DE102022106373A1

DE102022106373A1 - Linearantrieb

Info

Publication number: DE102022106373A1
Application number: DE102022106373.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wegener
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2022-03-18
Filing date: 2022-03-18
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2042-03-19
Also published as: WO2023174988A1; DE102022106373B4

Abstract

Es wird ein Linearantrieb (1) vorgeschlagen, der ein bezüglich eines Antriebsgehäuses (2) linear bewegliches Abtriebsglied (15) aufweist, das über eine Spindelmutter (22) und eine damit verbundene hohle Abtriebsstange (28) verfügt. Das Abtriebsglied (15) ist mittels einer rotativ antreibbaren Gewindespindel (34) linear verschiebbar, die durch die Spindelmutter (22) hindurch in die Abtriebsstange (28) eintaucht. Zur Abstützung der Gewindespindel (34) ist an deren vorderem Endabschnitt (45) eine Abstützeinrichtung (46) vorgesehen, die über ein Wälzlager (49) und eine darauf sitzende Gleithülse (48) verfügt. Die Gleithülse (48) ist in Gleithülsensegmente (71) unterteilt, die durch federelastische Gelenke (72) miteinander verbunden und mit jeweils einem Abstützflächenabschnitt (79) gegen die Innenumfangsfläche (47) der Abtriebsstange (28) vorgespannt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb,

- mit einem sich entlang einer Gehäuselängsachse erstreckenden Antriebsgehäuse, das einen Gehäuseinnenraum umschließt, in dem sich axial ein linear bewegliches Abtriebsglied erstreckt, das mit einem zum Kraftabgriff nutzbaren vorderen Endabschnitt aus dem Antriebsgehäuse herausragt und das eine hohle Abtriebsstange aufweist, in der ein rückseitig offener Stangenhohlraum ausgebildet ist,
- wobei das Abtriebsglied eine in dem Gehäuseinnenraum angeordnete und bezüglich des Antriebsgehäuses verdrehgesicherte Spindelmutter aufweist, die von einer mit ihr in Gewindeeingriff stehenden, eine sich in der Achsrichtung der Gehäuselängsachse erstreckende Spindellängsachse aufweisenden Gewindespindel durchsetzt ist, die ausgehend von einem rückseitigen Endabschnitt des Antriebsgehäuses durch die Spindelmutter hindurch in den Stangenhohlraum hineinragt und durch eine an dem Antriebsgehäuse angeordnete Drehantriebseinrichtung zu einer Antriebsdrehbewegung um die Spindellängsachse antreibbar ist, aus der eine lineare Abtriebsbewegung des Abtriebsgliedes relativ zu dem Antriebsgehäuse resultiert,
- wobei ein in dem Stangenhohlraum angeordneter vorderer Endabschnitt der Gewindespindel an einer den Stangenhohlraum radial begrenzenden Innenumfangsfläche der Abtriebsstange durch eine Abstützeinrichtung radial abgestützt ist, die eine zur Gewindespindel koaxiale Gleithülse aufweist, an der radial außen eine sich in einer Spindelumfangsrichtung um die Spindellängsachse herum erstreckende Abstützfläche ausgebildet ist, an der die Abtriebsstange bei ihrer Abtriebsbewegung mit ihrer Innenumfangsfläche entlanggleitet.

Ein aus der DE 10 2013 005 731 A1 bekannter Linearantrieb dieser Art verfügt über ein Antriebsgehäuse und ein sich in dem Antriebsgehäuse erstreckendes, an einer Gehäusevorderseite aus dem Antriebsgehäuse herausragendes Abtriebsglied. Das Abtriebsglied hat eine hohle Abtriebsstange, an der rückseitig eine hülsenförmige Spindelmutter befestigt ist, in die eine Gewindespindel eingreift, die durch einen rückseitig am Antriebsgehäuse angeordneten Elektromotor rotativ antreibbar ist. Da die Spindelmutter bezüglich des Antriebsgehäuses verdrehgesichert ist, hat eine von dem Elektromotor hervorgerufene Rotation der Gewindespindel eine lineare Abtriebsbewegung des Abtriebsgliedes zur Folge. Die Gewindespindel erstreckt sich in die hohle Abtriebsstange hinein und ist im Bereich ihres vorderen Endabschnittes über eine Abstützeinrichtung an der Innenumfangsfläche der hohlen Abtriebsstange radial abgestützt. Die Abstützeinrichtung besteht aus einer als Gleitbuchse bezeichneten Gleithülse, die radial außen eine Abstützfläche aufweist, mit der sie unter radialer Abstützung so an der Innenumfangsfläche der hohlen Abtriebsstange anliegt, dass die Abtriebsstange die lineare Abtriebsbewegung ausführen kann. Toleranzbedingtes Radialspiel im Gleitlagerbereich zwischen der Gleithülse und der Abtriebsstange kann unerwünschte Laufgeräusche und erhöhten Verschleiß hervorrufen, da schon geringste Unwuchten im Antriebsstrang dazu führen können, dass die Gewindespindel oder sogar der gesamte Linearantrieb zu Schwingungen angeregt wird. Um ein möglichst geringes Radialspiel im Bereich der Gleithülse zu erreichen, werden bisher üblicherweise die verwendeten Gleithülsen selektiv mit passenden Abmessungen bereitgestellt, was einen erhöhten Montageaufwand und nicht unerhebliche Lagerhaltungskosten mit sich bringt. Gleichwohl ist funktionsbedingt ein gewisses Radialspiel nicht unterschreitbar, da die im Betrieb auftretenden Temperaturen zu Wärmedehnung führen, die bei zu geringem Radialspiel eine erhöhte Reibung oder gar ein Verklemmen der relativ zueinander bewegten Bauteile zur Folge haben können.
Aus der EP 2 651 745 B1 ist eine Servolenkung bekannt, die über eine Gewindespindel verfügt, auf der eine bezüglich eines Gestells drehbare Kugelmutter sitzt, deren Drehbewegung eine Axialbewegung der Gewindespindel zur Folge hat. Die Kugelmutter ist mittels eines Kugellagers an dem Gestell drehbar gelagert. Zwischen dem Außenring des Kugellagers und dem Gestell sind Dämpfungselemente eingelegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit einer Gewindespindel versehenen Linearantrieb zu schaffen, der bei einfachem und kostengünstigem Aufbau ein gutes Laufverhalten aufweist und nur geringe Laufgeräusche verursacht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Linearantrieb der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Abstützeinrichtung ein an der Gewindespindel angeordnetes, die Gleithülse tragendes Wälzlager aufweist, das ein Verdrehen der Gewindespindel relativ zu der Gleithülse ermöglicht, und dass die Gleithülse in eine Mehrzahl in der Spindelumfangsrichtung aufeinanderfolgend angeordneter Gleithülsensegmente unterteilt ist, die über federelastische Gelenke miteinander verbunden sind, sodass sie unabhängig voneinander in bezüglich der Spindellängsachse radialer Richtung relativ zueinander und relativ zu dem Wälzlager um jeweils einen Schwenkbereich verschwenkbar sind, wobei sich die Abstützfläche aus an den einzelnen Gleithülsensegmenten ausgebildeten,
durch die federelastische Gelenke gegen die Innenumfangsfläche der Abtriebsstange elastisch nachgiebig vorgespannten Abstützflächenabschnitten zusammensetzt.
Auf diese Weise ist die Gewindespindel bezüglich der Abtriebsstange unabhängig von Fertigungstoleranzen und Temperaturschwankungen in einer Weise radial spielfrei abgestützt, die eine leichtgängige lineare Abtriebsbewegung des mit der Abtriebsstange ausgestatteten Abtriebsgliedes ermöglicht. Die Gleithülse ist in der Spindelumfangsrichtung segmentiert und in einzelne Gleithülsensegmente unterteilt, die jeweils einen gemeinsam die Abstützfläche bildenden Abstützflächenabschnitt aufweisen. Benachbarte Gleithülsensegmente sind über federelastische Gelenke so miteinander verbunden, dass sie mit den Abstützflächenabschnitten gegen die Innenumfangsfläche der Abtriebsstange elastisch nachgiebig vorgespannt sind, wobei die Federelastizität voneinander unabhängige Schwenkbewegungen der Gleithülsensegmente in bezüglich der Spindellängsachse radialer Richtung ermöglichen, um einen ständigen Kontakt mit der Innenumfangsfläche der Abtriebsstange aufrechtzuerhalten. Hinzu kommt, dass das zwischen der Gleithülse und der Gewindespindel eingegliederte Wälzlager der Abstützeinrichtung eine Trennung der Rotationsbewegung der Gewindespindel von der translatorischen Abtriebsbewegung des Abtriebsgliedes ermöglicht, sodass sich die Relativgeschwindigkeit an den Gleitstellen zwischen der Abtriebsstange und den Gleithülsensegmenten verringert, was zu einer Reduktion des reibungsbedingten Verschleißes und der betriebsbedingten Wärmeentwicklung beiträgt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Gleithülse ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass die durch die federelastischen Gelenke definierten Schwenkbereiche sämtlicher Gleithülsensegmente in einer bezüglich der Spindellängsachse orthogonalen gemeinsamen Ebene liegen, die zur besseren Unterscheidung als Gelenkebene bezeichnet wird. Bezogen auf die Längsrichtung der Gewindespindel liegen die Schwenkbereiche dementsprechend auf gleicher axialer Höhe.
