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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearaktuator.
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Linearaktuatoren, mit denen eine Rotationsbewegung eines Antriebs in eine Translationsbewegung umgesetzt werden kann, werden oftmals zur Bewegung von Maschinenelementen oder Anlagenteilen eingesetzt. Dabei können durch auf einen Linearaktuator einwirkende Kräfte unter Umständen Belastungsspitzen auftreten, welche den Linearaktuator beschädigen. Insbesondere Vibrationen oder Schläge können dem Mechanismus des Linearaktuators auf Dauer zusetzen und seine Lebensdauer verkürzen. Daher sind Dämpfungssysteme entwickelt worden, welche einwirkende Kräfte abfedern und die Belastung des Linearaktuators dadurch reduzieren können.
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Beispielsweise ist aus
DE 10 2016 009 037 A1 eine Überlastschutzeinrichtung bekannt, bei der eine Wandelanordnung zum Wandeln einer Rotationsbewegung in eine Linearbewegung in einem Gehäuse entlang der Linearbewegung verschieblich gelagert ist.
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GB 1 346 990 betrifft stoßabsorbierende Vorrichtungen zum Einsatz in Verbindung mit Gewindespindeln. Bei einer solchen Vorrichtung ist ein Muttergehäuse zweiteilig ausgebildet, wobei Tellerfedern in einem zwischen den beiden Teilen gebildeten Hohlraum angeordnet sind.
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US 4 727 762 A offenbart einen Linearaktuator, bei dem vorgespannte Belleville-Kompressionsfedern zwischen Federsitzen an Lageraufnehmern angeordnet sind.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Abfederung von Kräften in einem Linearaktuator weiter zu verbessern, insbesondere einen zuverlässigen Abbau von auf den Linearaktuator einwirkenden Kräften bereitzustellen, ohne den Regelbetrieb des Aktuators zu beeinträchtigen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Linearaktuator gemäß Anspruch 1.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der folgenden Beschreibung.
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Ein Dämpfungssystem für einen Linearaktuator weist eine erste Baugruppe mit einer ersten axialen Anschlagfläche und einer zweiten axialen Anschlagfläche auf. Es ist eine federelastische Federanordnung vorgesehen, die in einer Ausgangsstellung unter einer vorgegebenen Vorspannung, insbesondere gleichzeitig, axial an der ersten und zweiten Anschlagfläche anschlägt. Zudem ist eine zweite Baugruppe vorgesehen, die relativ zur ersten Baugruppe axial verschiebbar gelagert und dazu eingerichtet ist, die Federanordnung bei einer axialen Bewegung relativ zur ersten Baugruppe von der ersten Anschlagfläche oder von der zweiten Anschlagfläche abzuheben.
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Eine Baugruppe im Sinne der Erfindung umfasst vorzugsweise mindestens ein Bauteil. Vorzugsweise ist eine Baugruppe durch mehrere Bauteile gebildet. Die Bauteile sind im Normalbetrieb des Aktuators zweckmäßigerweise relativ zueinander festgesetzt, z. B. starr miteinander verbunden und höchstens durch Werkzeugeinsatz relativ zueinander bewegbar (etwa durch Einschrauben in ein Gewinde und/oder dergleichen). Es ist jedoch auch denkbar, dass eine Baugruppe nur ein einziges Bauteil umfasst.
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Ein Abheben im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise als Unterbrechen oder Aufheben eines Kontakts zu verstehen. Anders gesagt wird beim Abheben einer Komponente von einer anderen Komponente die eine Komponente von der anderen Komponente beabstandet, sodass ein Spalt zwischen den Komponenten entsteht.
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Eine axiale Anschlagfläche im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise eine Fläche mit einer parallel zu einer Längsachse und/oder Bewegungsrichtung ausgerichteten Flächennormale, an die eine Komponente, insbesondere die Federanordnung, axial anschlagen kann. Eine solche axiale Anschlagfläche kann zum Beispiel durch eine radiale Stufe oder einen radialen Vorsprung, die bzw. der in einen Federweg der Federanordnung hineinragt, gebildet sein.
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Ein Aspekt der Erfindung beruht auf dem Ansatz, eine federelastische Federanordnung in einem Dämpfungssystem für einen Linearaktuator mit einer vorgegebenen Vorspannung zu beaufschlagen. Vorzugsweise ist hierfür eine erste Baugruppe mit einer ersten Anschlagfläche und einer zweiten Anschlagfläche vorgesehen, an denen sich die Federanordnung in einer Ausgangsstellung, zum Beispiel im Normalbetrieb eines Linearaktuators, abstützt. Die Federanordnung kann dazu beispielsweise derart angeordnet sein, dass sie in der Ausgangsstellung mit der Vorspannung beaufschlagt ist und die erste und zweite Anschlagfläche kontaktiert. Zweckmäßigerweise ist zudem eine zweite, zu ersten Baugruppe axial verschiebbar gelagerte Baugruppe vorgesehen, um die Federanordnung zumindest abschnittsweise zu betätigen, zum Beispiel zu komprimieren. Das Dämpfungssystem ist dabei vorteilhaft derart konfiguriert, dass eine Bewegung der ersten Baugruppe relativ zur zweiten Baugruppe nur dann möglich ist, wenn die vorgegebene Vorspannung überwunden wird.
