DE1951080A1

DE1951080A1 - Elektromotorische Verstellvorrichtung

Info

Publication number: DE1951080A1
Application number: DE19691951080
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl-Ing Wilke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-10-10
Filing date: 1969-10-10
Publication date: 1971-04-22
Also published as: DE1951080C3; GB1322925A; SE373193B; DE1951080B2; JPS4925301B1; FR2065167A5

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. H. SONNET . 56 WUPPERTAL-BARMEN

Bauassessor Dipl.-Ing. Richard Wilke, 583 Schwelm,

Schwelmestr. 51

Elektromotorische Verstellvorrichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromotische Verstellvorrichtung, bei der ein umsteuerbarer Motor unmittelbar oder über ein Getriebe eine Spindel-Mutteranordnung antreibt.

Bei Geräten dieser Gattung ist es bekannt, entweder die Spindel in Drehung zu versetzen, so daß die gegen •Drehung gehinderte Mutter eine Längsbewegung ausführt, oder aber die Mutter in Drehung zu versetzen, so daß die gegen Drehung gesicherte Spindel die längsbewegung ausführt.

Um bei diesen Geräten große Vorschubgeschwindigkeiten zu erreichen, ist es erforderlich, entweder Spindel oder Mutter mit hohen Drehzahlen anzutreiben oder aber mit hohen Spindelsteiguijgen zu arbeiten.

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Arbeitet man mit hohen Spindelsteigungen, dann wächst der Wirkungsgrad zwischen Spindel und Mutter und es ist nach Ausführung der Längsbewegung erforderlich, Spindel oder Mutter durch eine zusätzliche Bremse in der erreichten Stellung festzuhalten, um ein Weiterlaufen der Spindel oder Mutter zu verhindern.

Soll eine solche zusätzliche Bremse vermieden werden, besteht die Möglichkeit, die SpindelSteigung so gering zu halten, daß zwischen Spindel und Mutter infolge der Reibung Selbsthemmung besteht, wenn die Mutter oder Spindel nicht mehr angetrieben wird.

Wie die Erfahrung bewiesen hat, besitzen selbsthemmende Schraubenspindelgetriebe eine genügend hohe Lebensdauer, so daß durch Fortfall der notwendigen Bremsen diese Geräte preiswerter zu erstellen sind und ieiiger störungsanfällig arbeiten.

Wenn diese Verstellvorrichtungen mit niedriger Spindelsteigung und Selbsthemmung zwischen Spindel und

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Mutter höhe Vorschubgeschwindigkeiten erreichen sollen, dann ist hierzu eine hohe Antriebsdrehzahl erforderlich.

Es ist leicht einzusehen, daß diese hohen Antriebsdrehzahlen ein hohes Schwungmoment der umlaufenden Teile ergeben. Läuft der schiebende Teil nach Ausführung der Verstellbewegung gegen einen festen Anschlag, dann führt " dieses Schwungmoment, das unmittelbar zum Stillstand gebracht wird, sehr häufig zu einer Verklemmung zwischen Spindel und Mutter. Diese Verklemmung entsteht durch nie ganz vermidbare Herstellungstoleranzen, die dazu führen, daß Spindel und Mutter sich infolge dieser Toleranzen gegenseitig versetzen, also nicht achsparallel bleiben. Ferner können von außen auf den schiebenden Teil wirkende Seitenkräfte zu einer Verklemmung führen. Erfahrungsgemäß ist diese Verklemmung zwischen Spindel und Mutter oft so j groß, daß ein Wiederanfahren meistens nicht möglich ist.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es bekannt, die Mutter oder Spindel in Längsrichtung federnd zu lagern, so daß die Schwungmassen über Federkräfte langsamer abge—

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bremst werden und somit ein Verklemmen zwischen Spindel und Mutter verhindert wird. Es ist leicht einzusehen, daß der Federweg, der notwendig ist, um eine Verklemmung zu verhindern, verhältnismäßig groß sein muß. Ist er nämlich nur kurz, dann wird sogar das Yerklemmen begünstigt und das Lösen der Mutter von der Spindel erschwert, da dann die Federung ähnlich wirkt wie eine Federsicherung zwischen einer Schraube und Mutter.

