DE102019115868B4

DE102019115868B4 - Spindelantrieb

Info

Publication number: DE102019115868B4
Application number: DE102019115868.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Herdering
Original assignee: Witte Automotive GmbH
Current assignee: Witte Automotive GmbH
Priority date: 2019-06-11
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2039-06-12
Also published as: DE102019115868A1

Abstract

Spindelantrieb umfassend:eine Spindel (10) mit einer Spindellängsachse (A), die eine axiale Bewegungsrichtung definiert;einen auf der Spindel (10) sitzenden Mutternkäfig (12), welcher zwei axial zueinander beabstandete Laschen (14a, 14b) aufweist;zwei axial beabstandete Muttern (16a, 16b), welche innerhalb des Mutternkäfigs (12) mit der Spindel (10) in Gewindeeingriff stehen und jeweils einen Mitnehmer (20a, 20b) aufweisen,eine Torsionsfeder (18), welche derart zwischen die Muttern (16a, 16b) geschaltet und vorgespannt ist, dass eine Rückstellkraft der Torsionsfeder (18) eine Verdrehung der Muttern (16a, 16b) in axialer Richtung voneinander weg bewirkt, so dass in einem stationären Zustand des Spindelantriebs wenigstens eine der Muttern (16a, 16b) mit der ihr zugewandten Lasche (14a, 14b) des Mutternkäfigs (12) zur Anlage gelangt; undeine koaxial mit der Spindel (10) angeordnete Antriebshülse (22) zur Verdrehung der Muttern (16a, 16b), wobei die Antriebshülse (22) ein Übertragungsmittel (24) aufweist, welches dazu dient, bei einer Verdrehung der Antriebshülse (22) um die Spindellängsachse (A) mit dem Mitnehmer (20a, 20b) zumindest einer der Muttern (16a, 16b) in Eingriff zu gelangen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb umfassend eine Spindel mit einer Spindellängsachse, die eine axiale Bewegungsrichtung definiert, einen auf der Spindel sitzenden Mutternkäfig, welcher zwei axial zueinander beabstandete Laschen aufweist, und zwei axial beabstandete Muttern, welche innerhalb des Mutternkäfigs mit der Spindel in Gewindeeingriff stehen.
Ein derartiger Spindelantrieb ist aus der DE 198 36 683 A1 bekannt, wobei zwischen den zwei Muttern eine in axialer Richtung wirkende Feder angeordnet ist. Weitere Spindelantriebe sind in der DE 10 2010 021 536 A1 und WO 03/016122 A1 offenbart.
Spindelantriebe können beispielsweise im Automobilbereich dazu dienen, einen Sitz zu verfahren oder einen Neigungswinkel einer Rückenlehne eines Sitzes einzustellen. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, dass sich mittels des Spindelantriebs eine Drehbewegung derart in eine Linearbewegung umwandeln lässt, dass sich der Mutternkäfig und die Spindel in axialer Bewegungsrichtung relativ zueinander bewegen.
Zum Verfahren des Sitzes kann die Spindel beispielsweise ortsfest drehbar gelagert sein, wohingegen der Mutternkäfig an einem Sitz angebracht ist. Eine Rotationsbewegung der Spindel bewirkt dann mittels der von dem Mutternkäfig aufgenommenen Muttern ein Verfahren des Sitzes entlang der Spindellängsachse.
Alternativ kann aber auch der Mutternkäfig ortsfest gelagert sein. In diesem Fall bewirkt eine Rotationsbewegung der in dem Mutterkäfig aufgenommenen Muttern eine Linearbewegung der Spindel in Richtung ihrer Spindellängsachse. Ist ein Ende der Spindel eines derart ausgestalteten Spindelantriebs beispielsweise an einer verschwenkbaren Rückenlehne befestigt, so lässt sich durch Verfahren der Spindel ein Neigungswinkel der Rückenlehne einstellen.
Damit der Sitz eine vorbestimmte Position oder die Rückenlehne einen gewünschten Neigungswinkel sicher einnehmen kann, ist es üblicherweise erforderlich, dass der Spindelantrieb mit möglichst geringem Spiel, d.h. mit möglichst geringen Fertigungstoleranzen, zwischen den Muttern und der Spindel gefertigt ist. Hierfür ist es erforderlich, die jeweiligen Bestandteile des Spindelantriebs möglichst präzise zu fertigen, was üblicherweise mit erhöhten Produktionskosten einhergeht. Überdies können weitere Bauteile zur Verringerung des Spiels notwendig sein, wodurch sich die Produktionskosten weiter erhöhen können.
Ein besonders geringes Spiel lässt sich in einem Spindelantrieb zum Beispiel dadurch erreichen, dass die Spindel ein Übermaß bezüglich der Muttern aufweist, so dass die Muttern unter erhöhtem Reibschluss mit der Spindel in Gewindeeingriff stehen. Hierdurch ergibt sich jedoch der Nachteil, dass zur Bewegung des Spindelantriebs verhältnismäßig hohe Reibungskräfte zwischen der Spindel und den Muttern überwunden werden müssen, was eines ausreichend stark dimensionierten Antriebs bedarf bzw. zu einem erhöhten Stromverbrauch eines Antriebs führt. So kann die Überwindung der Reibungskräfte bis zu zwei Drittel der zur Bewegung des Mutternkäfigs oder der Spindel aufzubringenden Antriebsleistung ausmachen.
