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Die Erfindung betrifft einen Aktuator gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, wie er als solcher etwa aus der
DE 10 2005 021 767 A1 bekannt ist.
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Unter einem Aktuator wird in vorliegendem Zusammenhang ein insbesondere elektrisch betreibbarer Getriebemotor verstanden; mit einem Stellmotor, der nicht für Antriebsaufgaben dimensioniert ist, sondern für bloße Stellbewegungen. Üblicherweise handelt es sich um einen hochtourigen, vorzugsweise elektronisch kommutierenden Gleichstrommotor geringer Leistung und Abmessungen, dessen Drehmoment mittels eines von der Motorwelle angetriebenen, zumeist mehrstufigen Untersetzungsgetriebes entsprechend heraufgesetzt wird, um ein nachfolgendes Stellglied zu bewegen. Bei diesem kann es sich um eine Spindel-Mutter-Anordnung handeln, welche die Rotationsbewegung der Getriebe-Abtriebswelle in eine Linearbewegung als Aktuator-Ausgangsgröße umsetzt. Gewöhnlich ist die Spindel dazu axial fixiert und auf ihr infolge Verdrehens der Spindel die verdrehgesichert geführte Mutter koaxial verlagerbar. Wenn dagegen eine axial fixierte Mutter vom Getriebeausgang verdreht wird, verlagert die Spindel sich linear, koaxial durch die feststehende Mutter hindurch.
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Eine große Steigung des Spindel-Gewindes hat eine vergleichsweise rasche Linearbewegug zur Folge. Wenn der Spindel-Mutter-Eingriff aber selbstblockierend arbeiten soll, erfordert das eine möglichst flache Steigung des Spindel-Gewindes - mit der Folge entsprechend langsamer Linearbewegungen: Für einen vorgegebenen Linearweg sind mehr Umdrehungen der Spindel relativ zur Mutter erforderlich.
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Angesichts dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, einen Aktuator mit Linearausgang derart auszulegen, dass er trotz selbsthemmenden Spindelgewindes eine größere Dynamik, also eine raschere Linearbewegung erbringt, und das möglichst bei reduzierter Beanspruchung der Gewinde.
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Diese Aufgabe ist durch das Zusammenwirken der im Hauptanspruch angegebenen wesentlichen Merkmale gelöst. Danach weist der Stellmotor einander entgegengesetzt zwei gleichdrehende koaxiale Abtriebswellen auf, je eine an den beiden Stirnseiten des Stellmotors. Als „ein“ Stellmotor ist es im Rahmen vorliegender Erfindung auch noch anzusehen, wenn im Aktuator zwei, insbesondere baugleiche und parallel identisch zu betreibende, herkömmliche Stellmotoren koaxial gegensinnig, also mit voneinander fort weisenden Abtriebswellen installiert werden. Wegen unvermeidlicher Drehzahltoleranzen ist es jedoch zweckmäßiger, und auch kleinerbauend, unter Einsatz von nur einem einzigen Stellmotor dessen durchgehende Motorwelle beidseitig als Abtriebswellen aus dem Gehäuse herauszuführen.
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Zweckmäßigerweise arbeitet jede dieser beiden Motor-Abtriebswellen zur Drehmomentensteigerung auf eines von zwei untereinander gleich drehzahluntersetzenden Getrieben, vorzugsweise auf ein Koaxialgetriebe wie ein Planetengetriebe mit seinen koaxialen Eingangs- und Ausgangs-Drehachsen. Zu radial form- und reibschlüssiger Verbindung unter Axial- und Leistungs-Toleranzausgleich sollte jeweils eine Kupplung zwischen Stellmotor und Untersetzungs-Getriebe eingeschaltet sein. Dabei kann es sich insbesondere um eine Klauenkupplung handeln, aber auch um eine berippte Scheibenkupplung.
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Der Stellmotor und die beiden, beiderseitigen Untersetzungs-Getriebe können in starrer Relation zueinander unmittelbar gerätefest montiert sein, oder etwa auf die Grundplatte eines Stellgehäuses. Aus diesem ragen dann die Getriebe-Ausgangswellen als mit der Motorwelle koaxiale Spindeln diametral hervor. Die sind mit den drehgesichert geführten Spindel-Muttern bestückt, welche sich bei der Rotation der Spindeln längs dieser verlagern.
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Wenn die Gewinde auf den beiden gleichsinnig drehenden Spindeln in Bezug zueinander gegensinnig bei gleicher Steigung geneigt sind (also Links- und Rechtsgewinde entsprechend), dann werden die beiden Muttern je nach der Spindel-Drehrichtung symmetrisch zum stationären Stellmotor kontrahierend auf einander zu oder spreizend voneinander fort verlagert. Diese Linearbewegung zwischen den beiden Muttern verläuft doppelt so schnell, wie jede der beiden Mutter-Bewegungen relativ zum Stellmotor, weil diese beiden Teilbewegungen einander überlagert sind. Und die vom Stellmotor abgegebene Leistung verteilt sich hälftig auf die beiden Muttern, die somit nur mit halber Last beansprucht werden.