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Die vorgegebene Vorspannung ist zweckmäßigerweise derart eingestellt, dass die Federanordnung erst bei Überschreiten einer Nennkraft, beispielsweise einer zulässigen Maximalkraft, des Linearaktuators durch die zweite Baugruppe komprimierbar - und dadurch von der ersten oder zweiten Anschlagfläche abhebbar - ist. Die Federanordnung kann beispielsweise durch die zweite Baugruppe derart komprimierbar sein, dass ein axiales Ende der Federanordnung beim Einwirken einer externen Kraft auf die erste Baugruppe oder die zweite Baugruppe den Kontakt zur ersten Anschlagfläche oder zur zweiten Anschlagfläche verliert.
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Durch die vorgespannte Federanordnung kann ein unnötiges und gegebenenfalls schädliches Aufschwingen des Dämpfungssystems verhindert werden. Empfindliche Komponenten des Linearaktuators wie beispielsweise Traglager, Kugelrollenspindel, Kugelrollenmutter und/oder dergleichen lassen sich so vor zu starken Schlägen oder Stößen schützen. Gleichzeitig ist es jedoch auch möglich, die Steifigkeit des Linearaktuators im Regelbetrieb, d. h. vorzugsweise bis zur Nennkraft, zu erhalten. Damit können trotz der Integration einer Dämpfung von dem Linearaktuator zum Beispiel Maschinenelemente oder Anlagenteile präzise platziert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Dämpfungssystem, insbesondere die erste Baugruppe und/oder die Federanordnung und/oder die zweite Baugruppe, derart ausgebildet, dass die zweite Baugruppe die Federanordnung bei einer axialen Bewegung relativ zur ersten Baugruppe in einer ersten Richtung von der ersten Anschlagfläche und bei einer axialen Bewegung relativ zur ersten Baugruppe in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung von der zweiten Anschlagfläche abhebt. Beispielsweise können die erste Baugruppe und/oder die Federanordnung und/oder die zweite Baugruppe derart relativ zueinander angeordnet sein, dass in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung die Federanordnung entweder von der ersten oder der zweiten Anschlagfläche abgehoben wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Baugruppe eine dritte axiale Anschlagfläche und eine vierte axiale Anschlagfläche auf. Zweckmäßigerweise schlägt die Federanordnung in der Ausgangsstellung unter der vorgegebenen Vorspannung axial an der dritten Anschlagfläche und der vierten Anschlagfläche an. Die zweite Baugruppe ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die dritte oder vierte Anschlagfläche ein Abheben der Federanordnung von der ersten oder zweiten Anschlagfläche und dabei zum Beispiel eine zumindest abschnittsweise Kompression der Federanordnung ermöglichen. Mithilfe der dritten und vierten axiale Anschlagfläche lässt sich eine zuverlässige Betätigung der Federanordnung erreichen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform fluchtet die erste Anschlagsfläche mit der dritten Anschlagfläche und die zweite Anschlagfläche mit der vierten Anschlagfläche radial in der Ausgangsstellung. Insbesondere können die erste und die dritte sowie die zweite und die vierte Anschlagfläche in der Ausgangsstellung jeweils eine Anschlagebene definieren. Die Federanordnung kann sich so an vier Anschlagflächen abstützen. Infolgedessen lässt sich eine gleichmäßige Belastung aller Anschlagflächen erreichen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erste Baugruppe eine fünfte Anschlagfläche und eine sechste Anschlagfläche auf. Zweckmäßigerweise stützt sich die Federanordnung zumindest mit der vorgegebenen Vorspannung an der fünften und sechsten Anschlagfläche ab. Die zweite Baugruppe ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass der Kontakt zwischen der Federanordnung und der fünften und sechsten Anschlagfläche nicht durch eine Bewegung der zweiten Baugruppe unterbrochen werden kann. Vielmehr kann die zweite Baugruppe dazu ausgebildet und/oder angeordnet sein, um die Federanordnung zumindest abschnittsweise gegen die fünfte und sechste Anschlagfläche zu komprimieren. Dadurch können die fünfte und sechste Anschlagfläche der Einstellung der vorgegebenen Federkraft dienen. Das Vorsehen einer fünften und sechsten Anschlagfläche ermöglicht zudem eine kompakte Ausbildung des Dämpfungssystems.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Federanordnung in einer Belastungsstellung, beispielsweise unter Einwirken einer Kraft auf die erste oder zweite Baugruppe, von der ersten oder der zweiten Anschlagfläche beabstandet. Der mithilfe der zweiten Baugruppe eingestellte Abstand zwischen der Federanordnung, insbesondere einem axialen Ende der Federanordnung, und der ersten oder zweiten Anschlagfläche entspricht zweckmäßigerweise einem Federweg der Federanordnung. Die Federanordnung kann so eine auf das Dämpfungssystem einwirkende Belastung, die zum Beispiel die Nennkraft des Linearaktuators übersteigt, zuverlässig aufnehmen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Federanordnung wenigstens ein, insbesondere starres, Stützmittel und wenigstens ein elastisches Federmittel auf. Das elastische Federmittel stützt sich zweckmäßigerweise am wenigstens einen Stützmittel zumindest unter der vorgegebenen Vorspannung ab. Dabei ist das wenigstens eine Stützmittel vorzugsweise zum Anschlagen an der ersten oder zweiten Anschlagfläche eingerichtet, insbesondere entsprechend angeordnet. Dadurch kann eine zuverlässige axiale Fixierung des Federmittels erreicht werden. Das wenigstens eine Stützmittel kann mit einer planen Oberfläche ein wohldefiniertes Anschlagen an den Anschlagsflächen und infolgedessen eine gute Kraftübertragung ohne Kraftspitzen sicherstellen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Federanordnung wenigstens ein als Tellerfederpaket ausgebildetes Federmittel auf. Die Federanordnung kann beispielsweise vier Tellerfedern aufweisen, die zu zwei Paketen geschichtet sind. Vorzugsweise weist die Federanordnung wenigstens zwei, bevorzugt vier, solcher Pakete auf, die wiederum zu einer oder zu zwei Tellerfedergruppen kombiniert sein können. Mithilfe solcher Tellerfederpakete sind hohe Vorspannungen auch bei kompakter Bauweise der Federanordnung einstellbar.