Infolge des erhöhten Reibschlusses zwischen den Muttern und der Spindel kann es außerdem zu einem erhöhten Verschleiß des Spindelantriebs kommen, was zu unerwünschter Geräuschentwicklung führen und den Spindelantrieb schlimmstenfalls vorzeitig unbrauchbar machen kann.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Spindelantrieb zu schaffen, welcher die vorstehend genannten Nachteile überwindet. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen zumindest annähernd spielfreien Spindelantrieb zu schaffen, welcher sich mit einem kleiner dimensionierten Antrieb antreiben lässt.
Die Aufgabe wird durch einen Spindelantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Spindelantrieb umfasst eine Spindel mit einer Spindellängsachse, die eine axiale Bewegungsrichtung definiert, einen auf der Spindel sitzenden Mutternkäfig, welcher zwei axial zueinander beabstandete Laschen aufweist, zwei axial beabstandete Muttern, welche innerhalb des Mutternkäfigs mit der Spindel in Gewindeeingriff stehen und jeweils einen Mitnehmer aufweisen, eine Torsionsfeder, welche derart zwischen die Muttern geschaltet und vorgespannt ist, dass eine Rückstellkraft der Torsionsfeder eine Verdrehung der Muttern in axialer Richtung voneinander weg bewirkt, so dass in einem stationären Zustand des Spindelantriebs wenigstens eine der Muttern mit der ihr zugewandten Lasche des Mutternkäfigs zur Anlage gelangt, und eine koaxial mit der Spindel angeordnete Antriebshülse zur Verdrehung der Muttern, wobei die Antriebshülse ein Übertragungsmittel aufweist, welches dazu dient, bei einer Verdrehung der Antriebshülse um die Spindellängsachse mit dem Mitnehmer zumindest einer der Muttern in Eingriff zu gelangen.
Der Erfindung liegt der allgemeine Gedanke zugrunde, Fertigungstoleranzen in einem Spindelantrieb mittels einer zwischen zwei Muttern geschalteten Torsionsfeder zu kompensieren. Dabei erfolgt die Toleranzkompensation in dem Spindelantrieb anders als bei Verwendung einer Druckfeder, welche die jeweiligen Gewindeflanken der Muttern lediglich gegen die Gewindeflanken der Spindel drückt, dadurch, dass die Rückstellkraft der zwischen die Muttern geschalteten Torsionsfeder eine Verdrehung mindestens einer Mutter hin zu der ihr zugewandten Lasche des Mutternkäfigs bewirkt. Hierdurch gelangt die entsprechende Mutter zur festen Anlage an der ihr zugewandten Lasche, und eventuell in dem Spindelantrieb vorliegende Fertigungstoleranzen, insbesondere in axialer Richtung, werden dadurch ausgeglichen, dass die Mutter in axialer Richtung gegen die ihr zugewandte Lasche gedrückt wird, und zwar unabhängig davon, ob es sich um ein selbsthemmendes oder nicht-selbsthemmendes Getriebe handelt.
Durch den Toleranzausgleich mittels der zwischen die Muttern geschalteten Torsionsfeder ergibt sich der Vorteil, dass die einzelnen Bestandteile und insbesondere die Muttern sowie die Spindel mit größeren Fertigungstoleranzen hergestellt werden können, wodurch sich letztendlich die Produktionskosten senken lassen. Des Weiteren wirkt sich vorteilhaft auf die Produktionskosten aus, dass zum Ausgleich der Fertigungstoleranzen außer der zwischen die Muttern geschalteten Torsionsfeder keine weiteren Bauteile benötigt werden. Gleichzeitig brauchen die Spindel und Muttern nicht mit erhöhtem Übermaß hergestellt werden, was in reduzierten Reibungskräften im System resultiert, so dass sich auch der verwendete Antrieb kleiner dimensionieren lässt.
Die Kompensation der Toleranzen in dem Spindelantrieb mittels der Torsionsfeder hat außerdem zum Vorteil, dass der Spindelantrieb selbst bei vorangeschrittenem Verschleiß kein oder allenfalls nur ein geringfügiges Spiel aufweist. Mit anderen Worten ist selbst bei Verschleiß ein ruhiges Verfahren des Mutternkäfigs relativ zu der Spindel möglich. Überdies ist eine Geräuschentwicklung in dem Spindelantrieb infolge des Toleranzausgleichs bestenfalls vollständig reduziert oder zumindest verringert.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Antriebshülse hohlzylinderartig ausgebildet.
