DE3824868A1 - Spindelhubelement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spindelhubelement mit

• - einem Getriebe;
• - einem Umsetzungstrieb, der Rotationsbewegung in Linear­ bewegung eines Abtriebselements umsetzt; und
• - einer Anschlußstelle zum Einleiten von Antriebsdrehmo­ ment, das von einem externen Antriebsmotor stammt.

Bei bekannten Spindelhubelementen dieser Art ist das Ge­ triebe als Schneckengetriebe ausgebildet. Schneckenge­ triebe haben einen vergleichsweise geringen Wirkungsgrad und sind teuer in der Herstellung. Außerdem entsteht hierdurch eine relativ komplizierte Gehäusegestalt, so daß das Gehäuse bisher als Gußkonstruktion ausgeführt war. Für unterschiedliche Untersetzungsverhältnisse des Getriebes sind unterschiedliche Gehäuse erforderlich, da sich in der Regel der Achsabstand zwischen der Antriebs­ welle und der Abtriebswelle des Getriebes ändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spindelhub­ element zu schaffen, das kostengünstiger herstellbar ist und auf einfache Weise je nach Wunsch mit größerem oder kleinerem Untersetzungsverhältnis geliefert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Spindelhubelement er­ findungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe eine Kegelrad-Getriebestufe aufweist und daß zwischen dem abtreibenden Kegelrad der Kegelrad-Getriebestufe und dem antreibenden Element des Umsetzungstriebs wahl­ weise eine Planetengetriebestufe eingebaut oder eine direktere, drehmomentübertragende Verbindung ohne wei­ tere Getriebestufe vorgesehen ist.

Beim erfindungsgemäßen Spindelhubelement ist das Ge­ häuse wesentlich einfacher aufgebaut als bei den bekann­ ten Spindelhubelementen; es läßt sich vorzugsweise im we­ sentlichen aus Stahlrohrabschnitten mit geeigneten End­ deckeln aufbauen. Die Kegelrad-Getriebestufe hat einen guten Wirkungsgrad; außerdem ergeben sich hierdurch Vor­ teile beim gemeinsamen Antrieb mehrerer Spindelhubele­ mente von einer Antriebsquelle her, wie weiter unten noch genauer ausgeführt wird. Der wahlweise, je nach gewünschtem Untersetzungsverhältnis vorgenommene oder nicht vorgenommene Einbau einer Planetengetriebestufe führt zu großer Variabilität bei gleichbleibender Grund­ konzeption. Die nachfolgende Beschreibung von Ausfüh­ führungsbeispielen wird zeigen, daß außer dem Einbau der Bauteile der Planetengetriebestufe nur sehr gering­ fügige Abänderungen an anderen Bauteilen erforderlich sind, wenn die im Anspruch 1 an erster Stelle genannte Variante gebaut werden soll. Bei der in Anspruch 1 an zweiter Stelle genannten Variante kann man das Gehäuse und das antreibende Element des Umsetzungstriebs ent­ sprechend axial verkürzt wählen, muß es aber nicht. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele zei­ gen ferner, daß auch hinsichtlich der Bauart des Um­ setzungstriebs und hinsichtlich der Drehrichtung des antreibenden Elements des Umsetzungstriebs bei gegebener Drehrichtung des antreibenden Kegelrads der Kegelrad- Getriebestufe gesteigerte Variabilität bei minimalen Änderungen an den eingebauten Teilen besteht. Es wird darauf hingewiesen, daß der Begriff "Planetengetriebe­ stufe" auch den Fall umfassen soll, daß diese selbst aus mehreren, hintereinandergeschalteten Planetengetriebe­ stufen besteht.

Die am Markt üblicherweise als Spindelhubelement bezeich­ neten Vorrichtungen unterscheiden sich insbesondere von den sog. Linearantriebseinheiten dadurch, daß sie an einen externen Antriebsmotor angeschlossen werden und daß in den meisten Fällen eine größere Hublänge als bei Linearantriebseinheiten vorhanden ist. Sehr häufig werden mehrere, parallelachsig angeordnete Spindelhubelemente eingesetzt, die von einem gemeinsamen Antriebsmotor und daher streng synchron, angetrieben werden, beispielswei­ se im Fall des Anhebens von gesamten, schweren Fahrzeugen oder im Fall des Verschiebens schwerer Maschinenteile. Häufig erstreckt sich das Abtriebselement durch das gesamte Spindelhubelement und kann an beiden Seiten aus­ treten, was auch bei der Erfindung bevorzugt ist.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 9 und werden nachfolgend noch näher erläutert.

