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Die
Erfindung betrifft einen Linearaktuator.
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Linearaktuatoren
werden in unterschiedlichen Ausführungen
in verschiedensten industriellen Applikationen eingesetzt.
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Linearaktuatoren,
auf welche sich die vorliegende Erfindung bezieht, arbeiten mit
einer von einem Elektromotor angetriebenen Spindel. Die Spindel
wird durch den Elektromotor in eine Drehbewegung versetzt. Die Drehbewegung
der Spindel wird mittels eines Gewindetriebs in eine Axialbewegung eines
Aktuatorelements umgesetzt. Ein derartiges Aktuatorelement kann
beispielsweise von einer Kolbenstange gebildet sein.
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Bekannte
Linearaktuatoren weisen als Elektromotor einen Standard-Servomotor mit einer
eigenen Motorwelle auf, welche an die Spindel über eine Kupplung verbunden
ist, die kleine Winkel- oder Achsversätze ausgleichen kann. Während die
Spindel typischerweise durch einen einseitigen Lagerbock gelagert
ist, ist die Motorwelle beidseitig gelagert. Ein derartiger Linearaktuator
weist eine unerwünscht
große
Bauform auf.
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Prinzipiell
ist es bekannt, um Platz zu sparen, die Motorwelle und die Gewindespindel
zu einer Einheit zusammen zu fassen, so dass die Kupplung entfallen
kann. Jedoch werden auch dann noch zwei Lager zur beidseitigen Lagerung
der Spindel benötigt, wobei
die Lager beidseits des Elektromotors angeordnet sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearaktuator der eingangs
genannten Art bereitzustellen, welcher eine kompakte Bauform aufweist
und mit welchem hohe Kräfte
erbracht werden können.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Der
erfindungsgemäße Linearaktuator
umfasst eine Spindel, die durch einen Elektromotor mit einem Rotor
und Stator in eine Drehbewegung versetzt ist. Die Drehbewegung der
Spindel ist mittels eines Gewindetriebs in eine Axialbewegung eines
Aktuatorelements umgesetzt. Nur auf einer Seite des Elektromotors
ist ein Lager vorgesehen, eine weitere Lagerung für die Spindel
bildet der auf der anderen Seite des Elektromotors angeordnete Gewindetrieb.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Linearaktuator übernimmt
die Spindel die Funktion der Antriebswelle des Elektromotors, das
heißt
auf eine separate Welle kann verzichtet werden, wodurch bereits
eine kompakte Bauform des Linearaktuators erhalten wird.
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Durch
die erfindungsgemäße Doppelfunktion des
Gewindetriebs ist nur noch ein Lager an einer Seite des Elektromotors
zur Lagerung der Spindel nötig,
das heißt
das bei bisher bekannten Linearaktuatoren erforderliche zweite Lager
kann entfallen. Damit wird nicht nur die Zahl der Bauteile des Linearaktuators
reduziert. Insbesondere kann auf diese Weise auch der Bauraum des
Linearaktuators reduziert werden, und zwar ohne dabei die Kräfte, die
mit dem Linearaktuator gehalten werden können, zu reduzieren.
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Der
Linearaktuator weist vorteilhaft eine kompakte, platzsparende Motoranordnung
derart auf, dass der vom Stator umschlossene Rotor von einer axialen
Bohrung durchsetzt, ist durch welche die Spindel geführt ist.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
das Lager bis an den Rotor herangeführt, wobei das Lager teilweise
in den Bereich des Stators ragt.
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Dadurch
wird das Lager teilweise in den Statorbereich hinein verlagert,
das heißt
das Lager steht nicht mit der vollen Länge über dem Elektromotor hervor.
Dieses führt
zu einer weiteren wesentlichen Verkürzung der Bauform des Linearaktuators.
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Besonders
vorteilhaft sind auch die die Spindel umschließenden Komponenten des Gewindetriebs,
die insbesondere von einer Mutter und von zwischen der Mutter und
der Spindel umlaufenden Wälzkörpern gebildet
sind, in den Bereich des Elektromotors teilweise hinein verlagert.