Es ist außerdem bekannt, die federnde Lagerung in Längsrichtung mit zusätzlicher Reibung zu versehen, so daß ein Zurückfedern vermieden wird und gleichzeitig durch die zusätzliche Reibung ein 2?eil des Schwungmomentes der Spindel- Mutteranordnung aufgezehrt und damit der Federweg verringert wird. In allen Fällen, in denen jedoch das Schwungmoment der Spindel-Mutter-Änordnung bei plötzlicher Äbbremsung als zusätzliche Schließkraft erwünscht ist, ist diese Zusatzreibung von Nachteil.

Die federnd längsverschiebliche Lagerung der Mutter oder Spindel ist außerdem aufwendig und bedingt eine größere Baulänge der Verstellvorrichtung.

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Ein weiterer Nachteil der federnden Lagerung in Längsrichtung ist die beeinträchtigte Positionisrungsgenauigkeit.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , diese aufgezeigten Nachteile zu beheben und ein %

preiswertes Gerät zu schaffen, das außerdem einen sehr einfachen und daher betriebssicheren Aufbau besitzt.

Nach dem Prinzip des Erfindungsgedankens wird dieser Vorteil dadurch erreicht, daß' die Hutter oder Spindel nicht mehr in Längsrichtung federnd gelagert ist. Die aufgezeigten Nachtexle werden nach dem Erfindungsgedanken dadurch vermieden,daß die Mutter in einem Gehäuse sitzt, indem sie in Zug- und Druckrichtung kugelgelagert festgehalten ist. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung (| bildet dieses Gehäuse mit der Mutter eine baulich getrennt für sich herzustellende Einheit. Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal kann sich die kugelgelagerte Mutter in dem sie aufnehmenden Gehäuse um einen bestimmten Winkel drehen, der durch Anschläge begrenzt wird. Diese Anschläge

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können einem weiteren Erfindungsmerkmal folgend elastisch ausgebildet sein. In den Fällen, in denen auf die Spindel-Mutter anordnung von außen größere Schläge auftreten können, ist es nach einem weiteren Erfindungsmerkmal vorgesehen, die im Gehäuse - in der weiteren Beschreibung "Muttergehäuse" genannt - beidseitig der Mutter angeordneten Kugellager durch zusätzliche (Tellerfedern abzustützen.

Kommt bei der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung die Längsbewegung der Spindel-Mutteranordnung an einem festen Anschlag zu plötzlichem Stillstand, dann tritt keine Verklemmung zwischen Spindel und Mutter mehr auf, da die Kugellager zwischen Mutter und Muttergehäuse eine Verklemmung auch dann verhindern, wenn sich das Muttergehäuse in Achsrichtung durch seitliche Kräfte oder durch herstellungsbedingte Toleranzen versetzt. Sollte bei einer sehr geringen Spindelsteigung und einem unverhältnismäßig großen gegenseitigen Versatz zwischen Spindel und Muttergehäuse bei plötzlicher Abbremsung trotzdem ein gewisses Festlaufen der Mutter erfolgen, dann kann bei der Umsteuerung der Bewegungsrichtung die Mutter sich um einen bestimmten

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Winkel drehen und durch die eingeleH&te Bewegung gegen den Anschlag des Mutter gehäuses die Yerklemmung zwischen Spindel und Mutter durch das während des Hochlaufens des Elektromotors erzeugte Schwungmoment lösen.

Bekanntlich braucht ein normaler Drehstrommotor keine

volle Umdrehung, um bereits seine .normale Drehzahl zu er- ^l

reichen. . -.

35In Fe st lauf en zwischen Spindel und Mutter ist auf '

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diese Art und Weise vollkommen verhindert und die bisher ' ■ ' ' hierzu erforderliche federnde Lagerung mit all ihren Nachteilen ist vermieden. Gleichzeitig bleibt das Sehwungmoment bei plötzlicher Abbremsung erhalten und kann als zusätzliche Schließkraft, falls dies erwünscht ist, ausgenutzt werden. j

Um das unerwünschte Sehwungmoment bei plötzlicher Abbremsung zu vermindern, sind im übrigen nach dem Stand der Technik andere Möglichkeiten bekannt, ohne eine längsverschiebliche Federung mit zusätzlicher Reibung und deren