Vorzugsweise liegen in einem stabilen stationären Zustand des Spindelantriebs beide Muttern jeweils an den ihnen zugewandten Laschen des Mutternkäfigs an. Besonders bevorzugt liegen die Muttern an den ihnen zugewandten Laschen des Mutternkäfigs reibschlüssig an. An dieser Stelle sei angemerkt, dass sich die Torsionsfeder im stabilen stationären Zustand nicht vollständig entspannen kann, da die Laschen des Mutternkäfigs ein vollständiges Auseinanderdrehen der Muttern voneinander weg verhindern. Mit anderen Worten ist die Torsionsfeder im stabilen stationären Zustand weiterhin entgegen ihrer Rückstellkraft ausgelenkt, wenn die Muttern jeweils an den ihnen zugewandten Laschen anliegen. Im stabilen stationären Zustand bewirkt die Rückstellkraft der vorgespannten Torsionsfeder, dass die Muttern bei einer Bewegung des Mutternkäfigs relativ zu der Spindel in axialer Richtung stets in Richtung der ihnen zugewandten Laschen zurückverdreht werden, um dort zur Anlage zu gelangen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in dem stabilen stationären Zustand des Spindelantriebs die Mitnehmer der Muttern in Drehrichtung gesehen versetzt zueinander angeordnet. Dabei kann zwischen dem Mitnehmer der einen Mutter und dem Mitnehmer der anderen Mutter in Drehrichtung gesehen ein Winkel größer als 0°, vorzugsweise größer als 10°, besonders bevorzugt größer als 20° und beispielsweise ein Winkel von 30° vorliegen.
Aufgrund der in Drehrichtung zueinander versetzten Anordnung der Mitnehmer der Muttern wird das Übertragungsmittel bei einer Verdrehung der Antriebshülse um einen ersten Winkel ausgehend vom stabilen stationären Zustand des Spindelantriebs zunächst mit dem Mitnehmer der einen Mutter und bei einer weiteren Verdrehung um einen zweiten Winkel mit dem Mitnehmer der anderen Mutter in Eingriff gebracht. Bevorzugt ist durch eine Verdrehung der Antriebshülse zuerst die eine Mutter von der ihr zugewandten Lasche lösbar und danach die andere Mutter in Richtung der ihr zugewandten Lasche bewegbar, um eine Relativbewegung von Spindel und Mutternkäfig zu bewirken. Insbesondere löst sich bei der Verdrehung der Antriebshülse um den zweiten Winkel diejenige Mutter, mit welcher das Übertragungsmittel zuerst mittels des Mitnehmers in Eingriff gebracht wurde, von der ihr zugewandten Lasche. Dabei wird die Torsionsfeder noch stärker entgegen ihrer Federkraft gespannt. Die Torsionsfeder weist eine maximale Spannung auf, wenn das Übertragungsmittel mit beiden Mitnehmern in Eingriff steht.
Steht das Übertragungsmittel mit beiden Mitnehmern in Eingriff, so bewirkt eine Verdrehung der Antriebshülse letztendlich, dass die Spindel und der Mutternkäfig relativ zueinander verfahren werden können. Beispielsweise kann die Spindel in Richtung ihrer Spindellängsachse verfahren werden, wenn der Mutternkäfig ortsfest angebracht ist. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass der Mutternkäfig in Richtung der Spindellängsachse verfahren wird, wenn die Spindel um ihre Spindellängsachse drehbar ortsfest gelagert ist.
Demnach sorgt die angetriebene Antriebshülse vorzugsweise für eine Relativbewegung zwischen Mutternkäfig und Spindel, sobald das Übertragungsmittel der Antriebshülse mit den Mitnehmern beider Muttern in Eingriff steht und diese simultan verdreht. Eine simultane Verdrehung beider Muttern überführt den Spindelantrieb in einen dynamischen Zustand.
Da im dynamischen Zustand bei einer Relativbewegung von Spindel und Mutternkäfig eine der Muttern von der ihr zugewandten Lasche gelöst bzw. beabstandet ist und somit nicht mehr an dieser anliegt, ist im Vergleich zu einer Relativbewegung von Spindel und Mutternkäfig, bei welchen beide Muttern jeweils an einer Lasche anliegen, ein geringerer Kraftaufwand für die Relativbewegung nötig. Dies bietet den Vorteil, dass zum Antreiben des Spindelantriebs, weniger Strom benötigt wird und/oder der Antrieb kleiner bzw. schwächer dimensioniert sein kann.
Durch Anhalten der Antriebshülse wird die Relativbewegung von Spindel und Mutternkäfig beendet. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung geht der Spindelantrieb ausgehend vom dynamischen Zustand durch Anhalten der Antriebshülse in einen metastabilen stationären Zustand über, bei welchem das Übertragungsmittel der Antriebshülse noch mit den Mitnehmern beider Muttern in Eingriff steht und die Torsionsfeder noch immer maximal vorgespannt ist. Vorzugsweise liegt in dem metastabilen stationären Zustand eine Mutter, hier als vordere Mutter bezeichnet, an der ihr zugewandten Lasche an und die andere Mutter, hier als hintere Mutter bezeichnet, ist von der ihr zugewandten Lasche gelöst bzw. beabstandet. Insbesondere liegt in dem metastabilen stationären Zustand die die Relativbewegung zwischen Spindel und Mutternkäfig bewirkende vordere Mutter an der ihr zugewandten Lasche an, wohingegen die andere, hintere Mutter von der ihr zugewandten Lasche gelöst ist.
