DE202017007002U1

DE202017007002U1 - Elektromotorischer Spindelantrieb

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Publication number: DE202017007002U1
Application number: DE202017007002.2U
Authority: DE
Original assignee: Baumueller Nuernberg GmbH
Current assignee: Baumueller Nuernberg GmbH
Priority date: 2017-11-23
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2019-02-25
Anticipated expiration: 2027-11-24
Also published as: DE102017220984A1

Abstract

Elektromotorischer Spindelantrieb (2), insbesondere zur Verwendung in einer Getränkemaschine, aufweisend- einen Elektromotor (4) mit einem Rotor (8), welcher eine Gewindespindel (10) rotatorisch antreibt,- eine Spindelmutter (16), welche starr an eine koaxial zur Gewindespindel (10) angeordnete Kolbenstange (24) angebunden ist, und die mit der Gewindespindel (10) im Eingriff ist,- ein Gehäuseteil (28), in welchem die Spindelmutter (16) und die Kolbenstange (24) mittels eines Führungselements (20) in Axialrichtung (A) linear geführt sind,gekennzeichnet durch- eine im Gehäuseteil (28) umfangsseitig der Kolbenstange (24) angeordnete Linearführung (22) für das Führungselement (20), und- eine in der Linearführung (22) angeordnete Durchführung (53), welche in radialer Richtung (R) mit einer im Gehäuseteil (28) vorgesehenen Einfüllöffnung (40) für ein Betriebs- oder Schmiermittel fluchtet, wobei die Einfüllöffnung (40) sowohl zur Aufnahme eines Verschlusses (42) zum dichten Verschließen als auch zur Aufnahme eines rohrartigen Nachfüllelements (44) zur Zufuhr des Betriebs- oder Schmiermittel, insbesondere an die Kolbenstange (24), an die Gewindespindel (10) und/oder an die Spindelmutter (16), vorgesehen und eingerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Spindelantrieb, insbesondere zur Verwendung in einer Getränkemaschine, wobei der Spindelantrieb einen Elektromotor mit einem Rotor, welcher eine Gewindespindel rotatorisch antreibt, sowie eine Spindelmutter aufweist, welche starr an eine koaxial zur Gewindespindel angeordnete Kolbenstange angebunden ist, und wobei die Spindelmutter mit der Gewindespindel im Eingriff ist.
Bei einem derartigen Spindelantrieb wird eine Drehbewegung eines Rotors in eine lineare Verstellbewegung einer Kolbenstange entlang einer (auf die Motor- oder Wellenachse bezogenen) Axialrichtung umgesetzt. Hierzu steht insbesondere eine Gewindemutter in Eingriff mit einer mittels des Rotors drehangetriebenen Gewindespindel. Dabei ist die Spindelmutter gegen eine Drehung gestützt (gesichert) und entlang der Axialrichtung linear geführt. Insbesondere ist die Spindelmutter ferner mit der Kolbenstange gekoppelt, so dass bei einer Rotation der Gewindespindel die Spindelmutter und die damit gekoppelte Kolbenstange linear verstellt werden.
Insbesondere zur Reduzierung einer Reibung wird typischerweise ein Schmiermittel im Spindelantrieb eingesetzt. Zur Zufuhr dieses Schmiermittels, etwa bei Erstinbetriebnahme oder bei einer Wartung des Spindelantriebs, weist der Spindelantrieb eine Einfüllvorrichtung auf, welche beispielsweise als ein Schmiernippel oder als eine (offen) zugängliche Schmierbohrung ausgeführt ist.
So ist beispielsweise aus der DE 10 2008 050 993 B4 ein Spindelmotor mit einem Elektromotor und mit einem mittels diesem antegetriebenen Spindelantrieb mit einer Spindel und mit einer linear bewegbaren Spindelmutter bekannt. Mit der Spindelmutter ist dabei eine Kolbenstange schraubverbunden, weshalb diese mit der Spindelmutter mitbewegt wird. Zum Zuführen eines Schmierstoffes weist die Kolbenstange einen Schmiernippel auf, so dass eine von außen stets zugängliche Schmierung ermöglicht ist. Hierbei ragt der Bereich der Kolbenstange, welcher den Schmiernippel aufweist, auch im vollständig eingefahrenen Zustand über ein die Kolbenstange umfassendes Gehäuseteil in axialer Richtung empor.
In der DE 10 2009 007 958 A1 ist ein Spindelmotor offenbart, welcher einen Elektromotor mit einem Rotor umfasst, der mit einer Gewindespindel verbunden ist. Dabei ist die Gewindespindel mit einer Spindelmutter in Eingriff, welche wiederum mit einer Kolbenstange verbunden ist. Eine lineare Führung der Spindelmutter erfolgt hierbei mittels Führungsteilen, welche mit Linearvorrichtungen verbunden sind, so dass beim Drehen der Gewindespindel die Spindelmutter axial bewegt wird. Der Spindelmotor weist des Weiteren an einem Gehäuseteil eine Einfüllvorrichtung für Öl auf, die in einen Raumbereich außerhalb der Kolbenstange mündet.
