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Bezeichnung : elektrische Schub-/Zugpindelantriebe für
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lineare oder rotatorische Bewegungen Schub-/Zugspindelantriebe, im
Weiteren SZ - Antriebe sind in vielfältigen Ausführungen seit langem bekannt.
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Sie bestehen im Wesentlichen aus einer Rotationsantrieb, Spindel und
Lagerung; Hilfsmittel sind : Außenverkleidungen oder auch Endlagenabschalter, Regulierelemente
zur Ein-oder Verstellung der Schubgeschwindigkeit, auch Getriebe.
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Die Spindeln waren seit jeher normale Gewindesteigapindeln mit passenden
Muttern.
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Vielfach werden, wegen des besseren Wirkungsgrades zunehmend kugelroll-
oder ähnliche Spindeln mit hohem mechanischem Wirkungsgrad eingesetzt.
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Diese S-Z-Antriebe benutzt man überwiegend zur Erzeugung von linearen
oder Winkelbewegungen über entsprechende Lechanismen zur Positionierung, Verstellung,
Verschiebung, allgemein: Arbeitshüben aller Art.
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Durch die neuzeitlichen elektr.-elektronischen Steuer-und Regelmölglichkeiten
in Verbindung mit Elektroantrieben begünstigt, gewinnen elektrische SZ - Antriebe
zunehmend an Bedeutung, prallel zu vergleichbaren pneumatischen oder Hydrauliktrieben.
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Die Erfindung legt zugrunde die Gedanken, durch Einsatz geeigneter
Mittel den Anordnungsbereich dieser elektrischen @Z - Antriebc sowohl für einfachste,
preiswerte Ausführungen, als auch in hochwertigen Ausführungen dieser besonders
umweltfreundlichen Antriebe allgemein auszudehnen.
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Die zylinderartigen SZ - Antriebe sind in ihrem Grundaufbau vorstehend
beschrieben. Bie haben gewisse Nachteile, auf die näher eingegangen werden muL.
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-Antriebe zur Ausführung rotatorischer Bewegungen sind dagegen a'lgemein
nicht bekannt und werden derzeit durch Rotationsantriebe in Form von: Motor - Getriebeantriebe
Kurven- Roll- oder sonstige Kinematiken mit elektrischen- hydraulischen bzw. Druckluft-Antrieben
ersetzt.
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Der Vorteil des Spindelantriebes liegt in der Ausnutzung der hohen
Übersetzungsmöglichkeit durch die Schraubensteigung.
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Wirkungsgrad, Selbsthemmung und ähnliche Bedingungen sind, besonders
beim Einsatz moderner Rollspindelantriebe Faktoren, die kaum noch Schwierigkeiten
bereiten bzw.
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von Fall zu Fall betrachtet werden messen.
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Die Notwendigkeit zur Umkehr der Bewegungsrichtung in der jeweiligen
Endlage bzw. das Abstoppen voi Erreichung kann hier von großem Vorteil sein.
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Erfindungsgemäß wird das jetzt erforaerliche elektrische fluidische
oder mechanische Bremsen der Massen vor Erreichung der Endlage mit Vernichtung der
Energie jetzt dazu benutzt, die Massenenergie sinnvoll zu speichern, um sie beim
nachfolgenden Anlauf durch Erhöhung des Ar.laufmomentes wieder freizusetzen, wodurch
zum Teil hohe Anlcufkräfte erhaltlich. sind.
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Das kann in Zwischenhaltepunkten jedoch nur mit mechanischen Hilfen
zur Erreichung desselben Zweckes geschehen, deshalb sind Anordnungen dieser Art
hier nicht näher erläutert.
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Der hohe Wirkungsgrad der Roll-Spindeltriebe macht es in vielen Fällen
erforderlich, selbsthemmende Getriebe oder mechanische im Stillstand wirkende Bremsen
anzuordnen.
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Erfindungsgemäß soll eine mechanische Verriegelung angeordnet sein,
welche den WirKungsgrad des Gesamtantriebes nicht ungünstig beeinflußt, wie selbsthemmende
Zwischentriebe.
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Aus der Formel zur Errechnung des Drehmomentes des Antriebsmotors
M = 9750 N/n # (Nm); N (kW); n (U/min) geht hervor, daß mit einer hohen Drehzahl
n das Motormoment kleiner wird. Dies wird in der Praxis bereits ausgenutzt, um sehr
kleine Antriebe zu schaffen, aie, in Verbindung mit entsprechenden meist Planetengetrieben
hoher Übersetzung bei relativ kleiner Bauart, hohe Momente bei den geforderten Abtriebsdrehzahlen
erreichen.
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Erfindungsgemäß sollen daher diese kleinen Elektro-Antriebe zur Bewegungseinleitung
bei SZ - Antrieben vorgesehen werden, um derartige Antriebe in den Außenmaßen klein
zu halten, d.h. den Hydraulik bzw. Pneumatikzylindern entsprechend.
