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Die Erfindung betrifft einen zur Verwendung in einem elektromechanischen Aktuator geeigneten Spindeltrieb.
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Ein Linearaktuator mit einem Spindeltrieb ist beispielsweise aus der
DE 10 2014 224 259 A1 bekannt. Der bekannte Linearaktuator weist ein rohrförmiges, vertikal ausgerichtetes Gehäuse auf, in dessen Gehäuseboden eine Gewindespindel mit Hilfe eines Wälzlagers gelagert ist. Die Gewindespindel ist in diesem Fall über ein Zahnriemengetriebe elektrisch angetrieben. Das genannte Wälzlager stellt eine motorseitige, das heißt antriebsseitige, Lagerung der Gewindespindel dar. Das gegenüberliegende, abtriebsseitige Ende der Gewindespindel ist ohne gesonderte Lagerung konzentrisch in einem Rohr angeordnet, welches auch als Aktuatorstange bezeichnet wird. Die rohrförmige Aktuatorstange des Spindeltriebs nach der
DE 10 2014 224 259 A1 ist fest mit der Spindelmutter des Spindeltriebs verbunden und verdrehgesichert im Gehäuse des Linearaktuators geführt. Die Aktuatorstange durchdringt einen abtriebsseitigen Gehäusekopf des Linearaktuators, wobei sie in dem Gehäusekopf mit Hilfe einer Führungsbuchse geführt ist. Außerhalb des insgesamt rohrförmigen Aktuatorgehäuses ist die Aktuatorstange mit einem Adapter verbunden, welcher eine Kopplung mit einem anzutreibenden Maschinenteil ermöglicht.
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Ein weiterer elektrisch angetriebener Linearaktuator ist in der
DE 10 2004 058 935 A1 offenbart. Auch dieser Linearaktuator umfasst mehrere konzentrisch zueinander angeordnete rohrförmige Elemente. Einzelne dieser Elemente sind über ein elastomeres Material miteinander gekoppelt, um Vibrationen entgegenzuwirken.
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Verschiedene Bauformen von Gewindetrieben sind in der
DE 10 2017 102 812 A1 beschrieben. Die
3 der
DE 10 2017 102 812 A1 zeigt zum Beispiel einen Gewindetrieb mit einer Gewindespindel, die an ihren beiden Enden mit Hilfe jeweils eines Lagerelementes drehbar in einem Gehäuse gelagert ist. Eine Gewindemutter dieses Gewindetriebs, das heißt Spindeltriebs, ist linear entlang der Gewindespindel bewegbar. Bei dem Gewindetrieb nach der
DE 10 2017 102 812 A1 kann es sich insbesondere um eine Komponente eines Aktuators zur Niveauverstellung oder zur Lenkung der Hinterachse oder der Vorderachse eines Kraftfahrzeugs handeln.
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Was eine mögliche Lagerung einer Gewindespindel innerhalb eines Spindeltriebs betrifft, wird ferner auf die
DE 10 2017 220 984 A1 hingewiesen. In diesem Fall ist eine Gewindespindel mit Hilfe eines zweireihigen Kugellagers gelagert.
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Die
DE 10 2016 201 772 A1 offenbart eine rohrförmige Antriebseinrichtung, welche einen Spindeltrieb sowie zugehörige elektronische Komponenten umfasst. Die rohrförmige Antriebseinrichtung kann zur Betätigung einer Klappe, beispielsweise Heckklappe, eines Fahrzeugs vorgesehen sein.
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Eine aus einem metallischen sowie einem nichtmetallischen Werkstoff aufgebaute Gewindespindel eines Spindeltriebs ist in der
WO 2020/078877 A1 beschrieben. In diesem Fall ist die Gewindespindel als verschiebbares Abtriebselement des Spindeltriebs vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickelten Spindeltrieb anzugeben, welcher sich bei fertigungstechnisch vorteilhaftem Aufbau durch ein besonders günstiges Verhältnis zwischen beanspruchtem Bauraum und mechanischer Belastbarkeit auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen für die Verwendung in einem Linearaktuator, insbesondere mit elektrischem Antrieb, geeigneten Spindeltrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Der Spindeltrieb umfasst ein Gehäuse und eine Gewindespindel, welche im Gehäuse mittels einer ersten, motorseitigen Lagerung und einer zweiten, abtriebsseitigen Lagerung gelagert ist. Hierbei sind die beiden Lagerungen in einem motorseitigen beziehungsweise in einem abtriebsseitigen Lagerschild angeordnet. Der Begriff motorseitig bezieht sich auf den zum Antrieb des Spindeltriebs vorgesehenen Motor, insbesondere Elektromotor.