Sollen solche Spindelantriebe in der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden, beispielsweise beim Verschließen von Glasflaschen mit einem Kronkorken-Verschluss, müssen die Spindelantriebe entsprechenden Hygienevorschriften und Normen genügen (Hygienic Design). Insbesondere soll dabei eine Einfüllöffnung für Schmiermittel ausreichend dicht verschlossen sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromotorischen Spindelantrieb anzugeben, welcher zur Verwendung in der Lebensmittelindustrie geeignet ist. Dabei soll eine gezielte Zufuhr eines Schmiermittels an gewünschte Bauteile ermöglicht sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Hierzu weist der elektromotorische Spindelantrieb, welcher insbesondere zur Verwendung in der Lebensmittelindustrie in einer Getränkemaschine ausgebildet ist, einen Elektromotor mit einem Rotor auf, welcher eine Gewindespindel rotatorisch antreibt. Des Weiteren umfasst der Spindelantrieb eine Spindelmutter, welche starr, d.h. rotations- und verschiebefest, an eine koaxial zur Gewindespindel angeordnete, zweckmäßigerweise hohlzylindrische, Kolbenstange angebunden ist. Mit anderen Worten sind die Spindelmutter und die Kolbenstange rotations- und verschiebefest miteinander, beispielsweise formschlüssig, verbunden oder gefügt. Dabei ist die Spindelmutter mit der Gewindespindel im Eingriff. Ferner sind die Spindelmutter sowie die an diese angebundene Kolbenstange in einem Gehäuseteil mittels eines Führungselements in Axialrichtung linear geführt. Hierzu ist im Gehäuseteil umfangsseitig der Kolbenstange eine Linearführung für das Führungselement angeordnet.
In der Linearführung ist ferner eine Durchführung angeordnet, welche in radialer Richtung mit einer im Gehäuseteil vorgesehenen Einfüllöffnung für ein Betriebs- oder Schmiermittel fluchtet. Die gehäuseseitige Einfüllöffnung ist dabei sowohl zur Aufnahme eines Verschlusses zum dichten Verschließen der Einfüllöffnung als auch zur Aufnahme eines rohrartigen Nachfüllelements zur Zufuhr des Betriebs- oder Schmiermittels, vorzugsweise an die Spindelmutter und alternativ oder zusätzlich an die Kolbenstange und/oder an die Gewindespindel, vorgesehen und eingerichtet.
Zusammenfassend ist besonders vorteilhaft in die Einfüllöffnung zur vereinfachten Zufuhr für das Schmier- oder Betriebsmittel ein Nachfüllelement einbringbar bzw. eingebracht, wobei die Einfüllöffnung mittels des Verschlusses derart dicht verschließbar bzw. verschlossen ist, dass ein Austritt der Schmier- oder Betriebsmittels auch bei vergleichsweise hohen Temperaturen und/oder Drücken, beispielsweise bei einer Reinigung, verhindert ist. In der Folge ist der Spindelantrieb für die Verwendung im Lebensmittelbereich geeignet.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Linearführung rohrartig ausgebildet und weist eine mantelseitige Öffnung auf, in welcher das Führungselement einsitzt. Mit anderen Worten ist die Linearführung hohlzylinderförmig. Dabei ist diese umfangsseitig der Kolbenstange und der mit dieser verbundenen Gewindespindel angeordnet. Vorzugsweise ist die mantelseitige Öffnung dabei langlochartig und erstreckt sich zweckmäßigerweise in Axialrichtung.
Das Führungselement ist geeigneterweise starr an der Kolbenstange befestigt. Beispielsweise ist das Führungselement hierzu mit der Kolbenstange verschraubt. In einer alternativen Ausgestaltung ist das Führungselement zusätzlich oder lediglich an die Spindelmutter angebunden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Kolbenstange rohrartig, also hohlzylinderförmig, ausgebildet. Im Bereich der Spindelmutter weist die Kolbenstange eine Durchmessererweiterung deren Innendurchmessers auf. Mit anderen Worten ist der Innendurchmesser der rohrartigen Kolbenstange im Bereich der Spindelmutter größer als im restlichen Kolbenstangenbereich.
Die Spindelmutter sitzt dabei an der dem Elektromotor zugewandten Stirnseite der Kolbenstange ein. Zusammenfassend ist somit der Innendurchmesser der Kolbenstange im Bereich deren dem Elektromotor zugewandte Stirnseite vergrößert. Die Spindelmutter weist dabei zweckmäßigerweise einen Außendurchmesser auf, welcher kleiner ist als im Bereich der Durchmessererweiterung, aber größer als im restlichen Bereich der Kolbenstange, so dass die Kolbenstange einen Anschlag für die Spindelmutter bildet und diese somit in axialer Richtung vom Elektromotor ausgehend hält.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Kolbenstange zur Bildung eines rotationsfesten (drehfesten) Einsitzes der Spindelmutter in dieser einen sich von deren dem Elektromotor zugewandten Stirnseiten entlang der Axialrichtung erstreckenden Führungsschlitz auf. In diesem Führungsschlitz sitzt ein an der Spindelmutter außenumfangsseitig angeordnetes, beispielsweise angeformtes, Fügeelement ein, welches zweckmäßigerweise im Montagezustand nicht über die Kolbenstange emporsteht. Im Zuge einer Erstmontage wird auf diese Weise der rotationsfeste Einsitz der Spindelmutter in der Kolbenstange bereits mittels eines einfachen Ineinanderschiebens realisiert.
Des Weiteren ist beispielsweise an der dem Elektromotor zugewandten Stirnseite der Spindelmutter ein Sicherungsring angeordnet, welcher ein Verstellen der Spindelmutter relativ zur Kolbenstange in Axialrichtung zum Elektromotor hin verhindert. Hierzu weist die Kolbenstange an deren Innenseite, also deren der Gewindespindel zugewandten Seite, eine Aufnahmenut auf, in welcher der Sicherungsring aufgenommen ist. Zweckmäßig ist die Aufnahmenut dabei in einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung angeordnet. Beispielsweise ist zusätzlich zum Anschlag für die Spindelmutter, welcher mittels der Durchmessererweiterung des Innendurchmessers der Kolbenstange gebildet ist, an der dortigen Stirnseite der Spindelmutter ein zweiter Sicherungsring gegen ein Verstellen in Axialrichtung angeordnet, wobei der dortige Sicherungsring ebenfalls als Passring dient.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung weisen die Kolbenstange und die, insbesondere in dieser einsitzende, Spindelmutter miteinander fluchtende Durchlässe auf. Diese Durchlässe fluchten in einem ausgefahrenen Zustand der Kolbenstange in radialer Richtung mit der Durchführung der Linearführung und somit mit der Einfüllöffnung.
