DE20009347U1 - Linear actuator - Google Patents
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Description
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BeschreibungDescription
Linearer StellantriebLinear actuator
Die Erfindung betrifft einen linearen Stellantrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a linear actuator according to the preamble of claim 1.
Stellantriebe mit einer vorzugsweise durch einen Elektromotor angetriebenen Gewindespindel werden für zahlreiche Anwendungszwecke eingesetzt. Ein bevorzugtes Verwendungsgebiet ist die teleskopische Hubverstellung von Möbeln.Actuators with a threaded spindle, preferably driven by an electric motor, are used for numerous applications. A preferred area of application is the telescopic lifting adjustment of furniture.
Bei einem durch einen Elektromotor angetriebenen Stellantrieb dieser Gattung ist es erforderlich, den Elektromotor am Ende des Verstellweges abzuschalten. Hierzu können Endschalter verwendet werden. Diese Endschalter sind allerdings aufwendig und vielfach räumlich schwierig anzubringen. Außerdem müssen Kabel zu dem ausgefahrenen Ende des Antriebs geführt werden. Weiter besteht die Möglichkeit, den Antrieb am Ende des Verstellweges gegen einen Anschlag auflaufen zu lassen. Der Anstieg der Stromaufnahme des Elektromotors oder der beispielsweise elektromagnetisch oder elektrooptisch festgestellte Stillstand des Motors lösen das Abschalten aus. Die beim Auflaufen auf den Anschlag noch vorhandene Rotationsenergie führt dabei zu einer hohen mechanischen Beanspruchung des Antriebs, die zu einer 5 Beschädigung oder Zerstörung führen kann.With an actuator of this type driven by an electric motor, it is necessary to switch off the electric motor at the end of the adjustment path. Limit switches can be used for this. However, these limit switches are complex and often difficult to install in terms of space. In addition, cables must be run to the extended end of the drive. It is also possible to let the drive run against a stop at the end of the adjustment path. The increase in the current consumption of the electric motor or the standstill of the motor, for example detected electromagnetically or electro-optically, triggers the switch-off. The rotational energy still present when the drive runs against the stop leads to high mechanical stress on the drive, which can lead to damage or destruction.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen linearen Stellantrieb der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der ohne aufwendige Endschalter ein problemloses Abschalten des Antriebs am Ende des Verstellwegs ermöglicht.The invention is based on the object of creating a linear actuator of the type mentioned at the beginning, which enables the drive to be switched off easily at the end of the adjustment path without complex limit switches.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Stellantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved according to the invention by an actuator having the features of claim 1.
5 Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.5 Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Stellantrieb am Ende des Verstellwegs gegen einen Anschlag auflaufen zu lassen und ein Verdrehfederelement zu verwenden, welches die beim Auflaufen auf den Anschlag vorhandene Rotationsenergie aufnimmt und elastisch abfedert. Es kann damit auf Endschalter oder sonstige Sensoren verzichtet werden. Das Auflaufen des Stellantriebs auf den Anschlag kann in an sich bekannter Weise zum Abschalten des Antriebs verwendet werden. Beispielsweise kann der Anstieg des vom Elektromotor aufgenommenen Stroms oder ein die Motordrehung abtastendes Signal das Abschalten des Motors bewirken. Die Abfederung beim Auftreffen des Antriebs auf den Anschlag durch das Verdrehfederelement bewirkt dabei, dass die Rotationsenergie nicht in einem harten Stoß übertragen wird, sondern elastisch gedämpft abgefangen wird. Dadurch wird eine stärkere mechanische Beanspruchung des Antriebs beim Auflaufen auf den Anschlag vermieden.The basic idea of the invention is to let the actuator run against a stop at the end of the adjustment path and to use a torsion spring element which absorbs the rotational energy present when it runs against the stop and cushions it elastically. This means that limit switches or other sensors are not necessary. The actuator running against the stop can be used in a conventional manner to switch off the drive. For example, the increase in the current consumed by the electric motor or a signal sensing the motor rotation can cause the motor to switch off. The cushioning when the drive hits the stop by the torsion spring element means that the rotational energy is not transmitted in a hard impact, but is absorbed with elastic damping. This avoids greater mechanical stress on the drive when it runs against the stop.