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aufwendigen Platzbedarf zu erfordern. Man kann beispielsweise einen Drehstrommotor im Augenblick des Abschaltens mit Gleichstrom beschicken und ihn vorzeitig abbremsen. Ebenso sind Wirbelstrombremsen bekannt, die die Stillsetzzeit des Motors und damit auch seine Schwungmassen begrenzen.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand von zwei Ausführungsbeispielen und zweier Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Verstellvorrichtung, teils in Ansicht, teils im Längsschnitt, nach einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine Verstellvorrichtung in einer der Fig. 1 entsprechenden Wiedergabe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 einen Teilschnitt durch die Vorrichtungen

•in einem größeren Maßstabe, und

Fig. 4· eine Stirnansicht hierzu.

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Die Eigur 1 stellt eine elektromotorische Verstellvorrichtung dar, in der eine von einem Elektromotor 2 in Umdrehung versetzte Mutter 8 eine gegen "Verdrehung gesicherte Spindel 4 in Längsbewegung versetzt. Bei dieser Anordnung sitzt der Rotor des Elektromotors 2 auf einer hohlen Rotorwelle 3, die in einem Gehäuse 1 durch Nadellager 11 und Zug- Drucklager 5 unverschieblich gelagert ist, wobei die hohle Rotorwelle 3 mit einem rotationssymmetrisch, topfförmig ausgebildeten Körper 6 verschweißt ist. Der Körper 6 dient zur Aufnahme eines Muttergehäuses mit Flansch 7a, wie in Figur 3 gesondert dargestellt ist. In diesem Muttergehäuse 7 - 7^a befindet sich die Mutter 8, die beidseitig durch Kugellager 9 - im dargestellten Fall als Nadellager ausgebildet - gehalten wird.

Die "übertragung der Drehbewegung des Körpers 6 auf das Muttergehäuse 7 - 7^a erfolgt über den Flansch 7a. Die Übertragung der Drehbewegung des Muttergehäuses 7 - 7^a auf die Mutter 8 und damit deren Mitnahme geschieht über einen in der Mutter angebrachten Anschlag 10, der in einer Ausnehmung des Muttergehäuses 7 - 7^a sitzt.

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Ein Bund 12 am Ende der Spindel 4- bildet den Anschlag gegen das Gehäuse 1 und begrenzt die Längsbewegung der Spindel 4- in Ausfahrrichtung. Die Anschlagbegrenzung in der Einfahrrichtung wird durch einen normalerweise ohnehin notwendigen Gabelkopf am anderen Spindelende bewirkt, der ebenfalls gegen das Gehäuse 1 anläuft, aber nicht besonders dargestellt ist.

Ebenfalls nicht dargestellt ist die Abschaltung des Motors, wenn die Spindel 4 gegen ihre Anschläge läuft. Diese Abschaltung kann entsprechend dem Stande der Technik drehzahlabhängig erfolgen, indem der Motor abgeschaltet wird, weil seine Drehzahl plötzlich absinkt. Es ist aber auch möglich, die Abschaltung durch den plötzlichen Stromanstieg des Motors vorzunehmen. Weiterhin ist es auch möglich, einen Motor zu. verwenden, der als Stillstandsmotor ausgebildet ist, und daher nicht abgeschaltet werden muß, wenn die Spindel 4-gegen die Anschläge läuft.

In Figur 2 ist eine Verstellvorrichtung dargestellt, bei der die über den Elektromotor 2 in Umdrehung versetzte Spindel 3a die gegen Drehung gesicherte Mutter 8 in axialer

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Richtung bewegt. Die Spindel 3a ist mit der Hohlwelle 3 des Rotors fest verbunden und mit dieser gemeinsam durch das Nadellager 11 und das Drucklager 5 axial gesichert. Der rotatilxissymmetrische, topfförmige Körper 6, der in der Figur 1 das Muttergehäuse 7 - 7a aufnimmt, besteht in Figur 2 nur noch aus dem Bund 6a, der ebenfalls mit dem Rohr 3 verschweißt ist und dazu dient, das Drucklager aufzunehmen. Das Mutterngehäuse 7 ~ 7& ist mit einem Schub-Zugrohr 4a verschraubt. Die Drehsicherung des Schub-Zugrohres ist nicht dargestellt.