Mittels des in der Einfüllöffnung aufgenommenen und durch die Durchführung der Linearführung geführten rohrartigen Nachfüllelements ist eine Zufuhr des Schmier- oder Betriebsmittels an die Gewindespindel und besonders bevorzugt an die Spindelmutter ermöglicht. Sofern die Kolbenstange in die Position ausgefahren ist, in welcher die Durchführung der Linearführung ebenfalls mit den Durchlässen der Kolbenstange und der Spindelmutter fluchten, ist es vorteilhafterweise ermöglicht, das Nachfüllelement an die Durchlässe zu führen. Auf diese Weise sind das Schmier- oder Betriebsmittel mittels des rohrartigen Nachfüllelements direkt in die Durchlässe und somit direkt an die Gewindespindel zuführbar. Zusätzlich sind das Schmier- oder Betriebsmittel mittels des Nachfüllelements in einem beliebig ausgefahrenen Zustand der Kolbenstange an diese zuführbar. Hierzu ist das Nachfüllelement insbesondere zumindest teilweise in die Durchführung der Linearführung eingebracht, wobei das Nachfüllelement dabei vorzugsweise allerdings nicht zu dieser auf deren der Kolbenstange zugewandten Seite emporsteht.
Zusammenfassend bilden das Nachfüllelement und die Durchlässe einen Schmierkanal, welcher lediglich temporär im Zuge der Zufuhr des Schmier- oder des Betriebsmittels gebildet ist, also solange das Nachfüllelement im Spindelantrieb aufgenommen ist. Somit ist vorteilhaft ein Schmierkanal zur Zufuhr des Schmier- oder des Betriebsmittels an die entsprechenden Komponenten ohne Beanspruchung eines zusätzlichen Bauraums für einen permanenten Schmierkanal realisiert.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung weist der Durchlass der Kolbenstange eine Verjüngung zum Durchlass der Spindelmutter hin auf. Vorzugsweise weist der Durchlass am der Spindelmutter gegenüberliegenden Ende einen Durchmesser auf, welcher größer ist als der Durchmesser des rohrartigen Nachfüllelements. Auf diese Weise ist insbesondere eine Führung für das Nachfüllelement bei dessen Aufnahme in den Spindelantrieb bereitgestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung bildet das Gehäuseteil im Bereich der Einfüllöffnung eine ebene Anlagefläche für den Verschluss. Auf diese Weise ist der Verschluss, welcher insbesondere in einer besonders einfachen Ausführung ebenfalls eine ebene Anlagefläche (Flansch) an dessen dem Gehäuseteil zugewandten Seite aufweist, derart am Gehäuseteil anordenbar bzw. angeordnet, dass die Anlagefläche des Verschlusses und des Gehäuseteils parallel zueinander verlaufen. Derart ist es erleichtert den Verschluss ohne Bildung von ungewollten Zwischenräumen dichtend am Gehäuseteil anzuordnen. Folglich ist eine Anlagerung von Schmutzpartikeln oder Reinigungsresten zwischen dem Verschluss und dem Gehäuseteil vermieden und eine Dichtheit des Verschlusses erhöht.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung weist die Durchführung der Linearführung ein Gewinde auf, mittels welchem der Verschluss bzw. das Nachfüllelement befestigbar, insbesondere einschraubbar ist.
Hierzu ist der Verschluss aus einer Hygieneschraube und einer entsprechend zwischen dieser und dem Gehäuseteil angeordneten (Hygiene-)Dichtung gebildet. Hierbei ist unter einer Hygieneschraube eine Schraube zu verstehen, welche für einen Einsatz im Lebensmittelbereich geeignet ist. Dabei weist die Hygieneschraube insbesondere eine vergleichsweise geringe Oberflächenrautiefe auf, so dass ein Haften von Schmutzpartikel an dieser vermieden ist. Zudem Weist die Hygieneschraube keine Einprägung, Vertiefung oder Verzahnung auf, weshalb ebenfalls eine Ansammlung von Schmutzpartikeln vermieden ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist ein den Elektromotor umfassendes Motorgehäuseteil, insbesondere zur verbesserten Wärmeabfuhr, an dessen dem Elektromotor abgewandten Außenseite eine möglichst große Oberfläche auf. Dieser Aspekt stellt eine eigenständige Erfindung dar. Ein solcher elektromotorischer Spindelantrieb, welcher insbesondere zur Verwendung in einer Getränkemaschine vorgesehen und eingerichtet ist, weist dann einen Elektromotor mit einem Rotor, welcher eine Gewindespindel rotatorisch antreibt, sowie eine Spindelmutter auf, welche starr an eine koaxial zur Gewindespindel angeordnete Kolbenstange angebunden sind, und wobei die Spindelmutter und die Kolbenstange in einem Gehäuseteil, welches die Kolbenstange und die Spindelmutter umfasst, in Axialrichtung linear geführt sind. Dabei weist ein Motorgehäuseteil, insbesondere an dessen (dem Elektromotor bzw. dessen Rotor und Stator abgewandten) Außenseite, eine die Gehäuseoberfläche dieses Motorgehäuseteils vergrößernde Gehäusestruktur auf. Vorzugsweise sind dabei die Konstruktionsrichtlinien und Normen für den Einsatz im Lebensmittelbereich (Hygienic Design) bezüglich des Motorgehäuseteils eingehalten. Das Motorgehäuse umfasst (umschließt) insbesondere den Stator und den Rotor des Elektromotors.
