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Die Erfindung betrifft ein Kugelgewindetrieb umfassend eine Gewindespindel mit einem zugeordneten Verdrehsicherungselement, eine auf der Gewindespindel angeordnete Mutter, sowie mehrere in einem zwischen Gewindespindel und Mutter ausgebildeten Kugelkanal angeordnete Kugeln, über die die Mutter auf der Gewindespindel geführt ist, wobei an der Gewindespindel an einem Ende ein Kolben angeordnet ist, und wobei an der Gewindespindel ein Anschlagelement zur Begrenzung des Bewegungswegs der Gewindespindel relativ zur Mutter vorgesehen ist.
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Kugelgewindegetriebe dienen im Allgemeinen dazu, eine Drehbewegung in eine Verschiebung (Translation) umzuwandeln. Dazu ist entweder die Gewindespindel oder die Mutter mit einem Antrieb, beispielsweise einem Elektromotor, gegebenenfalls über ein zwischengeschaltetes Getriebe, verbunden. Wenn die Spindel durch den Antrieb gedreht wird, wird die Mutter, die über die in den Laufbahnen angeordnete Kugel mit der Gewindespindel verbunden ist, axial, also in Längsrichtung der Spindel verschoben. Alternativ kann der Antrieb auch mit der Mutter gekoppelt sein, so dass die Mutter durch den Antrieb in Rotation versetzt wird, woraufhin die Spindel axial verschoben wird.
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Für bestimmte Anwendungen werden Kugelgewindetriebe eingesetzt, bei denen die axial bewegbare Komponente mit einem Kolben verbunden ist. Beispiele dafür sind ein elektromechanischer Bremskraftverstärker oder eine elektromechanische Parkbremse.
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Üblicherweise ist der Kolben an der Gewindespindel angeordnet, die durch die positionsfeste, angetriebene Mutter bewegt wird. Die Verdrehsicherung ist z. B. mittels einer Vier-Kant-Stange realisiert, die den am Spindelende aufgesetzten Kolben durchsetzt und in eine Axialbohrung der Gewindespindel eingreift. An der Gewindespindel ist, dem Kolben nachgeschaltet, ein Anschlagelement angeordnet, das, wenn die Gewindespindel weit aus der Mutter herausgeschoben wird, gegen einen entsprechenden mutterseitig vorgesehenen Anschlag läuft. Ein solcher Fall kann z. B. bei Stromausfall seitens des Antriebsmotors unter axialer Belastung des Kugelgewindetriebes eintreten. In diesem Fall wird die Spindel lastbedingt durch die Mutter geschoben, so dass die Anschläge gegeneinander laufen.
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Ein solcher Ausbau ist sehr aufwendig. Aufgrund der Verdrehsicherung über die Vier-Kant-Stange muss eine dichte Verbindung zwischen dieser Stange und dem Kolben realisiert sein, damit der am Kolben anstehende Öldruck gehalten werden kann und es nicht zu einer Leckage durch den Kolben kommt. Weiterhin sind an der Mutter entsprechende Vorkehrungen zur Ausbildung des Anschlags zu treffen, gegen den der spindelseitige Anschlag läuft.
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Aus
DE 3238944 A1 ist ein Stellantrieb mit einem Gewindetrieb bekannt geworden, der eine Gewindespindel mit einem zugeordneten Verdrehsicherungselement aufweist, sowie eine auf der Gewindespindel angeordnete Mutter. An einem Ende der Gewindespindel ist ein Befestigungselement angeordnet, an dem eine Luftklappe einer Heizungs- oder Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug angelenkt ist. An der Gewindespindel ist ein Anschlagelement zur Begrenzung des Bewegungswegs der Gewindespindel relativ zur Mutter vorgesehen. Das Verdrehsicherungselement weist das Anschlagelement (
11) auf und ist am anderen Ende der Gewindespindel angeordnet.