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Zweckmäßig ist
hierzu die Mutter in einer Endlage mit den Wälzkörpern bis an den Rotor herangeführt, wobei
die Mutter in den Bereich des Stators ragt. Damit kann die Bauform
des Linearaktuators noch weiter verkürzt werden.
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Wesentlich
hierbei ist, dass die Hineinverlagerung von Teilen des Gewindetriebs
und des Lagers in den Bereich des Elektromotors die Leistungsfähigkeit
des Linearaktuators nicht negativ beeinflusst wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1:
Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Linearaktuators.
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2:
Detaildarstellung der Komponenten eines Gewindetriebs für den Linearaktuator
gemäß 1.
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1 zeigt
den Aufbau eines Linearaktuators 1. Der Linearaktuator 1 weist
ein Aktuatorelement in Form einer Kolbenstange 2 auf. Die
Kolbenstange 2 kann eine Axialbewegung ausführen, das heißt eine
Linearbewegung in Längs richtung
des Linearaktuators 1. Zur Generierung der Liniearbewegung
der Kolbenstange 2 ist eine Spindel 3 vorgesehen,
die innerhalb des Gehäuses 4 des
Linearaktuators 1 angeordnet und dort ortsfest angeordnet
und um ihre Längsachse
drehbar gelagert ist. Die Spindel 3 wird mittels eines
Elektromotors 5 in Drehbewegungen versetzt. Die Drehbewegung
der Spindel 3 wird mittels eines Gewindetriebs 6 in
eine Axialbewegung der Kolbenstange 2 umgesetzt.
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Die
Komponenten des Gewindetriebs 6 sind in 2 detailliert
dargestellt.
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Die
Spindel 3 weist an ihrer Mantelfläche eine Außenprofilierung 3a in
Form von Rillen auf. Die Spindel 3 bildet somit eine Gewindespindel.
Die Spindel 3 ist von einer Mutter 7 umgeben,
wobei die Mutter 7 und die Spindel 3 relativ zueinander
drehbar sind. An der Innenseite der Mutter 7 ist eine Innenprofilierung 7a in
Form von Rillen vorgesehen. Zwischen der hohlzylindrischen Mutter 7 und
der Spindel 3 ist eine vorgegebene Anzahl von Wälzkörpern 8 vorgesehen.
Anstelle von Wälzkörpern 8 können auch
Rollenkörper
vorgesehen sein. Die Wälzkörper 8 sind
in äquidistanten
Winkeldistanzen in Umfangsrichtung der Spindel 3 versetzt
angeordnet, wobei die Längsachsen
der Wälzkörper 8 parallel
zur Längsachse
der Spindel 3 verlaufen. Die längsseitigen Enden der Wälzkörper 8 sind
jeweils in einer Abstandsscheibe 9 drehbar gelagert. Die
Wälzkörper 8 weisen jeweils
eine erste Profilierung 8a und eine zweite Profilierung 8b auf.
Mit der ersten Profilierung 8a wird ein axialer Kraftschluss
des Wälzkörpers 8 mit
der Spindel 3 hergestellt, indem diese Profilierung 8a in
der Außenprofilierung 3a der
Spindel 3 geführt
ist. Mit der zweiten Profilierung 8b wird ein axialer Kraftschluss des
Wälzkörpers 8 mit
der Mutter 7 hergestellt, indem diese Profilierung 8b in
der Innenprofilierung 7a der Mutter 7 geführt ist.
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Mit
dem so ausgebildeten Gewindetrieb 6 wird eine Drehbewegung
der Spindel 3 in eine Axialbewegung der Mutter 7 umgesetzt.
Dabei ist die Mutter 7 fest mit der Kolbenstange 2 verbunden.
Zudem ist die Mutter 7 durch eine Verdrehsicherung 10 in Form
von Säulenführungen
gegen Verdrehungen gesichert, so dass die Mutter 7 eine
reine Linearbewegung ausführt,
die direkt auf die Kolbenstange 2 übertragen wird. Das vordere
Ende der Kolbenstange 2 ist dabei in einem Gleitlager 11 gelagert.