Das Verdrehfederelement kann entsprechend den gewünschten Federeigenschaften und den Einbaumöglichkeiten und -anforderungen gewählt werden. Bei einer Ausbildung des Stellantriebs als 0 Teleskop wird vorzugsweise ein Verdrehfederelement gewählt, welches koaxial in dem Teleskop oder um das Teleskop herum angeordnet werden kann, so dass das Federelement wenig Platz beansprucht und insbesondere die axiale Baulänge des Stellantriebs nicht vergrößert. Hierzu kann das Verdrehfederelement beispielsweise als Schraubenfeder ausgebildet sein, die in der Spindel oder um das Teleskop herum angeordnet ist. Ebenso ist die Verwendung einer Schenkelfeder möglich. Schließlich kann auch eine Federhülse aus einem elastischen Werkstoff, z.B. aus einem Gummimaterial, das Teleskop umschließend oder ein Torsionsstab aus einem elastischen Werkstoff koaxial in der Spindel vorgesehen sein.The torsion spring element can be selected according to the desired spring properties and the installation options and requirements. If the actuator is designed as a 0 telescope, a torsion spring element is preferably selected which can be arranged coaxially in the telescope or around the telescope so that the spring element takes up little space and in particular does not increase the axial length of the actuator. For this purpose, the torsion spring element can be designed, for example, as a helical spring which is arranged in the spindle or around the telescope. The use of a leg spring is also possible. Finally, a spring sleeve made of an elastic material, e.g. a rubber material, can enclose the telescope or a torsion bar made of an elastic material can be provided coaxially in the spindle.
Für das erfindungsgemäße elastische Abfedern der Rotationsenergie beim Auflaufen auf den Anschlag ist es zunächst nur 5 entscheidend, dass das Verdrehfederelement an irgendeiner Stelle in der Drehmomentübertragungsstrecke von dem antreiben-For the elastic cushioning of the rotational energy when hitting the stop according to the invention, it is initially only 5 crucial that the torsion spring element is decoupled from the driving element at any point in the torque transmission path.
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den Elektromotor bis zu dem Anschlag eingesetzt ist. Beispielsweise kann mittels des Verdrehfederelements der Anschlag drehbar abgefedert gelagert werden. Der Anschlag kann sich in dieser Ausführung gegen die Federkraft des Drehfederelementes beim Anschlag mitdrehen. Ebenso ist es möglich, das Verdrehfederelement zwischen den antreibenden Motor und die Spindel einzusetzen.the electric motor is inserted up to the stop. For example, the stop can be mounted in a spring-loaded manner using the torsion spring element. In this design, the stop can rotate against the spring force of the torsion spring element when it is stopped. It is also possible to insert the torsion spring element between the driving motor and the spindle.
Die Erfindung kann bei einem Stellantrieb mit nur einer Spindel eingesetzt werden und ebenso bei Stellantrieben, bei welchen zwei oder mehr Spindeln teleskopisch auseinanderfahrbar sind, um den linearen Verstellweg zu vergrößern. Im Falle eine solchen mehrstufigen Spindel ist es ausreichend, das Verdrehfederelement an den Enden des gesamten Verstellweges wirksam werden zu lassen.The invention can be used in an actuator with only one spindle and also in actuators in which two or more spindles can be moved apart telescopically in order to increase the linear adjustment path. In the case of such a multi-stage spindle, it is sufficient to allow the torsion spring element to be effective at the ends of the entire adjustment path.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigenIn the following, the invention is explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawing.