Die jeweils zwischen zwei in der Spindelumfangsrichtung zueinander benachbarten Gleithülsensegmenten angeordneten federelastischen Gelenke sind insbesondere als Festkörpergelenke realisiert, die einstückig in die Gleithülse integriert sind, wobei sie jeweils aus einem federelastisch tordierbaren Stegabschnitt der Gleithülse bestehen, der einstückig mit den beiden in der Spindelumfangsrichtung jeweils zueinander benachbarten Gleithülsensegmenten ausgebildet ist. Die Funktion ist mit derjenigen eines Torsionsfederstabes vergleichbar. Der den Stegabschnitt bildende, bevorzugt aus dem gleichen Material wie die Gleithülsensegmente bestehende Materialsteg wird beim Verschwenken der beiden zugeordneten Gleithülsensegmente in sich verdreht, das heißt tordiert, wobei sich eine Rückstellkraft aufbaut, die dafür sorgt, dass die Gleithülsensegmente mit den Abstützflächenabschnitten ständig gegen die Innenumfangsfläche der Abtriebsstange vorgespannt sind, wodurch die Gewindespindel an ihrem vorderen Endbereich ringsum spielfrei radial abgestützt ist.
Zur Ausbildung der Gleithülsensegmente ist die Gleithülse an in der Spindelumfangsrichtung zueinander beabstandeten Stellen zweckmäßigerweise mit Längsschlitzen versehen, sodass die zueinander benachbarten Gleithülsensegmente abgesehen von den federelastischen Gelenken beabstandet zueinander angeordnet sind.
Vor allem bei einer Realisierung der federelastischen Gelenke als Festkörpergelenke lässt sich die Gleithülse besonders kostengünstig aus Kunststoff fertigen, insbesondere als Spritzgussbauteil.
Falls die federelastischen Gelenke als eigenständige Komponenten realisiert sind, durch die als separate Bauteile ausgebildete Gleithülsensegmente miteinander verbunden sind, können die Gleithülsensegmente ebenfalls vorteilhaft aus Kunststoff gefertigt sein. Bei jedweder Kunststofffertigung empfiehlt sich die Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffmaterials.
Die Gleithülsensegmente können prinzipiell so ausgeführt sein, dass sie ausgehend von den federelastischen Gelenken nur einseitig axial, also in der Spindellängsrichtung, wegragen. Bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform, bei der die Gleithülsensegmente wippenartig ausgebildet sind und aufgrund der federelastischen Gelenke jeweils in einer zu der Spindellängsachse radialen Richtung um den zugeordneten Schwenkbereich wippenartig verschwenkbar sind, wobei jedes Gleithülsensegment zwei sich ausgehend von seinem Schwenkbereich in einander entgegengesetzte axiale Richtungen erstreckende Segmentflügel aufweist, von denen jeweils mindestens einer einen Abstützflügel bildet, der einen der Abstützflächenabschnitte aufweist. Beim Verschwenken eines wippenartigen Gleithülsensegmentes bewegt sich jeweils der eine Segmentflügel von der Spindellängsachse weg, während sich der andere Segmentflügel an die Spindellängsachse annähert.
Prinzipiell könnten beide Segmentflügel eines jeweiligen Gleithülsensegmentes einen Abstützflächenabschnitt aufweisen. Als besonders günstig wird jedoch eine Bauform angesehen, bei der von den beiden Segmentflügeln jedes Gleithülsensegmentes jeweils nur der eine Segmentflügel einen mit einem Abstützflächenabschnitt versehenen Abstützflügel bildet, während der andere Segmentflügel zur Innenumfangsfläche der hohlen Abtriebsstange ständig beabstandet ist und hauptsächlich zur Fixierung der Gleithülse an dem die Gleithülse tragenden Wälzlager dient, weshalb er zur besseren Unterscheidung als Befestigungsflügel bezeichnet wird.
Bei in dem vorgenannten Sinne ausgebildeten Gleithülsensegmenten ist es vorteilhaft, wenn die axiale Orientierung der beiden Segmentflügel bei den in der Spindelumfangsrichtung jeweils benachbarten Gleithülsensegmenten jeweils derart vertauscht ist, dass die Abstützflügel ausgehend vom Schwenkbereich des betreffenden Gleithülsensegmentes in axial einander entgegengesetzte Richtungen weisen. Entsprechendes gilt dann auch für die Befestigungsflügel. Die Gleithülse präsentiert sich in diesem Fall mit zwei in der Spindellängsrichtung axial nebeneinander angeordneten Segmentflügelkränzen, die sich jeweils aus in der Spindelumfangsrichtung abwechselnd aufeinanderfolgend angeordneten Abstützflügeln und Befestigungsflügeln zusammensetzen. Die Abstützflächenabschnitte erstrecken sich somit insbesondere in einem mäanderförmigen Verlauf rings um die Spindellängsachse herum.
An ihrem radialen Innenumfang ist die Gleithülse bevorzugt mit einer zu der Spindellängsachse koaxialen ringförmigen Sitzfläche ausgestattet, die radial nach innen zu der Spindellängsachse weist und mit der die Gleithülse auf einer radialen Außenumfangsfläche eines Außenringes des mit einem Innenring an der Gewindespindel fixierten Wälzlagers sitzt. Die radiale Außenumfangsfläche des Außenringes des Wälzlagers ist zweckmäßigerweise kreiszylindrisch gestaltet, wobei die ringförmige Sitzfläche insbesondere eine diesbezüglich komplementäre Formgebung hat. Die Gleithülse wird auf diese Weise durch das Wälzlager sehr effektiv radial abgestützt.
Die Gleithülse ist insbesondere so ausgebildet, dass ihre federelastischen Gelenke auf gleicher axialer Höhe mit der ringförmigen Sitzfläche liegen, wobei die Gleithülsensegmente axial über die ringförmige Sitzfläche vorstehen, insbesondere jeweils axial beidseits.
Bevorzugt verfügt die ringförmige Sitzfläche der Gleithülse über mehrere in der Spindelumfangsrichtung aufeinanderfolgend angeordnete Segment-Sitzflächenabschnitte, die jeweils an der radialen Innenfläche eines der Gleithülsensegmente ausgebildet sind. Diese Segment-Sitzflächenabschnitte sind jeweils axial auf nur einer Seite von einer Haltefläche begrenzt, die an einem am zugeordneten Befestigungsflügel ausgebildeten und nach radial innen ragenden Haltevorsprung ausgebildet ist. Jedes Gleithülsensegment liegt mit der an ihm ausgebildeten Haltefläche, die in der Spindellängsrichtung orientiert ist, axial an einer der beiden axialen Stirnflächen des Außenringes des Wälzlagers an. Auf diese Weise ist der Außenring zwischen in der Spindelumfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordneten und axial den Segment-Sitzflächenabschnitten zugewandten Halteflächen gehalten. Die Gleithülse hat an ihrem Innenumfang somit eine ringförmige Befestigungsvertiefung, deren Grundfläche von der ringförmigen Sitzfläche gebildet ist und die seitlich von jeweils einer Vertiefungsseitenfläche begrenzt ist, die sich aus mehreren in der Spindelumfangsrichtung mit Abstand aufeinanderfolgend angeordneten Halteflächen zusammensetzt, wobei die Halteflächen der beiden Vertiefungsseitenflächen zueinander auf Lücke gesetzt sind.
Die ringförmige Sitzfläche der Gleithülse setzt sich zweckmäßigerweise gemeinsam aus zum einen den in der Spindelumfangsrichtung mit Abstand aufeinanderfolgend angeordneten Segment-Sitzflächenabschnitten und zum anderen einer der Anzahl der federelastischen Gelenke entsprechenden Anzahl von Gelenk-Sitzflächenabschnitten zusammen, wobei die Gelenk-Sitzflächenabschnitte jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Segment-Sitzflächenabschnitten angeordnet und an der radialen Innenfläche jeweils eines der federelastischen Gelenke ausgebildet sind.
Die Gleithülsensegmente sind zweckmäßigerweise in einer bezüglich der Spindellängsachse geneigten Ausrichtung angeordnet. Bezogen auf eine Segmentlängsachse jedes Gleithülsensegmentes, die sich in einer mit der Spindellängsachse zusammenfallenden Ebene erstreckt, in der das Gleithülsensegment schwenkbar ist und die daher als Schwenkebene bezeichnet werden kann, sind die Gleithülsensegmente dementsprechend so angeordnet, dass die Segmentlängsachsen bezüglich der Spindellängsachse geneigt sind. In der Spindelumfangsrichtung zueinander benachbarte Gleithülsensegmente beziehungsweise deren Segmentlängsachsen haben dabei zweckmäßigerweise eine einander entgegengesetzte Neigung.
