den Gehäuse 2 ragenden Ende durch ein Anschlusselement 30 verschlossen, an welches beispielsweise ein Gelenkauge anschließbar ist.
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Zur Nachschmierung des Spindeltriebs 7 ist im Bereich des Gleitlagerelements 29 eine Schmiermittelzuführung 31 vorgesehen, welche entsprechend der Schmiermittelzuführung 13 am Wälzlager 12 gestaltet ist und das Gehäuse 2 sowie das Gleitlagerelement 29 durchdringt. Das Gleitlagerelement 29 schließt, wie insbesondere aus 4 hervorgeht, direkt an den Deckel 26 an.
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Zur Be- und Entlüftung der Mechanikkammer 5 ist in dem Deckel 26 eine Be- und Entlüftungsvorrichtung, kurz als Lüftungselement 32 bezeichnet, integriert. Das Lüftungselement 32 ist in linearer Verlängerung des Nebenelektroraums 18 angeordnet und über einen im Deckel 26 ausgebildeten Lüftungskanal 33 mit der Mechanikkammer 5 verbunden. Der Nebenelektroraum 18 dagegen ist auf der Seite des Deckels 26, anders als auf der Seite des motorseitigen, mit der Kabelverschraubung 25 versehenen Deckels 23, komplett verschlossen, wobei der Verschluss durch den Deckel 26 hergestellt ist.
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Die 5 und 6 zeigen zwei Schnitte durch den Stellantrieb 1, in denen jeweils die Mechanikkammer 5 sowie der unter dieser liegende Nebenelektroraum 18 erkennbar ist. Lagerzapfen, mit welchen der Stellantrieb 1 insgesamt lagerbar ist, sind mit 20 bezeichnet. Wie aus 5 hervorgeht, ist der im Nebenelektroraum 18 angeordnete Endschalter 19 durch eine von außen zugängliche Befestigungsschraube 34 zentriert.
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Mit dem Bezugszeichen 35 ist die entsprechende Zentrieraufnahme für den Endschalter 19 im Gehäuse 2 gekennzeichnet.
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Eine weitere Befestigungsschraube 34 ist, wie aus 6 hervorgeht, zur Fixierung einer Platine 36, auf welcher sich diverse Bauelemente 37, 38 befinden, innerhalb des Nebenelektroraums 18 vorgesehen. Seitlich greift die Platine 35 in Führungsnuten 39, allgemein als Aufnahme bezeichnet, ein, welche in die Gehäusewand 3 eingeformt sind. Das Gehäuse 2 erfüllt damit gleichzeitig vielfältige Funktionen, welche die Lagerung des Spindeltriebs 7, des Elektromotors 6, sowie der weiteren stromführenden Komponenten 19, 37, 38 einschließen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stellantrieb
- 2
- Gehäuse
- 3
- Gehäusewand
- 4
- erster Raum, Elektrokammer
- 5
- zweiter Raum, Mechanikkammer
- 6
- Elektromotor
- 7
- Spindeltrieb
- 8
- Lagereinheit
- 9
- statische Dichtung
- 10
- Verbindungswelle
- 11
- dynamische Dichtung
- 12
- Wälzlager, zweireihiges Axialkugellager
- 13
- Schmiermittelzuführung
- 14
- Spindel
- 15
- Spindelmutter
- 16
- Hüllrohr
- 17
- Teilraum, Hauptelektroraum
- 18
- Teilraum, Nebenelektroraum
- 19
- Endschalter
- 20
- Lagerzapfen
- 21
- Kabeldurchlass
- 22
- Zwischenwandung
- 23
- Deckel
- 24
- Dichtung
- 25
- Kabelverschraubung
- 26
- Deckel
- 27
- Dichtung
- 28
- statische Flachdichtung
- 29
- Gleitlagerelement
- 30
- Anschlusselement
- 31
- Schmiermittelzuführung
- 32
- Lüftungselement
- 33
- Lüftungskanal
- 34
- Befestigungsschraube
- 35
- Zentrieraufnahme
- 36
- Platine
- 37
- Bauelement
- 38
- Bauelement
- 39
- Führungsnut, Aufnahme
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010004265 U1 [0002]
- US 2011/0061481 A1 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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