Vorzugsweise ist das Motorgehäuseteil dabei als separate Komponente ausgebildet, alternativ ist es als mit dem Gehäuseteil einteilig und zusammenhängend ausgebildet. Zweckmäßigerweise ist dieses zylinderartig ausgebildet, wobei das Motorgehäuseteil vorzugsweise eine Wellenform an dessen Außenseite aufweist. Mit anderen Worten ist eine Dicke der Wandung des Motorgehäuseteils, also die Differenz zwischen dessen Außen- und Innendurchmesser bzw. -radius, nicht konstant. Insbesondere ändert sich die Dicke periodisch entlang der Axialrichtung unter Bildung der Wellenform. Die Wellenform kann sich auch in Radialrichtung oder über den Gehäuseumfang schräg verlaufend, also etwa spiralförmig oder schrauben- oder gewindeartig, erstrecken. Vorzugsweise ist die Wellenform dabei derart ausgebildet, dass eine mittlere Dicke der Wandung des Motorgehäuseteils möglichst klein ist.
Zudem ist das Motorgehäuseteil beispielsweise aus einem korrosionsbeständigen Material, wie einem Edelstahl gebildet, wobei aufgrund der vergrößerten Oberfläche und der vergleichsweise geringen mittleren Dicke - insbesondere auch bei einer materialbedingten vergleichsweise kleinen Wärmeabführung - die Wärmeabführung mittels Konvektion und eine Wärmeabstrahlung des Motorgehäuseteils, insbesondere im Vergleich zu einer glatten, strukturlosen Zylinderoberfläche, vorteilhaft verbessert ist. Des Weiteren ist die Oberfläche des Motorgehäuseteils vorzugsweise derart vergrößert, dass insbesondere eine Ansammlung von Schmutzpartikeln vermieden ist. So ist beispielsweise kein Hinterschnitt an der Außenseite des Motorgehäuseteils angeordnet. Zusätzlich ist eine optische Ansehnlichkeit des Spindelantriebs verbessert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Gewindespindel mittels eines Gleitlagers an der Kolbenstange gestützt. Dieser Aspekt stellt ebenfalls eine eigenständige Erfindung dar. Hierbei weist der elektromotorische Spindelantrieb, welcher insbesondere zur Verwendung in einer Getränkemaschine vorgesehen und eingerichtet ist, einen Elektromotor mit einem Rotor, welcher eine Gewindespindel rotatorisch antreibt, sowie eine Spindelmutter auf, welche starr an eine koaxial zur Gewindespindel angeordnete Kolbenstange angebunden und mit der Gewindespindel im Eingriff ist. Dabei ist an der Kolbenstange innenumfangsseitig eine Gleitlagerbuchse zur Führung eines Gleitkörpers unter Bildung eines Gleitlagers angeordnet. Der Gleitkörper ist geeigneterweise an einem an der dem Elektromotor abgewandten Stirnseite der Gewindespindel angeordneten Zapfen befestigt. Mit anderen Worten ist die Gleitlagerbuchse rohrartig ausgebildet, wobei diese koaxial zur Gewindespindel orientiert ist.
Zur Befestigung des insbesondere hohlzylinderförmig ausgeführten Gleitkörpers weist die Gewindespindel beispielsweise im entsprechenden Endbereich einen Zapfen auf, welcher sich in Axialrichtung erstreckt und vom Gleitkörper umfasst ist/wird. Dabei ist der Gleitkörper vorzugsweise aus einem vergleichsweise harten und verschleißarmen Material, beispielsweise einem Thermoplast mit für den Betrieb geeigneten Eigenschaften, gebildet.
Auf diese Weise ist die Gewindespindel, insbesondere bei deren vergleichsweise langen Ausführung, in radialer Richtung gestützt. Mit anderen Worten werden auf die Gewindespindel betriebsbedingt wirkende Radialkräfte mittels der Gleitlagerbuchse und dem Gleitkörper gestützt. Vorteilhafterweise ist ein derartig gebildetes Gleitlager, insbesondere im Vergleich zu einem Wälzlager oder einer Kombination aus Gleit- und Wälzlager, kostensparend und wartungsarm sowie verschleißarm, weshalb eine Lebensdauer des Lagers verbessert ist. Des Weiteren ist ein derartiges Gleitlager vorteilhafterweise vergleichsweise geräuscharm.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass, aufgrund der Ausführung des Verschlusses in der oben beschriebenen Form die Einfüllöffnung derart dicht verschlossen ist, dass der Spindelantrieb unter Einhaltung der dazu erforderlichen Normen und Vorschriften in der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden kann. Weiterhin vorteilhaft ist, dass mittels des Nachfüllelements das Schmier- oder Betriebsmittel direkt und gerichtet an die Gewindespindel und/oder an die Kolbenstange zugeführt werden kann.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 in perspektivischer Schnittdarstellung entlang der Längsachse einen Spindelantrieb, welcher eine von einem Rotor eines Elektromotors rotatorisch angetriebenen Gewindespindel sowie eine mit dieser im Eingriff stehenden und gegen Drehung gestützte Spindelmutter aufweist, wobei an der Spindelmutter eine Kolbenstange angebunden ist,
2 in perspektivischer Darstellung eine Linearführung mit einer Öffnung für ein an der Kolbenstange befestigtes Führungselement zur linearen Führung der Spindelmutter und der Kolbenstange entlang einer Axialrichtung,
3 in einer Explosionsdarstellung die Kolbenstange und die in dieser einsitzende Spindelmutter sowie zwei Sicherungsringe, welche die Spindelmutter gegen ein axiales Verstellen hält,
4 ausschnittsweise in einem Längsschnitt den Spindelantrieb im ausgefahrenen Zustand, mit einer Einfüllöffnung in einem Gehäuseteil, in welcher ein Nachfüllelement aufgenommen ist, wobei das Nachfüllelement durch eine Durchführung der Linearführung an einen Durchlass der Kolbenstange geführt ist, und
5 ausschnittsweise in einem Längsschnitt einen Zapfen der Spindelmutter mit umfangsseitigem Gleitkörper, welcher mit an der Kolbenstange innenumfangsseitig angeordneten Gleitlagerbuchsen ein Gleitlager bildet.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen Spindelantrieb 2. Dieser umfasst einen Elektromotor 4 mit einem Stator 6 sowie mit einem Rotor 8. Der Rotor 8 treibt eine Gewindespindel 10 mittels einer mit dieser verbundenen Rotorwelle 12 an. Dabei ist die Gewindespindel 10 motorseitig mittels eines, gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Axial-Schrägkugellager ausgebildeten, Lagers 14 drehbar gelagert.