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erste Anschlagfläche und die zweite Anschlagfläche einander gegenüberliegend angeordnet, d. h. einander zugewandt. Zweckmäßigerweise ist die Federanordnung zwischen der ersten Anschlagfläche und der zweiten Anschlagfläche angeordnet. Vorzugsweise sind auch die dritte und vierte Anschlagfläche einander gegenüberliegend angeordnet, wobei die Federanordnung zwischen der dritten und vierten Anschlagfläche angeordnet sein kann. Dadurch kann die Federanordnung axial besonders kompakt bauen. Infolgedessen wird ein Einsatz des Dämpfungssystems beispielsweise am Ende eines Schubrohrs, insbesondere zwischen dem Schubrohr und einem Gelenkkopf, möglich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erste Anschlagfläche und die zweite Anschlagfläche voneinander abgewandt orientiert. Zweckmäßigerweise sind die erste und zweite Anschlagfläche, insbesondere axial, zwischen einem ersten Abschnitt der Federanordnung und einem zweiten Abschnitt der Federanordnung angeordnet. Vorzugsweise sind auch die dritte und vierte Anschlagfläche voneinander abgewandt orientiert und zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt der Federanordnung angeordnet. Anders gesagt sind die erste und zweite Anschlagfläche - und gegebenenfalls auch die dritte und vierte Anschlagfläche - (axial) von der Federanordnung umgeben. Dabei können der erste und zweite Abschnitt jeweils wenigstens ein elastisches Federmittel, zum Beispiel ein Tellerfederpaket, aufweisen. Bei dieser Orientierung der ersten und zweiten Anschlagfläche kann das Einstellen der Vorspannung der Federanordnung erleichtert werden, zum Beispiel durch dedizierte Vorspannmittel. Zudem kann dadurch die erste und/oder zweite Baugruppe axial kompakt bauen. Infolgedessen wird ein Einsatz des Dämpfungssystems beispielsweise im Bereich des Mechanismus des Linearaktuators zur Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung, insbesondere an einer Spindel- oder Kugelrollenmutter, möglich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Vorspannanordnung vorgesehen, die zum Einstellen der vorgegebenen Vorspannung eingerichtet ist. Die Vorspannanordnung kann dazu wenigstens ein Vorspannelement aufweisen, beispielsweise eine Sicherheitsmutter oder eine Nutmutter. Dies erlaubt eine flexibel einstellbare Vorspannung. Insbesondere wird ein einsatzabhängiges Einstellen oder ein Nachjustieren der Vorspannung möglich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorspannanordnung einen Gewindemechanismus auf, durch dessen Betätigung die Federanordnung zumindest abschnittsweise komprimierbar oder dekomprimierbar ist. Insbesondere kann das wenigstens eine Vorspannelement „eingeschraubt“ oder „ausgeschraubt“ werden. Dies erlaubt ein unkompliziertes und schnelles, gleichzeitig aber besonders präzises Einstellen der Vorspannung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Abstand zwischen der ersten Anschlagfläche und der zweiten Anschlagfläche variierbar, zum Beispiel durch den Gewindemechanismus. Die vorgegebene Vorspannung kann so besonders leicht eingestellt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die zweite Baugruppe und die Federanordnung radial innerhalb der ersten Baugruppe angeordnet. Anders gesagt kann die erste Baugruppe die zweite Baugruppe und die Federanordnung radial umfassen. Dadurch kann eine besonders geschützte Anordnung der Federanordnung und der zweiten Baugruppe erreicht werden.
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Ein Linearaktuator gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein zuvor beschriebenes Dämpfungssystem auf. Das Dämpfungssystem ist zweckmäßigerweise in einen Kraftstrang des Linearaktuators integriert. Anders gesagt ist das Dämpfungssystem zweckmäßigerweise derart in den Linearaktuator integriert, dass ein im Betrieb auftretender Kraftfluss durch das Dämpfungssystem verläuft. Dadurch kann ein Aufschwingen des Linearaktuators verhindert und der Mechanismus des Linearaktuators zur Umwandlung einer Rotations- in eine Translationsbewegung vor starken Schlägen oder Stößen geschützt werden. Gleichzeitig bietet der Linearaktuator eine hohe Steifigkeit, sodass eine genaue Positionierung auch von schweren Lasten durch den Aktuator möglich ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die vorgegebene Vorspannung kleiner oder gleich einer Nennkraft des Linearaktuators. Dabei ist unter einer Nennkraft vorzugsweise die maximale Kraft, für deren Ausübung der Linearaktuator ausgelegt ist, zu verstehen. Dadurch kann die Entstehung eines Federwegs im Kraftstrang des Linearaktuators bis zum Erreichen der Nennkraft vermieden werden. Anders gesagt lässt sich bis zur Nennkraft eine hohe Steifigkeit des Linearaktuators sicherstellen.