Betrachtet man die Gleithülse in einem nicht in ihrer Gebrauchsstellung montierten Ausgangszustand vor dem Einsetzen in den Stangenhohlraum, sind die Segmentlängsachsen der Gleithülsensegmente jeweils stärker geneigt als in der montierten Gebrauchsstellung, in der sie durch den Kontakt mit der Innenumfangsfläche der Abtriebsstange unter Überwindung einer federnden Rückstellkraft in einen Zustand geringerer Neigung verschwenkt sind. Aus der sich dabei aufbauenden Rückstellkraft resultiert die Federkraft, mit der die Gleithülsensegmente gegen die Innenumfangsfläche der Abtriebsstange elastisch vorgespannt sind.
Jedes Gleithülsensegment hat eine der Innenumfangsfläche der Abtriebsstange zugewandte radiale Segmentaußenfläche, die jeweils einen der Abstützflächenabschnitte ausbildet. Bevorzugt ist die Segmentaußenfläche im Bereich des von ihr gebildeten Abstützflächenabschnittes und vorzugsweise in ihrer Gesamtheit sowohl in der Spindelumfangsrichtung als auch in der Achsrichtung der Spindellängsachse konvex gewölbt. Der Wölbungsradius in der Spindelumfangsrichtung entspricht zumindest im Wesentlichen dem Radius der Innenumfangsfläche der Abtriebsstange. Die Wölbung in der Achsrichtung der Spindellängsachse sorgt dafür, dass die Segmentaußenfläche unabhängig von der momentanen Schwenkstellung des Gleithülsensegmentes mit der zylindrischen Innenumfangsfläche der Abtriebsstange in Kontakt steht.
Vorzugsweise sind die Gleithülsensegmente zur Ermöglichung ihres radialen Verschwenkens jeweils kippbar auf dem Wälzlager angeordnet. Diese Kippmöglichkeit wird bei einer mit axialen Halteflächen versehenen Befestigungsvertiefung dadurch begünstigt, dass die Halteflächen bei jedem Gleithülsensegment nur einseitig axial vorhanden sind. Das Verschwenken und das Verkippen sind insbesondere ein und dieselbe Bewegung.
Die axial nur einseitige Anordnung von Halteflächen zur Realisierung einer zur Aufnahme des Außenrings eines Wälzlagers geeigneten Befestigungsvertiefung hat unter anderem auch den Vorteil, dass sich die Gleithülse bei einer Spritzgießfertigung sehr einfach axial entformen lässt.
Der Linearantrieb ist zweckmäßigerweise mit einer rückseitig an dem Antriebsgehäuse angeordneten Drehantriebseinrichtung ausgestattet, die mit der Gewindespindel zur Erzeugung deren Antriebsdrehbewegung drehmomentübertragend gekoppelt ist.
Die Drehantriebseinrichtung kann durchaus als eine fluidbetätigte Drehantriebseinrichtung ausgeführt sein. Bevorzugt kommt allerdings eine elektrische Drehantriebseinrichtung zum Einsatz und dabei insbesondere ein Elektromotor, mit dem sich sehr hohe Drehzahlen und folglich hohe Verfahrgeschwindigkeiten des Abtriebsgliedes realisieren lassen. Bei dem Elektromotor handelt es sich insbesondere um einen Schrittmotor, der bei Bedarf eine einfache und zuverlässige axiale Positionierung des Abtriebsgliedes bezüglich des Antriebsgehäuses ermöglicht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 eine bevorzugte Bauform des erfindungsgemäßen Linearantriebes in einem Längsschnitt gemäß Schnittebene I-I aus 2, wobei der Bereich der Abstützeinrichtung separat auch nochmals vergrößert illustriert ist und ferner in einem weiteren Bildausschnitt die Gleithülse in Alleinstellung gezeigt ist,
2 einen Querschnitt des Linearantriebes gemäß Schnittebene II-II aus 1, und
3 eine perspektivische Einzeldarstellung der in dem Linearantrieb der 1 und 2 enthaltenen Gleithülse.

Der Linearantrieb 1 hat ein als Antriebsgehäuse 2 bezeichnetes Gehäuse mit einer strichpunktiert angedeuteten zentralen Gehäuselängsachse 3, deren Achsrichtung als Gehäuselängsrichtung 3a bezeichnet wird.
Das Antriebsgehäuse 2 erstreckt sich in der Gehäuselängsrichtung 3a zwischen einer Gehäusevorderseite 4 und einer Gehäuserückseite 5.Das Antriebsgehäuse 2 umschließt einen Gehäuseinnenraum 7.
Exemplarisch enthält das Antriebsgehäuse 2 einen an der Gehäusevorderseite 4 angeordneten vorderen Gehäusedeckel 8, einen der Gehäuserückseite 5 angeordneten hinteren Gehäusedeckel 9 und ein sich dazwischen in der Gehäuselängsrichtung 3a erstreckendes Gehäuserohr 6.
Bevorzugt sind der vordere und hintere Gehäusedeckel 8, 9 an die jeweils zugeordnete Stirnfläche des Gehäuserohrs 7 angesetzt und mittels mehrerer nicht weiter illustrierter Befestigungsschrauben axial mit dem Gehäuserohr 6 verspannt. Das Gehäuserohr 6 verfügt exemplarisch über eine Mehrzahl von aus 2 ersichtlichen Befestigungsbohrungen 13, in die die Befestigungsschrauben eingreifen.
Das Gehäuserohr 6 hat radial innen eine den Gehäuseinnenraum 7 peripher begrenzende Rohrinnenumfangsfläche 14, die sich zweckmäßigerweise in der Gehäuselängsrichtung 3a über die gesamte Rohrlänge hinweg erstreckt.
Der Linearantrieb 1 verfügt ferner über ein mehrteilig ausgebildetes und eine Längsgestalt aufweisendes Abtriebsglied 15. Das Abtriebsglied 15 erstreckt sich in dem Gehäuseinnenraum 7 in der Gehäuselängsrichtung 3a, wobei es bevorzugt koaxial zu dem Gehäuserohr 6 angeordnet ist.
Das Abtriebsglied 15 hat einen in dem Gehäuseinnenraum 7 angeordneten, der Gehäuserückseite 5 zugewandten hinteren Endabschnitt 16 und einen an der Gehäusevorderseite 4 aus dem Antriebsgehäuse 2 herausragenden vorderen Endabschnitt 17.
Das Abtriebsglied 15 durchsetzt exemplarisch den vorderen Gehäusedeckel 8, wobei es von einer in dem vorderen Gehäusedeckel 8 fixierten Führungsbuchse 10 umschlossen und unter radialer Abstützung linear verschiebbar geführt ist.
Bei der Nutzung des Linearantriebes 1 ist das Abtriebsglied 15 zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten linearen Abtriebsbewegung 18 relativ zum Antriebsgehäuse 2 in zwei einander entgegengesetzte axiale Richtungen antreibbar. Dabei ist der stets außerhalb des Antriebsgehäuses 2 liegende vordere Endabschnitt 17 des Abtriebsgliedes 15 zum Kraftabgriff nutzbar, wobei er zweckmäßigerweise über eine Kraftabgriffsstruktur 19 verfügt, an der eine beliebige zu bewegende Komponente fixierbar ist, beispielsweise ein zu bewegendes Maschinenelement.
Die lineare Abtriebsbewegung 18 äußert sich je nach Bewegungsrichtung in einem Ausfahren oder Einfahren des Abtriebsgliedes 15 bezüglich des Antriebsgehäuses 2. Dabei ist das Abtriebsglied 15
Das Abtriebsglied 15 enthält eine in dem Gehäuseinnenraum 7 angeordnete Spindelmutter 22, die bezüglich des Antriebsgehäuses 2 verdrehgesichert ist. Die Verdrehsicherung verhindert ein Verdrehen der Spindelmutter 22 relativ zum Antriebsgehäuse 2 um die Gehäuselängsachse 3. Die Spindelmutter 22 kann allerdings die lineare Abtriebsbewegung 18 ohne weiteres mitmachen.