Der metastabile stationäre Zustand unterscheidet sich demnach von dem stabilen stationären Zustand darin, dass im metastabilen stationären Zustand eine der Muttern, nämlich die hintere, von der ihr zugewandten Lasche gelöst ist und im stabilen stationären Zustand beide Muttern jeweils an den ihnen zugewandten Laschen anliegen.
Der Spindelantrieb geht aus seinem metastabilen stationären Zustand zurück in seinen stabilen stationären Zustand über, sobald im metastabilen stationären Zustand eine äußere Axialkraft derart auf den Spindelantrieb wirkt, dass sich der Mutternkäfig auf die hintere Mutter zu bewegt und diese an ihrer Lasche zur Anlage gelangt. Die andere Lasche bewegt sich entsprechend von der vorderen Mutter weg, wird von dieser aber sofort wieder eingeholt, weil die vordere Mutter durch die Rückstellkraft der Torsionsfeder nachgedreht wird, bis schließlich beide Muttern wieder an ihrer jeweiligen Lasche anliegen. Gleichzeitig löst sich der Eingriff zwischen dem Übertragungsmittel und mindestens einem Mitnehmer einer Mutter.
Das Übertragungsmittel kann in Form mindestens eines sich in axialer Richtung von einer Stirnseite der Antriebshülse wegerstreckenden Fortsatzes ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Übertragungsmittel in Form mindestens eines in einen Durchgang der Antriebshülse radial hineinragenden Vorsprungs ausgebildet sein.
Vorzugsweise liegen zwei sich in axialer Richtung auf gegenüberliegenden Stirnseiten der Antriebshülse wegerstreckende Fortsätze koaxial in einer gemeinsamen Erstreckungsachse, welche zumindest annähernd parallel zu der Spindellängsachse ausgerichtet ist. Grundsätzlich können aber auch zwei sich auf gegenüberliegende Stirnseiten der Antriebshülse wegerstreckende Fortsätze in Drehrichtung zueinander versetzt ausgerichtet sein, solange beide Fortsätze im dynamischen Zustand des Spindelantriebs jeweils mit einem Mitnehmer einer Mutter in Eingriff stehen, um für eine simultane Verdrehung der Muttern zu sorgen.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass eine Stirnseite der Antriebshülse zumindest annähernd senkrecht zur Spindellängsachse ausgerichtet sein kann, wenn die Antriebshülse die Spindel koaxial umgibt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung steht mindestens einer der Mitnehmer radial nach außen von seiner Mutter ab. Zusätzlich oder alternativ kann mindestens ein Mitnehmer axial von seiner Mutter abstehen.
Eine besonders kostengünstige und einfache Bauweise des Spindelantriebs lässt sich dadurch realisieren, dass die Torsionsfeder eine Schenkelfeder ist. Dabei kann sich mindestens ein Schenkel der Schenkelfeder an dem Mitnehmer einer Mutter abstützen. Es ist aber auch denkbar, dass sich ein Schenkel der Schenkelfeder unmittelbar an der Mutter abstützt. Zu diesem Zweck kann die Mutter eine entsprechende Aussparung für den Schenkel aufweisen. Überdies kann mindestens ein Schenkel an der Mutter stoffschlüssig angebracht sein, zum Beispiel mittels eines Fügemittels.
Für einen besonders kompakten Aufbau kann die Antriebshülse mindestens eine der Muttern zumindest abschnittsweise koaxial umgeben, d.h. die Mutter kann innerhalb eines sich durch die Antriebshülse erstreckenden Durchgangs angeordnet sein. Umgibt die Antriebshülse die Mutter, so ist es vorteilhaft, wenn sich der Mitnehmer radial von der Mutter weg erstreckt und das Übertragungsmittel radial nach innen in den Durchgang der Antriebshülse hineinragt. Umgibt die Antriebshülse beide Muttern, so kann die axiale Länge der Antriebshülse dem Abstand zwischen den Laschen entsprechen.
Der Spindelantrieb kann einen Antrieb aufweisen, welcher dazu dient, die Antriebshülse anzutreiben. Vorteilhafterweise ist der Antrieb in Form eines Elektromotors ausgebildet. Um den Antrieb mit der Antriebshülse zu koppeln, kann an der Außenmantelfläche der Antriebshülse ein Zahnrad ausgebildet sein, welches z.B. mit einer durch den Antrieb angetriebenen Schnecke in Eingriff steht.
Anders als beispielsweise bei einem Spindelantrieb, bei welchem Fertigungstoleranzen zwischen den Muttern und der Spindel mittels einer Druckfeder kompensiert werden, funktioniert eine Kompensation der Fertigungstoleranzen unter Verwendung einer Torsionsfeder vorteilhafterweise auch dann, wenn der Gewindeeingriff zwischen den Muttern und der Spindel selbsthemmend ist.