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Ferner umfasst der Spindeltrieb eine Spindelmutter, welche innerhalb des Gehäuses verschiebbar ist, sowie mehrere Kolbenstangen, welche fest mit der Spindelmutter verbunden sind und jeweils eine Öffnung, die sich im abtriebsseitigen Lagerschild befindet, durchdringen.
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Das abtriebsseitige Lagerschild hat somit eine Mehrfachfunktion:
- Zum einen stellt es eine Gehäusekomponente dar, durch welche die Kolbenstangen geführt sind, wobei an den entsprechenden Stellen, das heißt Öffnungen im Lagerschild, eine Abdichtung und/oder eine Lagerung der Kolbenstangen vorgesehen sein kann.
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Zum anderen trägt das Lagerschild mit Hilfe der darin aufgenommenen abtriebsseitigen Lagerung der Gewindespindel signifikant zur mechanischen Stabilisierung der Gewindespindel bei. Bei der abtriebsseitigen Lagerung kann es sich um eine Axial- und/oder Radiallagerung der Gewindespindel handeln. Im Fall einer reinen Radiallagerung stellt die abtriebsseitige Lagerung die Loslagerung einer Fest-/Loslagerung dar, wobei die zugehörige Festlagerung durch die antriebsseitige, das heißt motorseitige, Lagerung der Gewindespindel gegeben ist.
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Die Anzahl der Kolbenstangen beträgt beispielsweise drei. Auch Bauformen des Spindeltriebs mit lediglich zwei Kolbenstangen oder mit mehr als drei Kolbenstangen sind realisierbar. In allen Fällen sind die einzelnen Kolbenstangen typischerweise äquidistant von der Rotationsachse der Gewindespindel, das heißt der Mittelachse des Spindeltriebs, beabstandet.
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Die einzelnen Kolbenstangen können mit einer außerhalb des Gehäuses des Spindeltriebs angeordneten Kolbenplatte verbunden sein, wobei sie zusammen mit dieser eine Verdrehsicherung der Spindelmutter bilden. Gesonderte Verdrehsicherungskonturen, die sich an der Spindelmutter sowie am Gehäuse befinden, sind damit entbehrlich. Dies gilt auch für sonstige Ausführungsformen, in denen die Kolbenstangen statt mit einer Kolbenplatte mit einem beliebigen anderen Teil, welches sich außerhalb des Gehäuses des Spindeltriebs befindet, fest verbunden sind.
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Die Kolbenstangen sind beispielsweise jeweils mittels einer Gleitlagerung im abtriebsseitigen Lagerschild gelagert. Prinzipiell kommt auch eine Linearwälzlagerung der Kolbenstangen im abtriebsseitigen Lagerschild in Betracht.
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Mindestens eine der beiden Lagerungen, welche die Gewindespindel in den Lagerschilden rotierbar lagern, kann als Wälzlager ausgeführt sein. Hierbei kann es sich beispielsweise bei der motorseitigen Lagerung der Gewindespindel um ein zweireihiges Schrägkugellager und bei der abtriebsseitigen Lagerung der Gewindespindel um ein Nadellager handeln. Durch den geringen Platzbedarf eines Nadellagers in radialer Richtung verbleibt außerhalb des Nadellagers reichlich Raum zur Durchführung der Kolbenstangen durch das abtriebsseitige Lagerschild. Vom antriebsseitigen Lagerschild sind die Kolbenstangen dagegen in jedem Betriebszustand des Spindeltriebs beabstandet. Somit ist an dieser Stelle im Vergleich zum abtriebsseitigen Lagerschild mehr Raum zum Einbau eines Wälzlagers, insbesondere eines zweireihigen Schrägkugellagers oder Kegelrollenlagers, welches Axialkräfte ebenso wie Radialkräfte übertragen kann, vorhanden.
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Eines der beiden Lagerschilde kann einteilig mit einer umgebenden rohrförmigen Hauptkomponente des Gehäuses ausgebildet sein. In fertigungstechnisch günstiger Ausgestaltung handelt es sich bei beiden Lagerschilden um die gesonderte Gehäusekomponenten, wobei beispielsweise das abtriebsseitige Lagerschild stirnseitig auf das rohrförmige Gehäusehauptteil aufgesetzt, insbesondere aufgeschraubt, ist, wogegen das motorseitige Lagerschild in das Gehäusehauptteil eingesetzt ist. Eine elektrisch anzutreibende Welle, welche stirnseitig aus dem motorseitigen Lagerschild herausragt, kann einteilig mit der Gewindespindel oder als fest mit der Gewindespindel verbundene Komponente ausgebildet sein.
