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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Geräuschminderung bei Linearantrieben mit mindestens einer in einer Statorbaugruppe längsverschieblich geführten Stellstange, mit einem Stator und einem glockenförmigen Rotor auf dessen mit einem Schraubengewinde ausgebildeten Rotorwelle mindestens eine längsverschiebliche Stellstange geführt ist.
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Solcherart Linearantriebe werden in sehr großen Stückzahlen benötigt und für vielfältige verschiedene Einsatzmöglichkeiten, wie insbesondere in Heizungsgeräten benutzt. Solcherlei Endgeräte werden zunehmen naheliegend bei Büros oder Wohneinheiten oder sogar direkt in Wohnungen selbst eingebaut. Die Baulichkeiten werden in letzter Zeit geräuschgedämmt ausgeführt. Deshalb müssen diese Geräte besonders geräuscharm ausgeführt werden. Bei bislang in der Regel eingesetzten bekannten Linearantrieben wird eine rotatorische Antriebseinheit mit einen Umformung der rotierenden Bewegung eines Rotors in eine axiale Linearbewegung eingesetzt. Zur Bewegungsumformung wird ein Spindel-Mutter-System benutzt. In der Regel werden Schrittmotoren eingebaut, welche viele getaktete Schritte fahren. Das führt konstruktionsbedingt durch die Schrittregelung zu vielen Schwingungen, welche auf die Gewindespindel und über die Spindelmutter direkt auf die linearverschiebliche Stellstange übertragen werden. Da die Stellstange im Durchführungsbereich durch das Gehäuse des Linearantriebs gelagert und geführt werden muss, werden die Schwingungen auch damit auf das Gehäuse und auf andere Bauteile übertragen, was zwangsläufig mit einer erheblich störenden Geräuscherzeugung verbunden ist.
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Ein gattungsgemäßer Linearschrittmotor ist aus der
DE 20 2010 000 631 U1 bekannt, wobei das Ende der Stellstange dieses Linearantriebes durch ein speziell gestaltetes Führungsteil eines D-Lagerschildes gesteckt ist und dieses Führungsteil die Verdrehsicherung übernimmt. Dabei sind unterschiedlich weiche Werkstoffe für das Führungsteil und die Stellstange vorgesehen. Der Nachteil dieser Ausführung ist die komplizierte Querschnittsform der Stellstange (Vieleck, Ellipse, Sechseck oder Sternenform) und die entsprechende Gestaltung des Führungsteiles. Dies ist notwendig um maximale Flächen zueinander in Eingriff zu bringen. Zur Dämpfung sind Werkstoffkombinationen aus Metall und Kunststoffen beschrieben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen synchronen Linearantrieb zu schaffen, welcher sowohl im Leerlauf als auch unter Last eine sehr geringe Geräuschentwicklung aufweist, leicht bauend mit wenig bewegten Massen konstruiert und einfach montierbar ausgebildet ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Patentanspruches gelöst. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der rückbezüglichen Unteransprüche. Die erfindungsgemäße Anordnung zur Geräuschminderung bei Linearantrieben besteht aus mindestens einer in einer Statorbaugruppe üblicherweise längsverschieblich geführten Stellstange 7, welche durch den Linearantrieb linear bewegt wird, wobei dieser wie bekannt, mit einem Stator 1 und einem glockenförmigen Rotor 4 ausgeführt ist. Auf der Rotorwelle 5 ist ein Schraubengewinde ausgebildet, wobei auf diesem Schraubengewinde mindestens eine, zwei oder mehrere längsverschiebliche Stellstange(n) 7 geführt sind. Das innere Ende der Stellstange(n) ist innen als eine Gewindemutter 6 ausgebildet, wodurch bei der Rotordrehung die rotierende Bewegung des Rotors 5 in eine Linearbewegung umgewandelt wird. Das Mittelteil der Stellstange(n) besteht aus einem, zwei oder mehreren Gabelschenkel(n) (8), welche in der Gewindemutter 6 fest arretiert sind. Die Stellstange(n) sind auf der Abtriebsseite, der D-Seite des Linearantriebes durch eine in der Gehäusekappe 3 ausgesparte durchgehend ausgebildete Öffnung (9), welche einen Quersteg besitzt oder nicht rund ausgebildet ist, verdrehsicher durchgeführt. Zwischen dem oder den Gabelschenkel(n) 8 der Stellstange 7 und der ausgesparten Öffnung 9 mit dem Quersteg ist ein Federelement 11 im Falle nur einer angeordneten Stellstange 7 oder bei zwei oder mehreren Stellstangen 7 ist ein federndes Verdrehsicherungselement 10 zwischengeordnet. Ist nur ein Gabelschenkel 8 ausgeführt, ist dieser nicht rund sondern bevorzugt zweiseitig abgeflacht ausgeführt und die Form der durchgehende Öffnung ist ebenfalls nicht rund sondern der Form der einen Stellstange angepasst, so dass ein Verdrehen dieses einen Gabelschenkels 8 bei der Linearbewegung nicht möglich ist. Der Quersteg ist dann seitlich ausgeführt. Das Federelement 11 oder das federnde Verdrehsicherungselement 10 ist fest in der Gehäusekappe 3 montiert. Erfindungsgemäß ist das Federelement 11 oder das federnde Verdrehsicherungselement 10 mit einem bestimmten Übermaß dimensioniert, um eine genau definierte Vorspannung zu erzeugen, und trotzdem eine elastischen Verformbarkeit zu ermöglichen, welche besonders geräuschdämmend wirkt.