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Das Verdrehsicherungselement sowie das Anschlagelement sind so ausgebildet, dass ausschließlich Kräfte in Umfangsrichtung übertragen werden. Der Stellantrieb kann in jeder beliebigen Zwischenstellung angehalten werden. Da zwischen der Spindelmutter und der Gewindespindel eine Selbsthemmung gegeben ist, hält der Stellantrieb die angefahrene Zwischenstellung.
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Dieser Stellantrieb ist ncht geeignet für Anwendungen, in denen der Stellantrieb keine Selbsthemmung hat oder haben darf, insbesondere, wenn der Gewindetrieb als Kugelgewindetrieb ausgebildet ist.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen demgegenüber verbesserten Kugelgewindetrieb anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Kugelgewindetrieb der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verdrehsicherungselement das Anschlagelement aufweist und am anderen Ende der Gewindespindel angeordnet ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb ist das Verdrehsicherungselement nicht an der Kolbenseite vorgesehen, sondern am gegenüberliegenden Ende der Gewindespindel. Ihm kommt eine Doppelfunktion zu. Zum einen dient es der Verdrehsicherung, so dass sich die Gewindespindel bei rotierender Mutter nicht um die eigene Achse drehen kann. Zum anderen dient das Verdrehsicherungselement gleichzeitig auch als Träger des Anschlagelements, dieses ist am Verdrehsicherungselement vorgesehen.
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Diese Ausgestaltung ist aus mehrerlei Gründen vorteilhaft. Zum einen ist weder im Kolben noch in der Gewindespindel eine entsprechende Durchbrechung respektive Bohrung vorzusehen, die der Aufnahme des Verdrehsicherungselements dient. Das heißt, dass entsprechende Bearbeitungsschritte diesbezüglich entfallen. Auch sind auch keine besonderen Dichtmaßnahmen in diesem Bereich vorzusehen.
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Weiterhin ist die Mutter nicht mit einem Anschlag zu versehen, da das Anschlagelement am Spindelende angeordnet ist, das sich, wenn der Problemfall eintritt und die Spindel, zusätzlich getrieben vom am Kolben anstehenden Druck, durch die Mutter geschoben wird, von der Mutter entfernt. Das Anschlagelement läuft in diesem Fall gegen ein extern zur Mutter vorgesehenes Anschlagelement, das beispielsweise an eine den Kugelgewindetrieb beinhaltenden Gehäusebauteil oder ähnlichem vorgesehen ist.
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Insgesamt ist der erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb demzufolge deutlich einfacher aufgebaut, gleichermaßen sind jedoch die entsprechenden Verdrehsicherungsmaßnahmen und der Anschlagschutz gegeben.
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In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verdrehsicherungselement als Hülse, die auf die Gewindespindel aufgesetzt und an ihr fixiert ist, ausgebildet ist. Diese Hülse, die bevorzugt aus Kunststoff ist, wird auf einfache Weise auf das Spindelende aufgesetzt, umgreift dieses also. An ihr sind entsprechende Vorkehrungen vorgesehen, die der Linearführung respektive Verdrehsicherung dienen.
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Die Hülse kann im einfachsten Fall in einem Presssitz auf dem Gewindespindelende aufsitzen, sie wird also auf die Gewindespindel unter Druck aufgeschoben. Alternativ ist es denkbar, die Hülse über wenigstens ein Befestigungselement an der Gewindespindel zu fixieren. Als ein solches Befestigungselement kann ein Stift verwendet werden, der die Hülse in einer Bohrung durchsetzt und in eine an der Gewindespindel ausgebildete Bohrung eingreift. Dieser Stift kann in einem Presssitz in der spindelseitigen Bohrung sitzen, denkbar ist es aber auch, ihn einzukleben.
