DE102022210549A1

DE102022210549A1 - Linearaktuator

Info

Publication number: DE102022210549A1
Application number: DE102022210549.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Goldbach; Marco Knoell; Reiner Knoell
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-10-06
Filing date: 2022-10-06
Publication date: 2024-04-11
Anticipated expiration: 2042-10-07
Also published as: DE102022210549B4

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Linearaktuator (1) mit einem Gewindetrieb (2), der eine Gewindemutter (3), welche mit einem Auslegerrohr (3a) verbunden ist, und eine Gewindespindel (4) aufweist, welche mittels eines Drehlagers (L1) bezüglich ihrer Längsachse (I) drehbar an einem Gehäuse (G) gelagert ist und welche mit einem Motor (EM) zur Drehmomentübertragung gekoppelt oder koppelbar ist.Der Linearaktuator (1) ist besonders widerstandsfähig gegenüber Stoßbelastungen, weil ein Dämpfungselement (DM) zur Dämpfung von axialen Stößen zwischen dem Kugelgelenk (KG) und dem Gehäuse (G) und/oder dem dem Gehäuse (G) abgewandten Ende des Auslegerrohres (3.a) angeordnet ist, und das Gehäuse (G) und/oder das dem Gehäuse (G) abgewandte Ende des Auslegerrohres (3.a) fest mit einem am Dämpfungselement (DM) vorbeiführenden Abstützelement (AE) verbunden ist oder ein solches Abstützelement (AE) aufweist, welches einen in Längsrichtung beweglich gelagerten Gleitstein (GL) zur Aufnahme eines einen Gelenkkopf (KGK) des Kugelgelenks (KG) durchsetzenden Bolzens (BZ) aufweist, so dass das Gehäuse (G) und/oder das Auslegerrohr (3.a) bezüglich einer Drehung um die Längsachse (I) der Gewindespindel (4) am Bolzen (BZ) abstützbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearaktuator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere einen Linearaktuator mit einem Gewindetrieb, der eine Gewindemutter, welche mit einem Auslegerrohr verbunden ist, und eine Gewindespindel aufweist, welche mittels eines Drehlagers bezüglich ihrer Längsachse drehbar an einem Gehäuse gelagert ist und welche mit einem Motor zur Drehmomentübertragung gekoppelt oder koppelbar ist, so dass durch eine Drehung der Gewindespindel die Gewindemutter und das Auslegerrohr entlang der Längsachse der Gewindespindel linearbeweglich sind, und ein Kugelgelenk, dessen Gelenkmittelpunkt mit der Längsachse der Gewindespindel zusammenfällt, auf der von der Gewindemutter abgewandten Seite am Gehäuse und/oder an dem dem Gehäuse abgewandten Ende des Auslegerrohres angeordnet ist.
Hintergrund der Erfindung
Bei Linearaktuatoren der vorstehend genannten Bauart, ist es bekannt, dass die Gewindemutter mit einem Auslegerrohr verbunden ist. Weiterhin ist bekannt, dass die Gewindespindel und die Gewindemutter in einem Gehäuse des jeweiligen elektrischen Linearaktuators angeordnet sind und das Auslegerrohr aus dem Gehäuse herausragt. Die Baueinheit aus der Gewindemutter und dem Auslegerrohr ist mittels der Gewindespindel linearbeweglich. Das aus dem Gehäuse herausragende Ende des Auslegerrohrs ist bekannterweise mit einem Kugelgelenk und einem Abstützelement verbunden, welches einen Aufnahmebereich zur Aufnahme eines einen Gelenkkopf des Kugelgelenks durchsetzenden Bolzen aufweist, so dass das Auslegerrohr bezüglich einer Drehung um die Längsachse der Gewindespindel am Bolzen abstützbar ist.
Derartige Linearaktuatoren sind empfindlich gegenüber Stoßbelastungen und sind deswegen für eine Vielzahl von Betriebszuständen überdimensioniert ausgelegt, um bei den selten auftretenden Stößen nicht beschädigt zu werden.
Stand der Technik
Aus der US 11,098,789 B2 ist ein Linearaktuator bekannt, welcher eine vorgespannte Schraubenfeder zur Dämpfung von mittels eines Motors des Linearaktuators verursachten Vibrationen und Stößen aufweist.
Eine solche Schraubenfeder ist aber nur geeignet relativ schwache Stöße zu dämpfen. Weiterhin ist in der US 11,098,789 B2 nicht gezeigt, wie die linearbeweglichen Bauteile an einer Rotation um die Längsachse des Linearaktuator gehindert sind, was notwendig für diese lineare Bewegung ist.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearaktuator bereitzustellen, welcher die Probleme des Stands der Technik reduziert oder beseitigt. Insbesondere soll der Linearaktuator besonders widerstandsfähig gegenüber Stoßbelastungen sein.