Gleichwohl die Erfindung im Zusammenhang mit einem Sitz oder eine Rückenlehne beschrieben wird, lässt sich die Erfindung generell überall dort einsetzten, wo ein Spindelantrieb zur Verstellung einer Position benötigt wird, wie zum Beispiel zum Öffnen und Schließen von Fenstern oder Türen.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand von möglichen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine Explosionsdarstellung eines Spindelantriebs gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Seitenansicht des Spindelantriebs von 1;
3 eine Querschnittsansicht des Spindelantriebs von 2 in einem stationären Zustand;
4 eine Querschnittansicht des Spindelantriebs von 2 in einem dynamischen Zustand;
5 eine Detailansicht eines Mutternkäfigs des Spindelantriebs von 2 in einem dynamischen Zustand;
6 eine perspektivische Ansicht eines Spindelantrieb gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
7 eine Längsschnittansicht eines Spindelantriebs gemäß einer dritten Ausführungsform.

1 bis 5 zeigen verschiedene Ansichten und Aspekte eines Spindelantriebs gemäß einer ersten Ausführungsform. In 6 ist ein Spindelantrieb gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt, und 7 zeigt einen Spindelantrieb gemäß einer dritten Ausführungsform.
Nun bezugnehmend auf 1 bis 5 wird im Folgenden der Aufbau des Spindelantriebs gemäß der ersten Ausführungsform genauer erläutert. Der Spindelantrieb umfasst eine Spindel 10, welche zur besseren Veranschaulichung in 5 nicht dargestellt ist. Die Spindel 10 weist eine Spindellängsachse A auf, welche eine axiale Bewegungsrichtung definiert.
Auf der Spindel 10 sitzt ein Mutternkäfig 12, welcher in Richtung der Spindellängsachse A zwei axial zueinander beabstandete Laschen 14a, 14b aufweist. Überdies sind innerhalb des Mutternkäfigs 12 zwei mit der Spindel 10 in Gewindeeingriff stehende sowie in Richtung der Spindellängsachse A axial zueinander beabstandete Muttern 16a, 16b angeordnet, welche mit der Spindel 10 in Gewindeeingriff stehen. Es versteht sich, dass die Muttern 16a, 16b zu diesem Zweck als Gewindemuttern ausgebildet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Gewindeeingriff zwischen den Muttern 16a, 16b und der Spindel 10 selbsthemmend.
Zwischen die Muttern 16a, 16b ist eine Torsionsfeder 18 geschaltet, welche in 5 nicht gezeigt ist. Die zwischen die Muttern 16a, 16b geschaltete Torsionsfeder 18 befindet sich in einem vorgespannten Zustand, so dass eine Rückstellkraft der Torsionsfeder eine Verdrehung der Muttern 16a, 16b in axialer Richtung entlang der Spindel 10 voneinander weg bewirkt. Hierdurch gelangt in einem stationären Zustand des Spindelantriebs wenigstens eine der Muttern 16a, 16b mit der ihr zugewandten Lasche 14a, 14b des Mutternkäfigs 12 zur Anlage. In einem stabilen stationären Zustand des Spindelantriebs liegen beide Muttern 16a, 16b jeweils an der ihnen zugewandten Lasche 14a, 14b, des Mutternkäfigs 12 reibschlüssig an. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Laschen 14a, 14b ein vollständiges Auseinanderdrehen der Muttern 16a, 16b verhindern, d.h. die Torsionsfeder 18 ist auch im stabilen stationären Zustand nicht vollständig entspannt.
In dem in 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Torsionsfeder 18 in Form einer Schenkelfeder ausgebildet, wobei sich jeweils ein Schenkel 18a, 18b an einem jeweils an einer der Muttern 16a, 16b ausgebildeten Mitnehmer 20a, 20b abstützt. Es ist dabei jedoch nicht zwingend erforderlich, dass sich die Schenkel 18a, 18b an den jeweiligen Mitnehmern 20a, 20b der Muttern 16a, 16b abstützen. Es ist nämlich auch denkbar, dass sich die Schenkel 18a, 18b direkt an den entsprechenden Muttern 16a, 16b, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig, abstützen können. Zu diesem Zweck können an den Muttern 16a, 16b beispielsweise Aussparungen für die Schenkel 18a, 18b vorgesehen sein.
Der Spindelantrieb umfasst ferner eine koaxial mit der Spindel 10 angeordnete Antriebshülse 22 zur Verdrehung der Muttern 16a, 16b. Die Antriebshülse 22 weist ein Übertragungsmittel 24 auf, welches dazu dient, bei einer Verdrehung der Antriebshülse 22 um die Spindellängsachse A mit dem Mitnehmer 20a, 20b zumindest einer der Muttern 16a, 16b in Eingriff zu gelangen, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird.
Bei dem Spindelantrieb gemäß der ersten Ausführungsform ist das Übertragungsmittel 24 in Form eines in einen Durchgang 26 der Antriebshülse 22 radial hineinragenden Vorsprungs 28 ausgebildet (5). Wie aus 5 hervorgeht, ist der Vorsprung 28 in Form einer sich axial erstreckenden durchgängigen Rippe ausgebildet. Der Vorsprung 28 kann aber auch in axialer Richtung unterbrochen sein, wobei die jeweiligen Bestandteile des unterbrochenen Vorsprungs 28 koaxial bezüglich einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, welche zumindest annähernd parallel zu der Spindellängsachse A ausgerichtet ist.