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Wenngleich es für eine sichere Fixierung bereits ausreichend ist, wenn an der Hülse nur eine Querbohrung vorgesehen ist und die spindelseitige Bohrung als Sackloch ausgeführt ist, ist es zweckmäßig, an der Hülse zwei einander gegenüberliegende Bohrungen auszubilden und die Gewindespindel mit einer Durchgangsbohrung zu versehen. Der Stift durchgreift dann die beiden hülsenseitigen Bohrungen sowie die Durchgangsbohrung. In dieser kann er wiederum in einem Presssitz aufgenommen sein oder in dieser wie auch gegebenenfalls den hülsenseitigen Bohrungen über eine Klebeverbindung fixiert sein.
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Das Verdrehsicherungselement dient wie beschrieben der Verdrehsicherung der Gewindespindel. Um dies zu ermöglichen ist am Verdrehsicherungselement bevorzugt wenigstens ein seitlich vorspringender Sicherungsvorsprung ausgebildet respektive bei Ausgestaltung des Verdrehsicherungselements bzw. der Hülse aus Kunststoff einstückig angeformt. Dieser Sicherungsvorsprung ist bevorzugt länglicher Gestalt. Grundsätzlich greift der Sicherungsvorsprung z. B. in eine entsprechende Führungsnut, die beispielsweise an einem den Kugelgewindetrieb aufnehmenden Gehäuse vorgesehen ist, ein. Bevorzugt sind zwei um 180° versetzt zueinander angeordnete seitliche Sicherungsvorsprünge vorgesehen, so dass die Spindel beidseits gesichert und geführt ist. Anstelle eines oder zweier aus Kunststoff angeformter Sicherungsvorsprünge wäre es auch denkbar, den der Befestigung dienenden Stift entsprechend lang und zur Seite vorspringend auszuführen und ihn als Verdrehsicherung zu nutzen.
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Wie beschrieben können zur Aufnahme des Befestigungselements in Form des Stiftes eine oder zwei Querbohrungen an dem Verdrehsicherungselement respektive der Hülse vorgesehen sein. Diese können separat zu dem oder den Sicherungsvorsprüngen ausgebildet sein, also an einer anderen Position eingebracht werden. Denkbar ist es aber auch, den oder die Sicherungsvorsprünge entsprechend breit auszuführen, so dass eine den Stift aufnehmende Bohrung durch einen Sicherungsvorsprung geführt werden kann. Dieser hat also ebenfalls eine Doppelfunktion, einerseits dient er der Verdrehsicherung und Führung, andererseits der Aufnahme des Befestigungsstiftes.
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Das Anschlagelement selbst ist am freien Ende des Verdrehsicherungselements angeordnet. Es ist also ein axialer Anschlag realisiert. Die Hülse kann beispielsweise bodenseitig geschlossen sein. Nun kann der Boden selbst bereits das Anschlagelement bilden. Soll dem Anschlagelement eine dämpfende Funktion zukommen, so wäre es grundsätzlich denkbar, die aus Kunststoff gefertigte Hülse in einem ZweiKomponenten-Verfahren herzustellen, mithin also den Boden aus einem weicheren Kunststoffmaterial zu fertigen als den Rest der Hülse. Da der Boden entsprechend weich eingestellt ist, kann er bei Anschlag beispielsweise gegen einen gehäuseseitigen Anschlag oder dergleichen dämpfend wirken.
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Alternativ ist es denkbar, an der Außenseite des Bodens ein entsprechendes separates Anschlagelement anzubringen, beispielsweise anzukleben. Soll das Anschlagelement dämpfend wirken, kann das Anschlagelement beispielsweise aus einem entsprechend weichen Kunststoffmaterial sein, das entsprechende Dämpfungswirkung besitzt.
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Eine zweckmäßige Erfindungsalternative sieht hierzu vor, dass das Anschlagelement im Inneren der Hülse am Boden angeordnet ist und eine Durchbrechung im Boden durchgreift. Das Anschlagelement weist einen entsprechenden Radialflansch auf, über den es zwischen der Stirnfläche der Gewindespindel und dem Hülsenboden festgelegt ist. Es ragt durch die bodenseitige Durchbrechung der Hülse hervor. Das heißt, dass das Anschlagelement auch hier auch separates Element ist, das wiederum bei Bedarf entsprechend dämpfend ausgeführt werden kann.