Die Verdrehsicherung der Spindelmutter 22 ist exemplarisch dadurch realisiert, dass radial außen an der Spindelmutter 22 ein radial abstehender Verdrehsicherungsvorsprung 23 angeordnet ist, der in eine mit einem komplementären Querschnitt versehene Verdrehsicherungsnut 24 des Antriebsgehäuses 2 eintaucht. Die Verdrehsicherungsnut 24 ist an der Rohrinnenumfangsfläche 14 ausgebildet und erstreckt sich als Längsnut zwischen den beiden Gehäusedeckeln 8, 9, wobei sie eine dem Gehäuseinnenraum 7 zugewandte schlitzartige Nutöffnung 25 aufweist. Der Verdrehsicherungsvorsprung 23 taucht durch die Nutöffnung 25 in die Verdrehsicherungsnut 24 ein und kann sich bei der Abtriebsbewegung 18 in der Verdrehsicherungsnut 24 in deren Längsrichtung bewegen. Durch die Abstützung des Verdrehsicherungsvorsprunges 23 an den beiden Nutflanken der Verdrehsicherungsnut 24 ergibt sich die erwähnte Verdrehsicherung der Spindelmutter 22. Beispielsweise ist der Verdrehsicherungsvorsprung 23 rippenförmig ausgebildet.
Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel kann die Verdrehsicherung der Spindelmutter 22 auch dadurch realisiert sein, dass der Gehäuseinnenraum 7 einen unrunden Querschnitt hat und die Spindelmutter 22 über eine diesbezüglich komplementäre Querschnittskontur verfügt.
Die Spindelmutter 22 ist zentral von einer Durchgangsöffnung 26 axial durchsetzt, die an ihrem Innenumfang mit einem Innengewinde 27 versehen ist. Das Innengewinde 27 ist vorzugsweise mit einem Kugelumlaufprinzip realisiert und enthält eine Vielzahl von Wälzlagerkugeln, die in einem geschlossenen Kugelkanalsystem umlaufen können, das im Bereich des Innenumfanges der Durchgangsöffnung 26 aus einer wendelförmigen Nut besteht, aus der die Wälzlagerkugeln partiell herausragen. Grundsätzlich kann das Innengewinde 27 jedoch auch auf andere Art und Weise realisiert sein.
Das Abtriebsglied 15 weist ferner eine hohle Abtriebsstange 28 auf, die sich koaxial zu der Gehäuselängsachse 3 erstreckt und den vorderen Gehäusedeckel 8 in diesbezüglich axial verschiebbarer Weise durchsetzt. Ein außerhalb des Antriebsgehäuses 2 befindlicher äußerer Endabschnitt 30 der hohlen Abtriebsstange 28 bildet den vorderen Endabschnitt 17 des Abtriebsgliedes 15 und trägt exemplarisch die Kraftabgriffsstruktur 19. Ein innerer Endabschnitt 31 der Abtriebsstange 28 befindet sich in dem Gehäuseinnenraum 7 und ist dort so an der Spindelmutter 22 angebracht, dass ein sich in der Abtriebsstange 28 axial erstreckender, als Stangenhohlraum 32 bezeichneter Hohlraum mit der Durchgangsöffnung 26 der Spindelmutter 22 fluchtet. Da der Stangenhohlraum 32 rückseitig, also an dem inneren Endabschnitt 31 offen ist, gehen die Durchgangsöffnung 26 und der Stangenhohlraum 32 axial ineinander über.
Die Spindelmutter 22 ist auf beliebige Weise mit der Abtriebsstange 28 in der Gehäuselängsrichtung 3a bewegungsgekoppelt. Somit macht die Abtriebsstange 28 jede in der Gehäuselängsrichtung 3a stattfindende Bewegung der Spindelmutter 22 mit. Die beiden Teile sind beispielsweise miteinander verschweißt oder verpresst.
Der Linearantrieb 1 hat eine Drehantriebseinrichtung 33, die bevorzugt im Bereich der Gehäuserückseite 5 an dem Antriebsgehäuse 2 angeordnet und insbesondere befestigt ist. In der Zeichnung ist die Drehantriebseinrichtung 33 nur schematisch angedeutet.
Die Drehantriebseinrichtung 33 ist antriebsmäßig mit einer Gewindespindel 34 verbunden, die ausgehend von einem rückseitigen Endabschnitt des Antriebsgehäuses 2, der exemplarisch von dem hinteren Gehäusedeckel 9 gebildet ist, axial in den Gehäuseinnenraum 7 hineinragt. Die Gewindespindel 34 hat eine Spindellängsachse 37, deren Achsrichtung als Spindellängsrichtung 37a bezeichnet wird und die bevorzugt die gleiche Ausrichtung hat wie die Gehäuselängsachse 3. Bevorzugt fallen die Spindellängsachse 37 und die Gehäuselängsachse 3 zusammen, was auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zutrifft.
Die Gewindespindel 34 hat einen hinteren Endabschnitt 35, der über eine Drehlagereinrichtung 36 beliebiger Art in dem exemplarisch von dem hinteren Gehäusedeckel 9 gebildeten rückseitigen Endabschnitt des Antriebsgehäuses 2 drehbar gelagert ist, sodass sie relativ zum Antriebsgehäuse 2 um ihre Spindellängsachse 37 rotieren kann und gleichzeitig radial abgestützt ist. Die Drehlagereinrichtung 36 ist bevorzugt als eine Wälzlagereinrichtung ausgebildet.
Die Drehantriebseinrichtung 33 ist drehmomentübertragend mit der Gewindespindel 34 verbunden, was exemplarisch dadurch realisiert ist, dass die Gewindespindel 34 rückseitig einen Drehmoment-Einleitungsabschnitt 38 aufweist, der über eine nicht illustrierte Kupplungseinrichtung mit einer ebenfalls nicht illustrierten Antriebswelle der Drehantriebseinrichtung 33 verbunden ist.
Die Drehantriebseinrichtung 33 ermöglicht es, die Gewindespindel 34 rotativ wahlweise in einer von zwei einander entgegengesetzten Drehrichtungen zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Antriebsdrehbewegung 42 um die Spindellängsachse 37 anzutreiben.
Bevorzugt ist die Drehantriebseinrichtung 33 von einer elektrischen Bauart, wobei sie zweckmäßigerweise als ein Elektromotor ausgebildet ist, was auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zutrifft. Es handelt sich bei der Drehantriebseinrichtung 33 insbesondere um einen elektrischen Schrittmotor.
Die Gewindespindel 34 erstreckt sich durch die Durchgangsöffnung 26 der Spindelmutter 22 hindurch und ragt in den Stangenhohlraum 32 der Abtriebsstange 28 hinein. Die Gewindespindel 34 hat an ihrem Außenumfang ein Außengewinde 43, das mit dem Innengewinde 27 der Spindelmutter 22 in Gewindeeingriff steht.
Bevorzugt erstreckt sich die Gewindespindel 34 in dem Gehäuseinnenraum 7 bis zumindest annähernd in den Bereich des exemplarisch von dem vorderen Gehäusedeckel 8 gebildeten vorderen Endabschnittes des Antriebsgehäuses 2.
Eine Richtung um die Spindellängsachse 37 herum sei als Spindelumfangsrichtung 44 bezeichnet und ist in der Zeichnung durch einen Doppelpfeil kenntlich gemacht. Die Antriebsdrehbewegung 42 erfolgt in der Spindelumfangsrichtung 44 wahlweise im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn. Aufgrund des Gewindeeingriffes der Abtriebsstange 28 mit der bezüglich des Antriebsgehäuses 2 verdrehgesicherten Spindelmutter 22 hat eine Antriebsdrehbewegung 42 der Gewindespindel 34 die weiter oben schon erwähnte lineare Abtriebsbewegung 18 des Abtriebsgliedes 15 zur Folge. Die Bewegungsrichtung der Abtriebsbewegung 18 hängt von der Drehrichtung der Antriebsdrehbewegung 42 ab.
Die Abtriebsstange 28 hat einen in dem Stangenhohlraum 32 frei endenden vorderen Endabschnitt 45, der durch eine Abstützeinrichtung 46 des Linearantriebes 1 an der den Stangenhohlraum 32 radial begrenzenden Innenumfangsfläche 47 der hohlen Abtriebsstange 28 in bezüglich der Spindellängsachse 37 radialer Richtung abgestützt ist, ohne die lineare Verschiebbarkeit des Abtriebsgliedes 15 und die bezüglich des Abtriebsgliedes 15 erforderliche Rotationsbewegung der Gewindespindel 34 zu beeinträchtigen.
Die Abstützeinrichtung 46 enthält eine Gleithülse 48 und ein ringförmiges Wälzlager 49. Das Wälzlager 49 sitzt koaxial auf dem vorderen Endabschnitt 45 der Gewindespindel 34 und trägt die ebenfalls koaxial zur Gewindespindel 34 angeordnete Gleithülse 48. An der Gleithülse 48 ist radial außen eine sich in der Spindelumfangsrichtung 44 um die Spindellängsachse 37 herum erstreckende Abstützfläche 52 ausgebildet, die an der Innenumfangsfläche 47 der Abtriebsstange 28 anliegt. Bei der Abtriebsbewegung 18 gleitet die Abtriebsstange 28 mit ihrer Innenumfangsfläche 47 an der Abstützfläche 52 ab.
