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Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Linearantrieb zum Antrieb eines Möbelteils, insbesondere eines Sessels, eines Bettes oder dergleichen.
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Ein solcher Linearantrieb umfasst einen Elektromotor, der sich entlang einer Schneckenlängsachse erstreckende Schnecke antreibt. Beidseitig quer zu dieser Schnecke erstrecken sich achsparallel zueinander ein erstes und ein zweites Schneckenrad, die jeweils drehfest mit einem jeweiligen ersten und zweiten Stirnrad verbunden sind.. Die Schneckenräder weisen Schneckenradzahnflanken mit einem gleichgerichteten Schneckenradsteigungswinkel gleicher Größe auf.
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Eines der auf der jeweils auf einer gemeinsamen Achse oder Welle angeordneten Schnecken- und Stirnräder treibt eine Spindel an, auf der eine in einem Führungsrohr längsverschieblich angeordnete Spindelmutter sitzt, die ein nicht dargestelltes Hubrohr hin- und her bewegt. Die Rotation des Elektromotors wird somit in eine Translation der Spindelmutter im Verhältnis zu dem stationären Führungsrohr umgesetzt. An der Spindelmutter ist das Möbelteil in bekannter Weise befestigt; beispielsweise über ein an der Spindelmutter befestigtes Hubrohr.
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Stand der Technik
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Ein derartiger Linearantrieb ist aus der
EP 0 989 655 A2 einer Vorläufergesellschaft der Anmelderin bekannt.
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Nacheile am Stand der Technik
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Grundsätzlich weist der in der
EP 0 989 655 A2 beschrittene Weg mit zwei Stirnrädern bereits zahlreiche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik mit lediglich einem Schneckenrad auf, weil damit deutlich mehr Leistung übertragbar ist oder eben bei derselben Kraft eine deutlich geringere Abnutzung der Schneckenräder durch Wärmeentwicklung und Verschleiß auftritt.
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Gleichwohl kann auch bei dieser Ausgestaltung insbesondere bei höheren Lasten von 6000 Newton und mehr eine starke Reibung und somit Wärmeentwicklung zwischen den Zahnräder nicht ausgeschlossen werden, welche die Lebensdauer des Getriebes negativ beeinflusst, insbesondere bei der Ausgestaltung der Getriebezahnräder als Kunststoffspritzgussteile.
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Allerdings stellt dieses Getriebe mit einem doppelten Schneckenrad und einem doppelten Stirnrad relativ hohe Anforderungen an die einzuhaltenden Fertigungs- und Montagetoleranzen und ist insofern anfällig gegen Abweichungen in den Verzahnungen. In der Praxis hat sich gezeigt, dass dieses System wegen dieser Anpassungen relativ aufwendig ist.
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Technisches Problem / Aufgabe
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zumindest teilweise zu vermeiden und insbesondere ein Lineargetriebe mit einer verbesserten Leistungsdichte vorzusehen, das also auf gleichem oder geringerem Bauraum eine höhere Leistungsübertragung ermöglicht oder bessere Standzeit aufweist.
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Erfindung
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Linearantrieb der eingangs genannten Art im Wesentlichen bereits durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst; vorteilhafte, aber nicht zwingende Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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In der abstraktesten Ausführungsform wird diese Aufgabe bereits dadurch gelöst, dass die ineinander eingreifenden Stirnräder eine Schrägverzahnung mit einem Stirnradsteigungswinkel aufweisen.
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Dieses hat viele überraschende Vorteile, nämlich einen ruhigeren und geräuscharmen Lauf, eine höhere Belastbarkeit und somit eine geringere Abnutzung bei höheren Lasten, eine somit verbesserte Standzeit und eine deutlich verbesserte Unempfindlichkeit gegenüber Zahnformfehlern.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird das Getriebe nicht nur deutlich robuster, sondern kann auch eine deutlich höhere Leistung auf gleichem oder geringerem Bauraum übertragen, kann also auch deutlich kompakter ausgebildet sein, weshalb dieses auch als Kompaktgetriebe bezeichnet werden kann.
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Beim Stand der Technik musste nämlich bei Verwendung nur eines Schneckenrades ein entsprechend groß dimensioniertes Schneckenrad eingesetzt werden, welches die notwendige Festigkeit der Zahnflanken aufweist. Dieses hatte jedoch negativen Einfluss auf die Bauhöhe bzw. den Bauraum des Gesamtsystems. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung mit jeweils zwei Schneckenrädern und zwei Stirnrädern kann der erforderliche Durchmesser um mehr als die Hälfte reduziert werden.