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Sofern das Anschlagelement dämpfend ausgeführt sein soll, kann es aus einem elastischen Kunststoffmaterial gebildet werden, beispielsweise in Form eines Gummipuffers oder dergleichen. Denkbar ist es grundsätzlich aber auch, als Anschlagelement mit Dämpfungseigenschaften ein Federelement zu verwenden, beispielsweise ein sich axial erstreckende Schraubenfeder oder ähnliches. Auch ein Fluiddruckdämpfer wie z. B. Öldämpfer kann als Anschlagelement verwendet werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs,
- 2 eine Perspektivansicht des Kugelgewindetriebs aus 1 aus einer anderen Richtung,
- 3 eine perspektivische Schnittansicht durch den Spindelende und das daran angeordnete Verdrehsicherungselement einer ersten Ausführungsform,
- 4 eine perspektivische Schnittansicht durch den Spindelende und das daran angeordnete Verdrehsicherungselement einer zweiten Ausführungsform,
- 5 eine Schnittansicht ähnlich 4 mit über den Stift gebildeten Verdrehsicherungen, und
- 6 eine Ansicht des Anschlagelements für eine Verwendung als Fluiddämpfer.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Gewindetrieb 1 umfassend eine Gewindespindel 2 sowie eine auf der Gewindespindel 2 laufende Mutter 3. Zwischen Gewindespindel 2 und Mutter 3 ist in an sich bekannter Weise ein hier nicht näher gezeigter Kugelkanal ausgebildet, in dem Kugeln laufen, über die die Mutter 3 auf der Gewindespindel 2 geführt ist.
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Am einen Ende der Gewindespindel 2 ist ein Kolben 4 befestigt, der in einem nicht näher gezeigten Zylinder, in den die Gewindespindel 2 eintaucht, geführt ist.
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Am anderen Ende der Gewindespindel 2 ist ein Verdrehsicherungselement 5 angeordnet. Dieses Verdrehsicherungselement dient dazu, die Gewindespindel 2 gegen eine Rotation um ihre Längsachse zu sichern. Hierzu sind im gezeigten Beispiel am Verdrehsicherungselement 5 zwei seitlich vorspringende Sicherungsvorsprünge 6 ausgebildet, die in nicht näher gezeigte Führungsnuten oder an Führungsstegen, die beispielsweise an einem den Kugelgewindetrieb 1 zumindest abschnittsweise in diesen Bereich einhausenden Gehäuses ausgebildet sind, geführt sind. Für eine Verdrehsicherung ist bereits ein solcher Sicherungsvorsprung 6 ausreichend, bevorzugt sind jedoch zwei aneinander gegenüberliegenden Positionen vorgesehene Sicherungsvorsprünge 6, die im gezeigten Beispiel als längliche Stege ausgeführt sind, vorgesehen.
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3 zeigt in einer vergrößerten Ansicht die detaillierte Ausgestaltung des Verdrehsicherungselements 5 sowie seine Verbindung zur Gewindespindel 2.
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Das Verdrehsicherungselement 5 ist im gezeigten Beispiel als Hülse 7 ausgeführt, die bevorzugt aus Kunststoff ist, es handelt sich also um ein einfaches Kunststoffspritzbauteil. An der Hülse sind zwei Bohrungen 8 ausgebildet. Die Gewindespindel 2 ihrerseits ist mit einer querlaufenden Durchgangsbohrung 9 versehen.
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Zur Fixierung ist ein Stift 10 vorgesehen, beispielsweise ein einfacher Metallstift. Dieser durchgreift die beiden Bohrungen 8 sowie die Durchgangsbohrung 9. In dieser ist er beispielsweise über einen Presssitz fixiert, denkbar ist aber auch ihn über eine Klebeverbindung, auch gegebenenfalls im Bereich der Bohrungen 8, zu fixieren. Auf diese Weise ist die Hülse 7 drehfest mit der Gewindespindel 2 verbunden.