Diese Aufgabe wird durch einen Linearaktuator gemäß Anspruch 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Genauer wird die Aufgabe durch ein Dämpfungselement gelöst, welches zur Dämpfung von axialen Stößen zwischen dem Kugelgelenk und dem Gehäuse und/oder dem dem Gehäuse abgewandte Ende des Auslegerrohres angeordnet ist, und das Gehäuse und/oder das dem Gehäuse abgewandte Ende des Auslegerrohres fest mit einem am Dämpfungselement vorbeiführenden Abstützelement verbunden ist oder ein solches Abstützelement aufweist, welches einen in Längsrichtung beweglich gelagerten Gleitstein zur Aufnahme eines einen Gelenkkopf des Kugelgelenks durchsetzenden Bolzens aufweist, so dass das Gehäuse und/oder das Auslegerrohr bezüglich einer Drehung um die Längsachse der Gewindespindel am Bolzen abstützbar ist.
Somit ist der Linearaktuator besonders gut vor axialen Stößen schützbar. Das Dämpfungselement kann insbesondere mit Bezug zu den erwartenden axialen Stößen ausgelegt werden. Das Dämpfungselement ist als separates Bauteil ausgeführt, so dass in der Auslegung und Entwicklung der Linearaktuatoren ohne weitere Anpassung des Linearaktuators einfach durch Auswahl des passenden Dämpfungselementes die benötigte Dämpfungscharakteristik erreichbar ist. Durch die Bewegung des Gleitsteins ist auch der Bolzen in Axialrichtung bewegbar, wenn das Dämpfungselement aufgrund von axialen Kräften gestaucht wird. Dabei bleibt in jeder Stellung des Bolzens die Abstützung des Gehäuses und/oder des Auslegerrohres erhalten. Diese Abstützung ist notwendig, um die Relativbewegung zwischen der Gewindespindel und dem Gehäuse und/oder dem Auslegerrohr zu ermöglichen. Man könnte somit auch sagen, dass der Einsatz des Dämpfungselementes erst durch den mittels des Gleitsteins beweglichen Bolzen ermöglicht wird. Durch das genannte Kugelgelenk sind Quer- oder Biegebelastungen auf den Linearaktuator vermeidbar bzw. es können elastische Verformung aufgrund der hohen Kräfte ausgeglichen werden. Durch das Abstützelement ist dann trotz des Kugelgelenkes eine Verdrehsicherheit gegeben, d.h. das Gehäuse und/oder das Auslegerrohr dreht sich bei einer Drehung der Gewindespindel aufgrund der mittels des Abstützelementes umgesetzten Verdrehsicherung nicht mit, so dass die Funktion des Linearaktuators, nämlich die axiale Bewegung der Gewindemutter mit dem Auslegerrohr gegeben ist.
Bevorzugt weist das Abstützelement einen im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse angeordneten Abstandsbereich auf, an dessen auskragenden Ende sich ein im Wesentlichen parallel zur Längsachse angeordneter Gabelbereich des Abstützelementes mit zwei voneinander beabstandeten Gabelarmen anschließt.
So ist eine einfache Herstellung und Montage des Abstützelements ermöglicht. Der Abstandsbereich weist vorteilhafterweise eine kreisförmige Montageöffnung auf, mittels welcher das Abstützelement mit dem Gehäuse und/oder dem Auslegerrohr und/oder dem Dämpfungselement verbunden ist. Weiter bevorzugt weist das Abstützelement im Übergangsbereich zwischen dem Abstandsbereich und dem Gabelbereich eine Entlastungskerbe auf, so dass die Stabilität des Abstützelements erhöht ist.
In einer weiteren Ausführungsform des Linearaktuators ist der Gabelbereich als ebene Platte mit konstanter Dicke ausgeführt, deren Gabelarme jeweils U-förmig an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Gleitsteins vom Gleitstein umgriffen sind.
So ist eine besonders einfache Herstellung des Abstützelements, insbesondere dessen Gabelbereichs, und des Gleitsteins, ermöglicht. Mittels der U-förmigen Bereiche des Gleisteins und der beiden vorzugsweise gleich langen Gabelarme ist ein Gleitlager ausgebildet, mittels welchem die Bewegung des Gleitsteins lediglich in Längsrichtung des Linearaktuators ermöglicht ist.
Vorzugsweise weist das Abstützelement Stahl und der Gleitstein Bronze, Messing oder einen Kunststoff mit guten Notlaufeigenschaften zur Ausbildung eines verschleißoptimierten, sich zwischen dem Abstützelement und dem Gleitstein ausbildenden Reibkontaktes auf.