Am vorderen Ende der Kolbenstange 2 befindet sich eine Aufnahme 12,
an welcher ein Werkzeug oder dergleichen befestigt werden kann.
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Wie
aus 1 ersichtlich, bildet die Spindel 3 die
Antriebswelle des Elektromotors 5. Der bezüglich der
Längsachse
der Spindel 3 rotationssymmetrische Rotor 13 des
Elektromotors 5 umschließt die Spindel 3,
das heißt
die Spindel 3 durchsetzt eine axiale Bohrung des Rotors 13.
Der hohlzylindrische Stator 14 umschließt wiederum den Rotor 13.
Wie aus 1 ersichtlich, weist der Stator 14 eine
größere Länge als
der Rotor 13 auf, so dass über den Rotor 13 hervorstehende
Wickelköpfe
bildende Statorabschnitte 14a an beiden Enden des Stators 14 erhalten
werden.
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Wie
aus 1 weiter ersichtlich, ist nur an dem der Kolbenstange 2 abgewandten
Ende des Elektromotors 5 ein Lager 15 zur Lagerung
der Spindel 3 vorgesehen, wobei das Lager 15 eine
Axiallagerung bildet. Die Lagerung der Spindel 3 am anderen Ende
des Elektromotors 5 wird dagegen durch den Gewindetrieb 6 übernommen.
Durch die damit erzielte Einsparung eines Lagers kann die Bauform
des Linearaktuators 1 erheblich verkürzt werden.
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Das
Lager 15 besteht im vorliegenden Fall aus drei Schrägkugellagern 15a–c. Zwei
dieser Schrägkugellager 15a,
b arbeiten auf Druck, während
das dritte Schrägkugellager 15c auf
Zug arbeitet. Die das Lager 15 bildenden Schrägkugellager 15a–c sind
bis dicht an den Rotor 13 des Elektromotors 5 herangeführt, so
dass das linke Schrägkugellager 15a im
Bereich des Statorabschnitts 14a des Stators 14 liegt.
Durch diese aneinander geschobene Bauweise von Lager 15 und
Elektromotor 5 wird eine besonders kurze und kompakte Bauform
des Linearaktuators 1 erhalten.
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An
der anderen Seite des Elektromotors 5 übernimmt die Mutter 7 mit
dem Wälzkörper 8 die
Lagerung der Spindel 3. Die Mutter 7 ist dabei
so ausgebildet, dass sie in ihrer Endlage, in welcher die Kolbenstange 2 vollständig eingefahren
ist, bis an den Rotor 13 des Elektromotors 5 herangeführt ist,
so dass ein Randbereich der Mutter 7 innerhalb des Statorabschnitts 14a liegt.
Damit bildet auch die Mutter 7 mit dem Elektromotor 5 eine
ineinander geschobene Bauweise, wodurch ebenfalls eine kurze und
kompakte Bauform des Linearaktuators 1 erhalten wird.
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Mittels
des Elektromotors 5 kann die Spindel 3 in unterschiedlichen
Drehrichtungen bewegt werden. Je nach Drehrichtung der Spindel 3 wird
die Kolbenstange 2 aus dem Gehäuse 4 des Linearaktuators 1 ausgefahren
oder in dieses eingefahren. Zur Fixierung einer Stellung der Kolbenstange 2 ist
im hinteren, der Kolbenstange 2 abgewanden Bereich des
Gehäuses 4 eine
Haltebremse 16 vorgesehen.
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- 1
- Linearaktuator
- 2
- Kolbenstange
- 3
- Spindel
- 3a
- Außenprofilierung
- 4
- Gehäuse
- 5
- Elektromotor
- 6
- Gewindetrieb
- 7
- Mutter
- 7a
- Innenprofilierung
- 8
- Wälzkörper
- 8a
- Profilierung
- 8b
- Profilierung
- 9
- Abstandsscheibe
- 10
- Verdrehsicherung
- 11
- Gleitlager
- 12
- Aufnahme
- 13
- Rotor
- 14
- Stator
- 14a
- Statorabschnitt
- 15
- Lager
- 15a–c
- Schrägkugellager
- 16
- Haltebremse