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Der Linearaktuator umfasst eine Kugelrollenspindel, eine mit der Kugelrollenspindel wirkverbundene Kugelrollenmutter und eine mit der Kugelrollenmutter, insbesondere über die Federanordnung, gekoppelte Sicherheitsmutter. Die Federanordnung ist erfindungsgemäß zumindest abschnittsweise zwischen der Kugelrollenmutter und der Sicherheitsmutter angeordnet. Dadurch kann erreicht werden, dass die Sicherheitsmutter erst bei Einwirken einer Kraft, die größer ist als die vorgegebene Vorspannung, mit der Kugelrollenspindel in Wirkverbindung tritt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Linearaktuator ein Muttergehäuse, in dem die Kugelrollenmutter axial verschiebbar angeordnet ist. Das Muttergehäuse bildet dabei zweckmäßigerweise zumindest einen Teil der ersten Baugruppe. Die Kugelrollenmutter bildet dabei zweckmäßigerweise zumindest einen Teil der zweiten Baugruppe. Die Kugelrollenmutter, insbesondere die Wirkverbindung zwischen der Kugelrollenspindel und der Kugelrollenmutter vermittelnde Kugelrollen, kann bzw. können dadurch effektiv vor einer Überlastung geschützt werden.
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In einer Ausführungsform, die nicht Teil der Erfindung ist, umfasst der Linearaktuator ein Schubrohr und einen Gelenkkopf. Das Dämpfungssystem weist zweckmäßigerweise ein mit dem Schubrohr starr verbundenes Gehäuse auf, welches zumindest einen Teil der ersten Baugruppe bildet. Der Gelenkkopf bildet zweckmäßigerweise zumindest einen Teil der zweiten Baugruppe oder ist zumindest mit der zweiten Baugruppe starr verbunden. Eine auf den Gelenkkopf wirkende Überlast kann zumindest teilweise von der Federanordnung abgefangen werden, bevor sie über das Schubrohr auf den Mechanismus des Linearaktuators wirkt.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Soweit zweckdienlich, sind hierin gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt - auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Die bisherige Beschreibung wie auch die nachfolgende Figurenbeschreibung enthalten zahlreiche Merkmale, die in den abhängigen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wie auch alle übrigen oben und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung offenbarten Merkmale wird der Fachmann jedoch auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfügen. Insbesondere sind alle genannten Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem Linearaktuator gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kombinierbar.
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Es zeigen:
- 1 ein Beispiel eines Dämpfungssystems für einen Linearaktuator, das eine erste Baugruppe mit zwei einander zugewandten Anschlagflächen für eine Federanordnung aufweist, in einer Ausgangsstellung;
- 2 ein Beispiel des Dämpfungssystems aus 1 in einer ersten Belastungsstellung;
- 3 ein Beispiel des Dämpfungssystems aus 1 in einer zweiten Belastungsstellung;
- 4 ein Beispiel eines Dämpfungssystems für einen Linearaktuator, das eine erste Baugruppe mit zwei voneinander abgewandten Anschlagflächen für eine Federanordnung aufweist, in einer Ausgangsstellung;
- 5 ein Beispiel eines Dämpfungssystems für einen Linearaktuator, das eine zweite Baugruppe aufweist, die mit einer Federanordnung starr verbunden ist;
- 6 ein Beispiel eines Dämpfungssystems für einen Linearaktuator, das eine erste, eine Sicherheitsmutter des Linearaktuators umfassende Baugruppe aufweist;
- 7 ein Beispiel des Dämpfungssystems aus 6 in einer ersten Belastungsstellung; und
- 8 ein Beispiel des Dämpfungssystems aus 6 in einer zweiten Belastungsstellung.
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1 zeigt ein Beispiel eines Dämpfungssystems 10 für einen Linearaktuator, das eine erste Baugruppe 20 mit zwei einander zugewandten Anschlagflächen 20a, 20b für eine vorgespannte federelastische Federanordnung 30 aufweist, in einer Ausgangsstellung. Das Dämpfungssystem 10 umfasst zudem eine zweite Baugruppe 40, die relativ zur ersten Baugruppe 20 axial verschiebbar gelagert und dazu eingerichtet ist, die Federanordnung 30 bei einer axialen Bewegung relativ zur ersten Baugruppe 20 von der ersten Anschlagfläche 20a oder von der zweiten Anschlagfläche 20b abzuheben. Zu diesem Zweck weist die zweite Baugruppe 40 zwei einander zugewandte Anschlagflächen 40a, 40b auf.
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Im gezeigten Beispiel ist die erste Baugruppe 20 starr mit einem Schubrohr 50 des Linearaktuators verbunden, zum Beispiel auf dieses aufgeschraubt. Die zweite Baugruppe 40 ist starr mit einem Gelenkkopf 51 des Linearaktuators verbunden. Dadurch können ein Kraftfluss vom Gelenkkopf 51 zum Schubrohr 50 oder andersherum über die Federanordnung 30 geleitet und empfindliche Komponenten des Linearaktuators wie Traglager, Kugelrollenspindel und/oder Kugelrollenmutter vor Kraftspitzen geschützt werden.