Es wird darauf hingewiesen, daß mindestens ein Teil der in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale auch für sich, also ohne Einbeziehung einzelner oder aller Merk­ male mindestens des Anspruchs 1, technisch sinnvoll ver­ wirklichbar ist. Dies gilt insbesondere für die in den Ansprüchen 4 und 9 angegebenen Merkmale.

Die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden anhand von zeichnerisch dargestellten Ausfüh­ rungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Spindelhubelement erster Ausführungsform im Axialschnitt;

Fig. 2 ein Spindelhubelement zweiter Ausführungs­ form im Axialschnitt;

Fig. 3 ein Spindelhubelement dritter Ausführungs­ form im Axialschnitt;

Fig. 4 ein Spindelhubelement vierter Ausführungs­ form im Axialschnitt;

Fig. 5 eine Anordung mehrerer, gemeinsam angetriebener Spindelhubelemente.

Bei allen Ausführungsformen sind für gleiche oder analoge Teile die gleichen Bezugsziffern verwendet.

Das in Fig. 1 dargestellte Spindelhubelement 2 hat - ab­ gesehen von einem außen drehmomentübertragend angeschlos­ senen, nicht eingezeichneten Antriebs-Elektromotor - im wesentlichen die Gestalt eines Zylinders mit einem radia­ len, ebenfalls zylindrischen Fortsatz 4. In dem Fortsatz 4 ist eine Antriebswelle 6 gelagert, an die der Elektro­ motor direkt oder indirekt drehfest angeschlossen wird. Am inneren Ende der Antriebswelle ist ein antreib­ endes erstes, Kegelrad 8 angeschraubt. Das erste Kegelrad 8 kämmt mit einem abtreibenden, zweiten Kegelrad 10, das drehfest auf einer Hohlwelle 12 sitzt und durch einen Seeger-Ring 14 axial gesichert ist.Die Achse der Hohl­ welle 12 verläuft in Längsrichtung des beschriebenen Ge­ häusezylinders 3 und damit rechtwinklig zur Achse der Antriebswelle 6. Das zweite Kegelrad 10 hat einen größe­ ren Durchmesser als das erste Kegelrad 8, so daß sich eine Drehzahluntersetzung ergibt. Die drehfeste Verbin­ dung 13 zwischen dem zweiten Kegelrad 10 und der Hohl­ welle 12 ist durch axial vorstehende Vorsprünge an der Hohlwelle 12 und komplementäre Aussparungen oder Bohrun­ gen am zweiten Kegelrad 10 vorgenommen, so daß sich das zweite Kegelrad 10 axial zur Herstellung dieses stationä­ ren Eingriffs einschieben läßt.

Die Hohlwelle 12 ist mit einem inneren Gewinde 14, bei­ spielsweise Kegelprofil-Gewinde oder Trapezprofil-Gewin­ de, versehen. Durch die Hohlwelle 12 erstreckt sich eine nicht eingezeichnete Gewindespindel mit Außengewinde, die mit der Hohlwelle 12 im Eingriff ist, so daß bei Drehung der Hohlwelle 12 die Gewindespindel als Abtriebselement eine Linearbewegung nach rechts oder links in Fig. 1 vollführt. Somit stellt die Hohlwelle 12, die sich durch­ gehend über die gesamte Länge des beschriebenen Gehäuse­ zylinders erstreckt, ein mutternartiges, antreibendes Element eines Umsetzungstriebs, der Rotationsbewegung in Linearbewegung der Gewindespindel umsetzt, dar.

Die Hohlwelle 12 ist mit Kugellagern in einer linken Ab­ schlußwand 16 und einer rechten Abschlußwand 18 des Gehäusezylinders 3 gelagert. Die linke Abschlußwand 16 ist dadurch am Gehäuse 3, 4 befestigt, daß axiale Schrauben 20 mit einem außen kegeligen Ring 22 ver­ schraubt sind, der seinerseits mit einem innen kegeli­ gen, geschlitzten Ring 24 zusammenwirkt. Eine Axialbe­ wegung des geschlitzten Rings 24 nach links in Fig. 1 wird durch einen Seeger-Ring 26 im Gehäusezylinder 3 ver­ hindert. Je stärker die Schrauben 20 angezogen werden, desto stärker wird der geschlitzte Ring 24 gespreizt.

Die rechte Abschlußwand 18 ist dadurch am Gehäuse 3, 4 befestigt, daß axiale Schrauben 28 in ein Ringteil 30 eingeschraubt sind, das gegen eine Bewegung nach rechts in Fig. 1 durch einen weiteren Seeger-Ring 32 festgelegt ist. Alternativ kann die linke Abschlußwand 16 so be­ festigt sein, wie für die rechte Abschlußwand 18 beschrieben.