Die Begrenzung der Schub- Zugbewegung erfolgt in diesem Falle einerseits durch den Anschlag des Schubrohrflansches mit den Schraubenkopfen gegen die Innenseite des Gehäuses 1 und andererseits durch den ebenfalls nicht angedeuteten Gabelkopf am Ende des Schub- Zugrohres 4a, der gegen die Außenseite des Gehäuses 1 anläuft.

Die Figur 3 zeigt das aus den Teilen 7 und 7& gebildete Muttergehäuse 7 - 7a und die Anordnung der Mutter Die gestrichelt angedeuteten Teile auf der linken Seite der

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Figur 3 gehören zu der Ausbildung der Verstellvorrichtung nach Figur 1 und auf der rechten Seite angedeutet zur Ausbildung der Verstellvorrichtung nach Figur 2.

Das rotationssymmetrische, topfförmige Muttergehäuse 7 - 7a nimmt die Mutter 8 auf und bildet als Abschluß den α Flansch 7a, der durch eine entsprechende Eindrehung eine Zentrierung des Körpers 7 mit dem Flansch 7a ergibt. Auf der linken Mutterseite ist eine Tellerfeder 13 vorgesehen, die eine Vorspannung des Nadellagers 9 ermöglicht und gleichzeitig den Schutz der Lager 9 gegen äußere mögliche Schläge auf die Schubeinheit darstellt. Eine weitere Tellerfeder 13 ist ebenfalls auf der anderen Seite der Mutter 8 anzubringen.

Besonders herausgestellt werden soll, daß diese

™ Tellerfeder 13 in Figur 3 nicht als Federung für die Mutter-Spindel-Anordnung dienen soll, sondern derartig vorgespannt ist, daß sie nur noch äußere, noch größere Eräfte federnd ,abfangen kann, als sie von dem Motor über die Schraubenspindel-Anordnung erzeugt werden kann. In den Fällen, in

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denen dieser Schutz gegen äußere Schläge nicht erforderlich ist, genügt die Ausbildung ohne Tellerfedern, wie sie auf der rechten Seite der Mutter 8 dargestellt ist.

Ein Bolzen ΊΟ ist mit Gewinde versehen und in die Mutter 8 eingeschraubt. Auf der linken Seite ist dargestellt, daß der Bolzen 10 lediglich geringes Axial- und Radialspiel besitzt, siehe auch Figur 4. Auf der rechten Seite ist ein auf dem Bolzen 10 sitzender GummimeJiallkörper 14 dargestellt, der zugleich einen etwas größeren radialen Winkel durchlaufen kann, ehe er an die Ausnehmung im Gehäuse 7 anschlägt.

Es ist bei Betrachtung der Figur 1 ersichtlich, daß es nicht unbedingt notwendig ist, ein topfförmiges Muttergehäuse 7 - 7a zu verwenden, sondern es ist auch möglich, die Mutter 8 direkt in dem Gehäuse 6 zu lagern. Das Muttergehäuse 7 - 7a wird deswegen bevorzugt, weil es eine leichte auch für den Nichtfachmann mögliche Auswechslung der Mutter samt Kugellager gestattet. Die Ausbildung des Flansches 7a gemäß Figur 3 gestattet die Verwendung dieses aus dem

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Körper 7 und. Flansch. 7a gebildeten Muttergehäuses für
"beide Arten der Verstellvorrichtungen, wie sie in Figur 1 und Figur 2 gezeigt werden, wobei der Verdrehungsschutz
der Verstellvorrichtung gemäß Figur 2 für das Schub- Zugrohr 4a in einfachster Veise erreicht wird, wenn die
äußeren Bohrungen im Flansch 7a, in denen die Schrauben nicht mehr benötigt werden, dazu dienen, den Verdrehungs-™ schutz herzustellen, indem sie in bekannter Weise auf Bolzen gleiten, die in dem Gehäuse 1 befestigt sind.

Außer den in Figur 1 und 2 dargestellten Verstellvorrichtungen mit eingebautem Elektromotor und mit schiebender bzw. ziehender Spindel oder schiebender bzw. ziehender Mutter lassen sich noch vielerlei andere Ausführungsformen verwirklichen, indem beispielsweise der rotations symmetrische Körper 6, statt des Eohres 3 eine Kupplung trägt, an die
ein genormter Elektromotor angekuppelt werden kann. Statt eines Elektromotors kann dann auch ein hydraulischer oder pneumatischer Motor verwendet werden.