Bei einer solchen Materialpaarung ist mit einer hohen Lebensdauer des Abstützelements zu rechnen, eben da aufgrund des geringen Verschleißes die Funktion des Gleitlagers, nämlich die axiale Bewegung des Gleitstein ohne zu Verkanten und die Abstützung des Bolzens mittels des Gleitsteins, sichergestellt ist. Das Abstützelement und der Gleitstein sind bevorzugt einteilig ausgeführt. Es ist denkbar das zwischen dem Abstandsbereich und dem Gabelbereich eine Schweißverbindung ausgebildet ist.
Das Dämpfungselement weist vorzugsweise zumindest einen Ringstapel zur Aufnahme der Stöße auf, welcher mehrere Außenringe mit keilförmigen Innenumfang und mehrere Innenringe mit keilförmigen Außenumfang aufweist, welche abwechselnd zueinander angeordnet sind, so dass konische, unter Axialkräften sich ineinanderschiebende Berührungsflächen zwischen jeweils zwei benachbarten Ringen ausgebildet sind.
Das Dämpfungselement ist somit als mechanisches Dämpfungselement ausgeführt, bei welchem die Stoßenergie durch Reibung zwischen aufeinanderliegenden Ringen in Wärme umgesetzt wird. Während des Zusammenschiebens des Dämpfungselements vergrößert sich der Durchmesser der Außenringe und der Durchmesser der Innenringe verkleinert sich.
In einer weiteren Ausführungsform des Linearaktuators weisen die Außenringe und die Innenringe jeweils über ihren gesamten Umfang eine konstante Querschnittsform auf.
So ist die Herstellung des Dämpfungselements vereinfacht und die Dämpfungscharakteristik ist leichter einstellbar. Alle Außenringe sind vorzugsweise gleichartig ausgeführt. Auch alle Innenringe sind vorzugsweise gleichartig ausgeführt.
Weiter bevorzugt sind die Berührungsflächen in einem Winkel von 7° bis 25°, vorzugsweise 10° bis 17° zur Längsachse ausgebildet.
So kann eine Dämpfungscharakteristik erreicht werden, welche den Linearaktuator vor üblichen, zu erwartenden Stößen sicher schützt.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform des Linearaktuators sind zwei Ringstapel derart parallel zueinander angeordnet sind, dass ein innerer Ringstapel von einem äußeren Ringstapel umschlossen wird und somit die Innendurchmesser der Innenringe des äußeren Ringstapels größer sind als die Außendurchmesser der Außenringe des inneren Ringstapels.
Durch zwei Ringstapel kann der Schutz vor Stößen weiter verbessert werden. Insbesondere können höhere Kräfte aufgenommen werden als mit nur einem Ringstapel. Weiterhin kann das Dämpfungselement aufgrund der zwei Ringstapel besonderes kurz ausgeführt werden.
Vorteilhafterweise weist ein Dämpfungselementgehäuse des Dämpfungselements einen dem Kugelgelenk zugewandten, ersten und einen dem Kugelgelenk abgewandten, zweiten Bereich auf, welche zueinander beweglich sind, und zwischen welchen der Ringstapel angeordnet ist.
Es ist somit mittels des Dämpfungselementgehäuses ein abgeschlossener Innenraum veränderlicher Größe ausgebildet. So kann der zumindest eine Ringstapel besonders gut vor Verschmutzung von außen geschützt werden. Solche Verschmutzungen könnten einen sich zwischen zwei benachbarten Ringen ausbildenden Schmierfilm negativ beeinträchtigen.
Nach einer weiteren Ausführungsform des Linearaktuators weist der zweite Bereich einen topfartigen Abschnitt auf, welcher innerhalb des Ringstapels angeordnet ist.
Aufgrund des topfartigen Abschnittes ist die axiale Länge des Dämpfungselementes weiter verkürzbar, da z.B. Befestigungsmittel des Dämpfungselementes innerhalb dieses topfartigen Abschnittes anordnenbar sind.
Weiter bevorzugt weist der erste Bereich einen außerhalb des Ringstapels, im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse ausgebildeten, ersten Endanschlag auf und der zweite Bereich einen innerhalb des Ringstapels, im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse vorzugsweise parallel zum ersten Endanschlag ausgebildeten, zweiten Endanschlag auf. Mittels der beiden Endanschlage ist eine Auseinanderbewegung der beiden Bereiche aufgrund der mittels des Ringstapels erzeugten Federkraft bei einer bestimmten Relativposition zwischen den beiden Bereichen begrenzt.
Die Ausrichtungen der beiden Endanschläge können von diesen im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse ausgebildeten Ausrichtungen, insbesondere um wenige, vorzugsweise maximal 10 Grad abweichen, solange eine ausreichende Abstützung und die Begrenzung der Auseinanderbewegung bei der bestimmten Relativposition sicher erreichbar ist.