Die Hohlwelle 12 weist einen radial nach außen ragenden Flansch 34 auf. Zwischen der in Fig. 1 linken Seite des Flanschs 34 und einer axialen Stirnfläche des Ringteils 30 befindet sich ein Axial-Nadellager 36. Zwischen der in Fig. 1 rechten Seite des Flanschs 34 und der in Fig. 1 linken Stirnseite der rechten Abschlußwand 18 befindet sich ein weiteres Axial-Nadellager 38. Auf diese Weise ist die Hohlwelle 12 reibungsarm und drehbar in Axial­ richtung im Gehäusezylinder 3 festgelegt. Vorzugsweise besteht der Flansch 34 aus Metall und ist in die aus Kunststoff bestehende Hohlwelle 12 eingespritzt. Die Hohlwelle kann auch aus Metall, insbesondere Bronze, bestehen.

Die Linearantriebseinheit 2 gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der Linearantriebseinheit 2 gemäß Fig. 1 da­ durch, daß das Stahlrohr, welches den Gehäusezylinder 3 bildet, ein Stück länger ist, daß die Hohlwelle 12 ent­ sprechend ein Stück länger ist, daß eine innen verzahnte Hülse 42 als axiale Verlängerung des Ringteils 30 nach links vorgesehen ist, und daß zwischen der Kegelrad- Getriebestufe 8, 10 und der Hohlwelle 12 eine Planeten­ stufe 44 vorgesehen ist. Außerdem ist jetzt das zweite Kegelrad 10 drehbar auf der Hohlwelle 12 gelagert und mit einem in Fig. 2 nach rechts ragenden Verzahnungsfortsatz 46 versehen, der als Sonnenrad für die Planetenstufe 44 dient. Ansonsten sind der Aufbau und die verwendeten Teile exakt gleich geblieben.

Das beschriebene Sonnenrad 46 kämmt mit mehreren, um­ fangsmäßig verteilten Planetenrädern 48, die ihrerseits mit einer Innenverzahnung der feststehenden Hülse 42 käm­ men. Die Planetenräder 48 sind an einem Planetenradträger 50 drehbar gelagert, der sich - axial gesehen zwischen den Planetenrädern 48 und dem Ringteil 30 befindet. Der Planetenradträger 50 ist mit der Hohlwelle 12 drehfest verbunden, wie es bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 für das zweite Kegelrad 10 beschrieben worden ist. Somit besteht das Getriebe aus der Kegelrad-Getriebestufe 8, 10 und der nachgeschalteten Planetenstufe 44. Es ver­ steht sich, daß in analoger Weise eine zweite Planeten­ stufe nachgeschaltet sein kann.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 entspricht in ihrem Auf­ bau exakt der Ausführungsform gemäß Fig. 1, wobei ledig­ lich der Abtrieb des Getriebes nicht auf eine als An­ triebsmutter dienende Hohlwelle erfolgt, sondern auf eine Gewindespindel 52. Zu diesem Zweck ist die Hohlwelle 12 innen nicht mit einem Gewinde versehen, sondern über eine Paßfeder 54 drehfest mit der Gewindespindel 52 verbunden, die jetzt antreibendes Element des Umsetzungstriebs ist. Die Gewindespindel 52 ist relativ zu der Hohlwelle 12 axial festgelegt links durch einen Seeger-Ring 56 und rechts durch einen Absatz 58. Rechts des Absatzes 58 be­ findet sich der mit Außengewinde versehene Bereich 60 der Gewindespindel 52. Auf dem Bereich 60 sitzt eine Wander­ mutter 62 als Abtriebselement des Umsetzungstriebs, so daß außerhalb des Gehäuses 3, 4 der Linearantriebseinheit die Umsetzung von Rotationsbewegung der Gewindespindel 52 in Linearbewegung der Wandermutter 62 stattfindet. Es versteht sich, daß die Wandermutter 62 gegen Drehen fest­ gehalten werden muß, beispielsweise durch ihre Befesti­ gung an dem mittels der Wandermutter 62 linear anzutrei­ benden Teil.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 entspricht in ihrem Auf­ bau exakt der Ausführungsform gemäß Fig. 2, wobei ledig­ lich eine in Linearrichtung anzutreibende Gewindespindel 52 und eine bevorzugte Form, diese gegen Verdrehen zu sichern und abzudichten, eingezeichnet sind. Man erkennt einen nach links ragenden, koaxialen Fortsatz 64 des Zylindergehäuses 3. Innen in dem Fortsatz 64 sind eine oder mehrere, axial verlaufende Paßfedern 66 befestigt, die mit einer mit entsprechenden, axial verlaufenden Aus­ nehmungen 68 versehenen Endscheibe 70 zusammenwirken, die am in Fig. 4 linken Ende der Gewindespindel 52 befestigt ist. Hierdurch wird die Gewindespindel 52 gegen Verdrehen gesichert, ohne ihre axiale Verschiebbarkeit zu behin­ dern.