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Das Verdrehsicherungselement 5 dient des Weiteren als Träger oder Halterung für ein Anschlagelement 11, das im gezeigten Beispiel gleichzeitig als Dämpfer ausgeführt ist. Das Anschlagelement 11 ist beispielsweise aus einem elastischen Kunststoff oder Gummi ausgeführt. Es weist einen umlaufenden Radialflansch 12 auf, mit dem es, siehe 3, zwischen dem Boden 13 der Hülse 7 und der Stirnfläche 14 der Gewindespindel 2 aufgenommen ist. Die Ausgestaltung ist derart, dass der Radialflansch 12 zwischen beiden verklemmt ist, so dass letztlich die über den Stift 10 fixierte Hülse 7 insgesamt fest und unbeweglich am Spindelende angeordnet ist.
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Der Boden 13 der Hülse 7 weist eine Durchbrechung 15 auf, durch die ein entsprechender Vorsprung 16 des Anschlagelements 11 greift. Die Stirnfläche 17 des Anschlagelements 11 steht also aus der Ebene der Bodenfläche hervor.
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Kommt es nun beispielsweise bei Stromausfall unter anliegender Last am Kolben 4 dazu, dass die Gewindespindel 2 mit höherer Geschwindigkeit aus der Mutter 3 herausgeschoben wird, so wird diese ungewollte Bewegung dadurch begrenzt, dass das Anschlagelement 11 gegen einen hier nicht näher gezeigten externen Anschlag axial läuft. Dieser externe Anschlag kann beispielsweise an einem Gehäuse, das die Gewindespindel in diesem Bereich einhaust, realisiert sein. Dadurch, dass das Anschlagelement 11 wie beschrieben bevorzugt dämpfende Eigenschaften aufweist, ist dieser axiale Anschlag darüber hinaus gedämpft, wodurch der Kugelgewindetrieb etwas entlastet wird.
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Im Rahmen der Montage wird zunächst das Anschlagelement 11 in die Hülse 7 eingesetzt, wonach die Hülse 7 auf das Spindelende aufgeschoben wird. Schließlich wird der Stift 10 eingesetzt und fixiert. Hierzu kann es erforderlich sein, das Anschlagelement 11 bzw. dessen Radialflansch 12 zu komprimieren, damit der Stift 10 durch die hülsenseitigen Bohrungen 8 gesteckt werden kann. Bereits durch die Rückstellkraft des komprimierten Radialflansches 12 kann der Stift ausreichend in den Bohrungen 8 und der Durchgangsbohrung 10 fixiert sein, so dass es mitunter eines zusätzlichen Verklebens oder eines Presssitzes nicht bedarf.
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4 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Verdrehsicherungselements 5, wiederum in Form einer Hülse 7. Auch hier ist die Hülse 7 bevorzugt aus Kunststoff gefertigt.
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Sie weist wiederum zwei Sicherungsvorsprünge 6 auf, die aneinander gegenüberliegenden Positionen radial vorspringen angeformt sind. Bei dieser Erfindungsausgestaltung sind die Sicherungsvorsprünge 6 etwas breiter ausgeführt. Denn in ihnen sind die beiden Bohrungen 8 ausgebildet, die der Aufnahme des Stiftes 10, der auch die Gewindespindel 2 in einer Durchgangsbohrung 9 durchsetzt, dienen. Sicherungsvorsprung 6 und Bohrung 8 fallen hier also zusammen.