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Um trotz des Dämpfungssystems 10 eine präzise Positionierung des Gelenkkopfes 51 durch eine Linearbewegung des Schubrohrs 50 zu ermöglichen, ist die Federanordnung 30 zweckmäßigerweise mit einer vorgegebenen Vorspannung beaufschlagt, die vorteilhaft im Wesentlichen einer Nennkraft des Linearaktuators entspricht. Eine weitere Komprimierung der Federanordnung 30 zwischen der ersten Anschlagfläche 20a und der vierten Anschlagfläche 40b bei anliegendem Zug am Gelenkkopf 51 bzw. zwischen der zweiten Anschlagfläche 20b und der dritten Anschlagfläche 40a bei anliegendem Druck auf den Gelenkkopf 51 kann folglich nur dann auftreten, wenn die einwirkende Kraft größer als die Nennkraft - und damit potenziell schädlich für die Komponenten des Linearaktuators - ist.
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Beispielsweise kann die Federanordnung 30 wenigstens ein elastisches Federmittel 31 und zwei Stützmittel 32 aufweisen, über welche sich das Federmittel 31 an der ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Anschlagfläche 20a, 20b, 40a, 40b abstützen kann. Dass Federmittel 31 weist zweckmäßigerweise wenigstens ein, im gezeigten Beispiel vier, Tellerfederpakete 33 aus jeweils zwei geschichteten Tellerfedern auf, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eines der Tellerfederpakete 33 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Mithilfe solcher Tellerfederpakete 33 lassen sich bei einem Federweg von 8 mm Federkräfte zum Beispiel im Bereich von 70 kN bis 90 kN realisieren. Wird das Federmittel 31 unter einer Vorspannung von beispielsweise 50 kN zwischen der ersten und zweiten Anschlagfläche 20a, 20b eingespannt, können Kraftstöße zwischen 50 kN und 70 bis 90 kN etwa durch eine relative Bewegung von bis zu 3 mm zwischen der ersten und zweiten Baugruppe 20, 40 abgefedert werden.
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Die Vorspannung lässt sich im gezeigten Beispiel durch Variation des Abstands zwischen der ersten und zweiten Anschlagfläche 20a, 20b einstellen. Zu diesem Zweck kann die erste Baugruppe 20 ein längenverstellbares Gehäuse 21 umfassen, welches eine Gehäusehülse 22 mit Innengewinde und ein Vorspannelement 23 mit Außengewinde aufweist. Das Vorspannelement 23 ist zweckmäßigerweise als Verschlussmutter ausgebildet, welche die Gehäusehülse 22 an einem axialen Ende, d. h. einseitig, zumindest teilweise verschließt. Die Gehäusehülse 22 weist dabei die erste Anschlagfläche 20a und das Vorspannelement 23 die zweite Anschlagfläche 20b auf. Die erste Anschlagfläche 20a kann zum Beispiel von einer axialen Seitenfläche eines radial innenliegenden Vorsprungs oder Kragens der Gehäusehülse 22 gebildet sein. Die zweite Anschlagfläche 20b wird zweckmäßigerweise von einer axialen Stirnfläche des Vorspannelements 23 gebildet. Das Innengewinde der Gehäusehülse 22 und das Außengewinde des Vorspannelements 23 können miteinander wechselwirken und dadurch einen Gewindemechanismus einer Vorspannanordnung 11 bilden.
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Das Dämpfungssystem 10 ist vorteilhaft über das Vorspannelement 23, insbesondere die Verschlussmutter, mit dem Schubrohr 50 verbunden, zum Beispiel auf das Schubrohr 50 aufgeschraubt.
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Um die zweite Baugruppe 40 an eine Änderung der Vorspannung - und eine damit gegebenenfalls einhergehende Kompression oder Relaxation des Federmittels 31 - anpassen zu können, umfasst die zweite Baugruppe 40 einen ausgekragten Bolzen 41 und ein am Bolzen 41 in Axialrichtung variabel positionierbares Sicherungsmittel 42, zum Beispiel in Form einer Nutmutter. Während eine axiale Seitenfläche des Bolzenkragens die dritte Anschlagfläche 40a bilden kann, bildet zweckmäßigerweise eine axiale Stirnfläche des Sicherungsmittels 42 die vierte Anschlagfläche 40b. Der Abstand zwischen der dritten und vierten Anschlagfläche 40a, 40b kann so analog zur Vorspannanordnung 11 an der ersten Baugruppe 20 eingestellt werden. Insbesondere kann der Abstand zwischen der dritten und vierten Anschlagfläche 40a, 40b derart eingestellt werden, dass in der gezeigten Ausgangsstellung die erste und dritte Anschlagfläche 20a, 40a sowie die zweite und vierte Anschlagfläche 20b, 40b jeweils miteinander fluchten. Dadurch lässt sich ein axiales Spiel der zweiten Baugruppe 40 und/oder der Federanordnung 30 in der Ausgangsstellung vermeiden.
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2 zeigt ein Beispiel des Dämpfungssystems 10 aus 1 in einer ersten Belastungsstellung, in der eine die vorgegebene Vorspannung übersteigende Druckkraft auf den (nur ansatzweise dargestellten) Gelenkkopf 51 einwirkt. Die dritte Anschlagfläche 40a der zweiten Baugruppe 40 hebt dabei die Federanordnung 30 von der ersten Anschlagfläche 20a der ersten Baugruppe 20 ab. Dadurch kann ein Kraftfluss vom Gelenkkopf 51 über die dritte Anschlagfläche 40a durch die Federanordnung 30 und weiter über die zweite Anschlagfläche 20b auf die erste Baugruppe 20 und somit auf das Schubrohr 50 realisiert werden. Durch die Auslenkung der zweiten Baugruppe 40 relativ zur ersten Baugruppe 20 hebt sich dabei auch die vierte Anschlagfläche 40b von der Federanordnung 30 ab. Zwischen der ersten Anschlagfläche 20a und der Federanordnung 30 sowie der vierten Anschlagfläche 40b und der Federanordnung 30 entsteht jeweils ein Spalt, dessen Größe zweckmäßigerweise dem Federweg der Federanordnung 30 entspricht.