Aufgrund eines im Folgenden noch zu erläuternden vorteilhaften Aufbaus der Gleithülse 48 ist deren Abstützfläche 52 ständig federelastisch gegen die Innenumfangsfläche 47 vorgespannt. Daraus resultiert eine radial spielfreie Abstützung des vorderen Endabschnittes 45 der Gewindespindel 34 an der Abtriebsstange 28. Als Resultat ergibt sich eine hohe Laufruhe bei der Rotation der Gewindespindel 34 unter Vermeidung unerwünschter Schwingungen.
Das Wälzlager 49 ermöglicht der Gewindespindel 34 eine Rotation relativ zur Gleithülse 48. Relativbewegungen zwischen der Gleithülse 48 und der Abtriebsstange 28 beschränken sich daher vorwiegend auf translatorische Bewegungen in der Gehäuselängsrichtung 3a mit keinen oder nur wenig stark ausgeprägten überlagerten Rotationsbewegungen in der Spindelumfangsrichtung 44. Diese Trennung von Rotations- und Translationsbewegungen verringert die Relativgeschwindigkeit an den Kontaktbereichen zwischen der Abstützfläche 52 und der Innenumfangsfläche 47, was ebenfalls zu einer Reduzierung von Laufgeräuschen beiträgt und darüber hinaus einen reibungsbedingten Verschleiß minimiert.
Das Wälzlager 49 hat einen Innenring 53, einen den Innenring 53 mit radialem Abstand koaxial umschließenden Außenring 54 und eine Vielzahl von Wälzkörpern 55, die in abrollbarer Weise zwischen dem Innenring 53 und dem Außenring 54 angeordnet sind. Es handelt sich insbesondere um ein Radialwälzlager, bei dem die Wälzkörper 55 eine radiale Kraftübertragung zwischen dem Innenring 53 und dem Außenring 54 ermöglichen.
Exemplarisch ist das Wälzlager 49 als Kugellager mit Wälzkugeln als Wälzkörper 55 ausgebildet. Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel kann das Wälzlager 49 auch als Rollenlager mit Wälzrollen als Wälzkörper 55 ausgeführt sein.
Das Wälzlager 49 sitzt mit seinem Innenring 53 auf dem vorderen Endabschnitt 45 der Abtriebsstange 28. Letztere endet exemplarisch mit einem zylindrischen Lagerfortsatz 56, der von dem Innenring 53 koaxial umschlossen ist. Bevorzugt ist das Wälzlager 49 mit seinem Innenring 53 im Presssitz auf dem Lagerfortsatz 56 fixiert. Andere Befestigungsmaßnahmen, beispielsweise eine axial unbewegliche Fixierung mittels eines Sicherungsringes, sind ebenfalls möglich.
Der Außenring 54 hat eine bevorzugt zylindrisch ausgebildete radiale Außenumfangsfläche 57 und axial beidseits dieser Außenumfangsfläche 57 jeweils eine von zwei einander entgegengesetzt orientierten ringförmigen axialen Stirnflächen 58a, 58b. Der Außenring 54 kann um den Innenring 53 herum rotieren, wobei die Wälzkörper 55 an den Innenumfangsflächen des Innenrings 53 und des Außenrings 54 abrollen.
Im Außenumfang des Innenrings 53 und im Innenumfang des Au-ßenrings 54 ist jeweils eine Ringnut ausgebildet, in die die Wälzkörper 55 partiell eintauchen, wobei der daraus resultierende axiale Formschluss den Effekt hat, dass der Außenring 54 bezüglich des Innenrings 53 axial unbeweglich fixiert ist.
Die Gleithülse 48 hat eine mittige Hülsenlängsachse 61, die in der betriebsbereiten Gebrauchsstellung der Gleithülse 48 mit der Spindellängsachse 37 zusammenfällt. Eine durch den gleichen Doppelpfeil wie die Spindelumfangsrichtung 44 verdeutliche Hülsenumfangsrichtung 62 verläuft um die Hülsenlängsachse 61 und somit auch um die Spindellängsachse 37 herum.
Die Gleithülse 48 hat eine der Hülsenlängsachse 61 zugewandte Innenumfangsfläche 63 und eine diesbezüglich bezogen auf die Hülsenlängsachse 61 radial abgewandte Außenumfangsfläche 64. An der Innenumfangsfläche 63 ist eine zur Hülsenlängsachse 61 koaxiale ringförmige Befestigungsvertiefung 65 ausgebildet, mit der die Gleithülse 48 auf dem Außenring 54 sitzt. Der Au-ßenring 54 taucht mit wenigstens einem Abschnitt seiner radialen Höhe in die Befestigungsvertiefung 65 ein, sodass er und die Gleithülse 48 in der Spindellängsrichtung 37a relativ zueinander unbeweglich fixiert sind.
Die Befestigungsvertiefung 65 hat eine im Folgenden als Sitzfläche 66 bezeichnete, radial nach innen weisende ringförmige Grundfläche, die sich ununterbrochen rings um die Hülsenlängsachse 61 herum erstreckt. Die Sitzfläche 66 umschließt die radiale Außenumfangsfläche 57 des Außenrings 54 und stützt sich daran radial ab.
Seitlich ist die Befestigungsvertiefung 65 durch zwei einander zugewandte Vertiefungsseitenflächen 67a, 67b begrenzt, die sich jeweils an einer der beiden axialen Stirnflächen 58a, 58b des Außenrings 54 abstützen. Auf diese Weise ist die Gleithülse 48 axial unbeweglich am Außenring 54 des Wälzlagers 49 befestigt.
Die beiden Vertiefungsseitenflächen 67a, 67b sind in der Hülsenumfangsrichtung 62 jeweils segmentiert und setzen sich aus mehreren in der Hülsenumfangsrichtung 62 mit Abstand aufeinanderfolgenden kreisbogenförmigen Seitenflächenabschnitten zusammen, die im Folgenden als Halteflächen 68 bezeichnet werden. Einer jeden Haltefläche 68 jeder Vertiefungsseitenfläche 67a, 67b liegt ein halteflächenloser und somit axial offener Bereich der jeweils anderen Vertiefungsseitenfläche 67b, 67a in der Achsrichtung der Hülsenlängsachse 61, das heißt axial, gegenüber.
Der Außenring 54 ist zwischen den Halteflächen 68 der beiden Vertiefungsseitenflächen 67a, 67b zweckmäßigerweise eingeklemmt. Normalerweise finden daher während des Betriebes des Linearantriebes 1 keine rotativen Relativbewegungen zwischen der Gleithülse 48 und dem Außenring 54 statt. Die Gewindespindel 34 kann daher bei ihrer Antriebsbewegung 42 relativ zu der auf dem Außenring 54 gehaltenen Gleithülse 48 rotieren.
Abhängig von der zwischen der Abstützfläche 52 und der Innenumfangsfläche 47 der Abtriebsstange 28 herrschenden radialen Anpresskraft, von der Intensität der Klemmung der Gleithülse 48 auf den Außenring 54 und der inneren Reibung des Wälzlagers 49 kann die rotierende Gewindespindel 34 möglicherweise auch eine Rotation der Gleithülse 48 um die Spindellängsachse 37 hervorrufen, sodass zwischen der Gleithülse 48 und der Abtriebsstange 28 nicht nur translatorische Relativbewegungen in der Spindellängsrichtung 37a, sondern auch rotative Relativbewegungen in der Spindelumfangsrichtung 44 auftreten, wobei allerdings die Drehgeschwindigkeit der Gleithülse 48 wesentlich geringer ist als diejenige der Gewindespindel 34. Man wird bestrebt sein, die Auslegung so zu treffen, dass die Gleithülse 48 keine oder zumindest nur minimale Drehbewegungen relativ zu der Abtriebsstange 28 ausführt.
Soweit im Folgenden von der Hülsenumfangsrichtung 62 die Rede ist und im Einzelfall keine abweichenden Angaben gemacht werden, ist damit zugleich auch die Spindelumfangsrichtung 44 gemeint, und umgekehrt. Entsprechendes gilt für einerseits die Spindellängsachse 37 und andererseits die Hülsenlängsachse 61.
Eine Besonderheit im Aufbau der Gleithülse 48 besteht darin, dass sie in der Spindelumfangsrichtung 44 segmentiert ist, was sich darin äußert, dass sie in der Spindelumfangsrichtung 44 beziehungsweise der Hülsenumfangsrichtung 62 in eine Mehrzahl aufeinanderfolgend angeordneter Gleithülsensegmente 71 unterteilt ist. Allerdings stellt die Gleithülse 48 dennoch eine zusammenhängende Ringstruktur dar, da in der Hülsenumfangsrichtung 62 jeweils benachbarte Gleithülsensegmente 71 jeweils über ein federelastisches Gelenk 72 der Gleithülse 48 miteinander verbunden sind. Diese federelastischen Gelenke 72 ermöglichen den einzelnen Gleithülsensegmenten 71 ein voneinander unabhängiges Verschwenken sowohl relativ zueinander als auch relativ zu dem Wälzlager 49 in bezüglich der Spindellängsachse 37 radialer Richtung. Die mögliche Schwenkbewegung 73 der Gleithülsensegmente 71, die im Folgenden auch als Segmentschwenkbewegung 73 bezeichnet wird, ist in der Zeichnung durch Doppelpfeile angedeutet.