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Ansonsten entspricht der Aufbau dem wie zu 3 beschrieben. Auch hier ist ein Anschlagelement 11 vorgesehen, das zwischen dem Boden 13 der Hülse 7 und der Stirnfläche 14 der Gewindespindel 2 über einen Radialflansch 12 aufgenommen ist. Der Boden 13 ist auch hier mit einer Durchbrechung 15 versehen, durch die der Vorsprung 16 des Anschlagelements 11 hindurchgreift. Das Anschlagelement 11 kann zusätzlich als Dämpfer ausgeführt sein, ist also aus einem entsprechend elastischen Kunststoffmaterial oder Gummi etc. gebildet.
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Die Ausführung der Hülse 7 aus Kunststoff ist vorteilhaft, als die Hülse auf einfache Weise als einfaches Kunststoffspritzbauteil hergestellt werden kann. Die Anformung der entsprechenden Sicherungsvorsprünge 6 sowie die Ausbildung der Bohrungen 8 und der Durchbrechung 15 ist im Spritzgusswerkzeug ohne weiteres möglich. Ein weiterer Vorteil der Kunststoffausführung ist ferner, dass die Sicherungsvorsprünge, die in entsprechende Führungsnuten an einem Gehäuse oder dergleichen eingreifen, bei einem Drehrichtungswechsel sehr geräuscharm die Nutanlage ändern.
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Bei den beschriebenen Ausgestaltungen ist das Anschlagelement 11 jeweils zwischen dem Boden 13 und der Stirnfläche 14 fixiert. Denkbar wäre es auch, den Boden 13 geschlossen auszuführen, so dass dieser an der Stirnfläche 14 oder eng benachbart zu dieser angeordnet ist. An die Bodenaußenseite kann ein entsprechendes Anschlagelement, das gleichzeitig dämpfende Funktionen aufweist, angebracht werden, beispielsweise durch Ankleben. Dieses Anschlagelement kann beispielsweise eine kleine Scheibe oder dergleichen aus einem elastischen Kunststoff oder Gummi sein, mithin also eine Art Puffer oder ähnliches.
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Schließlich besteht die Möglichkeit, den Boden 13 der Hülse 7 selbst als Anschlagelement zu nutzen. In diesem Fall würde der Boden 13, der dann natürlich bevorzugt geschlossen ausgeführt ist, gegen einen entsprechenden Anschlag beispielsweise an einem externen Gehäuse oder dergleichen Laufen. An diesem Gehäuse kann anschlagseitig ein Dämpfungselement, beispielsweise eine entsprechende Kunststoff- oder Gummiauflage mit elastischen Eigenschaften angebracht werden, so dass auch in diesem Fall die Anschlagbewegung gedämpft ist.
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5 zeigt eine weiter Möglichkeit das System zu vereinfachen. Hier ist der Stift verlängert und wird direkt als Verdrehsicherungselement genutzt. Um einen Stahl-Stahl-Kontakt an dieser Stelle zu vermeiden, um Geräusche bei dem Richtungswechsel zu unterdrücken, wäre hier ein Kunststoff-Gehäuse als Gegenhalterung zu der Verdrehsicherung zu verwenden.
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6 zeigt ein Anschlagelement zur Verwendung als Fluiddruckdämpfer. Im Anschlagelement 11 ist ein Reservoir für z. B. Öl, nämlich der Hohlraum, vorgesehen. Dieses Reservoir ist mit einem oder mehreren Kanälen 18 verbunden, damit beim Anschlag das Ölvolumen, das aus dem Reservoir herausgedrückt wird, gedrosselt ist. Hierdurch wird der Dämpfereffekt verstärkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugelgewindetrieb
- 2
- Gewindespindel
- 3
- Mutter
- 4
- Kolben
- 5
- Verdrehsicherungselement
- 6
- Sicherungsvorsprung
- 7
- Hülse
- 8
- Bohrung
- 9
- Durchgangsbohrung
- 10
- Stift
- 11
- Anschlagelement
- 12
- Radialflansch
- 13
- Boden
- 14
- Stirnfläche
- 15
- Durchbrechung
- 16
- Vorsprung
- 17
- Stirnfläche