Mit der Gewindespindel 10 steht eine Spindelmutter 16 in Eingriff. Insbesondere greift hierzu ein hier nicht weiter dargestelltes Innengewinde der Spindelmutter 16 in ein Außengewinde 18 der Gewindespindel 10. Die Spindelmutter 16 ist gegen eine Drehung mittels eines Führungselements 20 und einer die Kolbenstange umfassenden rohrförmigen Linearführung 22 gestützt (2 und 3), so dass bei einer Rotation der Gewindespindel 10 die Spindelmutter16 entlang einer (Längsrichtung) Axialrichtung A der Gewindespindel 10 linear verstellt (verfahren) wird. Mit der Spindelmutter 16 ist eine zur Gewindespindel 10 koaxial angeordnete und rohrförmige Kolbenstange 24 starr, d.h. bezüglich der Spindelmutter rotations- und verschiebefest, angebunden, so dass die Kolbenstange 24 bei einem Verstellen der Spindelmutter 16 mitbewegt wird. Dabei ist an der dem Elektromotor 4 abgewandten Stirnseite der Kolbenstange 24 ein Kolbenkopf 26 befestigt, insbesondere gemäß diesem Ausführungsbeispiel eingeschraubt, in welchem beispielsweise ein weiteres Werkzeug zum Aufpressen eines Kronkorken auf einen Flasche bei einer Verwendung des Spindelantriebs 2 in einer Getränkemaschine aufgenommen werden kann.
Insbesondere zur Vermeidung von Reibungsverlusten und zur Verteilung der aufgrund der Reibung entstehenden Wärme, ist ein Schmiermittel wie beispielsweise Öl vorgesehen und in den die Gewindespindel 10 aufnehmenden Innenraum des Spindelantriebs 2 eingebracht, welcher mittels eines Gehäuseteils 28 umfangsseitig abgeschlossen ist.
Die Kolbenstange 24 weist dabei eine sich in Axialrichtung A erstreckende Schmierstoffbohrung 30 und eine mit dieser verbundene motorseitig der Spindelmutter 16 angeordnete Radialbohrung 32 auf, durch welche Luft und/oder ein Schmier- oder Betriebsmittel, insbesondere zur Vermeidung eines Überdrucks bei einer Verstellbewegung, strömen kann. Des Weiteren ist das Gehäuseteil 28 koaxial und beabstandet zur Linearführung 22 angeordnet, wobei der zwischen der Linearführung 22 und dem Gehäuseteil 28 gebildete Raumbereich 34 ebenfalls zum Druckausgleich über eine Öffnung 36 der Linearführung 22 mit dem die Gewindespindel 10 umfassenden Raumbereich 38 verbunden ist.
Das Gehäuseteil 28 weist eine Einfüllöffnung 40 für das Schmier- oder das Betriebsmittel auf. Gemäß der 1 ist in der Einfüllöffnung 40 ein aus einer Hygieneschraube 42a und einer entsprechenden Dichtung 42b gebildeter Verschluss 42 zum dichten Verschließen der Einfüllöffnung 40 aufgenommen, jedoch ist diese, wie in 4 dargestellt ist, auch zur Aufnahme eines rohrartigen Nachfüllelements 44 für Betriebs- oder Schmiermittel vorgesehen und eingerichtet.
Dabei weist das Gehäuseteil 28 in einem der Einfüllöffnung 40 zugeordneten Bereich eine ebene Anlagefläche 28a auf, so dass die Hygieneschraube 42 zusammen mit der zugeordeten Dichtung 42b die Einfüllöffnung 40 ohne Bildung von Hohlräumen (Toträumen) dicht verschließt.
Ferner ist im dem Elektromotor 4 abgewandten Endbereich der Linearführung 22 zwischen dieser und der Kolbenstange 24 ein als Gleitlagerbuchse ausgeführter Führungsring 46 angeordnet. Des Weiteren sitzt an der dem Elektromotor 4 abgewandten Stirnseite der Linearführung 22 einen abnehmbaren Abstreiferring 48 für einen Abstreifer 50 ein, so dass der Innenraum der Gewindespindel nach außen hin abgedichtet ist. In einer nicht weiter dargestellten alternativen Ausführung ist anstelle des Abstreiferrings 48 eine weitere Gleitlagerbuchse zwischen der Linearführung 22 und der Kolbenstange 24 angeordnet, welche dann als Abstreifer 50 agiert.
Des Weiteren ist der Elektromotor 4 des Spindelantriebs 2 von einem Motorgehäuseteil 51 umfasst. Dieses weist dabei an dessen dem Elektromotor 4 abgewandten Außenseite eine vergleichsweise große Oberfläche, d.h. eine gegenüber einer glatten Oberfläche (Zylinderfläche) vergrößerte Oberfläche auf. Hierzu weist das Motorgehäuseteil 51 eine Wellenform mit Wellenbergen 51a und Wellentälern 51b als oberflächenvergrößernde Struktur (Strukturelemente) auf. Dabei ändert sich eine Dicke der Wandung des Motorgehäuseteils 51 - und somit auch der Durchmesser des Motorgehäuseteils 51 - unter Bildung der Wellenform entlang der Axialrichtung A. Eine solche Wellenform bzw. Wellenstruktur 51a, 51b mit Wellenbergen 51a und Wellentälern 51b kann sich auch in Radialrichtung an der Oberfläche des Motorgehäuseteils 51 erstrecken. Auch ist eine über den Außenumfang des Gehäuseteils 51 schräg verlaufende Wellenstruktur mit Wellenbergen und Wellentälern, beispielsweise eine gewinde- oder schraubenlinienartige Oberflächenstruktur, denkbar.