Bei der Segmentschwenkbewegung 73 schwenkt das betreffende Gleithülsensegment 71 um einen Schwenkbereich 74, den man auch als Schwenkzentrum bezeichnen könnte und der durch die beiden federelastischen Gelenke 72 definiert ist, an denen jedes Gleithülsensegment 71 federelastisch aufgehängt ist.
Die Segmentschwenkbewegung 73 findet bei jedem Gleithülsensegment 71 in einer strichpunktiert angedeuteten Schwenkebene 75 statt, die von der Spindellängsachse 37 und einer dazu radialen, das betreffende Gleithülsensegment 71 durchsetzenden Achse aufgespannt ist.
Die Federelastizität der Gelenke 72 resultiert exemplarisch aus deren Ausgestaltung als elastisch verformbare Festkörpergelenke 72a. Hierzu sind in der Spindelumfangsrichtung 44 benachbarte Gleithülsensegmente 71 mittels radial durchgehender Längsschlitze 76 voneinander getrennt, wobei diese Längsschlitze 76 jedoch die Gleithülse 48 nicht komplett axial durchsetzen, sodass ein schmaler Stegabschnitt 77 verbleibt, der einstückig ausgebildet ist und die beiden benachbarten Gleithülsensegmente 71 einstückig miteinander verbindet. Dieser Stegabschnitt 77 definiert einen Materialsteg, der die Eigenschaften eines Torsionsfederstabes hat und um eine Torsionsachse tordierbar ist, die in der Hülsenumfangsrichtung 62 ausgerichtet ist.
Exemplarisch haben die Stegabschnitte 72 jeweils einen zumindest im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt.
Die Gleithülse 48 ist also bevorzugt insgesamt einstückig ausgebildet, wobei sie sich aus materialeinheitlich ineinander übergehenden Gleithülsensegmenten 71 und Festkörpergelenken 72a zusammensetzt. Vorzugsweise besteht die Gleithülse 48 aus einem Kunststoff und dabei insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoff.
Zweckmäßigerweise liegen sämtliche federelastischen Gelenke 72 gemeinsam in einer zu der Spindellängsachse 37 orthogonalen Ebene 78, die zur besseren Unterscheidung als Gelenkebene 78 bezeichnet wird. Dementsprechend liegen auch die Schwenkbereiche 74 sämtlicher Gleithülsensegmente 71 in der besagten Gelenkebene 78.
Entsprechend einer illustrierten bevorzugten Ausgestaltung sind die Gleithülsensegmente 71 wippenartig ausgebildet und durch die federelastischen Gelenke 72 so aufgehängt, dass sie bei Ausführung der Segmentschwenkbewegung 73 jeweils wippenartig verschwenkt werden. Jedes Gleithülsensegment 71 hat einen ersten Segmentflügel 71a und einen zweiten Segmentflügel 71b, wobei sich diese beiden Segmentflügel 71a, 71b ausgehend von dem Schwenkbereich 74, in dem die federelastischen Gelenke 72 angreifen, in einander entgegengesetzte axiale Richtungen der Hülsenlängsachse 61 ragen und jeweils frei enden. Zwischen den federelastischen Gelenken 72 und den freien Enden der Segmentflügel 71a, 71b erstreckt sich jeweils einer der Längsschlitze 76. Bei der Segmentschwenkbewegung 73 nähert sich der jeweils eine Segmentflügel 71a oder 71b der Spindellängsachse 37 an, während sich gleichzeitig der jeweils andere Segmentflügel 71b, 71a von der Spindellängsachse 37 entfernt. Unterschiedliche Schwenkstellungen der Gleithülsensegmente 71 sind stark übertrieben in der vergrößerten Einzeldarstellung der Gleithülse 48 mittels gestrichelter Konturen verdeutlicht.
Die Abstützfläche 52 ist entsprechend der Segmentierung der Gleithülse 48 ebenfalls in der Spindelumfangsrichtung 44 segmentiert. Sie setzt sich aus einer der Anzahl von Gleithülsensegmenten 71 entsprechenden Anzahl von Abstützflächenabschnitten 79 zusammen, die jeweils an einem der Gleithülsensegmente 71 ausgebildet sind. Dementsprechend ist die Abstützfläche 52 keine in sich geschlossene Ringfläche, sondern ist in den Gelenkbereichen der Gleithülse 48 jeweils unterbrochen.
Jeder einzelne Abstützflächenabschnitt 79 ist durch die federelastische Wirkung der exemplarisch vorhandenen Festkörpergelenke 72a elastisch nachgiebig mit einer Federkraft an die Innenumfangsfläche 47 der Abtriebsstange 28 angedrückt.
Die federnde Druckkraft resultiert exemplarisch aus einem dahingehenden Aufbau der Gleithülse 48, dass die Gleithülsensegmente 71 beim Einsetzen der Gleithülse 48 in den Stangenhohlraum 32 aus einer in 3 ersichtlichen spannungsneutralen Ausgangsstellung gegen eine federnde Rückstellkraft der federelastischen Gelenke 72 radial nach innen gedrückt werden. In dem spannungsneutralen Ausgangszustand bei nicht montierter Gleithülse 48 liegen die Außenflächenabschnitte 79 auf einem Kreis mit im Vergleich zum Stangenhohlraum 32 größerem Durchmesser, sodass sie beim Einschieben der Gleithülse 48 in den Stangenhohlraum 32 unter Aufbau einer rückfedernden Abstützkraft nach innen verschwenkt werden.
Zur Erläuterung dieses Effekts wird darauf Bezug genommen, dass jedes Gleithülsensegment 71 eine strichpunktiert angedeutete Segmentlängsachse 82 hat, die sich exemplarisch zwischen den freien Endbereichen der beiden Segmentflügel 71a, 71b erstreckt und die in der oben bereits angesprochenen Schwenkebene 75 des betreffenden Gleithülsensegments 71 liegt. Diese Segmentlängsachsen 82 sind bezüglich der Hülsenlängsachse 61 geneigt, wobei sie in der zugeordneten Schwenkebene 75 einen spitzen Winkel mit der Hülsenlängsachse 61 einschließen. Im nicht montierten Ausgangszustand gemäß 3 sind die Segmentlängsachsen 82 stärker geneigt als in der montierten Gebrauchsstellung gemäß 1. Diese Neigungsveränderung ruft die gewünschte federelastische Abstützung der Gleithülsensegmente 71 an der Innenumfangsfläche 47 der hohlen Abtriebsstange 28 hervor.
Bevorzugt erstrecken sich die Abstützflächenabschnitte 79 nicht über die gesamte Länge des jeweils zugeordneten Gleithülsensegments 71, sondern beschränken sich jeweils auf einen der beiden Segmentflügel 71a, 71b. Der den Abstützflächenabschnitt 79 aufweisende Segmentflügel 71a oder 71b wird im Folgenden auch als Abstützflügel 83 bezeichnet.
Der nicht als Abstützflügel 83 fungierende Segmentflügel 71a oder 71b ist zur Innenumfangsfläche 47 der hohlen Abtriebsstange 28 stets radial beabstandet. Der an ihm ausgebildete Abschnitt der Außenumfangsfläche 64 der Gleithülse 48 hat keinen Kontakt zu der Innenumfangsfläche 47. Dies resultiert daraus, dass die Gleithülsensegmente 71 nicht nur im Ausgangszustand, sondern auch in der Gebrauchsstellung der Gleithülse 48 bezüglich der Hülsenlängsachse 61 geneigt sind.
Die zu der Innenumfangsfläche 47 beabstandeten, keine Abstützfunktion ausübenden Segmentflügel 71a oder 71b werden im Folgenden als Befestigungsflügel 84 bezeichnet, da sie maßgeblich an der Befestigung der Gleithülse 48 am Außenring 54 des Wälzlagers 49 beteiligt sind.
Alle ersten Segmentflügel 71a ragen ausgehend vom Schwenkbereich 74 in die gleiche axiale Richtung, und zwar exemplarisch axial von der Gewindespindel 34 weg in Richtung zur Gehäusevorderseite 4. Alle zweiten Segmentflügel 71b sind entgegengesetzt orientiert und ragen in Richtung zur Gewindespindel 34 und somit in Richtung zur Gehäuserückseite 5. Die Gleithülse 48 verfügt somit über zwei in der Spindellängsrichtung 37a nebeneinander angeordnete Segmentflügelkränze 85a, 85b, wobei sich ein erster Segmentflügelkranz 85a aus den ersten Segmentflügeln 71a und ein zweiter Segmentflügelkranz 85b aus den zweiten Segmentflügeln 71b zusammensetzt.