Figur 1 eine erste Ausführung eines Stellantriebes in einge-0 fahrenem Zustand,Figure 1 shows a first embodiment of an actuator in the retracted state,
Figur 2 diesen Stellantrieb im ausgefahrenen Zustand,Figure 2 this actuator in the extended state,
Figur 3 diesen Stellantrieb in zerlegtem Zustand und 25Figure 3 this actuator in disassembled state and 25
Figur 4 die Spindel eines Stellantriebs in einer zweiten Ausführung.Figure 4 shows the spindle of an actuator in a second embodiment.
In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 3 ist ein linearer Stellantrieb mit einer teleskopischen zwei-stufigen Spindel dargestellt. Dieser Stellantrieb kann beispielsweise zum Höhenverstellen von Möbelbeinen verwendet werden, wobei der komplette Stellantrieb als Patrone in das Hohlprofil des Möbelbeines eingesetzt wird.
35The embodiment shown in Figures 1 to 3 shows a linear actuator with a telescopic two-stage spindle. This actuator can be used, for example, to adjust the height of furniture legs, with the complete actuator being inserted as a cartridge into the hollow profile of the furniture leg.
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Ein nicht dargestellter Elektromotor treibt eine erste Spindel 10 an deren oberem Ende 12 drehend an. Die erste Spindel 10 ist teleskopisch in einer rohrförmigen zweiten Spindel 14 bewegbar. Hierzu greift die erste Spindel 10 mit ihrem Aussengewinde 16 in eine am oberen Ende der zweiten Spindel 14 mit einem Innengewinde ausgebildete Mutter 18 ein.An electric motor (not shown) drives a first spindle 10 at its upper end 12. The first spindle 10 can be moved telescopically in a tubular second spindle 14. For this purpose, the first spindle 10 engages with its external thread 16 in a nut 18 formed at the upper end of the second spindle 14 with an internal thread.
Um den Verstellweg der ersten Spindel 10 gegenüber der zweiten Spindel 14 zu beschränken, ist an dem unteren Ende der ersten Spindel 10 eine Anschlagringscheibe 20 angeschraubt, die geringfügig radial über das Aussengewinde 16 der ersten Spindel 10 hinausragt und am Ende des Ausfahrweges der ersten Spindel 10 von unten gegen die Mutter 18 zum Anschlag kommt. Am oberen Ende der ersten Spindel 10 ist ein Anschlagring 22 aussen auf die Spindel 10 aufgesetzt, der am Ende des Einfahrweges der ersten Spindel 10 von oben gegen die Mutter 18 der zweiten Spindel 14 zum Anschlag kommt.In order to limit the adjustment path of the first spindle 10 relative to the second spindle 14, a stop ring disk 20 is screwed onto the lower end of the first spindle 10, which protrudes slightly radially beyond the external thread 16 of the first spindle 10 and comes to a stop against the nut 18 from below at the end of the extension path of the first spindle 10. At the upper end of the first spindle 10, a stop ring 22 is placed on the outside of the spindle 10, which comes to a stop against the nut 18 of the second spindle 14 from above at the end of the retraction path of the first spindle 10.
Die rohrförmige zweite Spindel 14 greift mit einem Aussengewinde 24 in das Innengewinde einer Mutter 26. Die Mutter 26 0 ist in das obere Ende einer als Verdrehfederelement dienenden Schraubenfeder 2 8 eingepresst. An dem unteren Ende der Schraubenfeder 28 ist eine Montageplatte 30 befestigt. An dem unteren Ende der zweiten Spindel 14 ist eine über deren Aussenumfang radial überstehende Anschlagscheibe 32 befestigt, die 5 zur Begrenzung des Ausfahrweges der zweiten Spindel 14 von unten gegen die Mutter 26 zum Anschlag kommt. Aussen auf dem oberen Ende der zweiten Spindel 14 sitzt ein Anschlagring 34, der zur Beschränkung des Verstellweges bei eingefahrener zweiter Spindel 14 von oben an der Mutter 26 zum Anschlag kommt.The tubular second spindle 14 engages with an external thread 24 in the internal thread of a nut 26. The nut 26 is pressed into the upper end of a coil spring 28 serving as a torsion spring element. A mounting plate 30 is attached to the lower end of the coil spring 28. Attached to the lower end of the second spindle 14 is a stop disk 32 which projects radially beyond its outer circumference and which comes to a stop from below against the nut 26 to limit the extension path of the second spindle 14. On the outside of the upper end of the second spindle 14 there is a stop ring 34 which comes to a stop from above against the nut 26 to limit the adjustment path when the second spindle 14 is retracted.