Der Vorsprung 28 dient bei einer Verdrehung der Antriebshülse 22 dazu, mit den an den Muttern 16a, 16b jeweils ausgebildeten Mitnehmern 20a, 20b in Eingriff zu gelangen. Wie anhand von 1 zu erkennen ist, stehen die Mitnehmer 20a, 20b der Muttern 16a, 16b des Spindelantriebs gemäß der ersten Ausführungsform in axialer Richtung von ihrer jeweiligen Mutter 16a, 16b ab. Im zusammengebauten Zustand des Spindelantriebs sind die Mitnehmer 20a, 20b in axialer Richtung einander zugewandt.
Zur Verdrehung der Antriebshülse 22 ist ein in 1 bis 5 nicht dargestellter Antrieb vorgesehen. Die Antriebshülse 22 weist an ihrer Außenmantelfläche 30 ein in 1 bis 5 nicht gezeigtes Zahnrad 32 auf, wie es in 7 für den Spindelantrieb gemäß der dritten Ausführungsform angedeutet ist. Das Zahnrad 32 dient zur Kopplung der Antriebshülse 22 mit dem Antrieb, welcher an seiner Antriebswelle seinerseits ein Zahnrad oder eine Schneckenwelle aufweisen kann.
Wie anhand von 2 und 5 zu erkennen ist, sind die Muttern 16a, 16b vollständig von der Antriebshülse 22 koaxial umgeben. Die Antriebshülse 22 kann die Muttern 16a, 16b aber auch nur abschnittsweise koaxial umgeben, wie es in 6 für einen Spindelantrieb gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt ist.
Weiterhin auf 6 bezugnehmend wird nun der Spindelantrieb gemäß der zweiten Ausführungsform genauer erläutert. Zur besseren Veranschaulichung ist der Mutternkäfig 12 in 6 nicht dargestellt.
Der Spindelantrieb gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Spindelantrieb gemäß der ersten Ausführungsform, dass sich die Mitnehmer 20a, 20b nicht axial von den Muttern 16a, 16b wegerstrecken, sondern radial von den Muttern 16a, 16b abstehen. Überdies unterscheidet sich der Spindelantrieb gemäß der zweiten Ausführungsform von dem Spindelantrieb gemäß der ersten Ausführungsform in der Ausgestaltung der Antriebshülse 22, welche anstelle eines in den Durchgang 26 der Antriebshülse 22 radial nach innen ragenden Vorsprungs 28 zwei sich von gegenüberliegenden Stirnseiten 34 der Antriebshülse 22 wegerstreckende Fortsätze 36 aufweist. Die Fortsätze 36 erstrecken sich koaxial zu einer gemeinsamen Achse, welche zumindest annähernd parallel zu der Spindellängsachse A ausgerichtet ist. Bei dem Spindelantrieb gemäß der zweiten Ausführungsform sind die Muttern 16a, 16b von der Antriebshülse nur abschnittsweise koaxial umgeben.
In 7 ist ein Spindelantrieb gemäß einer dritten Ausführungsform gezeigt. Dieser unterscheidet sich von dem Spindelantrieb gemäß der zweiten Ausführungsform in der Ausgestaltung der Antriebshülse 22. Die Antriebshülse 22 des Spindelantriebs gemäß der dritten Ausführungsform ist nämlich ähnlich ausgebildet wie die Antriebshülse 22 des Spindelantriebs gemäß der ersten Ausführungsform. Im Gegensatz zum Vorsprung 28 der Antriebshülse 22 des Spindelantriebs gemäß der ersten Ausführungsform, weist die Antriebshülse 22 des Spindelantriebs gemäß der dritten Ausführungsform jedoch zwei in axialer Richtung voneinander getrennte radial nach innen ragende Vorsprünge 28 auf. Die Vorsprünge 28 sind dabei koaxial bezüglich einer gemeinsamen Achse angeordnet, wobei sich die gemeinsame Achse zumindest annähernd parallel zu der Spindellängsachse A erstreckt. Ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform stehen die Mitnehmer 20a, 20b auch bei der dritten Ausführungsform radial nach außen von ihren Muttern 16a, 16b ab.
Nun bezugnehmend auf die 2 bis 5 wird nachfolgend das Funktionsprinzip des Spindelantriebs erläutert.
2 und 3 zeigen den Spindelantrieb in einem stabilen stationären Zustand, in welchem beide Muttern 16a, 16b jeweils an den ihnen zugewandten Laschen 14a, 14b des Mutternkäfigs 12 reibschlüssig anliegen. Wie anhand der Querschnittsansicht von 3 zu erkennen ist, sind im stabilen stationären Zustand des Spindelantriebs die Mitnehmer 20a, 20b der Muttern 16a, 16b in Drehrichtung gesehen versetzt zueinander angeordnet. Dabei ist der Innenwinkel zwischen dem Mitnehmer 20a der Mutter 16a und dem Mitnehmer 20b der Mutter 16b in Drehrichtung gesehen größer als 0°, vorzugsweise größer als 10° und besonders bevorzugt größer als 20°. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt im stabilen stationären Zustand der Winkel zwischen dem Mitnehmer 20a der Mutter 16a und dem Mitnehmer 20b der Mutter 16b in Drehrichtung gesehen 30°.