Eine beim Ausführungsbeispiel realisierte bevorzugte Besonderheit der Gleithülse 48 besteht darin, dass bei in der Spindelumfangsrichtung 44 jeweils unmittelbar benachbarten Gleithülsensegmenten 71 die axiale Orientierung jeweils derart vertauscht ist, dass die Abstützflügel 83 und die Befestigungsflügel 84 in axial einander entgegengesetzte Richtungen weisen. Mit anderen Worten setzt sich sowohl der erste Segmentflügelkranz 85a als auch der zweite Segmentflügelkranz 85b aus in der Spindelumfangsrichtung 44 abwechselnd angeordneten Abstützflügeln 83 und Befestigungsflügeln 84 zusammen. Dies hat unter anderem auch zur Folge, dass die Abstützflächenabschnitte 79 in der Spindelumfangsrichtung 44 jeweils benachbarter Gleithülsensegmente 71 in der Spindellängsrichtung 37a zueinander versetzt sind. Damit einher geht eine bezüglich der Spindellängsachse 37 einander entgegengesetzte Neigung der Segmentlängsachsen 82 der in der Spindelumfangsrichtung 44 jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Gleithülsensegmente 71.
Ihre Funktionalität als Befestigungsflügel 84 erhalten die betreffenden ersten oder zweiten Segmentflügel 71a, 71b aus dem Umstand, dass an ihnen die weiter oben beschriebenen, zur Bildung der Befestigungsvertiefung 65 beitragenden Halteflächen 68 ausgebildet sind. Die erläuterte vertauschte axiale Orientierung benachbarter Gleithülsensegmente 71 bringt es mit sich, dass die Halteflächen 68 in der Spindelumfangsrichtung 44 auf Lücke angeordnet und einander entgegengesetzt orientiert sind. Jede Haltefläche 68 befindet sich an einem radial nach innen ragenden Haltevorsprung 86 des Befestigungsflügels 84.
Die ringförmige Sitzfläche 66 setzt sich zusammen aus radial innen an den einzelnen Gleithülsensegmenten 71 ausgebildeten Segment-Sitzflächenabschnitten 87, die jeweils axial einseitig von einer der Halteflächen 68 begrenzt sind, und aus Gelenk-Sitzflächenabschnitten 88, die an der radialen Innenfläche der federelastischen Gelenke 72 beziehungsweise der Festkörpergelenke 72a ausgebildet sind.
Zweckmäßigerweise liegen die federelastischen Gelenke 72 bezogen auf die Achsrichtung der Hülsenlängsachse 61 auf gleicher axialer Höhe mit der ringförmigen Sitzfläche 66, wobei die Gleithülsensegmente 71 mit ihren Segmentflügeln 71a, 71b axial über die ringförmige Sitzfläche 66 vorstehen.
Die Haltevorsprünge 86 haben an ihrer radialen Innenseite axial im Anschluss an die Haltefläche 68 vorzugsweise eine sich in Richtung zum freien Ende des Befestigungsflügels 84 schräg nach radial außen erstreckende Einführschräge 89. Gemeinsam bilden die Einführschrägen 89 beider Segmentflügelkränze 85a, 85b jeweils einen sich von axial außen her in Richtung zur Befestigungsvertiefung 65 konisch verjüngenden Einführbereich, den man auch als Einführtrichter bezeichnen könnte. Zu ihrer Montage auf dem Wälzlager 49 kann die Gleithülse 48 mit einem der Einführbereiche voraus auf das Wälzlager 49 aufgesteckt werden, wobei die Einführschrägen 89 am Außenring 54 entlanggleiten, wodurch die Gleithülsensegmente 71 unter Ausführung einer Segmentschwenkbewegung 73 nach au-ßen gedrückt werden, bis das Wälzlager 49 die zugeordneten Halteflächen 68 passiert hat. Anschließend schnappen die Gleithülsensegmente 71 wieder zurück und der Außenring 54 ist zwischen den Halteflächen 68 fixiert. Die Gleithülse 48 kann also sehr einfach in einem axialen Steckvorgang auf das Wälzlager 49 aufgeschnappt werden.
Die Gleithülsensegmente 71 können sich neigungsmäßig selbsttätig entsprechend dem Innendurchmesser des Stangenhohlraumes 32 ausrichten, indem sie während der Antriebsbewegung 42 der Gewindespindel 34 entsprechende Segmentschwenkbewegungen 73 ausführen. Die Segmentschwenkbewegungen 73 betreffen jeweils das gesamte Gleithülsensegment 71, das über eine entsprechende Steifigkeit verfügt. Da dies eventuell mit einem Verkippen bezüglich des Außenringes 54 einhergeht, verändert sich bei der Segmentschwenkbewegung 73 in der Regel auch der tatsächliche Kontaktbereich zwischen der Sitzfläche 66 und der radialen Außenumfangsfläche 57 des Außenrings 54.
Jedes Gleithülsensegment 71 hat eine der Innenumfangsfläche 47 der hohlen Abtriebsstange 28 zugewandte radiale Segmentaußenfläche 92. Jeder Abstützflächenabschnitt 79 ist von einem Teilbereich der zugeordneten Segmentaußenfläche 92 gebildet.
Die Segmentaußenflächen 92 sind jeweils zumindest im Bereich der Abstützflächenabschnitte 79 in der Spindelumfangsrichtung 44 konvex gewölbt, wobei die Wölbung der Krümmung der Innenumfangsfläche 47 entspricht, sodass die Gleithülsensegmente 71 entlang ihrer gesamten sich in der Spindelumfangsrichtung 44 erstreckenden Breite an der Innenumfangsfläche 47 anliegen können. Es handelt sich vorzugsweise um zueinander komplementäre Krümmungen der Innenumfangsfläche 47 und der Segmentaußenflächen 92.
Bevorzugt sind die Segmentaußenflächen 92 zumindest im Bereich der Abstützflächenabschnitte 79 allerdings nicht nur in der Spindelumfangsrichtung 44, sondern auch in der Spindellängsrichtung 37a konvex gewölbt. Daraus resultiert zweckmäßigerweise eine ballige Flächenform. Diese beim Ausführungsbeispiel realisierte Maßnahme hat den Effekt, dass die Abstützflächenabschnitte 79 unabhängig von der momentanen Schwenkstellung der Gleithülsensegmente 71 stets relativ großflächig an der Innenumfangsfläche 47 anliegen. Bei der Segmentschwenkbewegung 73 kann der momentane Kontaktbereich zwischen der Innenumfangsfläche 47 und den Abstützflächenabschnitten 79 in der Spindellängsrichtung 37a entlang der Segmentaußenfläche 92 wandern. Wie schon erwähnt können die Segmentaußenflächen 92 insgesamt jeweils eine ballige Kontur haben. Zweckmäßigerweise wird bewusst auf eine zylindrische Kontur verzichtet.