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Der Verbau der beiden achsparallel angeordneten Schnecken-Stirnrad-Paarungen erfordert hingegen nur die Hälfte des Bauraum und ermöglicht gleichzeitig eine optimale Leistungsentfaltung des Getriebes.
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Das erfindungsgemäße Kompaktgetriebe umfasst also eine erste sich entlang einer ersten Mittelachse erstreckende Schnecken-Stirnrad-Paarung, die angeordnet ist auf einer ersten Seite der Schnecke, und eine zweite, sich entlang einer gemeinsamen zweiten Mittelachse erstreckende Schnecken-Stirnrad-Paarung, die angeordnet ist auf einer zweiten Seite der Schnecke, so dass die Schnecken-Stirnrad-Paarungen also achsparallel zueinander angeordnet sind und dabei vorzugsweise die Schnecke zwischen sich einschließen.
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Die beiden Schnecken-Stirnrad-Paarungen können drehfest auf Wellen oder drehbar auf stationären Achsen angeordnet sein, wobei auch Kombinationen möglich sind. Die drehbare Anordnung auf einer Achse ist vorteilhaft, weil keine besondere Lagerung für die Welle im Gehäuse notwendig ist, was zur weiteren Bauraumoptimierung beitragen kann.
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Vorzugsweise ist die erste Schnecken-Stirnrad-Paarung auf einer Achse angeordnet und die zweite auf eine zusätzlich in dem Gehäuse gelagerten Welle. Vorzugsweise treibt die Schnecken-Stirnrad-Paarung auf der Welle die Schnecke an.
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Wesentlich ist, dass ein sich koaxial entlang einer gemeinsamen Mittelachse erstreckendes Schnecken- und Stirnrad einer Schnecken-Stirnrad-Paarung drehfest miteinander verbunden sind.
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Die sich in Einbaulage kämmenden, schrägverzahnten Stirnräder umfassen schräg zu den Radachsen laufende Zähne, wobei der Winkel, den die Flankenlinie am Teilzylinder mit der Radachse bildet, Schrägungswinkel β (beta) lautet. Da erfindungsgemäß mindestens zwei Stirnräder eingesetzt werden, müssen diese beiden Stirnräder den gleichen, aber entgegengesetzt gerichteten Schrägungswinkel β aufweisen, so dass z.B. also ein Stirnrad eines Stirnradpaars linkssteigend und das andere Stirnrad rechtssteigend ausgebildet ist.
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Als besonders zweckmäßig für eine selbstjustierende Ausgestaltung hat sich erwiesen, wenn der Schrägungswinkel der Stirnräder etwa doppelt so groß wie der Steigungswinkel der Schneckenräder ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Steigungswinkel der Schneckenräder 10 Grad und der Schrägungswinkel der Stirnräder 20 Grad. Denn gerade die Schrägverzahnung der Stirnräder ermöglicht ein Selbstjustieren der Verzahnungen in Umfangsrichtung resultierend aus einer Verschiebung in Achsenlängsrichtung. Somit ist es möglich, Schneckenräder und Stirnräder fertigungstechnisch zu standardisieren, welche nunmehr gegenüber dem Stand der Technik keiner Feinanpassung unterliegen. Dieses vereinfacht nicht nur die Fertigung, sondern auch die Montage des Linearantriebs deutlich.
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Ein Verschieben eines Stirnrades mit Schrägverzahnung relativ zu dem komplementären Stirnrad erzeugt eine mit der Verschiebung korrespondierende Drehbewegung der Stirnräder um die jeweilige Rotationsachse relativ zueinander. Da jedes Stirnrad mit einem Schneckenrad gekoppelt ist, verdrehen und verschieben sich somit auch die Schneckenräder relativ zueinander, womit eine selbstständige Drehwinkeljustierung des Gesamtsystems realisiert wird. Damit werden alle Zahnräder des Getriebes sehr gleichmäßig beansprucht, was die Lebensdauer bei gleichzeitig kompakterer Ausbildung erhöht.