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tin weiterer Gedanke wäre der Einsatz von Schwungmassen auf der Antriebsseite,
die den Anlauf güngstig gestlten, Reserven in der Kraftaufbringung ermöglichen und
die ar. Bewegungsende wieder Energien Speicherfähig ab zu geben in der Lage sind.
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Ferner ist dem. erfindungsgemäßen Gedanken zugrunde gelegt eine Vervielfältigung
der erzeugten schubkraft durch hydraulischen Multiplikator. Kit dem SZ - Antrieb
wird ein kleiner Kolben auf großem Weg seine Kraft auf einen großen Kolben mit entsprechend
kleinem Hub übertragen.
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Bei einem Verhältnis der Kolbenfläche von z.B. 1:6 kann dadurch der
SZ - Antrieb seine Kraft mal 6 vergrößern.
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In ähnlicher Form benutzt kann der SZ - Antrieb auch als Fernbetätigungselement
für fluidische Zylinder über Verbindungsleitungen dienen.
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Die Fernbetätigung kann auch über mechanisch starre oder flexible
Träger geleitet werden.
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SZ - Antriebe, die durch die Gewindelaufmutter ihre Kraft aufbringen,
können diese vor der Mutter direkt nach den Seiten oder mittels Rohr oder Schubstangen
nach vorne abgeben.
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Zu erwähnen wäre die Variante, bei der sich die Mutter dreht und die
kraft über die stehende vor-zurück-laufende Spindel abgegeben wird.
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eben der vorstehend meist beschriebenen Ausführung für lineare Bewegungen
gibt es auch die Möglichkeit, lineare Bewegungen umzukehren in rotatorische.
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Bei den SZ - Antrieben geschieht dies, durch den Hub begre nur eingeschränkt.
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Derartige Antriebe sind mit elektrischer Krafteinleitung wegen der
vorbeschriebenen Möglichkeiten nicht bekannt.
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Mit jedoch fluidischer Aufbringung der Antriebskräfte sind hotations-
oder Drehantriebe weitverbreitet.
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Hier werden meist die linearen Bewegungen der Hydraulik-oder Pneumatikzylinder
über Kupbel-, Zahn- oder settentrieb umgelenkt. Je nach Übersetzung ergeben sich
Drehwinkel von 90° bi weit über 3600.
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Direktflügel-Ausführung bleibt hier ausgenommen.
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Der Nachteil dieser fluidischen Antriebe ist allgemein die Notwendigkeit
der separaten Druckerzeugung sowie der Drucksteuerung und-zuführung.
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Vorteile in der Regulierbarkeit, Krafthöhen, Geschwindigkeit
etc.,
jedoch sollen durch die erfindungsgemäßen Elektroantriebe der SZ - Anlagen ausgeglichen
oder scgar überboten werden.
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Der Vorteil der Spindel zur Untersetzung und krafterzeugung sollte
jedoch auch bei Drehantrieben erfindungsgemäß besonders genutzt werden, um auch
in diesem Bereich vergleichbare Alternativ-Antriebe in kleiner Bauart und hoher
Kraftdichte zu schaffen.
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sie Übertragung der von der Spindel / Mutter hergeleiteten Linearkraft
in die rotatorische Bewegung wird vorerst mit den gleichen Mitteln beschrieben,
nämlich Zahn- oder Kettentrieb.
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Direkte Drehbewegung auch mit unbegrenztem Winkel unter Äusnutzukder
Vorteile der Schraubensteigung sind Jedoch mittels Kurvengetrieben besonders aber
der Schneckengetriebe erreichbar.
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Nachteilig bei den Schneckengetrieben wirkt si«n immer noch der ungünstige
Wirkungsgrad dieser Antrieoe aus.
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Erfindungsgemäß sollen daher auch Antriebe dieser Art beschrieben
werden, die die Antriebskraft des Elektromotors
von der Spindel
direkt in die Rotationsbewegung über~ tragen, ohne die Einschaltung von Treibstangen
z.B.
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Zahn- oder Kettenstange und -ritzel.
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Zur Erreichung des hohen Wirkungsgrades der Rollspindel -Ausführungen
wird hier angestrebt, den Effekt des Abrollens in die Mitnehmerzähne des Schneckenrades
durch EinfLgung von Kugeln, Kugelumlaufmechaniken oder Rollen zu legen.
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Dadurch ließe sich der Wirkungsgrad von Schneckenbetrieben wesentlich
verbessern.
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Die vorerwähnten erfinderischen Gedanken sind beispielhaft dargestellt
in den Zeichnungen Fig. 1 - Fig 10 Figur 1 stellt einen SZ - Antrieb in bekannter
Bauart dar mit 1 motorischem Antrieb, 2 Spindellagerung , 3 Spindel, 4 Mutter, 5
Mutterverlängerung zur Kraftabgabe in axialer Richtung7 bzw. direkter Abgabe 6.