Der gesamte Stellantrieb hat die Form einer Patrone, die als komplett vorgefertigte Baueinheit beispielsweise in ein Teleskopbein eines Möbels eingesetzt werden kann. Dabei wird der Stellantrieb mit der unteren Montageplatte 30 in das auf dem Fußboden aufstehende Fußrohr des Teleskopbeines eingesetzt und mit diesem verbunden, z.B. verschweisst oder verschraubt. DerThe entire actuator has the shape of a cartridge, which can be inserted as a completely prefabricated unit, for example, into a telescopic leg of a piece of furniture. The actuator is inserted with the lower mounting plate 30 into the foot tube of the telescopic leg resting on the floor and connected to it, e.g. welded or screwed.
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an dem oberen Ende 12 der ersten Spindel 10 angreifende Elektromotor wird in das ausfahrbare obere Teleskoprohr des Beines eingesetzt, welches beispielsweise eine Tischplatte trägt. Da nur eine Befestigung der Montageplatte 3 0 und des oberen Endes 12 mit dem Antriebsmotor an dem Teleskopbein erforderlich ist, kann die komplette Baueinheit des Stellantriebs in unterschiedlichste Teleskopbeine eingesetzt werden, so dass eine rationelle Fertigung in großen Stückzahlen möglich ist.The electric motor acting on the upper end 12 of the first spindle 10 is inserted into the extendable upper telescopic tube of the leg, which supports a table top, for example. Since only the mounting plate 3 0 and the upper end 12 with the drive motor need to be attached to the telescopic leg, the complete assembly of the actuator can be inserted into a wide variety of telescopic legs, so that efficient production in large quantities is possible.
Der Stellantrieb der Figur 1 bis 3 arbeitet in folgender Weise: The actuator of Figures 1 to 3 works in the following way:
Wird der Stellantrieb aus der in Figur 1 gezeigten eingefahrenen Stellung ausgefahren, so treibt der Motor zunächst die erste Spindel 10 an, so dass diese in der Mutter 18 der zweiten Spindel 14 nach oben läuft. Sobald die Anschlagringscheibe 20 der ersten Spindel 10 an der Mutter 18 anschlägt, nimmt diese die Mutter 18 und damit die zweite Spindel 14 drehend mit. Die zweite Spindel 14 läuft dadurch in der Mutter 26 nach oben. Kommt die Anschlagscheibe 3 2 der zweiten Spindel 14 in 0 der Endstellung zum Anschlag an der Mutter 26, so nimmt die Rotationsenergie der zweiten Spindel 14 die Mutter 26 bei der Drehbewegung mit, wobei die Schraubenfeder 2 8 eine Drehbewegung der Mutter 26 zulässt, diese jedoch elastisch federnd abfängt, bis die gesamte Rotationsenergie von der Schraubenfeder 28 aufgenommen ist. Das Auflaufen des aus der ersten Spindel 10 und der zweiten Spindel 14 bestehenden Antriebs mit der Anschlagscheibe 32 gegen die Mutter 26 erfolgt somit nicht in einem harten Stoß, sondern wird weichfedernd abgefangen.If the actuator is extended from the retracted position shown in Figure 1, the motor first drives the first spindle 10 so that it moves upwards in the nut 18 of the second spindle 14. As soon as the stop ring disk 20 of the first spindle 10 strikes the nut 18, the ring disk 20 takes the nut 18 and thus the second spindle 14 with it in rotation. The second spindle 14 therefore moves upwards in the nut 26. If the stop disk 32 of the second spindle 14 comes to a stop on the nut 26 in the end position 0, the rotational energy of the second spindle 14 takes the nut 26 with it during the rotational movement, the coil spring 28 allowing the nut 26 to rotate but absorbing this elastically until all of the rotational energy has been absorbed by the coil spring 28. The drive consisting of the first spindle 10 and the second spindle 14 with the stop disk 32 thus does not collide with the nut 26 in a hard impact, but is absorbed by a soft spring.