Vorteilhafterweise ist durch Einstellung des Abstandes zwischen den beiden Endanschlagen vorzugsweise mittels eines an dem zweiten Bereich angeordneten Einstellrings eine Vorspannung des Ringstapels erzeugbar.
Der Einstellring ist vorzugsweise innerhalb des topfartigen Bereichs und somit außerhalb des Innenraumes des Dämpfungselementes angeordnet. Durch die Vorspannung ist die gewünschte Dämpfungscharakteristik, insbesondere der gewünschte Dämpfungsgrad einstellbar.
Zusammenfassend ist ein solcher Linearaktuator zu vielfältigen Anwendungen geeignet, wie z.B. zur Bewegung von Teilen eines Baggerarms oder Telehandlers.
Kurzbeschreibung der Figuren
Im Nachfolgenden werden bevorzugte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren näher dargestellt.

1a zeigt einen Linearaktuator nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen, dreidimensionalen Ansicht.
1b zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Linearaktuators nach 1a in einer XY-Ebene.
1c zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung des Linearaktuators nach 1a in einer XZ-Ebene.
2 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittdarstellung eine zweite Ausführungsform des Linearaktuators.
3 zeigt schematisch in einer vergrößerten Detaildarstellung das Dämpfungselement des erfindungsgemäßen Linearaktuators.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Der Linearaktuator 1 hat u.a. eine Gewindetrieb 2, der eine Gewindemutter 3, welche mit einem Auslegerrohr 3a verbunden ist, und eine Gewindespindel 4 aufweist, welche mittels eines - ersten - Drehlagers L₁ bezüglich ihrer Längsachse I drehbar an einem Gehäuse G gelagert ist. Die Gewindespindel 4 ist mit einem Motor EM zur Drehmomentübertragung gekoppelt oder koppelbar, so dass durch eine Drehung der Gewindespindel 4 die Gewindemutter 3 und das Auslegerrohr 3.a entlang der Längsachse l der Gewindespindel 4 linearbeweglich sind. Ein Kugelgelenk KG, dessen Gelenkmittelpunkt KG_M mit der Längsachse I der Gewindespindel zusammenfällt, ist auf der von der Gewindemutter 3 abgewandten Seite am Gehäuse G und/oder an dem dem Gehäuse G abgewandten Ende des Auslegerrohres 3.a angeordnet.
Gemäß der 1a bis 1c ist das Kugelgelenk KG an dem dem Gehäuse G abgewandten Ende des Auslegerrohres 3.a angeordnet. Am Gehäuse G ist dann ein weiteres Gelenk angeordnet, welches z.B. als Drehgelenk oder auch als weiteres Kugelgelenk ausgeführt sein könnte. Gemäß 2 ist das Kugelgelenk KG am Gehäuse G angeordnet. An dem in 2 nicht dargestellten Ende des Linearaktuators 1 könnte ein weiteres Kugelgelenk KG wie in den 1 a bis 1c gezeigt, oder ein andersartiges Gelenk, vorzugsweise ein Drehgelenk, angeordnet sein.
Ein Dämpfungselement DM zur Dämpfung von axialen Stößen ist gemäß 1 a bis 1c und 2 zwischen dem jeweiligen Kugelgelenk KG und dem Gehäuse G und/oder dem dem Gehäuse G abgewandten Ende des Auslegerrohres 3.a angeordnet. Das Gehäuse G und/oder das dem Gehäuse G abgewandte Ende des Auslegerrohres 3.a ist fest mit einem am Dämpfungselement DM vorbeiführenden Abstützelement AE verbunden oder weist ein solches Abstützelement AE auf. Das Abstützelement AE weist einen in Längsrichtung beweglich gelagerten Gleitstein GL zur Aufnahme eines einen Gelenkkopf KG_K des Kugelgelenks KG durchsetzenden Bolzens BZ auf, so dass das Gehäuse G und/oder das Auslegerrohr 3.a bezüglich einer Drehung um die Längsachse I der Gewindespindel 4 am Bolzen BZ abstützbar ist.
Zwischen dem Dämpfungselement DM und dem Abstützelement AE ist ein Abstand ausgebildet.
Das Abstützelement AE weist gemäß 1 a bis 1c einen im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse I angeordneten Abstandsbereich AE_AB auf, an dessen auskragenden Ende sich ein im Wesentlichen parallel zur Längsachse I angeordneter Gabelbereich AE_GB des Abstützelementes AE mit zwei voneinander beabstandeten Gabelarmen GA₁, GA₂ anschließt. Der Abstandsbereich AE_AB ist notwendig, da das Dämpfungselement DM einen größeren Durchmesser aufweist als das Auslegerrohr 3.a.