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3 zeigt ein Beispiel des Dämpfungssystems 10 aus 1 in einer zweiten Belastungsstellung, in der eine die vorgegebene Vorspannung übersteigende Zugkraft auf den (nur ansatzweise dargestellten) Gelenkkopf 51 einwirkt. Die vierte Anschlagfläche 40b der zweiten Baugruppe 40 hebt dabei die Federanordnung 30 von der zweiten Anschlagfläche 20b der ersten Baugruppe 20 ab. Dadurch kann ein Kraftfluss vom Schubrohr 50 über die erste Anschlagfläche 20a durch die Federanordnung 30 und weiter über die vierte Anschlagfläche 40b auf die zweite Baugruppe 40 und somit auf den Gelenkkopf 51 realisiert werden. Durch die Auslenkung der zweiten Baugruppe 40 relativ zur ersten Baugruppe 20 hebt sich dabei auch die dritte Anschlagfläche 40a von der Federanordnung 30 ab. Zwischen der zweiten Anschlagfläche 20b und der Federanordnung 30 sowie der dritten Anschlagfläche 40a und der Federanordnung 30 entsteht jeweils ein Spalt, dessen Größe zweckmäßigerweise dem Federweg der Federanordnung 30 entspricht.
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4 zeigt ein Beispiel eines Dämpfungssystems 10 für einen Linearaktuator, das eine erste Baugruppe 20 mit zwei voneinander abgewandten Anschlagflächen 20a, 20b für eine Federanordnung 30 aufweist, in einer Ausgangsstellung. Das Dämpfungssystem 10 umfasst zudem eine zweite Baugruppe 40, die relativ zur ersten Baugruppe 20 axial verschiebbar gelagert und dazu eingerichtet ist, die Federanordnung 30 bei einer axialen Bewegung relativ zur ersten Baugruppe 20 von der ersten Anschlagfläche 20a oder von der zweiten Anschlagfläche 20b abzuheben. Zu diesem Zweck weist die zweite Baugruppe 40 zwei einander abgewandte Anschlagflächen 40a, 40b auf.
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Im gezeigten Beispiel umfasst die erste Baugruppe 20 einen Rotor 52, der Teil eines Antriebs des Linearaktuators ist, und ein damit starr verbundenes, etwa verschraubtes, Muttergehäuse 53. Das Muttergehäuse 53 ist über Lager 54 rotierbar in einem Gehäuse des Linearaktuators (nicht gezeigt) gelagert und gleichzeitig axial festgesetzt.
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Die zweite Baugruppe 40 wird zumindest teilweise von einer Kugelrollenmutter 56 gebildet, die axial verschiebbar am Rotor 52 innerhalb des Muttergehäuses 53 angeordnet ist. Die Kugelrollenmutter 56 ist über Kugelrollen mit einer Kugelrollenspindel 57 des Linearaktuators wirkverbunden. Dadurch können ein Kraftfluss von der Kugelrollenspindel 57 zum Muttergehäuse 53 - und über die Lager 54 bis auf das Gehäuse des Linearaktuators - oder andersherum über die Federanordnung 30 geleitet und empfindliche Komponenten des Linearaktuators wie die Lager 54, die Kugelrollenspindel 57 und/oder die Kugelrollenmutter 56 vor Kraftspitzen geschützt werden.
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Die Federanordnung 30 weist im gezeigten Beispiel zwei elastische Federmittel 31a, 31b aus jeweils drei Tellerfederpaketen 33 auf, wobei jedes Tellerfederpaket 33 zwei geschichtete Tellerfedern umfasst. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur eines der Tellerfederpakete 33 mit einem Bezugszeichen versehen. Ein erstes Federmittel 31a kann sich axial mit einem von der ersten und dritten Anschlagfläche 20a, 40a abgewandten Ende an einer fünften Anschlagfläche 20c der ersten Baugruppe 20 abstützen. Ein zweites Federmittel 31b stützt sich zweckmäßigerweise axial mit einem von der zweiten und vierten Anschlagfläche 20b, 40b abgewandten Ende an einer sechsten Anschlagfläche 20d der ersten Baugruppe 20 ab. Die beiden Federmittel 31a, 31b stützen sich an der fünften bzw. sechsten Anschlagfläche 20c, 20d dabei nicht nur in der gezeigten Ausgangsstellung, sondern vorzugsweise auch in einer Belastungsstellung ab, in der die zweite Baugruppe 40 relativ zur ersten Baugruppe 20 ausgelenkt und das erste oder zweite Federmittel 31a, 31b noch stärker komprimiert ist.
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5 zeigt ein Beispiel eines Dämpfungssystems 10 für einen Linearaktuator, das eine zweite Baugruppe 40 aufweist, die mit einer Federanordnung 30 starr verbunden ist. Das Dämpfungssystem 10 weist zudem eine erste Baugruppe 20 mit zwei Anschlagflächen 20a, 20b auf, zu der die zweite Baugruppe 40 axial verschiebbar gelagert ist. Die zweite Baugruppe 40 wird zumindest teilweise von einem Schubrohr 50 des Linearaktuators gebildet.