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Wenn dagegen die Gewinde mit gleicher Steigung auf den beiden gleich drehenden Spindeln gleichsinnig geneigt sind, dann werden die Muttern zunächst beide mit gleicher Geschwindigkeit in der selben Richtung vom Stellmotor fort beziehungsweise zu ihm hin verfahren. Wenn nun jedoch der Stellmotor linear beweglich geführt und mit einer der beiden Muttern starr verbunden ist, dann verfährt der Stellmotor mit dieser Mutter; und deren Längsbewegung wird derjenigen der anderen Mutter wieder additiv überlagert. Deshalb verdoppelt sich wieder die zwischen den beiden Muttern auftretende Geschwindigkeit.
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Die etwa eingängigen Spindel-Gewinde können mit einer selbsthemmenden, also flachen Gewindesteigung ausgelegt sein. Zwischen den beiden Spindel-Muttern erfolgt dennoch eine rasche Axialverlagerung bezüglich einander. Denn die resultierende Relativbewegung zwischen den beiden Spindel-Muttern verläuft doppelt so schnell, wie bei einem Stell-Abtrieb mit nur einer Mutter auf nur einer Abtriebs-Spindel relativ zum Stellmotor. So ist ein selbsthemmender und doch schneller Axial-Aktuator geschaffen, indem der Stellmotor beiderseits mit zwei koaxial einander entgegengesetzt orientierten aber gleichbewegten Abtriebswellen ausgestattet wird, die über untereinander gleich drehzahluntersetzende Getriebe mit Spindeln in Drehverbindung stehen, die jede mit einer unverdrehbar geführten Mutter bestückt ist. Daran angeschlossene Konstruktionsteile werden selbsthemmend und doch rasch relativ zueinander verlagert.
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Zusätzliche Abwandlungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den weiteren Ansprühen und, auch unter Berücksichtigung von deren Vorteilen, aus nachstehender Beschreibung eines bevorzugten Realisierungsbeipieles zur Erfindung. Die einzige Figur der Zeichnung veranschaulicht unter Abstraktion auf das Funktionswesentliche und ohne Berücksichtigung von Lagerstellen, skizziert in Schrägansicht, ein mittig zwischen zwei Spindelmuttern gelegenes Stellgehäuse zur Aufnahme eines Aktuator-Stellmotors mit beiderseits aus ihm austretender Motorwelle, an deren Stirnenden jeweils eine Spindel über ein drehzahluntersetzendes Getriebe koaxial angeschlossen ist.
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Der skizzierte Aktuator 11 ist in einem Stellgehäuse 12 auf einer Bodenlatte 13 mit einem kleinbauenden hochtourigen, drehrichtungs-umsteuerbaren elektrischen Stellmotor 14 bestückt. Dessen Motorwelle 15 ist beidseits stirnseitig über dessen Lagerschilde 16 hinaus zu Abtriebswellen 17 verlängert. An deren Stirnenden 18 sind, zweckmäßigerweise über Ausgleichs-Kupplungen 19 zu Axialversatz-Toleranzausgleich, ebenfalls auf die Bodenplatte 13 montierte Drehzahluntersetzungs-Getriebe 20 angeschlossen. Jene Kupplungen 19 können zum Aufnehmen von Axialspiel mittels Klauen ausgelegt sein, aber auch zu zusätzlichem Symmetrieren der Lasten beiderseits des Stellmotors 14 mittels Rippenscheiben. Die Getriebe können mehrstufige Stirnradgetriebe sein. Bevorzugt werden im Interesse eines schlankbauenden Stellgehäuses 12 hier aber ein- oder mehrstufige Planetengetriebe eingesetzt, da sie, bei koaxialen Eingangs- und Ausgangsachsen, vergleichsweise sehr hohe Untersetzungen mit der Folge entsprechender Drehmomenten-Steigerungen liefern.
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Mit dem, der Drehzahlminderung entsprechend, gesteigerten Drehmoment treiben die Getriebe 20 je eine das Stellgehäuse 12 verlassende, mit der Motorwelle 15 koaxial und gleichsinnig rotierende Spindel 21 an, deren Gewinde 22 jeweils selbsthemmend flache Steigungen aufweisen können. Außerhalb des Stellgehäuses 12 sind die beiden Spindeln 21 mit drehfest geführten Muttern 23 bestückt, so dass diese sich in Abhängigkeit von der Drehung der Motorwelle 15 längs der Spindeln 21 verlagern. Diese Linearbewegungen sind bei auf Selbsthemmung ausgelegten, also flachen Steigungen der Spindel-Gewinde 22 jede sehr langsam.