0 Bei diesem weich federnden Anhalten des Antriebs kann der dabei erfolgende Anstieg des von dem Elektromotor aufgenommenen Stroms oder das Signal eines die Drehung des Motors anzeigenden Sensors (z.B. die Impulsfolge eines Hall-Gebers oder dgl.) zum Abschalten der Stromzuführung zu dem antreibenden Elektro-5 motor ausgenutzt werden.0 During this soft, spring-loaded stopping of the drive, the resulting increase in the current consumed by the electric motor or the signal from a sensor indicating the rotation of the motor (e.g. the pulse sequence of a Hall sensor or similar) can be used to switch off the power supply to the driving electric motor.
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Wird der Stellantrieb aus dieser in Figur 2 gezeigten vollständig ausgefahrenen Stellung wieder eingefahren, so treibt der Elektromotor die erste Spindel 10 im entgegengesetzten Drehsinn an. Die erste Spindel 10 läuft dabei zunächst in der Mutter 18 nach unten, bis der Anschlagring 22 von oben an der Mutter 26 zur Anlage kommt. Dann nimmt die erste Spindel 10 unter Reibung des Anschlagringes 22 an der Mutter 18 die zweite Spindel 14 drehend mit, so dass diese in der Mutter 2 6 nach unten läuft. Sobald der Anschlagring 34 der zweiten Spindel 14 von oben zum Anschlag an der Mutter 2 6 kommt, wird in gleieher Weise die Mutter 26 mitgenommen, wobei die auf die Mutter 26 übertragene Rotationsenergie von der Schraubenfeder 28 elastisch federnd aufgenommen wird. Die Drehung wird auf diese Weise langsam abgebremst und das die Stromzuführung zu dem Elektromotor unterbrechende Signal kann wiederum durch den Anstieg der Stromaufnahme bzw. durch einen die Motordrehung abtastenden Sensor erzeugt werden.If the actuator is retracted from this fully extended position shown in Figure 2, the electric motor drives the first spindle 10 in the opposite direction of rotation. The first spindle 10 initially runs downwards in the nut 18 until the stop ring 22 comes to rest on the nut 26 from above. The first spindle 10 then rotates the second spindle 14 with it under friction of the stop ring 22 on the nut 18, so that the latter runs downwards in the nut 26. As soon as the stop ring 34 of the second spindle 14 comes to rest on the nut 26 from above, the nut 26 is also driven along, with the rotational energy transferred to the nut 26 being elastically absorbed by the coil spring 28. The rotation is slowly braked in this way and the signal interrupting the power supply to the electric motor can in turn be generated by the increase in current consumption or by a sensor that senses the motor rotation.
In Figur 4 ist eine andere Ausführung des Stellantriebs dargestellt. Figur 4 zeigt nur eine Spindel 36 des Antriebs. Die Spindel 36 läuft in einer nicht dargestellten Mutter, die drehfest montiert ist oder in einer dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Weise in einer zweiten Teleskopspindel befestigt ist. Der den Verstellweg begrenzende Anschlag ist in dieser Ausführung drehfest montiert.Figure 4 shows another version of the actuator. Figure 4 shows only one spindle 36 of the drive. The spindle 36 runs in a nut (not shown) which is mounted in a rotationally fixed manner or is fastened in a second telescopic spindle in a manner corresponding to the first embodiment. The stop limiting the adjustment path is mounted in a rotationally fixed manner in this version.