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Im gezeigten Beispiel umfasst die erste Baugruppe 20 ein Muttergehäuse 53 für eine Kugelrollenmutter 56 des Linearaktuators, die über Kugelrollen mit einer Kugelrollenspindel 57 wirkverbunden ist. Das Muttergehäuse 53 ist an einem Ende radial innen ausgekragt. Eine axiale Seitenfläche des Kragens bildet dabei die erste Anschlagfläche 20a.
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Die erste Baugruppe 20 umfasst in bevorzugter Weise zudem ein Vorspannelement 23, im vorliegenden Beispiel in Form einer Nutmutter, die über ein Innengewinde des Muttergehäuses 53 in das Muttergehäuse 53 eingeschraubt ist. Die Nutmutter kann hierbei als Verschlussmutter dienen, welche das Muttergehäuse 53 axial einseitig zumindest teilweise verschließt. Eine axiale Seitenfläche des Vorspannelements 23 bildet die zweite Anschlagfläche 20b. Das Muttergehäuse 53 bildet zusammen mit dem Vorspannelement 23 eine Vorspannanordnung 11 mit einem Gewindemechanismus zur Einstellung einer vorgegebenen Vorspannung der Federanordnung 30.
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Die Federanordnung 30 umfasst neben einem elastischen Federmittel 31 in Form von drei Tellerfederpaketen 33 aus jeweils zwei Tellerfedern auch ein Stützmittel 32, an dem sich das Federmittel 31 unter der vorgegebenen Vorspannung abstützen kann. Das Stützmittel 32 ist vorliegend als Sicherheitsmutter 58 ausgebildet, welche bei einer Beeinträchtigung der Wechselwirkung zwischen der Kugelrollenspindel 57 und der Kugelrollenmutter 56, zum Beispiel bei der Zerstörung der Kugelrollen, mit der Kugelrollenspindel 57 in Wechselwirkung treten und dadurch eine unkontrollierte axiale Bewegung der Kugelrollenspindel 57 relativ zur Kugelrollenmutter 56 bzw. dem Muttergehäuse 53 verhindern kann.
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Wirkt eine Druckbelastung auf das Schubrohr 50, die höher ist als eine Nennkraft des Linearaktuators, besteht die Gefahr einer Beschädigung zum Beispiel der Kugelrollen oder von nicht gezeigten Lagern des Muttergehäuses 53 (vergleiche 4). Daher wird die Vorspannung vorzugsweise im Wesentlichen gleich der Nennkraft eingestellt. Bei einer die vorgegebene Vorspannung übersteigenden Druckbelastung auf das Schubrohr 50 kann nun die Federanordnung 30 komprimieren und so die Sicherheitsmutter 58 mit der Kugelrollenspindel 57 in Wirkverbindung treten. Eine Überlastung insbesondere der Kugelrollen kann so vermieden werden.
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6 zeigt ein Beispiel eines Dämpfungssystems 10 für einen Linearaktuator, das eine erste, eine Sicherheitsmutter 58 des Linearaktuators umfassende Baugruppe 20 mit vier Anschlagflächen 20a, 20b, 20c, 20d aufweist. Das Dämpfungssystem 10 umfasst zudem eine Federanordnung 30 mit zwei Federmitteln 31a, 31b und eine zweite Baugruppe 40 mit zwei Anschlagflächen 40a, 40b. Im vorliegenden Beispiel befindet sich das Dämpfungssystem 10 in einer Ausgangsstellung, in der die Federanordnung 30 an der ersten und dritten miteinander fluchtenden Anschlagfläche 20a, 40a sowie an der zweiten und vierten miteinander fluchtenden Anschlagfläche 20b, 40b anschlägt.
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Die erste Baugruppe 20 weist neben der Sicherheitsmutter 58 ein Muttergehäuse 53 und ein Vorspannelement 23 auf, wobei die Sicherheitsmutter 58 und das Vorspannelement 23 an einander gegenüberliegenden Enden des Muttergehäuses 53 in dieses eingeschraubt sind. Eine axiale Seitenfläche des Vorspannelements 23 bildet dabei die fünfte Anschlagfläche 20c und eine axiale Stirnfläche der Sicherheitsmutter 58 die sechste Anschlagfläche 20d. Die Federanordnung 30 ist dabei abschnittsweise zwischen der fünften und ersten Anschlagfläche 20c, 20a und zwischen der zweiten und sechsten Anschlagfläche 20b, 20d der ersten Baugruppe 20 angeordnet.
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Die Sicherheitsmutter 58 und das Muttergehäuse 53 sowie das Vorspannelement 23 und das Muttergehäuse 53 bilden jeweils eine Vorspannanordnung 11, mit der die Federanordnung 30 mit einer vorgegebenen Vorspannung beaufschlagbar ist. Durch ein Einschrauben des Vorspannelements 23 in das Muttergehäuse 53 kann dabei die Vorspannung eines ersten Abschnitts 34a der Federanordnung 30, der das erste Federmittel 31a umfasst, erhöht bzw. durch ein Herausschrauben verringert werden. Analog kann durch ein Einschrauben der Sicherheitsmutter 58 in das Muttergehäuse 53 die Vorspannung eines zweiten Abschnitts 34b der Federanordnung 30, der das zweite Federmittel 31b umfasst, erhöht bzw. durch ein Herausschrauben verringert werden.