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Die beiden Muttern 23 beiderseits des Stellgehäuses 12 bewegen sich je nach der Drehrichtung der Motorwelle 15 aufeinander zu beziehungsweise von einander fort, wenn die Steigungen der Spindel-Gewinde 22 gegensinnig sind, also gewissermaßen beim einen Stirnende des Stellgehäuses rechtsgängig und axial gegenüber linksgängig angelegt sind. Die Überlagerung der beiden Muttern-Längsbewegungen führt zur Verdoppelung der Geschwindigkeit der Spreiz- beziehungsweise Kontraktionsbewegungen zwischen den beiden Spindel-Muttern 23, verglichen mit den Geschwindigkeiten jeder einzelnen der beiden Muttern 23 relativ zum Stellgehäuse 12.
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Wenn dagegen die Steigungen der beiden Spindel-Gewinde 22 gleichsinnig sind und das Stellgehäuse 12 linearbeweglich drehfest mit einer der unverdrehbaren Spindel-Muttern 23 verbunden ist, wie durch ein Koppelglied 24 in der Zeichnung veranschaulicht, dann verlagert sich das Stellgehäuse 12 mit dieser Mutter 23 längs deren Spindel 21; was eine entsprechende Axialbewegung der gegenüberliegenden, mit freier Mutter 23 bestückten Spindel 21 zur Folge hat. Zu jener Bewegung addiert sich die gleichgerichtete Axialbewegung der freien Mutter 23 infolge der Drehbewegung ihrer Spindel 21. So verdoppelt sich auch beim Linear-Aktuator 11 mit Selbsthemmung die Stell-Geschwindigkeit der linearen Ausgangsbewegung zwischen den beiden Muttern 23.
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Wenn (nicht zeichnerisch dargestellt) zwei Funktionsteile eines Gerätes abwechselnd aufeinander zu und voneinander fort bewegt werden sollen, dann wird der Aktuator 11 typischerweise mit gerätefest installiertem Stellgehäuse 12 betrieben, und die beiden Funktionsteile werden an die beiden längs ihrer Spindeln 21 mit gegensinnigen Gewinde-Steigungen frei verlagerbaren Muttern 23 angeschlossen. Wenn dagegen der Aktuator 11 kolbenähnliche Hubbewegungen ausgeben soll, dann wird das Stellgehäuse 12, vorzugsweise axial geführt, nicht gerätefest, sondern mit einer der rotationsfesten Spindel-Muttern 23 verbunden. Diese der Muttern 23 wird an das Gerät angeschlossen, und die andere Mutter 23 an das dagegen verschwenkbare oder verschiebbare Geräteteil (oder umgekehrt).
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Da die für Selbsthemmung erforderliche geringe Steigung des Spindel-Gewindes 11 nur eine entsprechend langsame Verschiebung der unverdrehbar geführten Spindel-Mutter 23 längs ihrer motorgetrieben rotierenden Spindel 21 eines Aktuators 11 relativ zu dessem Stellmotor 14, beziehungsweise zu dessem damit samt Getriebe 20 bestücktem Stellgehäuse 12, zulässt, wird also erfindungsgemäß ein Stellmotor 14 mit beiderseits zu Abtriebswellen 17 axial vorkragender Motorwelle 15 eingesetzt, die jede eine Spindel 21, mit übereinstimmender Geschwindigkeit und Drehrichtung, antreiben. Dadurch wird die Längsgeschwindigkeit der einen Spindel-Mutter 23 relativ zu der anderen, die sich, je nach der Paarung der Gewindesteigungs-Richtungen, bezüglich des Stellmotors 14 bei nur je hälftiger Belastung der beiden Spindel-Gewinde 22 aufeinander zu und voneinander fort beziehungsweise in übereinstimmender Axialrichtung bewegen, infolge Bewegungsüberlagerung wesentlich gesteigert, nämlich verdoppelt.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Aktuator (mit 14)
- 12
- Stellgehäuse (für 14)
- 13
- Bodenplatte (von 12)
- 14
- Stellmotor (auf 13)
- 15
- Motorwelle (von 14)
- 16
- Lagerschild (von 14)
- 17
- Abtriebswelle (von 14)
- 18
- Stirnende (von 17)
- 19
- Ausgleichs-Kupplung (zwischen 17 und 20)
- 20
- Untersetzungs-Getriebe (hinter 14)
- 21
- Spindel (hinter 20)
- 22
- Gewinde (auf 21, in 23)
- 23
- Mutter (auf 21)
- 24
- Koppelglied (zwischen 12 und 23)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005021767 A1 [0001]