Ausgehend von dem in 2 und 3 dargestellten stabilen stationären Zustand des Spindelantriebs lässt sich das Übertragungsmittel 24 bei einer Verdrehung der Antriebshülse 22 um einen ersten Winkel zunächst mit dem Mitnehmer 20a der einen Mutter 16a und bei einer weiteren Verdrehung um einen zweiten Winkel mit dem Mitnehmer 20b der anderen Mutter 16b in Eingriff bringen, so dass das Übertragungsmittel 24 mit beiden Mitnehmern 20a, 20b in Eingriff steht (4). Dabei wird die Torsionsfeder 18 noch stärker entgegen ihrer Rückstellkraft ausgelenkt.
Die Torsionsfeder 18 weist eine maximale Spannung auf, wenn das Übertragungsmittel 24 mit beiden Mitnehmern 20a, 20b in Eingriff steht.
Bei der Verdrehung der Antriebshülse 22 um den zweiten Winkel löst sich die Mutter 16a, deren Mitnehmer 20a zuerst mit dem Übertragungsmittel 24 in Eingriff gelangt, in 2 und 5 die linke Mutter, von der ihr zugewandten Lasche 14a, wodurch der Reibschluss zwischen der Mutter 16a und der ihr zugewandten Lasche 14a aufgehoben wird (5). Die andere Mutter 16b, deren Mitnehmer 20b nachfolgend mit dem Übertragungsmittel in Eingriff gelangt, stützt sich dahingegen an der ihr zugewandten Lasche 14b ab und bewirkt bei fortschreitender Verdrehung der Antriebshülse 22 in derselben Richtung eine Relativbewegung von Spindel 10 und Mutternkäfig 12. Mit anderen Worten sorgt die angetriebene Antriebshülse 22 für eine Relativbewegung zwischen Mutternkäfig 12 und Spindel 10, sobald das Übertragungsmittel 24 der Antriebshülse 22 mit den Mitnehmern 20a, 20b beider Muttern 16a, 16b in Eingriff steht und diese simultan verdreht. Eine simultane Verdrehung beider Muttern 16a, 16b überführt den Spindelantrieb in einen dynamischen Zustand.
Da im dynamischen Zustand stets die eine Mutter 16a von der ihr zugewandten Lasche 14a gelöst bzw. beabstandet ist, wird ein geringerer Kraftaufwand für die Relativbewegung von Spindel 10 und Mutternkäfig 12 benötigt.
Durch Anhalten der Antriebshülse 22 wird die Relativbewegung von Spindel 10 und Mutternkäfig 12 beendet, und der Spindelantrieb geht ausgehend von dem dynamischen Zustand in einen metastabilen stationären Zustand über. In diesem metastabilen stationären Zustand steht das Übertragungsmittel 24 der Antriebshülse 22 jeweils mit den Mitnehmern 20a, 20b beider Muttern 16a, 16b in Eingriff und die Torsionsfeder 18 ist maximal gespannt. Dabei ist die eine Mutter 16a, in 5 die linke Mutter, weiterhin von der ihr zugewandten Lasche 14a des Mutternkäfigs 12 beabstandet bzw. gelöst, wohingegen die andere Mutter 16b, in 5 die rechte Mutter, an der ihr zugeordneten Lasche 14b anliegt.
Aus dem metastabilen Zustand lässt sich der Spindelantrieb wieder in den stabilen stationären Zustand überführen, indem eine äußere Axialkraft auf den Spindelantrieb ausgeübt wird, durch die der Spalt zwischen der gelösten linken Mutter 16a und ihrer Lasche 14a geschlossen wird, durch die der Mutternkäfig 12 in 5 also nach rechts oder die Spindel 10 nach links bewegt wird. Die rechte Lasche 14b wird hierdurch von der rechten Mutter 16b gelöst. Gleichzeitig sorgt die Rückstellkraft der Torsionsfeder 18 dafür, dass die rechte Mutter 16b ihrer zugeordneten Lasche 14b nachläuft, sich die Muttern 16a, 16b gewissermaßen in axialer Richtung auseinander drehen, bis beide wieder an ihren Laschen 14a, 14b zur reibschlüssigen Anlage gelangen. Dabei wird gleichzeitig der Eingriff zwischen dem Übertragungsmittel 24 und zumindest dem Mitnehmer 20b der rechten Mutter 16b gelöst.