Gemäß 2 weist das Abstützelement AE lediglich den Gabelbereich AE_GB auf, welcher direkt und mit Abstand zum Dämpfungselement DM mit dem Gehäuse G verbunden ist und in Längsrichtung vom Gehäuse G auskragt. Ein Abstandsbereich ist hier nicht notwendig, da das Dämpfungselement DM einen kleineren Durchmesser aufweist als das angrenzende Gehäuse G.
Der Gabelbereich AE_GB ist als ebene Platte mit konstanter Dicke ausgeführt. Die Gabelarme GA₁, GA₂ sind jeweils U-förmig an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Gleitsteins GL vom Gleitstein GL umgriffen.
Man könnte auch sagen, dass der Gleitstein GL auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Nut aufweist, in welchen jeweils einer der Gabelarme GA₁, GA₂ angeordnet ist. Diese Nuten sind mit konstantem Querschnitt ausgeführt. Die Länge der mittels der Gabelarme GA₁, GA₂ und dem Gleitstein GL ausgebildeten Gleitlager entspricht zumindest der möglichen Stauchung des Dämpfungselementes DM.
Das Abstützelement AE weist Stahl und der Gleitstein GL Bronze, Messing oder einen Kunststoff mit guten Notlaufeigenschaften zur Ausbildung eines verschleißoptimierten, sich zwischen dem Abstützelement AE und dem Gleitstein GL ausbildenden Reibkontaktes auf.
Die Nuten können mittels eines Fräsverfahrens in den aus Bronze oder Messing hergestellten Gleitstein GL eingebracht werden. Der Gleitstein GL und das Abstützelement AE sind jeweils einteilig ausgeführt.
Das Dämpfungselement DM weist zumindest einen Ringstapel R₁, R₂ zur Aufnahme der Stöße auf, welcher mehrere Außenringe A_R1, A_R2 mit keilförmigen Innenumfang und mehrere Innenringe I_R1, I_R2 mit keilförmigen Außenumfang aufweist.
Der Innenaufbau des Dämpfungselements DM ist 3 dargestellt. Die weiteren 1a bis 1c und 2 zeigen diesen Innenaufbau des Dämpfungselements DM aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht, bzw. nur teilweise. 3 zeigt zwei parallel zueinander angeordnete Ringstapel, nämlich einen ersten Ringstapel R₁ und einen zweiten Ringstapel R₂. Denkbar wäre demgegenüber aber auch der Einsatz nur eines Ringstapels.
Die Außenringe A_R1, A_R2 und die Innenringe I_R1, I_R2 sind abwechselnd zueinander angeordnet, so dass konische, unter Axialkräften sich ineinanderschiebende Berührungsflächen BF zwischen jeweils zwei benachbarten Ringen A_R1 und I_R1 bzw. A_R2 und I_R2 ausgebildet sind.
Die Außenringe A_R1, A_R2 und die Innenringe I_R1, I_R2 sind mit einem Schmiermittel versehen, so dass sich an den Berührungsflächen BF ein Schmierfilm ausbildet. So kann ein gleichmäßiges Zusammendrücken und Auseinanderfahren der Ringstapel R₁, R₂ erreicht werden.
Die Außenringe A_R1, A_R2 und die Innenringe I_R1, I_R2 weisen jeweils über ihren gesamten Umfang eine konstante Querschnittsform auf.
Alle Außenringe A_R1 des ersten Ringstapels R₁ sind gleichartig ausgebildet. Alle Außenringe A_R2 des zweiten Ringstapels R₂ sind gleichartig ausgebildet. Ebenso sind alle Innenringe I_R, des ersten Ringstapels R₁ gleichartig ausgebildet. Auch alle Innenringe I_R2 des zweiten Ringstapels R₂ sind gleichartig ausgebildet.
Die Berührungsflächen BF sind in einem Winkel von 7° bis 25°, vorzugsweise 10° bis 17° zur Längsachse I ausgebildet.
Die Konen der angrenzend zueinander liegenden Innenringe und Außenringe I_R1 und A_R1 sowie I_R2 und A_R2 sind dabei gleichartig, d.h. insbesondere mit gleichem Öffnungswinkel an einer Spitze des Konus ausgebildet, aber entgegengesetzt zueinander ausgerichtet.
Zwei Ringstapel R₁, R₂ sind derart parallel zueinander angeordnet sind, dass der erste, innere Ringstapel R₁ von dem zweiten, äußeren Ringstapel R₂ umschlossen wird und somit die Innendurchmesser der Innenringe I_R2 des äußeren Ringstapels größer R₂ sind als die Außendurchmesser der Außenringe A_R1 des inneren Ringstapels R₁.