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Die zweite Baugruppe 40 weist eine axial verschiebbar im Muttergehäuse 53 gelagerte Kugelrollenmutter 56 auf, die über Kugelrollen mit einer Kugelrollenspindel 57 des Linearaktuators wirkverbunden ist. Axiale End- bzw. Stirnflächen der Kugelrollenmutter 56 bilden die dritte und vierte Anschlagfläche 40a, 40b. Dadurch kann bei einem Betrieb des Linearaktuators, bei dem die Rotationsbewegung der Kugelrollenspindel 57 in eine Translationsbewegung der Kugelrollenmutter 56 umgewandelt wird, eine mit der Bewegung korrespondierende Kraft, welche die vorgegebene Vorspannung nicht überschreitet, über die Federanordnung 30 auf die erste Baugruppe 20 und weiter zum Beispiel auf eine starr mit der ersten Baugruppe 20 verbundene Komponente, etwa ein in die Sicherheitssmutter 58 eingeschraubtes Schubrohr 50, übertragen werden. Somit lässt sich beispielsweise ein an das Schubrohr 50 gekoppeltes Maschinenelement präzise positionieren.
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Die Vorspannung der Federanordnung 30 ist vorzugsweise im Wesentlichen gleich oder höher einer Nennkraft des Linearaktuators eingestellt. Bei einer die vorgegebene Vorspannung übersteigenden Zug- oder Druckbelastung auf das Schubrohr 50, zum Beispiel durch eine Belastungsspitze wie etwa einen Schlag, kann daher die Federanordnung 30 in einem der Abschnitte 34a, 34b komprimieren und so die Sicherheitsmutter 58 mit der Kugelrollenspindel 57 in Wirkverbindung treten. Diese Fälle sind in den 7 und 8 gezeigt.
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7 zeigt ein Beispiel des Dämpfungssystems 10 aus 6 in einer ersten Belastungsstellung, in der eine die vorgegebene Vorspannung der Federanordnung 30 übersteigende Zugkraft auf das Schubrohr 50 einwirkt. Die Zugkraft wirkt dabei über die fünfte Anschlagfläche 20c der ersten Baugruppe 20 auf den ersten Abschnitt 34a der Federanordnung 30, die sich in diesem Abschnitt 34a an der dritten Anschlagfläche 40a der zweiten Baugruppe 40 abstützt und entsprechend komprimiert wird. Somit hebt die zweite Baugruppe 40 den ersten Abschnitt 34a der Federanordnung 30 von der ersten Anschlagfläche 20a ab.
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Durch die Kompression der Federanordnung 30 im ersten Abschnitt 34a entsteht eine axiale Auslenkung der ersten Baugruppe 20 relativ zur zweiten Baugruppe 40. Dadurch kann die Sicherheitsmutter 58 mit der Kugelrollenspindel 57 in Wirkverbindung treten und ein Ansteigen der Belastung der Wirkverbindung zwischen der Kugelrollenmutter 56 und der Kugelrollenspindel 57, insbesondere der Kugelrollen, weit über die vorgegebene Vorspannung hinaus verhindern.
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8 zeigt ein Beispiel des Dämpfungssystems 10 aus 6 in einer zweiten Belastungsstellung, in der eine die vorgegebene Vorspannung der Federanordnung 30 übersteigende Druckkraft auf das Schubrohr 50 einwirkt. Die Druckkraft wirkt dabei über die sechste Anschlagfläche 20d der ersten Baugruppe 20 auf den zweiten Abschnitt 34b der Federanordnung 30, die sich in diesem Abschnitt 34b an der vierten Anschlagfläche 40b der zweiten Baugruppe 40 abstützt und entsprechend komprimiert wird. Somit hebt die zweite Baugruppe 40 den zweiten Abschnitt 34b der Federanordnung 30 von der zweiten Anschlagfläche 20b ab.
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Durch die Kompression der Federanordnung 30 im zweiten Abschnitt 34b entsteht eine axiale Auslenkung der ersten Baugruppe 20 relativ zur zweiten Baugruppe 40. Dadurch kann die Sicherheitsmutter 58 mit der Kugelrollenspindel 57 in Wirkverbindung treten und ein Ansteigen der Belastung der Wirkverbindung zwischen der Kugelrollenmutter 56 und der Kugelrollenspindel 57, insbesondere der Kugelrollen, weit über die vorgegebene Vorspannung hinaus verhindern.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Dämpfungssystem
- 11
- Vorspannanordnung
- 20
- erste Baugruppe
- 20a
- erste Anschlagfläche
- 20b
- zweite Anschlagfläche
- 20c
- fünfte Anschlagfläche
- 20d
- sechste Anschlagfläche
- 21
- Gehäuse
- 22
- Gehäusehülse
- 23
- Vorspannelement
- 30
- Federanordnung
- 31
- Federmittel
- 31a
- erstes Federmittel
- 31b
- zweites Federmittel
- 32
- Stützmittel
- 33
- Tellerfederpaket
- 34a
- erster Abschnitt
- 34b
- zweiter Abschnitt
- 40
- zweite Baugruppe
- 40a
- dritte Anschlagfläche
- 40b
- vierte Anschlagfläche
- 41
- Bolzen
- 42
- Sicherungsmittel
- 50
- Schubrohr
- 51
- Gelenkkopf
- 52
- Rotor
- 53
- Muttergehäuse
- 54
- Lager
- 56
- Kugelrollenmutter
- 57
- Kugelrollenspindel
- 58
- Sicherheitsmutter