Dabei ist eine mittlere Dicke der Wandung des Motorgehäuseteils 51 geringer als eine Dicke der Wandung des Gehäuseteils 28. Auf diese Weise ist eine Wärmeabfuhr vom Elektromotor 4 an die Umgebung des Spindelantriebs 4, insbesondere mittels Konvektion und Wärmeabstrahlung, verbessert, so dass die Temperatur des Elektromotors 4 bei dessen Betrieb vergleichsweise niedrig bleibt. Das derart ausgebildete Motorgehäuseteil 51 genügt dabei insbesondere den konstruktiven Regel- bzw. Normvorschriften des Hygienic Designs zur Verwendung des Spindelantriebs 2 für dessen Verwendung im Lebensmittelbereich. Des Weiteren ist ein (O-Ring) Dichtring 52 zwischen dem Gehäuseteil 28 und dem Motorgehäuseteil 51 angeordnet.
2 zeigt perspektivisch die koaxial zur Kolbenstange 24 angeordnete und rohrartig ausgebildete Linearführung 22. Diese weist die Öffnung 36 auf, welche sich entlang der Axialrichtung A erstreckt und langlochartig ausgebildet ist. Im Montagezustand (1 und 4) sitzt das Führungselement 20 linear verschiebbar in der Öffnung 36 ein. Dabei ist das Führungselement 20 an der Kolbenstange 24 verschraubt, so dass diese sowie die an dieser befestigten Spindelmutter 16 entlang der Erstreckungsrichtung der Öffnung 36, also linear entlang der Axialrichtung A geführt ist.
Ferner ist in der Linearführung 22 eine Durchführung 53 bezüglich der Axialrichtung A zwischen der Öffnung 36 und einer im dem Elektromotor 4 abgewandten Endbereich der Linearführung 22 angeordneten Anlage 54 für das Gehäuseteil 28 angeordnet. Diese fluchtet im Montagezustand mit der Einfüllöffnung 40 des Gehäuseteils 28 bezüglich einer senkrecht zur Axialrichtung A verlaufenden Radialrichtung R. Die Durchführung 53 weist dabei ein, zum Zwecke einer verbesserten Übersicht nicht dargestelltes, Gewinde auf, um den Verschluss 42 (1) bzw. das Nachfüllelement 44 (4) mittels Eindrehen bzw. Einschrauben sicher zu befestigen.
In 3 ist in einer Explosionsdarstellung die Kolbenstange 24 und die an dieser starr, also rotationsfest und verschiebefest in Axialrichtung A, angebundene Spindelmutter 16 gezeigt. Zur rotationsfesten Anbindung weist die Kolbenstange 24 einen sich von der dem Elektromotor 4 zugewandten Stirnseite entlang der Axialrichtung A erstreckenden Führungsschlitz 56 auf. Gemäß der Ausführung der 3 ist dieser an der Seite der Kolbenstange 24 angeordnet, welche einer Aufnahme 58 für ein Schraubelement zur Befestigung des Führungselements 20 umfangsseitig gegenüber liegt. Im Zuge einer Erstmontage wird beim Einbringen der Spindelmutter 16 in den Führungsschlitz 56 der Kolbenstange 24 ein an der Spindelmutter 16 außenumfangsseitig angeordnetes Fügeelement 60 aufgenommen und geführt, so dass dieses im Montagezustand im Führungsschlitz 56 einsitzt und somit die Spindelmutter 16 gegen eine Rotation gegen die Kolbenstange 24 stützt. Im Montagezustand sitzt die Spindelmutter 16 an der dem Elektromotor 4 zugewandten Stirnseite der Kolbenstange 24 ein, wobei diese zusätzlich eine Durchmessererweiterung deren Innendurchmessers im Bereich der Spindelmuttermutter 16 aufweist (1). In Folge der Durchmessererweiterung ist die Spindelmutter 16 im Montagezustand bereits gegen ein Verstellen in Axialrichtung A vom Elektromotor 4 weg gesichert. Des Weiteren ist jeweils ein Sicherungsring 62 an den beiden axialen Stirnseiten der Spindelmutter 16 angeordnet. Der an der dem Elektromotor 4 zugewandten Stirnseite der Spindelmutter 16 angeordnete Sicherungsring 62 sitzt dabei in einer an der Innenseite 64 der Kolbenstange 24 angeordneten Aufnahmenut 66 ein. Somit ist die Spindelmutter gegen ein Verstellen in Axialrichtung A gesichert.
4 zeigt den Spindelantrieb 2 im ausgefahrenen Zustand. Die Kolbenstange 24 sowie die Spindelmutter 16 weisen jeweils einen Durchlass 68 bzw. 70 auf, welche miteinander in Radialrichtung R fluchten. Im ausgefahrenen Zustand der Kolbenstange 24 sind die miteinander fluchtenden Durchlässe 68 und 70 derart positioniert, dass diese wiederum mit der Durchführung 53 der Linearführung 22 sowie mit der Einfüllöffnung 40 in Radialrichtung R fluchten. Auf diese Weise ist das Nachfüllelement 44 durch die Einfüllöffnung 40 und durch die Durchführung 53 an den Durchlass 68 führbar. Das zuzuführende Schmier- oder Betriebsmittel ist auf diese Weise mittels des Nachfüllelements 44 durch die beiden Durchlässe 68 und 70 direkt an die Gewindespindel 10 und an die Spindelmutter 16 zuführbar. Zusätzlich verjüngt sich der Durchlass 68 der Kolbenstange 24 zum Durchlass 70 der Spindelmutter 16 hin. Auf diese Weise ist eine einfache Führung für das Nachfüllelement 44 im Zuge dessen Aufnahme im Spindelantrieb 2 gegeben.