Bezugszeichenliste

10: Spindel
12: Mutternkäfig
14a, 14b: Lasche
16a, 16b: Mutter
18: Torsionsfeder
18a, 18b: Schenkel
20a, 20b: Mitnehmer
22: Antriebshülse
24: Übertragungsmittel
26: Durchgang
28: Vorsprung
30: Außenmantelfläche
32: Zahnrad
34: Stirnseite
36: Fortsatz
A: Spindellängsachse

Claims

Spindelantrieb umfassend: eine Spindel (10) mit einer Spindellängsachse (A), die eine axiale Bewegungsrichtung definiert; einen auf der Spindel (10) sitzenden Mutternkäfig (12), welcher zwei axial zueinander beabstandete Laschen (14a, 14b) aufweist; zwei axial beabstandete Muttern (16a, 16b), welche innerhalb des Mutternkäfigs (12) mit der Spindel (10) in Gewindeeingriff stehen und jeweils einen Mitnehmer (20a, 20b) aufweisen, eine Torsionsfeder (18), welche derart zwischen die Muttern (16a, 16b) geschaltet und vorgespannt ist, dass eine Rückstellkraft der Torsionsfeder (18) eine Verdrehung der Muttern (16a, 16b) in axialer Richtung voneinander weg bewirkt, so dass in einem stationären Zustand des Spindelantriebs wenigstens eine der Muttern (16a, 16b) mit der ihr zugewandten Lasche (14a, 14b) des Mutternkäfigs (12) zur Anlage gelangt; und eine koaxial mit der Spindel (10) angeordnete Antriebshülse (22) zur Verdrehung der Muttern (16a, 16b), wobei die Antriebshülse (22) ein Übertragungsmittel (24) aufweist, welches dazu dient, bei einer Verdrehung der Antriebshülse (22) um die Spindellängsachse (A) mit dem Mitnehmer (20a, 20b) zumindest einer der Muttern (16a, 16b) in Eingriff zu gelangen.
Spindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem stabilen stationären Zustand des Spindelantriebs beide Muttern (16a, 16b) jeweils an den ihnen zugewandten Laschen (14a, 14b) des Mutternkäfigs (12), insbesondere reibschlüssig, anliegen.
Spindelantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem stabilen stationären Zustand des Spindelantriebs die Mitnehmer (20a, 20b) der Muttern (16a, 16b) in Drehrichtung gesehen versetzt zueinander angeordnet sind.
Spindelantrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsmittel (24) bei einer Verdrehung der Antriebshülse (22) um einen ersten Winkel ausgehend vom stabilen stationären Zustand des Spindelantriebs zunächst mit dem Mitnehmer (20a) der einen Mutter (16a) und bei einer weiteren Verdrehung um einen zweiten Winkel mit dem Mitnehmer (20b) der anderen Mutter (16b) in Eingriff bringbar ist.
Spindelantrieb nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Verdrehung der Antriebshülse (22) zuerst die eine Mutter (16a) von der ihr zugewandten Lasche (14a) lösbar und danach die andere Mutter (16b) in Richtung der ihr zugewandten Lasche (14b) bewegbar ist, um eine Relativbewegung von Spindel (10) und Mutternkäfig (12) zu bewirken.
Spindelantrieb nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die angetriebene Antriebshülse (22) für eine Relativbewegung zwischen Mutternkäfig (12) und Spindel (10) sorgt, sobald das Übertragungsmittel (24) der Antriebshülse (22) mit den Mitnehmern (20a, 20b) beider Muttern (16a, 16b) in Eingriff steht und diese simultan verdreht.
Spindelantrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelantrieb ausgehend vom dynamischen Zustand durch Anhalten der Antriebshülse (22) in einen metastabilen stationären Zustand übergeht, bei welchem das Übertragungsmittel (24) der Antriebshülse (22) jeweils mit den Mitnehmern (20a, 20b) der Muttern (16a, 16b) in Eingriff steht und die Torsionsfeder (18) maximal vorgespannt ist.
Spindelantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem metastabilen stationären Zustand des Spindelantriebs die eine Mutter (16a) von der ihr zugewandten Lasche (14a) gelöst ist, während die im dynamischen Zustand die Relativbewegung zwischen Spindel (10) und Mutternkäfig (12) bewirkende andere Mutter (16b) an der ihr zugewandten Lasche (14b) anliegt, insbesondere reibschlüssig anliegt.
Spindelantrieb nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsmittel (24) in Form mindestens eines sich in axialer Richtung von einer Stirnseite (34) der Antriebshülse (22) wegerstreckenden Fortsatzes (36) und/oder in Form mindestens eines radial in einen Durchgang (26) der Antriebshülse (22) hineinragenden Vorsprungs (28) ausgebildet ist
Spindelantrieb nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mitnehmer (20a, 20b) der Muttern (16a, 16b) radial von der jeweiligen Mutter (16a, 16b) nach außen absteht und/oder mindestens ein Mitnehmer (20a, 20b) der Muttern (16a, 16b) sich axial von der jeweiligen Mutter (16a, 16b) weg erstreckt.
Spindelantrieb nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (18) eine Schenkelfeder ist.
Spindelantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest ein Schenkel (18a, 18b) der Schenkelfeder an dem Mitnehmer (20a, 20b) einer Mutter (16a, 16b) abstützt.
Spindelantrieb nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebshülse (22) mindestens eine der Muttern (16a, 16b) zumindest abschnittsweise koaxial umgibt.
Spindelantrieb nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Antrieb, welcher dazu dient, die Antriebshülse (22) anzutreiben.
Spindelantrieb nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenmantelfläche (30) der Antriebshülse (22) ein Zahnrad (32) zur Kopplung der Antriebshülse (22) mit dem Antrieb vorgesehen ist.
Spindelantrieb nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeeingriff zwischen den Muttern (16a, 16b) und der Spindel (10) selbsthemmend oder nicht-selbsthemmend ist.