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Die Gewindespindel wirkt mit der Spindelmutter im einfachsten Fall in der Art eines einfachen Bewegungsgewindes, beispielsweise mit trapezförmig profiliertem Gewinde, zusammen. Ebenso sind Ausgestaltungen realisierbar, in welchen zwischen der Gewindespindel und der Spindelmutter Wälzkörper, insbesondere in Form von Rollen oder Kugeln, abrollen, das heißt der Spindeltrieb als Wälzgewindetrieb gestaltet ist. Wälzgewindetriebe sind prinzipiell beispielsweise aus den Dokumenten
DE 10 2019 107 684 A1 ,
DE 10 2017 109 140 B4 und
EP 1 771 672 B1 bekannt. Auch eine Ausführung des Spindeltriebs als Planetenwälzgetriebe ist möglich. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf die Dokumente
DE 10 2019 125 310 A1 ,
DE 10 2017 128 521 A1 und
WO 2019/007457 A1 hingewiesen.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teils vereinfacht:
- 1 einen Spindeltrieb in perspektivischer Darstellung,
- 2 ein Detail des Spindeltriebs in geschnittener perspektivischer Ansicht,
- 3 den Spindeltrieb in einer Schnittdarstellung.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Spindeltrieb ist Teil eines nicht weiter dargestellten elektromechanischen Linearaktuators. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Spindeltriebs 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Der Spindeltrieb 1 weist ein rohrförmiges Gehäuse 2 auf, welches im Ausführungsbeispiel einen sechseckigen Querschnitt hat. Ein Gehäusehauptteil 3, welches als Metallprofil mit hexagonaler Außenkontur gestaltet ist, ist mit Lagerschilden 4, 5 fest verbunden. Längsnuten 6, welche sich außen am Gehäuse 2 befinden, ermöglichen die Befestigung des Gehäuses 2 an einer nicht dargestellten Umgebungskonstruktion.
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Bei den beiden Lagerschilden 4, 5 handelt es ich um ein antriebsseitiges, das heißt motorseitiges, Lagerschild 4 und ein abtriebsseitiges Lagerschild 5. In den Lagerschilden 4, 5 befindet sich eine motorseitige Lagerung 7 beziehungsweise eine abtriebsseitige Lagerung 8, wobei durch die Lagerungen 7, 8 eine Gewindespindel 9 gelagert ist. Das motorseitige Lagerschild 4 ist in den durch das Gehäusehauptteil 3 gebildeten Hohlraum eingesetzt, wobei es an einem durch das Gehäusehauptteil 3 gebildeten Anschlag 10 anliegt. Die Gewindespindel 9 ist über das motorseitige Lagerschild 4 hinaus nach außen, das heißt in Richtung zur motorseitigen Stirnseite des Gehäuses 2, in Form eines Zapfens 11 verlängert, wobei der Zapfen 11, das heißt Antriebszapfen, nicht über die Stirnseite des Gehäusehauptteils 3 hinausragt. Der Zapfen 11 ist drehfest mit einer Motorwelle eines nicht dargestellten Elektromotors gekoppelt. Alternativ kann der zum Antrieb des Spindeltriebs 1 verwendete Elektromotor die Gewindespindel 9 über ein Getriebe, beispielsweise ein Zahnrad- oder ein Riemengetriebe, antreiben.
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Der Spindeltrieb 1 umfasst ferner eine Spindelmutter 12, welche in Längsrichtung des Gehäuses 2 verschiebbar ist. Mit der Spindelmutter 12 ist eine Trägerplatte 13 fest verbunden, wobei sich die Trägerplatte 13 an einem Flansch 14, welcher einen integralen Bestandteil der Spindelmutter 12 darstellt, abstützt.
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Die Trägerplatte 13 ist mit mehreren, im Ausführungsbeispiel drei, Kolbenstangen 15 verbunden, welche auf einem gedachten Kreis in gleichförmigen Abständen parallel zur Mittelachse MA des Spindeltriebs 1, das heißt Rotationsachse der Gewindespindel 9, angeordnet sind. Jede Kolbenstange 15 durchdringt eine kreisrunde Öffnung 16 im abtriebsseitigen Lagerschild 5. Hierbei befinden sich in den Öffnungen 16 Lagerbuchsen 17 und Dichtungen 18. Damit sind die Kolbenstangen 15 im Gehäuse 2 gleitgelagert, wobei zugleich eine dynamische Abdichtung des mit 19 bezeichneten Innenraums des Gehäuses 2 gegeben ist.
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Außerhalb des Gehäuses 2 sind die Kolbenstangen 15 mit einer einzigen Kolbenplatte 20 verbunden. Durch die Anordnung aus dem in den Lagerbuchsen 17 geführten Kolbenstangen 15 und der gemeinsamen Kolbenplatte 20 ist insgesamt eine Verdrehsicherung 21 der Spindelmutter 12 gebildet. Weitere Mittel zur Sicherung der Spindelmutter 12 gegen Verdrehen sind nicht vorgesehen.