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In einer besonders Anordnung zur Geräuschminderung bei Linearantrieben ist die längsverschiebliche Stellstange 7 gabelförmig ausgebildet, wobei zwei voneinander beabstandete Gabelschenkel 8 durch die durchgehende Öffnung 9 der Gehäusekappe 6 geführt sind. Beide Gabelschenkel 8 sind mit einem umschließenden federelastischen übermaßigen Verdrehsicherungselement 10 in der Gehäusekappe 3 dichtend gesichert. Die Gabelschenkel 8 sind innen über die Gewindemutter 6 miteinander verbunden. Außen können Sie je nach Einsatzfall mit frei liegenden Enden oder auch untereinander mit einem Koppelelement geeignet verbunden ausgeführt sein. Durch das Übermaß des federelastischen Verdrehsicherungselementes 10 werden die beiden Gabelschenkel 8 längsverschieblich genau in Position gehalten und durch einen in der Mitte der durchgehenden Öffnung 9 angeordneten Quersteg so geführt, dass das Verdrehen der Stellstange 7 bedingt durch die Reibung zwischen Gewindespindel der Rotorwelle 5 und Gewindemutter 6 verhindert wird und eine eindeutige Linearbewegung entsteht. Mit dem Verdrehsicherungselement 10 wird ein Anschlagen an die Gehäusekappe 3 im Gehäusekappenflansch 14, d. h. der Kontakt mit dem in der Mitte verlaufenden vorzugsweise metallischen Quersteg verhindert, da das Federelement 11 bzw. das federelastische Verdrehsicherungselement 10 eine elastische Deformation bei jeder Verfahrbewegung ermöglicht. Damit wird das bisherige notwendige Spiel, welches zwischen der Verdrehsicherung und Stellstange notwendig ist um eine reibungsarme Linearbewegung zu ermöglichen, zuverlässig vermieden und damit kann die Geräuschentwicklung zuverlässig unterbunden werden.
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Bei der. Anordnung zur Geräuschminderung bei Linearantrieben ist das federnde Verdrehsicherungselement 10 bzw. das Federelement 11 bevorzugt einstückig ausgebildet. Das hat Kostenvorteile und es lässt sich erheblich einfacher montieren.
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Im Prinzip ist es aber auch bei der Anordnung zur Geräuschminderung bei Linearantrieben möglich, dass das Federelement 11 bzw. das federnde Verdrehsicherungselement 10 mehrteilig ausgebildet ist.
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Von erheblichen Vorteil ist es, wenn bei der Anordnung zur Geräuschminderung bei Linearantrieben innen auf der Innenfläche des Federelementes 11 oder des Verdrehsicherungselementes 10 zu dem/den Gabelschenkel(n) 8 hin eine, zwei oder mehrere umlaufende Dichtlippe(n) 12 ausgebildet sind. Die Dichtlippe(n) 12 dichten zwar auch das Innere des Linearantriebes gegen jedwede Verschmutzung und insbesondere gegen das Eindringen von Gasen ab, aber in erster Linie bewirken diese sogenannte(n) Dichtlippe(n) 12, das eine definierte Kraft auf die Gabelschenkel (8) ausgeübt wird. Der Kraftangriff wird somit auf ein definiertes Segment beschränkt und das Verdrehsicherungselement 10 kann relativ klein bauend ausgeführt werden, wobei dieses trotzdem federelastisch bleibt und eine gute Geräuschdämmung bewirkt. Mit der(n) sogenannten Dichtlippe(n) 12 kann zwischen den sich relativ zueinander bewegenden Bauteilen eine höhere Klemmkraft als bisher erzeugt werden, was zu einer stabileren schwingungsarmen axialen Linearbewegung der Gabelschenkel 8 führt.