In radialer Richtung ist ein Abstand zwischen dem inneren Ringstapel R₁ und dem äußeren Ringstapel R₂ ausgebildet, so dass sich die Innenringe I_R2 des äußeren Ringstapels R₂ und die Außenringe A_R1 des inneren Ringstapels R₁ auch bei einem maximal zusammengedrückten Dämpfungselement DM nicht berühren. Es ist denkbar, dass sich in diesem maximal zusammengedrückten Zustand zwei axial benachbarte Innen- und/oder Außenringe I_R1, I_R2, A_R1, A_R2 berühren.
Ein Dämpfungselementgehäuse DM_G des Dämpfungselements DM weist einen dem Kugelgelenk KG zugewandten, ersten und einen dem Kugelgelenk KG abgewandten, zweiten Bereich DM_G1, DM_G2 auf. Die beiden Bereiche DM_G1, DM_G2 sind zueinander beweglich und der Ringstapel R₁, R₂ ist zwischen den beiden Bereichen DM_G1, DM_G2 angeordnet.
Die beiden Bereiche DM_G1, DM_G2 sind nicht nur in 3 sondern zumindest ausschnittsweise auch in den 1a bis c und 2 dargestellt. Die Ringstapel R₁, R₂ sind demgegenüber nur in 3 gezeigt.
Der zweite Bereich DM_G2 weist einen topfartigen Abschnitt tA auf, welcher innerhalb des zumindest einen Ringstapels R₁, R₂ angeordnet ist.
Der erste Bereich DM_G1 weist einen außerhalb des Ringstapels R₁, R₂, im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse I ausgebildeten, ersten Endanschlag E₁ auf. Der zweite Bereich DM_G2 weist einen innerhalb des Ringstapels R₁, R₂, im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse I vorzugsweise parallel zum ersten Endanschlag E₁ ausgebildeten, zweiten Endanschlag E₂ auf. Mittels der beiden Endanschlage E₁, E₂ ist eine Auseinanderbewegung der beiden Bereiche DM_G1, DM_G2 aufgrund der mittels des Ringstapels R₁, R₂ erzeugten Federkraft bei einer bestimmten Relativposition zwischen den beiden Bereichen DM_G1, DM_G2 begrenzt.
Beim Zusammendrücken des Dämpfungselementes DM löst sich der Kontakt zwischen den beiden den jeweiligen Endanschlag E₁, E₂ bildenden Bauteile zumindest an einem Endanschlag E₁, E₂ auf. Der erste Endanschlag E₁ ist mittels jeweils eines Hinterschnittes der beiden Bereiche DM_G1, DM_G2 ausgebildet.
Durch eine Einstellung des Abstandes zwischen den beiden Endanschlagen E₁, E₂ vorzugsweise mittels eines an dem zweiten Bereich angeordneten Einstellrings ER ist eine Vorspannung des Ringstapels R₁, R₂ erzeugbar.
Der zweite Endanschlag E₂ ist vorzugsweise mittels dieses Einstellrings ER und eines senkrecht zur Längsachse I ausgebildeten Bodens des topfartigen Abschnitts tA ausgebildet. Der Einstellring ER weist ein Innengewinde auf und ist somit durch ein Einschrauben positionierbar. Es ist denkbar, dass der Einstellring ER in der gewünschten Position mittels eines entsprechenden Fixiermittels arretiert ist.
Die Gewindespindel 4 ist über eine drehfeste Verbindung 5 an eine Hohlwelle EM.h des als Elektromotor EM ausgeführten Motors EM gekoppelt, deren Drehachse konzentrisch zur Längsachse I der Gewindespindel 4 angeordnet ist.
Die Lagerung der rotierenden Baugruppe bestehend aus Gewindespindel 4, drehfester Verbindung 5 und Hohlwelle EM.h kann wegen einer vorzugsweise biegesteifen Ausführung lediglich mit zwei Lagerstellen, nämlich der ersten Drehlagerung L₁ und einer zweiten Drehlagerung L₂ erfolgen. Die erste Drehlagerung L₁ weist insbesondere zwei Kegelrollenlager vorzugsweise in O-Anordnung auf. Die erste Drehlagerung L₁ ist insbesondere als ein Festlager ausgeführt. Die zweite Drehlagerung L₂ weist ein Radialrillenkugellager auf. Die zweite Drehlagerung L₂ ist als ein Loslager ausgeführt, so dass wärmeinduzierte Relativbewegungen ermöglicht sind.
An der Gewindespindel 4 ist in einem von der drehfesten Verbindung 5 abgewandten Endbereich der Gewindespindel 4 eine vorzugsweise als Kolben ausgeführte Spindelabstützung 4.a angeordnet, über die die Gewindespindel 4 in dem Auslegerrohr 3a rotierbar gelagert ist, und über die das Auslegerrohr 3a auch linear entlang dem Endbereich der Gewindespindel 4 geführt ist.