Alternativ ist das Schmier-oder Betriebsmittel auch im nicht ausgefahrenen Zustand durch die Einfüllöffnung 40 direkt in den Raumbereich 34 außerhalb der Linearführung 22 oder mittels des Nachfüllelements 44 der Kolbenstange 24 in den Raumbereich zwischen dieser und der Linearführung 22 zuführbar.
Das Nachfüllelement 44 weist hier zusätzlich zur Erleichterung der Zufuhr des Schmier- oder Betriebsmittels endseitig einen Schmiernippel 72 auf.
5 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt des Spindelantriebs 2. Die Gewindespindel 10 weist an deren dem Elektromotor 4 abgewandten Stirnseite einen ringförmigen Zapfen 74 auf, welcher gemäß diesem Ausführungsbeispiel an die Gewindespindel 10 angeformt ist und durch den die Schmierstoffbohrung 30 in Axialrichtung A verläuft. Außenumfangsseitig des Zapfens 74 ist ein Gleitköper 76 angeordnet. Der Gleitkörper 76 stützt die Gewindespindel 10 in Radialrichtung R gegen an die innenumfangsseitig der Kolbenstange 24 angeordneten Gleitlagerbuchsen 78. Diese erstrecken sich bezüglich der Axialrichtung A von dem Kolbenkopf 26 bis zur Spindelmutter 16, so dass der Gleitkörper 76 zusammen mit den Gleitlagerbuchsen 78 ein Gleitlager bildet, welches die Gewindespindel 10 stützt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind mehrere Gleitlagerbuchsen in Axialrichtung 78 benachbart zueinander angeordnet, jedoch ist gemäß einem nicht weiter dargestellten Ausführungsbeispiel an der Kolbenstange 24 innenumfangsseitig eine einzige Gleitlagerbuchse 78 angeordnet.
Der Zapfen 74 der Gewindespindel 10 weist dabei einen Durchmesser auf, welcher geringer ist als der Durchmesser des mit dem Außengewinde 18 versehenen Bereichs der Gewindespindel 10. Auf diese Weise ist ein Anschlag 80 gegen dessen Verstellen in Axialrichtung A gebildet ist. Der Gleitkörper 76 weist dabei einen Außenumfang auf, welcher größer als der Außenumfang der Gewindespindel 10 ist, so dass die Gewindespindel 10 abtriebsseitig des Elektromotors 4 lediglich mittels des Gleitlagers, der Spindelmutter 16 und den Lagern 14 gestützt ist. Ferner weist der Zapfen 74 der Gewindespindel 10 umfangsseitig an deren dem Elektromotor 4 abgewandten Ende eine Nut 82 auf, in welcher ein Sicherungsring 84 für den Gleitkörper 76 aufgenommen ist. Zusätzlich sitzt zwischen dem Sicherungsring 84 und dem Gleitkörper 76 ein Passring 86 ein.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Insbesondere stellt der Spindelantrieb 2 mit einem Motorgehäuseteil 51 mit einer vergrößerten Oberfläche eine eigenständige Erfindung dar. Dabei weist der elektromotorische Spindelantrieb 2, welcher insbesondere zur Verwendung in einer Getränkemaschine vorgesehen und eingerichtet ist, einen Elektromotor 4 mit einem Rotor 8, welcher eine Gewindespindel 10 rotatorisch antreibt, sowie eine Spindelmutter 16 auf, welche starr an eine koaxial zur Gewindespindel 10 angeordnete Kolbenstange 24 angebunden sind, wobei die Spindelmutter 16 und die Kolbenstange 24 in einem Gehäuseteil 28, welches die Kolbenstange 24 und die Spindelmutter 26 umfasst, in Axialrichtung A linear geführt sind, und wobei ein den Elektromotor 4 umfassendes Motorgehäuseteil 51 an dessen (dem Elektromotor 4 abgewandten) Außenseite eine die Gehäuseoberfläche vergrößernde Oberflächenstruktur aufweist. Dabei sind Konstruktionsrichtlinien und Normen für den Einsatz im Lebensmittelbereich (Hygienic Design) bezüglich des Motorgehäuseteils 51 eingehalten.
Des Weiteren stellt der Spindelantrieb 2 mit einem Gleitlager zwischen der Kolbenstange 24 und dem Zapfen 74 der Gewindespindel 10 eine weitere eigenständige Erfindung dar. Hierbei weist der elektromotorische Spindelantrieb 2, welcher insbesondere zur Verwendung in einer Getränkemaschine vorgesehen und eingerichtet ist, einen Elektromotor 4 mit einem Rotor 8, welcher eine Gewindespindel 10 rotatorisch antreibt, sowie eine Spindelmutter 16 auf, welche starr an eine koaxial zur Gewindespindel 10 angeordnete Kolbenstange 24 angebunden ist, und mit der Gewindespindel 10 im Eingriff ist, wobei an der Kolbenstange 24 innenumfangsseitig eine Gleitlagerbuchse 78 zur Führung eines Gleitkörpers 76 unter Bildung eines Gleitlagers angeordnet ist, welcher Gleitkörper 76 an einem an der dem Elektromotor 4 abgewandten Stirnseite der Gewindespindel 10 angeordneten Zapfen 74 befestigt ist.