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Anstelle der Dichtlippe(n) können bei der Anordnung zur Geräuschminderung auch ein, zwei oder mehrere Dichtring(e) 13 in das Federelement 11 oder Verdrehsicherungselement 10 eingelegt sein, wobei dieses dann jeweils mehrteilig ausgeführt ist.
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Um die Montage in die durchgehende Öffnung 9 mit den Quersteg des Linearantriebes bei der Anordnung zur Geräuschminderung zu vereinfachen, ist es vorteilhaft, wenn das Federelement 11 oder das federelastische Verdrehsicherungselement 10 innen in Richtung der Gewindemutter 6 im Querschnitt betrachtet V-förmig spitz zulaufend ausgebildet ist.
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Je nach Baugröße und der geforderten einzustellenden Vorspannung beding durch das Übermaß des Federelementes 11 oder des Verdrehsicheungselementes 10 können bei der Anordnung zur Geräuschminderung bei Linearantrieben die Dichtlippe(n) 12 oder der oder die Dichtring(e) 13 wahlweise keilartig, oder abgeflacht keilartig, oder halbrund, oder dreieckig, oder rechteckig ausgebildet sein.
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Es ist auch denkbar für spezielle Einsatzfälle des Linearantriebes bei der Anordnung zur Geräuschminderung das Federelement 11 oder das Verdrehsicherungselement 10 und die Dichtlippe(n) 12 oder den oder die Dichtring(e) 13 aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Materialien auszubilden.
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Um bei der Linearbewegung der Stellstange 7 des Linearantriebs ein lineares Verschieben in der durchgehenden Öffnung 9 der Gehäusekappe 3 zu verhindern, sind das Federelement 11 oder das Verdrehsicherungselement 10 mittels einer angeordneten Hinterschneidung gesichert. Die Hinterschneidung wird bevorzugt durch mindestens einen in der Öffnung 9 des Gehäusekappenflansches 14 auf der Zylinderinnenfläche angeordneten Gehäusekappeninnenring 15 oder gegebenenfalls durch eine Gehäusekappeninnennut in die ein angeordneter Außenring des Verdrehsicherungselements 10 eingreift, gebildet.
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Der wesentliche Vorteil dieser erfindungsgemäßen Anordnung und Ausbildung der einzelnen Bauelemente zueinander ist die erhebliche Geräuschdämpfung des klein bauenden Federelements 11 bzw. des Verdrehsicherungselements 10 durch ihre definierte elastische Verformbarkeit. Diese Elemente wirken wie eine Torsionsfeder und ermöglichen gleichzeitig eine Verringerung des Führungsquerschnittes für die Gabelschenkel 8 und damit der gesamten Stellstange 7. Dies führt zu einer nahezu genau axialen Linearbewegung der Stellstange, d. h. sie weicht bei ihren Linearbewegungen nur sehr gering von der axialen Symmetrielinie ab.
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Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel an Hand der 1 bis 3 näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Linearantrieb,
- 2 eine Detail-Schnittdarstellung durch eine mehrteiliges Verdrehsicherungselement 10 mit einem rechteckförmigen Dichtring 13
- 3 eine Detail-Schnittdarstellung durch eine einteiliges Verdrehsicherungselement 10 mit einer Dichtlippe 12
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In der 1 ist eine Schnittdarstellung durch einen gesamten erfindungsgemäßen Linearantrieb gezeigt. Der Linearantrieb, hier ein Linearschrittantrieb besitzt einen Stator 1, welcher im Statorgehäuse 2 eingebaut ist. Das Statorgehäuse 2 ist gleichzeitig das Motorgehäuse und ist in Richtung der Abtriebsseite D-Seite mit der Gehäusekappe 3 verschlossen. In der Gehäusekappe 3 ist mittig ein Gehäusekappenflansch 14 ausgebildet. In diesem Gehäusekappenflansch 3 ist die Stellstange 7 gelagert und längsverschieblich geführt. Die Stellstange 7 ist die direkte Verlängerung der Rotorwelle 5 in Richtung D-Seite nach außen. Auf der Rotorwelle 5 ist eine Gewindespindel ausgebildet, auf der eine Gewindemutter 6 geführt ist. Damit die Gewindemutter 6 bei der Rotation der Rotorwelle 5 sich auf Grund der Reibung nicht mit dreht, ist in der durchgehenden Öffnung 9 der Gehäusekappe 3 bevorzugt ein mittiger Quersteg (nicht gezeichnet) angeordnete. Die