Der Antrieb der Spindel 36 erfolgt durch den nicht dargestellten Elektromotor über einen drehbar in dem oberen Ende der hohlen Spindel 36 gelagerten Wellenstummel 38. Der Wellenstummel 3 8 ist über einen als Verdrehfederelement dienenden Torsionsstab 40 mit dem unteren Ende der Spindel 36 verbunden. Der Torsionsstab 40 verläuft koaxial im Inneren der hohlen Spindel 36.The spindle 36 is driven by the electric motor (not shown) via a shaft stub 38 that is rotatably mounted in the upper end of the hollow spindle 36. The shaft stub 38 is connected to the lower end of the spindle 36 via a torsion bar 40 that serves as a torsion spring element. The torsion bar 40 runs coaxially inside the hollow spindle 36.
Wird die Spindel 3 6 in Ausfahrrichtung angetrieben, so nimmt 5 der von dem Elektromotor angetriebene Wellenstummel 3 8 die Spindel 36 über den Torsionsstab 40 drehend mit, bis das unte-If the spindle 3 6 is driven in the extension direction, the shaft stub 3 8 driven by the electric motor rotates the spindle 36 via the torsion bar 40 until the lower
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re Ende der Spindel 3 6 an der nicht dargestellten Mutter zum Anschlag kommt. Dadurch wird die Spindel 3 6 drehfest angehalten, während sich der Wellenstummel 38 unter elastischer Torsion des Torsionsstabes 40 noch weiterdrehen kann, um die restliche Rotationsenergie gedämpft aufzunehmen. 5right end of the spindle 3 6 comes to a stop on the nut (not shown). This stops the spindle 3 6 in a rotationally fixed manner, while the shaft stub 38 can continue to rotate under elastic torsion of the torsion bar 40 in order to absorb the remaining rotational energy in a dampened manner. 5
Beim Einfahren der Spindel 3 6 in die nicht dargestellte Mutter kommt ein aussen am oberen Ende der Spindel 36 sitzender Anschlagring 42 mit der nicht dargestellten Mutter zum Anschlag, so dass auch hier wieder die Spindel 36 drehfest gehalten wird, während die restliche Rotationsenergie durch das elastische Verdrehen des Torsionsstabes 40 aufgenommen wird.When the spindle 36 is inserted into the nut (not shown), a stop ring 42 located on the outside of the upper end of the spindle 36 comes to a stop with the nut (not shown), so that here too the spindle 36 is held in a rotationally fixed manner, while the remaining rotational energy is absorbed by the elastic twisting of the torsion bar 40.
Auch hier kann das Signal zur Unterbrechung der Stromzuführung zu dem Elektromotor während des Abbremsens durch den Torsionsstab 40 erzeugt werden.Here too, the signal for interrupting the power supply to the electric motor during braking can be generated by the torsion bar 40.
In beiden Ausführungen wird durch das Verdrehfederelement die axiale Baulänge des linearen Stellantriebs nicht vergrößert. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel bildet die als Verdrehfederelement dienende Schraubenfeder 28 gleichzeitig die axiale Aufnahme für die Spindeln im eingefahrenen Zustand. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist der als Verdrehfederelement dienende Torsionsstab 40 koaxial im Inneren der Spindel 3 6 aufgenommen.In both versions, the axial length of the linear actuator is not increased by the torsion spring element. In the first embodiment, the helical spring 28 serving as a torsion spring element simultaneously forms the axial mount for the spindles in the retracted state. In the second embodiment, the torsion bar 40 serving as a torsion spring element is accommodated coaxially inside the spindle 36.
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Cited By (1)
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- 2000-05-24 DE DE20009347U patent/DE20009347U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
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DE102009022406A1 (en) * | 2009-05-25 | 2010-12-02 | Liebherr-Aerospace Lindenberg Gmbh | spindle drive |
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