Da die Kontaktstellen zwischen den Gleithülsensegmenten 71 und der Innenumfangsfläche 47 in der Spindellängsrichtung 37a zueinander versetzt sind - sie liegen axial beidseits der federelastischen Gelenke 72 -, wobei die Gleithülsensegmente 71 jeweils spielfrei an die Innenumfangsfläche 47 der hohlen Abtriebsstange 28 angefedert sind, ergibt sich unabhängig von der momentanen Axialposition des Abtriebsgliedes 15 eine sehr wirksame radiale Abstützung des vorderen Endabschnittes 45 der Gewindespindel 34.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013005731 A1 [0002]
EP 2651745 B1 [0003]

Claims

Linearantrieb, - mit einem sich entlang einer Gehäuselängsachse (3) erstreckenden Antriebsgehäuse (2), das einen Gehäuseinnenraum (7) umschließt, in dem sich axial ein linear bewegliches Abtriebsglied (15) erstreckt, das mit einem zum Kraftabgriff nutzbaren vorderen Endabschnitt (17) aus dem Antriebsgehäuse (2) herausragt und das eine hohle Abtriebsstange (28) aufweist, in der ein rückseitig offener Stangenhohlraum (32) ausgebildet ist, - wobei das Abtriebsglied (15) eine in dem Gehäuseinnenraum (7) angeordnete und bezüglich des Antriebsgehäuses (2) verdrehgesicherte Spindelmutter (22) aufweist, die von einer mit ihr in Gewindeeingriff stehenden, eine sich in der Achsrichtung der Gehäuselängsachse (3) erstreckende Spindellängsachse (37) aufweisenden Gewindespindel (34) durchsetzt ist, die ausgehend von einem rückseitigen Endabschnitt des Antriebsgehäuses (2) durch die Spindelmutter (22) hindurch in den Stangenhohlraum (32) hineinragt und durch eine an dem Antriebsgehäuse (2) angeordnete Drehantriebseinrichtung (33) zu einer Antriebsdrehbewegung (42) um die Spindellängsachse (37) antreibbar ist, aus der eine lineare Abtriebsbewegung (18) des Abtriebsgliedes (15) relativ zu dem Antriebsgehäuse (2) resultiert, - wobei ein in dem Stangenhohlraum (32) angeordneter vorderer Endabschnitt (45) der Gewindespindel (34) an einer den Stangenhohlraum (43) radial begrenzenden Innenumfangsfläche (47) der Abtriebsstange (28) durch eine Abstützeinrichtung (46) radial abgestützt ist, die eine zur Gewindespindel (34) koaxiale Gleithülse (48) aufweist, an der radial außen eine sich in einer Spindelumfangsrichtung (44) um die Spindellängsachse (37) herum erstreckende Abstützfläche (52) ausgebildet ist, an der die Abtriebsstange (28) bei ihrer Abtriebsbewegung (18) mit ihrer Innenumfangsfläche (47) entlanggleitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützeinrichtung (46) ein an der Gewindespindel (34) angeordnetes, die Gleithülse (48) tragendes Wälzlager (49) aufweist, das ein Verdrehen der Gewindespindel (34) relativ zu der Gleithülse (48) ermöglicht, und dass die Gleithülse (48) in eine Mehrzahl in der Spindelumfangsrichtung (44) aufeinanderfolgend angeordneter Gleithülsensegmente (71) unterteilt ist, die über federelastische Gelenke (72) miteinander verbunden sind, sodass sie unabhängig voneinander in bezüglich der Spindellängsachse (37) radialer Richtung relativ zueinander und relativ zu dem Wälzlager (49) um jeweils einen Schwenkbereich (74) verschwenkbar sind, wobei sich die Abstützfläche (52) aus an den einzelnen Gleithülsensegmenten (71) ausgebildeten, durch die federelastische Gelenke (72) gegen die Innenumfangsfläche (47) der Abtriebsstange (28) elastisch nachgiebig vorgespannten Abstützflächenabschnitten (79) zusammensetzt.
Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die federelastischen Gelenke (72) definierten Schwenkbereiche (74) sämtlicher Gleithülsensegmente (71) in einer bezüglich der Spindellängsachse (37) orthogonalen gemeinsamen Gelenkebene (78) liegen.
Linearantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die federelastischen Gelenke (72) jeweils als zwischen zwei in der Spindelumfangsrichtung (44) zueinander benachbarten Gleithülsensegmenten (71) angeordnete Festkörpergelenke (72a) ausgebildet sind, die jeweils aus einem einstückig mit den beiden benachbarten Gleithülsensegmenten (71) verbundenen, federelastisch tordierbaren Stegabschnitt der Gleithülse (48) bestehen.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleithülse (48) zur Ausbildung der Gleithülsensegmente (71) an in der Spindelumfangsrichtung (44) zueinander beabstandeten Stellen längs geschlitzt ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleithülse (48) aus einem Kunststoff besteht, zweckmäßigerweise aus einem thermoplastischen Kunststoff.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleithülsensegmente (71) wippenartig ausgebildet sind und aufgrund der federelastischen Gelenke (72) jeweils in einer zu der Spindellängsachse (37) radialen Richtung um den zugeordneten Schwenkbereich (74) wippenartig verschwenkbar sind, wobei jedes Gleithülsensegment (71) zwei sich ausgehend von seinem Schwenkbereich (74) in einander entgegengesetzte axiale Richtungen erstreckende Segmentflügel (71a, 71b) aufweist, von denen jeweils mindestens einer einen mit einem der Abstützflächenabschnitte (79) ausgestatteten Abstützflügel (83) bildet.
Linearantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass von den beiden Segmentflügeln (71a, 71b) jedes Gleithülsensegmentes (71) jeweils nur der eine Segmentflügel einen (71a, 71b) einen Abstützflügel (83) bildet, während der andere Segmentflügel (71b, 71a) als ein zur Innenumfangsfläche (47) der hohlen Abtriebsstange (28) beanstandeter und zur Fixierung der Gleithülse (48) an dem Wälzlager (49) beitragender Befestigungsflügel (84) ausgebildet ist.
Linearantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei in der Spindelumfangsrichtung (44) jeweils benachbarten Gleithülsensegmenten (71) die axiale Orientierung der beiden Segmentflügel (71a. 71b) jeweils derart vertauscht ist, dass ihre Abstützflügel (83) ausgehend vom Schwenkbereich (74) in axial einander entgegengesetzte Richtungen weisen und die Gleithülse (48) zwei axial nebeneinander angeordnete Segmentflügelkränze (85a, 85b) mit in der Spindelumfangsrichtung (44) jeweils abwechselnd aufeinanderfolgend angeordneten Abstützflügeln (83) und Befestigungsflügeln (84) aufweist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleithülse (48) an ihrem radialen Innenumfang eine zu der Spindellängsachse (37) koaxiale, nach radial innen weisende ringförmige Sitzfläche (66) aufweist, mit der sie auf einer radialen Außenumfangsfläche (57) eines Außenringes (54) des mit einem Innenring (53) an der Gewindespindel (34) fixierten Wälzlagers (49) sitzt.
Linearantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die federelastischen Gelenke (72) der Gleithülse (48) auf gleicher axialer Höhe mit der ringförmigen Sitzfläche (66) liegen, wobei die Gleithülsensegmente (71) axial über die ringförmige Sitzfläche (66) vorstehen.
Linearantrieb nach Anspruch 9 oder 10 in Verbindung mit Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Sitzfläche (66) der Gleithülse (48) mehrere in der Spindelumfangsrichtung (44) aufeinanderfolgend angeordnete und jeweils an der radialen Innenfläche eines der Gleithülsensegmente (71) ausgebildete Segment-Sitzflächenabschnitte (87) aufweist, die jeweils axial einseitig von einer Haltefläche (68) begrenzt sind, die an einem am zugeordneten Befestigungsflügel (84) ausgebildeten und nach radial innen ragenden Haltevorsprung (86) ausgebildet ist und mit der das zugeordnete Gleithülsensegment (71) axial an einer der beiden axialen Stirnflächen (58a, 58b) des Außenringes (54) des Wälzlagers (49) anliegt, sodass der Außenring (54) zwischen in der Spindelumfangsrichtung (44) mit Abstand zueinander angeordneten und axial den Segment-Sitzflächenabschnitten (87) zugewandten Halteflächen (68) gehalten ist.
Linearantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Sitzfläche (66) der Gleithülse (48) mehrere jeweils zwischen zwei in der Spindelumfangsrichtung (44) aufeinanderfolgend angeordneten Segment-Sitzflächenabschnitten (87) angeordnete Gelenk-Sitzflächenabschnitte (88) aufweist, die an der radialen Innenfläche der federelastischen Gelenke (72) ausgebildet sind.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gleithülsensegment (71) eine Segmentlängsachse (82) hat, die in einer mit der Spindellängsachse (37) zusammenfallenden Schwenkebene (75) des Gleithülsensegmentes (71) liegt und die bezüglich der Spindellängsachse (37) geneigt ist, wobei die Segmentlängsachsen (82) in der Spindelumfangsrichtung (44) benachbarter Gleithülsensegmente (71) eine einander entgegengesetzte Neigung haben.
Linearantrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentlängsachse (82) jedes Gleithülsensegmentes (71) vor dem Einsetzen der Gleithülse (48) in den Stangenhohlraum (32) eine größere Neigung hat als in der in den Stangenhohlraum (32) eingesetzten und sich an der Innenumfangsfläche (47) der Abtriebsstange (28) abstützenden Gebrauchsstellung der Gleithülse (48).
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gleithülsensegment (71) eine der Innenumfangsfläche (47) der Abtriebsstange (28) zugewandte radiale Segmentaußenfläche (92) hat, wobei die Abstützflächenabschnitte (79) der Gleithülsensegmente (71) jeweils von einem Abschnitt der radialen Segmentaußenfläche (92) des zugeordneten Gleithülsensegmentes (71) gebildet sind und wobei jede Segmentaußenfläche (92) zumindest im Bereich des Abstützflächenabschnittes (79) und zweckmäßigerweise in ihrer Gesamtheit sowohl in der Spindelumfangsrichtung (44) als auch in der Achsrichtung der Spindellängsachse (37) konvex gewölbt ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleithülsensegmente (71) zur Ermöglichung ihres radialen Verschwenkens jeweils bezüglich dem Wälzlager (49) kippbar auf dem Wälzlager (49) angeordnet sind.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehantriebseinrichtung (33) rückseitig an dem Antriebsgehäuse (2) angeordnet ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehantriebseinrichtung (33) eine elektrische Drehantriebseinrichtung (33) ist und zweckmäßigerweise von einem Elektromotor, insbesondere einem Schrittmotor, gebildet ist.