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Die Kolbenplatte 20 stellt das Abtriebselement des Spindeltriebs 1 dar. In 1 ist die Kolbenplatte 20 im ausgefahrenen Zustand, in 3 im eingefahrenen Zustand erkennbar. Das abtriebsseitige Lagerschild 5, welches von den Kolbenstangen 15 durchdrungen wird, ist mit Hilfe von Schrauben 22 stirnseitig auf das Gehäusehauptteil 3 aufgeschraubt. Die abtriebsseitige Lagerung 8, welche sich im Lagerschild 5 befindet, ist im Ausführungsbeispiel als Nadellager ausgebildet. Hierbei ist ein auf die Gewindespindel 9 aufgesetzter Innenring des Nadellagers 8 mit 23 und eine zugehörige Hülse, welche den Außenring des Nadellagers 8 darstellt, mit 24 bezeichnet. Zwischen den Lagerringen 23, 24 rollen Nadeln 25 als Wälzkörper ab. Das Nadellager 8 stabilisiert die Gewindespindel 9 in radialer Richtung. Alternativ könnte als abtriebsseitige Lagerung 8 ein Wälzlager vorgesehen sein, welches auch Axialkräfte abstützt.
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Im Unterschied zur abtriebsseitigen Lagerung 8 ist die motorseitige Lagerung 7 als mehrreihiges Wälzlager, nämlich zweireihiges Schrägkugellager, gestaltet. Das Schrägkugellager 7 ist in der Lage, sowohl Radialkräfte als auch Axialkräfte in beiden Richtungen aufzunehmen. Mit Hilfe einer Mutter 26, die an der äußeren Stirnseite des Lagerschilds 4 sichtbar ist, sind zwei Innenringe 27, 28 auf der Gewindespindel 9 befestigt. Die Wälzkörper, das heißt Kugeln, der motorseitigen Lagerung 7 sind in einem Käfig 29 geführt und kontaktieren einen gemeinsamen Außenring 30, der in das motorseitige Lagerschild 4 eingesetzt ist. Alternativ könnten die äußeren Laufbahnen des zweireihigen Schrägkugellagers 7 auch direkt durch das antriebsseitige Lagerschild 4 gebildet sein.
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Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der motorseitigen Lagerung 7 um ein zweireihiges Wälzlager in O-Anordnung. Durch Dichtungen 31 des zweireihigen Schrägkugellagers 7 ist der Innenraum 19 auch antriebsseitig dynamisch gegenüber dem Außenraum abgedichtet. Das antriebsseitige Lagerschild 4 ist lediglich statisch gegenüber dem Gehäusehauptteil 3 abzudichten. In Abwandlung der dargestellten Ausführungsform ist auch eine einteilige Gestaltung von Gehäusehauptteil 3 und antriebsseitigem Lagerschild 4, das heißt eine unmittelbare Bildung des antriebsseitigen Lagerschilds 4 durch das Gehäusehauptteil 3, realisierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spindeltrieb
- 2
- Gehäuse
- 3
- Gehäusehauptteil
- 4
- Lagerschild, antriebsseitig
- 5
- Lagerschild, abtriebsseitig
- 6
- Längsnut
- 7
- motorseitige Lagerung, Schrägkugellager
- 8
- abtriebsseitige Lagerung, Nadellager
- 9
- Gewindespindel
- 10
- Anschlag
- 11
- Zapfen
- 12
- Spindelmutter
- 13
- Trägerplatte
- 14
- Flansch
- 15
- Kolbenstange
- 16
- Öffnung
- 17
- Lagerbuchse
- 18
- Dichtung
- 19
- Innenraum
- 20
- Kolbenplatte
- 21
- Verdrehsicherung
- 22
- Schraube
- 23
- Lagerring, Innenring
- 24
- Lagerring, Hülse
- 25
- Nadel
- 26
- Mutter
- 27
- Innenring
- 28
- Innenring
- 29
- Käfig
- 30
- Außenring
- 31
- Dichtung
- MA
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014224259 A1 [0002]
- DE 102004058935 A1 [0003]
- DE 102017102812 A1 [0004]
- DE 102017220984 A1 [0005]
- DE 102016201772 A1 [0006]
- WO 2020/078877 A1 [0007]
- DE 102018107467 B4 [0008]
- DE 102016206564 A1 [0008]
- DE 102019107684 A1 [0020]
- DE 102017109140 B4 [0020]
- EP 1771672 B1 [0020]
- DE 102019125310 A1 [0020]
- DE 102017128521 A1 [0020]
- WO 2019/007457 A1 [0020]