Bezugszeichenliste

2: Spindelantrieb
4: Elektromotor
6: Stator
8: Rotor
10: Gewindespindel
12: Rotorwelle
14: Lager
16: Spindelmutter
18: Außengewinde
20: Führungselement
22: Linearführung
24: Kolbenstange
26: Kolbenkopf
28: Gehäuseteil
28a: Anlagefläche
30: Schmierstoffbohrung
32: Radialbohrung
34: Raumbereich außerhalb der Linearführung
36: Öffnung der Linearführung
38: die Gewindespindel umfassender Raumbereich
40: Einfüllöffnung
42: Verschluss
42a: Hygieneschraube
42b: Dichtung
44: Nachfüllelement
46: Führungsring
48: Abstreiferring
50: Abstreifer
51: Motorgehäuseteil
51a: Wellenstruktur/Wellenberg
51b: Wellenstruktur/Wellental
52: Dichtring
53: Durchführung
54: Anlage
56: Führungsschlitz
58: Aufnahme
60: Fügeelement
62: Sicherungsring
64: Innenseite der Kolbenstange
66: Aufnahmenut
68: Durchlass der Kolbenstange
70: Durchlass der Spindelmutter
72: Schmiernippel
74: Zapfen
76: Gleitkörper
78: Gleitlagerbuchse
80: Anschlag
82: Nut
84: Sicherungsring für den Gleitkörper
86: Passring
A: Axialrichtung
R: Radialrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008050993 B4 [0004]
DE 102009007958 A1 [0005]

Claims

Elektromotorischer Spindelantrieb (2), insbesondere zur Verwendung in einer Getränkemaschine, aufweisend - einen Elektromotor (4) mit einem Rotor (8), welcher eine Gewindespindel (10) rotatorisch antreibt, - eine Spindelmutter (16), welche starr an eine koaxial zur Gewindespindel (10) angeordnete Kolbenstange (24) angebunden ist, und die mit der Gewindespindel (10) im Eingriff ist, - ein Gehäuseteil (28), in welchem die Spindelmutter (16) und die Kolbenstange (24) mittels eines Führungselements (20) in Axialrichtung (A) linear geführt sind, gekennzeichnet durch - eine im Gehäuseteil (28) umfangsseitig der Kolbenstange (24) angeordnete Linearführung (22) für das Führungselement (20), und - eine in der Linearführung (22) angeordnete Durchführung (53), welche in radialer Richtung (R) mit einer im Gehäuseteil (28) vorgesehenen Einfüllöffnung (40) für ein Betriebs- oder Schmiermittel fluchtet, wobei die Einfüllöffnung (40) sowohl zur Aufnahme eines Verschlusses (42) zum dichten Verschließen als auch zur Aufnahme eines rohrartigen Nachfüllelements (44) zur Zufuhr des Betriebs- oder Schmiermittel, insbesondere an die Kolbenstange (24), an die Gewindespindel (10) und/oder an die Spindelmutter (16), vorgesehen und eingerichtet ist.
Spindelantrieb (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (22) rohrartig ausgebildet ist und eine mantelseitige Öffnung (36) aufweist, in welcher das Führungselement (20) linear verschiebbar einsitzt.
Spindelantrieb (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (20) starr an der Kolbenstange (24) befestigt, insbesondere verschraubt, ist.
Spindelantrieb (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (24) rohrartig ausgebildet ist, wobei die Kolbenstange (24) eine Durchmessererweiterung deren Innendurchmessers im Bereich der Spindelmutter (16) aufweist, wobei die Spindelmutter (16) an der dem Elektromotor (4) zugewandten Stirnseite der Kolbenstange (24) einsitzt.
Spindelantrieb (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (24) einen sich von deren dem Elektromotor (4) zugewandten Stirnseite in Axialrichtung (A) erstreckenden Führungsschlitz (56) für ein an der Spindelmutter (16) außenumfangsseitig angeordnetes Fügeelement (60) zum rotationsfesten Einsitz der Spindelmutter (16) in der Kolbenstange (24) aufweist.
Spindelantrieb (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (24) und die Spindelmutter (16) miteinander fluchtende Durchlässe (68, 70) aufweisen.
Spindelantrieb (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander fluchtenden Durchlässe (68, 70) der Kolbenstange (24) und der in dieser einsitzende Spindelmutter (16) in einem ausgefahrenen Zustand der Kolbenstange (24) in radialer Richtung (R) mit der Durchführung (53) der Linearführung (22) fluchten.
Spindelantrieb (2) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass (68) der Kolbenstange (24) eine Verjüngung zum Durchlass (70) der Spindelmutter (16) hin aufweist.
Spindelantrieb (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (28) im Bereich der Einfüllöffnung (40) eine ebene Anlagefläche (28a) für den Verschluss (42) bildet.
Spindelantrieb (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung (53) der Linearführung (22) ein Gewinde zur Befestigung des Verschlusses (42) bzw. des Nachfüllelements (44) aufweist.
Spindelantrieb (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss (42) aus einer Hygieneschraube (42a) und einer entsprechenden Dichtung (42b) gebildet ist.
Spindelantrieb (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, - dass ein den Elektromotor (4) umfassendes Motorgehäuseteil (51) an dessen dem Elektromotor (4) abgewandten Außenseite eine oberflächenvergrößernde Struktur (51a, 51b), insbesondere eine axiale, radiale oder umfangsseitig schräg verlaufende Wellenstruktur, aufweist, und/oder - dass Konstruktionsrichtlinien und Normen für den Einsatz im Lebensmittelbereich eingehalten sind.
Spindelantrieb (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, - dass unter Bildung eines Gleitlagers an der Kolbenstange (24) innenumfangsseitig eine Gleitlagerbuchse (78) zur Führung eines Gleitkörpers (76) angeordnet ist, - dass der Gleitkörper (76) an einem Zapfen (74) der Gewindespindel (10) befestigt ist, und/oder - dass der Zapfen (74) an der dem Elektromotor (4) abgewandten Stirnseite der Gewindespindel (10) angeordnet ist.