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Diese Drehwinkeljustierung der komplementär schrägverzahnten Stirnräder begrenzt sich selbst, wenn bei Betrieb aber zumindest bei Stillstand des Elektromotors die jeweilige kraftbeaufschlagte Zahnflanke eines jeden Stirn- und Schneckenrades an der ihr korrespondierenden Zahnflanke anliegt, so dass die Zahnflanken der Stirnräder satt aneinander liegen und die Zahnflanken eines jeden Schneckenrades an der jeweiligen Zahnflanke der Schnecke satt anliegen. Somit justiert sich aufgrund der Verschiebung in Achsenlängsrichtung das Getriebespiel bzw. das Zahnflankenspiel völlig selbstständig, so dass alle Verzahnungen unabhängig der Fertigungstoleranzen und unabhängig der Belastung des Linearantriebs ihren optimalen antriebstechnischen Beitrag leisten.
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Damit ist erstmalig gewährleistet, dass beide Schneckenräder gleich viel tragen, so dass die Leistungsfähigkeit des Getriebes mit zwei Schneckenrädern auch tatsächlich doppelt so groß ist, als wäre nur ein Schneckenrad verbaut. Auch wenn mitunter die Verzahnung eines der beiden Schneckenräder etwa 3 bis 7 Prozent weniger belastet wird, als die Verzahnung des anderen Schneckenrades, kann trotz dieser geringen Abweichung von einer nahezu doppelten Leistung gesprochen werden, als wenn nur ein Schneckenrad verbaut wäre.
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Diese selbstständige Drehwinkeljustierung für einen optimalen Zahneingriff der sich kämmenden schrägverzahnten Stirnräder kann dadurch verbessert werden wenn ein Stirnrad ein gewisses Lagerspiel von z.B. +/- 1 mm in Achsenlängsrichtung aufweist, also etwas „schwimmt“. Vorzugsweise weist die nicht mit der Spindel verbundene Welle bzw. Achse dieses Lagerspiel auf.
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Eine besonders kompakte Bauweise mit einer geringen Einheitshöhe ist erzielbar, indem lediglich eine Welle mit Kugel- und/oder Gleitlagern in einem umgebenden Gehäuse aufgenommen ist, und die andere Welle lediglich mit in das Gehäuse eingesetzt ist.
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Bevorzugt sind je ein Schneckenrad und ein schrägverzahntes Stirnrad als einstückiges Formteil ausgebildet, die also ein koaxial erstreckendes Schneckenstirnrad bilden. Erfindungsgemäß sind in dem erfindungsgemäßen Getriebe zwei solcher Schneckenstirnräder vorgesehen, von denen eine die Spindel antriebt.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung können auch Wellenstutzen oder Bolzen zur Anordnung in dem Gehäuse unmittelbar an dem Schneckenstirnrad ausgebildet bzw. angeformt sein, die dann in dem als Gleitlager fungierenden Gehäuse laufen.
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Eine weitere Reduzierung des Bauraums lässt sich dadurch verwirklichen, dass das Schnecken- und Stirnrad auf zumindest einer Welle als einstückiges Formteil ausgebildet sind, so dass diese also ein Schneckenstirnrad bilden. Vorzugsweise umfasst das Getriebe zwei solcher Schneckenstirnräder, die insbesondere als einstückige Kunststoffspritzgussteile ausgebildet sind. Vorzugsweise ist die Welle zusätzlich gelagert, welche mit der Spindel in Wirkverbindung steht. Diese zusätzliche Lagerung kann bei der bevorzugten Ausführungsform dadurch erfolgen, dass die Lager in einem stabilitätsfördernden Lagergehäuse angeordnet sind, welches z.B. zwei zusammensetzbare Halbschalen umfassen kann, wobei in diesen Halbschalen ein die Welle lagerndes Kugellager und eventuell zusätzlich auch am gegenüberliegenden Ende ein Gabelkopf oder dergleichen einsetzbar ist. Bei einer besonders stabilen Ausführungsform besteht dieses Lagergehäuse aus Stahl.
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Dieses zusätzliche Lagergehäuse aus Stahl ist besonders dann zweckmäßig, wenn das umgebende Gehäuse als Kunststoffteil bzw. als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist, was die übliche Ausgestaltung darstellen wird.
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Es hat sich auch gezeigt, dass nur ein Lager als Kugellager ausgebildet sein muss, vorzugsweise das die dem Lagergehäuse angeordnete, und für das andere ein Kunststoffgleitlager ausreichend ist. In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Erfindungsbeschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, mit denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. in Bezug auf die Orientierungen der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierung positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist nicht im einschränkenden Sinne aufzufassen.