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Figur 2 zeigt den SZ - Antrieb erweitert durch eine Zahn-bzw. Kettenstange
8 mit Ritzel 9 zur Umlenkung der linear wirkenden Kraft in eine rotative Bewegung
10.
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Figur 7 stellt de direkten Schneckengetriebe- Rotationsantrieb bekannter
Art dar mit Schnecke 12 als Spindel
und Schneckenrad 11 zur Weitergabe
der rotatorischen Bewegung.
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Figur 4 zeigt den SZ - Antrieb erweitert nach dem erfindungsgemäßen
Gedanken der Energiespeicherung der translatorisch bzu-. rotatorisch abzubremsenden
passen.
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Die Spindelmutter 4 wird in der Endlage rechts bzw. links lurch die
aiUzustoppenden Massen einen Energiespeicher 14 aufladen. Dieser Speicher kann in
einfacher Form eine Feder sein, ein Federelement anderer Art oder ein Kolben mit
Druckspeicher. Diese gespeicherte Energie wirkt solange, bis die Bewegung in umgekehrter
Art, d.h. der Rücklauf erfolgt. Die auf die Spindelmutter wirkende Kraft verstärkt
das Anlaufmoment begünstigt durch den hohen Wirkungsgrad der Rollapindel.
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Figur 5 zeigt die Antriebsseite des SZ - Äntritbes mit Spindellager
-, Spindel und Rotationsantrieb 1.
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Zwischen Lager und Antrieb eingeschaltet ist ein Sperrrad 15 mit Sperrklinke
16 und Hubgerät 17, welches ein Elektro-Hubmagnet sein kann.
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Figur 6 zeIgt die Anordnung nach Fig. 5 mit zwischengeschaltetem Reduziergetriebe
18 und zwischen 18 und Antrieb 1 sitzendem Sperrad 19 beispielsgemäß ausgebildet
als Reibscheibe, die auch Schwungmasse sein kann.
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Die Sperrklinke 20 sei zweckgemäß eelbsthemmend ausgebildet und über
eine Feder 21 angepresst.
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Das Hubgerät 17 löst die Sperrklinke 20 gegen die Kraft de.r Feder
21.
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Das Reduziergetriebe 18 verhilft durch Multiplikation mit der Übersetzung
dazu, auE dem Drehmoment des leichten Antriebes 1 ein hohes Drehmoment auf die Spindel
3 zu übertragen.
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Eine weitere Möglichkeit ist die Ausbildung des Sperrrades 15 oder
19 als Kupplung oder Kupplung-/Bremskombination.
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Figur 7 zeigt den SZ - Antrieb als Kraftvervielfältiger und / oder
zur Fernübertragung. Die spindel 3 gibt ihre Kraft über die Spindelmutter 4 auf
den Kolben 23, welcher im Zylinder 22 läuft.
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Durch ein fluidisches Medium im Zylinder, welches sich auch automatisch
aus dem Vorratstopf 24 ergänzt, wird ein
Flächendruck erzeugt und
über eine Verbindungsleitung 25 auf den Kolben des Zylinders 26 übertragen dieser
ist zweckentsprechend in seiner Fläche n@größer gehalten, sodaß mittels Zylinder
26 die n-fache Kraft bei jedoch kleinerem Weg erzeugt wird.
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Der Yolben in 26 kann durch Peaer zurückgezogen werden oder beide
Kolben 26 und 23 wären als Differenzialkolben für Hin- und Rücklauf auszubilden.
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Ein direktes kraftstarkes SZ - Antriebsgerät mit direkt in axialer
Ricntung wirkender Kraft ergibt sich aagegen, wenn der Zylinder 26 direkt vorne
auf dem SZ - Antrieb aufgebaut wird.
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Figur 8 zeigt den SZ - Antrieb mit beispielsweise flexibler Übertragungsmechanik
27 ausgebildet als Zug-/Druckelement.
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Dadurch könne erzeugte Kräfte auch an Orte übertragen werden, die
keinen direkten Einbau zulassen.
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figur 9 und 10 stellt die Art der unmittelbaren Übertragung einer
rotatorischen Antriebskraft, erzeugt durch den Antrieb 1, gelagert in Festlagereinheit
2 und in die Schraub- oder
Schneckenwelle 28 eingeleitet dar.
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Die Möglichkeit der direkten Rotation der Welle oder Rad 29 ist vergleichbar
dem Schneckentrieb.
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Zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Triebs 28/29 sind erfindungsgemäß
in die Zähne des Gegenrades 29 Böhrchen 30 eingesetzt, in denen direkt liegende
Kugeln derart umlaufen, daß die Rotationsgeschwindigkeit der Schneckenschraube 28
eine Relativ-Roll-Geschwindigkeit der Rollen @@ ergibt. Dadurch wird die sonst zwischen
28 und 29 herrscnende gleitende Reibung in Rollreibung gewandelt, mit der Möglichkeit
höheren Wirkungsgrades.