Stellstange 7 ist deshalb vorzugsweise gabelförmig ausgebildet, d. h. in der Mitte geschlitzt und besteht aus zwei Gabelschenkeln 8, welche im Querschnitt beispielsweise kreissegmentförmig ausgebildet sind. Durch das schrittweise Verdrehen des Rotors 4, vollzieht die Gewindemutter 6 auf der Gewindespindel 5, da diese auf Grund des Quersteges sich nicht mit drehen kann, eine Linearbewegung. In der durchgehenden Öffnung 9 ist bei nicht geschlitzter Stellstange das Federelement 11 und bei geschlitzter gabelförmiger Stellstange 8 das Verdrehsicherungselement 10 als Zwischenelement zur Dämpfung der durch die Schrittregelung zu vielen Schwingungen, neigenden Gewindespindel 5 eingebaut. Das Federelement 11 bzw. wie hier ausgeführt, das Verdrehsicherungselement 10 sind im Zusammenhang mit dem einen hier eingelegten Dichtring 13 unter einer bestimmten Vorspannung eingebaut. Es können aber auch mehrere Dichtringe 13 eingelegt sein. Dadurch werden die über die Gewindemutter 6 direkt auf die linearverschiebliche Stellstange übertragen Schwingungen so abgefedert, dass keine Geräuschentwicklung auf die Gehäusekappe 3 und damit auch auf das Statorgehäuse 2 übertragen werden können. Die Vorspannung ist so abgestimmt, dass der Linearschrittmotor trotzdem mit geringer Leistung die erforderliche Linearbewegung ausführt ohne vorzeitig zu verschleißen oder sich zu stark zu erwärmen. Das Federelement 11 bzw. das Verdrehsicherungselement 10 dichtet gleichzeitig das Innere des Linearschrittmotors auch ausreichend nach außen ab.
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In der 2 ist eine Detail-Schnittdarstellung durch ein mehrteiliges Verdrehsicherungselement 10 mit einem unter einer bestimmten Vorspannung eingebauten rechteckförmigen Dichtring 13 dargestellt. Das Verdrehsicherungselement 10 wird an einem innen in der durchgehenden Öffnung 9 der Gehäusekappe 3 angeordneten Gehäusekappenring 15 gegen Herausrutschen bei der Linearbewegung der geführten Gabelschenkel 8 der Stellstange 7 gehalten. Hierzu ist das Verdrehsicherungselement 10 innen mit einer geeigneten Verdickung (d, h. einem größeren Durchmesser als der Innendurchmesser des Gehäusekappenringes 15 ausgebildet. Aus Montagegründen ist das Verdrehsicherungselement 10 innen in Richtung des Rotors 4 v-förmig spitz zulaufend ausgebildet. Außen auf der Stirnseite des Gehäusekappengflansches 3 liegt das Verdrehsicherungselement 10 mit einem überstehenden Bund auf dem Gehäusekappenflansch 3 auf und dichtet die durchgehende Öffnung 9 ab. Durch den überstehenden Bund und den Gehäusekappenring 15 ist das federelastische Verdrehsicherungselement 10 auf diese Art und Weise fest fixiert.
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3 zeigt eine Detail-Schnittdarstellung durch eine bevorzugte einteilige Ausführung eines Verdrehsicherungselements 10, wobei anstelle des zusätzlich eingelegten Dichtringes 13 am Verdrehsicherungselement 10 eine umlaufende abgeflachte Dichtlippe 12 aus gleichem Material wie das Verdrehsicherungselement 10 ausgebildet ist. Die Vorspannung wird hier durch die umlaufende Dichtlippe 12 erzeugt, welche gegen die äußere Oberfläche der zwei Gabelschenkel 8 der Stellstange 7 wirkt. Das Verdrehsicherungselement 10 liegt in diesem Beispiel nicht auf der zylindrischen Oberfläche der durchgehenden Öffnung 9 des Gehäusekappenflansches 14 auf bzw. stützt sich gegen diesen ab. Es können aber auch hier zusätzliche Abstützungen, beispielsweise als ausgebildete umlaufende Ringe angeordnet sein. Auch hier wird das Verdrehsicherungselement 10, wie vorstehend bereits beschrieben, innen mittels einer Hinterschneidung, welche durch den innen angeordneten Gehäusekappenring 15 gebildet wird und außen durch den überstehenden Bund fixiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- Statorgehäuse
- 3
- Gehäusekappe
- 4
- Rotor
- 5
- Rotorwelle/Gewindespindel
- 6
- Gewindemutter
- 7
- Stellstange, gabelförmige Stellstange
- 8
- Gabelschenkel
- 9
- durchgehende Öffnung
- 10
- Verdrehsicherungselement
- 11
- Federelement
- 12
- Dichtlippe/n
- 13
- Dichtringe
- 14
- Gehäusekappenflansch
- 15
- Gehäusekappenring
- D-Seite
- Abtriebsseite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010000631 U1 [0003]