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Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „integriert“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Integration. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischem Bezugszeichen versehen, soweit dieses zweckmäßig ist.
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Bezugszeichenlinien sind Linien, die das Bezugszeichen mit dem betreffenden Teil verbinden. Ein Pfeil hingegen, der kein Teil berührt, bezieht sich auf eine gesamte Einheit, auf die er gerichtet ist. Die Figuren sind im Übrigen nicht unbedingt maßstäblich. Zur Veranschaulichung von Details können möglichweise bestimmte Bereiche übertrieben groß dargestellt sein. Darüber hinaus können die Zeichnungen plakativ vereinfacht sein und enthalten nicht jedes bei der praktischen Ausführung gegebenenfalls vorhandene Detail. Die Begriffe „oben“ und „unten“ beziehen sich auf die Darstellung in den Figuren.
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Die einzige Figur zeigt eine vergrößerte isometrische Ansicht des sehr kompakt ausgebildeten Lineargetriebes angeordnet in einer ersten Gehäusehalbschale 2 und bei entfernter zweiten Gehäusehalbschale, welche auf die erste Gehäusehalbschale 2 zur Schließung des Gehäuses aufschraubbar ist.
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Das Gehäuse nimmt in Betrachtungsrichtung hinteren Ende einen Elektromotor 4 auf, der eine Schnecke 6 antreibt, die in den Getrieberaum innerhalb des Gehäuses ragt. Innerhalb dieses Gehäuses ist das Lineargetriebe quer erstreckend zur Schneckenlängsachse aufgenommen.
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Beidseitig von der Schnecke 6 sind achsparallel zueinander Schneckenstirnräder 8, 10 angeordnet, die jeweils linksseitig ein die Schnecke 6 in Einbaulage kämmendes Schneckenrad und rechtsseitig ein Stirnrad größeren Durchmessers mit einer komplementären Schrägverzahnung aufweist.
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Nur die in der Figur untere und nicht sichtbare Welle ist in einer Lageanordnung aufgenommen. Diese Lageranordnung umfasst auf der rechten Seite ein Lagergehäuse 16, z.B. aus Stahl umfassend zwei zusammensetzbare Lagerhalbschalen 16a, 16b. Dieses Lagergehäuse 16 weist innenseitig zwei in Längsrichtung beabstandete Nuten auf, von denen eine ein Kugellager aufnimmt, welches das hintere Ende der unteren Welle lagert, auf welcher das unter Schneckenstirnrad 8 sitzt. Am entgegengesetzten hinteren Ende des Lagergehäuses ist in die zweite Nut zwischen den beiden Halbschalen 16a, 16b ein außenseitig angeformter Kragen eines Gabelkopfes 18 formschlüssig aufgenommen. Ferner umfasst die Lageranordnung ein kreisringförmiges Gleitlager 20, welches das vordere Ende der in der Figur unteren Welle aufnimmt.
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Die untere Welle treibt sodann die Spindel 22 an, auf welcher in bekannter Weise eine Spindelmutter sitzt und von einem umgebenden Führungsrohr 24 längsverschieblich aufgenommen ist.
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Das in der Figur obere Schneckenstirnrad 10 rotiert hingegen lediglich auf einer Achse 11, die in den entsprechenden Ausnehmungen bzw. angeformten Buchsen bzw. Ausnehmungen des Gehäuses aufgenommen ist, und zwar ohne weitere Lager.
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Damit weist das erfindungsgemäße Getriebe, welches wegen seiner besonderen Kompaktheit als „Kompaktgetriebe“ bezeichnet werden kann, eine besonders hohe Leistungsdichte auf und kann somit in einer sehr geringen Bauhöhe von 60 bis 65 mm in einem Gehäuse von 70 bis 75 mm Bauhöhe integriert werden und somit auf kleinstem Bauraum angeordnet werden. Anstelle der Achse 11 kann das obere Schneckenstirnrad 10 auch auf einer Welle sitzen,
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Gehäusehalbschale
- 4
- Elektromotor
- 6
- Schnecke
- 8,10
- Schneckenstirnrad
- 16
- Lagergehäuse
- 16a, 16b
- Halbschale
- 18
- Gabelkopf
- 20
- Gleitlager
- 22
- Spindel
- 24
- Führungsrohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0989655 A2 [0004, 0005]