In weiterer Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es auch möglich, die Kugellager 9 durch

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andere Elemente zu ersetzen, die Axialkräfte ebenfalls mit geringer Reibung übertragen können und daher gleichzeitig einen Reibungsschluß zwischen Mutter und dem sie aufnehmenden Muttergehäuse auch dann verhindern, wenn seitliche Kräfte auftreten, die durch Herstellungstoleranzen bedingt sind oder von außen auf den schiebenden bzw. ziehenden Teil wirksam werden. Ein solches Element könnte ¹I beispielsweise durch einen Flüssigkeitsring anstelle der Kugellager 9 gebildet werden, der bei hohen Drehzahlen aus dem öl entsteht, das zur Schmierung zwischen Spindel und Mutter dient.

Es ist außerdem möglich, anstelle der Kugellager 9 den Anschlag 10, statt mit der Gummimetallverbindung 14 mit dem Kugellager zu versehen, wenn nur kleinere Verstellkräfte benötigt werden. Das Kugellager übernimmt dann an- λ stelle der Gummimetallverbindung 14 den Anschlag gegen das Muttergehäuse 7 - 7a, ohne dabei einen ReibungsSchluß herzustellen.

In Betracht gezogene Patentschriftem

DKP 933 9o5

Ostzonen Patent 25 882

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Claims

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Patentansprüche:

( 1 .!Elektromotorische Verstellvorrichtung mit einem ■umsteuerbaren Motor, der unmittelbar oder über ein Getriebe eine Spindel-Mutteranordnung antreibt, wobei entweder die Spindel oder die Mutter eine schiebende.bzw. ziehende Bewegung ausübt, dadurch gekennzeichnet , daß die entweder vom Motor (2) oder von der Spindel (33jMH| angetriebene Mutter (8) die Jbcialkräfte für die Schub- Zugbewegung über reibungsarme unelastische Verbindungselemente auf ein die Mutter aufnehmendes Muttergehäuse (7 -f 7&) überträgt, wobtsei das Muttergehäuse (7, 7a) entweder mit dem antreibenden Motor (2, 3} 6) oder mit einem Schub-Zugrohr (4a) starr verbunden ist.

2. Elektromotorische Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als reibungsarme unelastische Verbindungselemente zwischen Mutter (8) und Muttergehäuse (7₅ 7^a) Kugellager (9) verwendet werden.

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3. Elektromotorische Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Reibung zwischen Spindel (3a bzw.4) und der Mutter (8) vorhandene Eadialkraft durch einen Bolzen (10) in der Mutter (8) auf das Muttergehäuse (7>7^a) übertragen wird, wobei das Muttergehäuse (7,?a) eine Ausnehmung für den Bolzen (10) besitzt, die eine begrenzte Drehbewegung der Mutter (8)

zuläßt. · '

4. Elektromotorische Verstellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (10) auf der Mutter einen federnden Belag (14) besitzt.

5. Elektromotorische Verstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem die Mutter (9) aufnehmenden Muttergehäuse (7, 7a) und den die Mutter (8) abstützenden Kugellagern (9) beidseitig eine t vorgespannte Tellerfeder (13) angeordnet ist, deren Vorspannung so groß bestimmt ist, daß sie für die von der Verstellvorrichtung ausgeübten Kräfte keine wesentliche federnde Wirkung hat.

6. Elektromotorische Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (8) mit

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ihren Übertragungselementen (9, 10, 13) in einem Gehäuse (7, 7a) zusammengebaut eine leicht auswechselbare selbstständige Baueinheit darstellt.

7- Elektromotorische Verstellvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Mutter (8) aufnehmende Gehäuse (7, 7^a) ^so ausgebildet ist, daß es sowohl für eine zjäienfe bzw. schiebende Spindel (Ifig.1) als auch für eine schiebende bzw. ziehende Mutter (Pig. 2) wahlweise verwendet werden kann.

8. Elektromotorische Verstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als reibungsarmes, unelastisches Verbindungselement zwisnen Mutter (8) und Muttergehäuse (7, 7a) ein Kugellager verwendet wird, daß auf dem Anschlag (10) der Mutter (8) angebracht ist.

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