Somit ist einerseits die Rotation der Gewindespindel 4 im Auslegerrohr 3a und andererseits die lineare Bewegung (Arbeitshub) des Auslegerrohrs 3a gegenüber (dem Endbereich) der Gewindespindel 4 ermöglicht. Damit kann die Spindelabstützung 4.a auch als Gleithublager bezeichnet werden.
An einem Innenumfang des Gehäuses G sind Spulen EM.s oder Permanentmagnete des Elektromotors EM angeordnet. Die Hohlwelle EM.h ist vorzugsweise Teil eines Rotors des Elektromotors EM und weist somit am Außenumfang Permanentmagnete oder Spulen auf. Bevorzugt ist eine Kombination aus am Gehäuse G angeordneter Spulen EM.s und an der Hohlwelle EM.h angeordneter Permanentmagnete. Der vorzugsweise als Elektromotor EM ausgeführte Motor EM ist zu dessen Steuerung und/oder Regelung mit einer Steuereinrichtung ST gekoppelt.
Eine Haltebremse B für die Gewindespindel 4 und die erste Drehlagerung L₁ zur Lagerung der Gewindespindel 4 an dem Gehäuse G des Linearaktuators 1 sind innerhalb der Hohlwelle EM.h angeordnet.
Die Haltebremse B ist als z.B. mechanische Bremse ausgeführt. Mittels eines Bremsaktuators sind ein der Gewindespindel 4 zugeordneter und ein dem Gehäuse G zugeordneter Teil der Haltebremse B gegeneinander pressbar. Ein an einer dem Auslegerrohr 3a abgewandten Stirnseite der Gewindespindel 4 angeordneter Drehgeber 6 ist innerhalb der Hohlwelle EM.h angeordnet. Der Drehgeber 6 ist vorzugsweise als ein Absolut-Drehgeber ausgeführt. Damit ist eine Positionsbestimmung des Auslegerrohrs 3a ohne Wegmesssystem möglich.
Bezugszeichenliste

1: Linearaktuator
2: Gewindetrieb
3: Gewindemutter
3.a: Auslegerrohr
4: Gewindespindel
4.a: Spindelabstützung
5: drehfeste Verbindung
6: Drehgeber
EM: Elektromotor
EM.h: Hohlwelle
EM.s: Spulen oder Permanentmagnete des Elektromotor EM
G: Gehäuse
ST: Steuereinrichtung
DM: Dämpfungselement
DMG: Dämpfungselementgehäuse
DMG1: erster Bereich des Dämpfungselementgehäuses DM_G
DMG2: zweiter Bereich des Dämpfungselementgehäuses DM_G
tA: topfartiger Abschnitt des zweiten Bereichs DM_G2 des Dämpfungselementgehäuses DM_G
R1: erster Ringstapel
R2: zweiter Ringstapel
AR1: Außenringe des ersten Ringstapels R₁
IR1: Innenringe des ersten Ringstapels R₁
AR2: Außenringe des zweiten Ringstapels R₂
IR2: Innenringe des zweiten Ringstapels R₂
BF: Berührungsflächen
E1: erster Endanschlag
E2: erster Endanschlag
ER: Einstellring
KG: Kugelgelenk
KGM: Gelenkmittelpunkt
KGK: Gelenkkopf
AE: Abstützelement
AEAB: Abstandsbereich
AEGB: Gabelbereich
GA1: erster Gabelarm
GA2: zweiter Gabelarm
GL: Gleitstein
BZ: Bolzen
B: Haltebremse
L1: erste Drehlagerung
L2: zweite Drehlagerung
I: Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 11098789 B2 [0004, 0005]

Claims

Linearaktuator (1) mit einem Gewindetrieb (2), der eine Gewindemutter (3), welche mit einem Auslegerrohr (3a) verbunden ist, und eine Gewindespindel (4) aufweist, welche mittels eines Drehlagers (L₁) bezüglich ihrer Längsachse (I) drehbar an einem Gehäuse (G) gelagert ist und welche mit einem Motor (EM) zur Drehmomentübertragung gekoppelt oder koppelbar ist, so dass durch eine Drehung der Gewindespindel (4) die Gewindemutter (3) und das Auslegerrohr (3.a) entlang der Längsachse (I) der Gewindespindel (4) linearbeweglich sind, und ein Kugelgelenk (KG), dessen Gelenkmittelpunkt (KG_M) mit der Längsachse (I) der Gewindespindel zusammenfällt, auf der von der Gewindemutter (3) abgewandten Seite am Gehäuse (G) und/oder an dem dem Gehäuse (G) abgewandten Ende des Auslegerrohres (3.a) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dämpfungselement (DM) zur Dämpfung von axialen Stößen zwischen dem Kugelgelenk (KG) und dem Gehäuse (G) und/oder dem dem Gehäuse (G) abgewandten Ende des Auslegerrohres (3.a) angeordnet ist, und das Gehäuse (G) und/oder das dem Gehäuse (G) abgewandte Ende des Auslegerrohres (3.a) fest mit einem am Dämpfungselement (DM) vorbeiführenden Abstützelement (AE) verbunden ist oder ein solches Abstützelement (AE) aufweist, welches einen in Längsrichtung beweglich gelagerten Gleitstein (GL) zur Aufnahme eines einen Gelenkkopf (KG_K) des Kugelgelenks (KG) durchsetzenden Bolzens (BZ) aufweist, so dass das Gehäuse (G) und/oder das Auslegerrohr (3.a) bezüglich einer Drehung um die Längsachse (l) der Gewindespindel (4) am Bolzen (BZ) abstützbar ist.
Linearaktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (AE) einen im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse (I) angeordneten Abstandsbereich (AE_AB) aufweist, an dessen auskragenden Ende sich ein im Wesentlichen parallel zur Längsachse (I) angeordneter Gabelbereich (AE_GB) des Abstützelementes (AE) mit zwei voneinander beabstandeten Gabelarmen (GA₁, GA₂) anschließt.
Linearaktuator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gabelbereich (AE_GB) als ebene Platte mit konstanter Dicke ausgeführt ist, deren Gabelarme (GA_1, GA₂) jeweils U-förmig an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Gleitsteins (GL) vom Gleitstein (GL) umgriffen sind.
Linearaktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (AE) Stahl und der Gleitstein (GL) Bronze, Messing oder einem Kunststoff mit guten Notlaufeigenschaften zur Ausbildung eines verschleißoptimierten, sich zwischen dem Abstützelement (AE) und dem Gleitstein (GL) ausbildenden Reibkontaktes aufweist.
Linearaktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (DM) zumindest einen Ringstapel (R₁, R₂) zur Aufnahme der Stöße aufweist, welcher mehrere Außenringe (A_R1, A_R2) mit keilförmigen Innenumfang und mehrere Innenringe (I_R1, I_R2) mit keilförmigen Außenumfang aufweist, welche abwechselnd zueinander angeordnet sind, so dass konische, unter Axialkräften sich ineinanderschiebende Berührungsflächen (BF) zwischen jeweils zwei benachbarten Ringen (A_R1 und I_R1 bzw. A_R2 und I_R2) ausgebildet sind.
Linearaktuator (1) nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenringe (A_R1, A_R2) und die Innenringe (I_R1, I_R2) jeweils über ihren gesamten Umfang eine konstante Querschnittsform aufweisen.
Linearaktuator (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsflächen (BF) in einem Winkel von 7° bis 25°, vorzugsweise 10° bis 17° zur Längsachse (I) ausgebildet sind.
Linearaktuator (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Ringstapel (R₁, R₂) derart parallel zueinander angeordnet sind, dass ein innerer Ringstapel (R₁) von einem äußeren Ringstapel (R₂) umschlossen wird und somit die Innendurchmesser der Innenringe (I_R2) des äußeren Ringstapels größer (R₂) sind als die Außendurchmesser der Außenringe (A_R1) des inneren Ringstapels (R₁).
Linearaktuator (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dämpfungselementgehäuse (DM_G) des Dämpfungselements (DM) einen dem Kugelgelenk (KG) zugewandten, ersten und einen dem Kugelgelenk (KG) abgewandten, zweiten Bereich (DM_G1, DM_G2) aufweist, welche zueinander beweglich sind, und zwischen welchen der Ringstapel (R₁, R₂) angeordnet ist.
Linearaktuator (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (DM_G2) einen topfartigen Abschnitt (tA) aufweist, welcher innerhalb des Ringstapels (R₁, R₂) angeordnet ist.
Linearaktuator (1) einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (DM_G1) einen außerhalb des Ringstapels (R₁, R₂), im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse (I) ausgebildeten, ersten Endanschlag (E₁) aufweist und der zweite Bereich (DM_G2) einen innerhalb des Ringstapels (R₁, R₂), im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse (I) vorzugsweise parallel zum ersten Endanschlag (E₁) ausgebildeten, zweiten Endanschlag (E₂) aufweist und mittels der beiden Endanschlage (E₁, E₂) eine Auseinanderbewegung der beiden Bereiche (DM_G1, DM_G2) aufgrund der mittels des Ringstapels (R₁, R₂) erzeugten Federkraft bei einer bestimmten Relativposition zwischen den beiden Bereichen (DM_G1, DM_G2) begrenzt ist.
Linearaktuator (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einstellung des Abstandes zwischen den beiden Endanschlagen (E₁, E₂) vorzugsweise mittels eines an dem zweiten Bereich angeordneten Einstellrings (ER) eine Vorspannung des Ringstapels (R₁, R₂) erzeugbar ist.