An der rechten Abschlußwand 18 ist ein nach rechts vor­ ragender, hohlzylindrischer Fortsatz 72 vorgesehen, vor­ zugsweise aus Kunststoff angespritzt. Der Fortsatz 72 dient als Anschlußstutzen für einen Faltenbalg 74 oder eine entsprechende Spiralfederverkleidung, der bzw. die mit dem anderen Ende zu einem Bereich der Gewindespindel 52 kurz vor deren in Fig. 4 rechtem Ende führt.

Der Innenraum des Fortsatzes 64 läßt sich für einen Schmiermittelvorrat insbesondere zur Schmierung der Ge­ windespindel 52 nutzen.

Es wird darauf hingewiesen, daß beim Übergang von der Variante ohne Planetengetriebestufe (Fig. 1) zur Varian­ te mit Planetengetriebestufe (Fig. 2) und umgekehrt mit unterschiedlich langen Stahlrohrabschnitten 3 und unter­ schiedlich langen Hohlwellen 12 gearbeitet werden kann, wie beschrieben. Man kann aber auch nur mit dem längeren Gehäuse und der längeren Hohlwelle 12 gemäß Fig. 2 arbei­ ten und bei der Variante ohne Planetengetriebestufe ledig­ lich die entsprechenden, eingebauten Teile 42, 48, 50 weglassen und das zweite Kegelrad 10 drehfest an einen entsprechend weiter in Fig. 1, 2 nach links gezogenen Stirnabsatz der Hohlwelle 12 anschließen.

Die vorstehende Beschreibung hat ferner gezeigt, daß der Übergang von mutternartiger Hohlwelle 12 als antreibendes Element des Umsetzungstriebs auf Gewindespindel 52 als antreibendes Element des Umsetzungstriebs mit nur mini­ malen Abwandlungen der Hohlwelle 12 möglich ist, vgl. Übergang von Ausführungsform gemäß Fig. 1 zu Ausführungs­ form gemäß Fig. 3.

Es versteht sich, daß die Spindelhubelemente mit belie­ biger Ausrichtung der Linearbewegungsrichtung des Ab­ triebselements eingesetzt werden können. Wenn, wie be­ sonders häufig, diese Richtung vertikal ist, müssen die gezeichneten Spindelhubelemente um 90° gedreht in der Zeichenebene vorgestellt werden.

Bei allen gezeichneten Ausführungsbeispielen lag das zweite Kegelrad 10 rechts von der Drehachse des ersten Kegelrads 8. Gestrichelt ist jeweils ein zweites Kegel­ rad 10′ eingezeichnet, das auf der linken Seite der Drehachse 76 des ersten Kegelrads 8 angeordnet ist. Das gestrichelt eingezeichnete, zweite Kegelrad 10′ kann statt des zweiten Kegelrads 10 vorgesehen sein und ist dann sozusagen spiegelbildlich zu der Lage angeordnet, die das zweite Kegelrad 10 hatte. Das alternative, zweite Kegelrad 10′ ist in analoger Weise drehfest mit der Hohl­ welle 12 verbunden. Wenn man statt des Kegelrads 10 das alternative Kegelrad 10′ einbaut, dreht sich bei gegebe­ ner Drehrichtung der Eingangswelle 6 die Drehrichtung der Hohlwelle 12 und damit die Bewegungsrichtung des Ab­ triebselements = Gewindespindel 52 um. Diese beiden Bau­ varianten haben besonders große Bedeutung, wenn mit einem gemeinsamen Antriebsmotor mehrere Spindelhubelemente gleichsinnig und synchron angetrieben werden sollen.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel hierfür, wobei vier Spindelhub­ elemente 2 in Richtung der Bewegungsrichtung ihrer Ge­ windespindeln 52, also mit senkrechter Bewegungsrichtung, in Draufsicht gezeichnet sind. Aus einer Antriebseinheit 78, beispielsweise einer Elektromotor-Getriebe-Einheit, kommen an zwei entgegengesetzten Seiten jeweils eine Welle 80, 82 heraus. Die in Fig. 5 linke Welle 80 führt zu einem ersten Spindelhubelement 2 a, die in Fig. 5 rechte Welle 82 führt zu einem Spindelhubelement 2 b. Da sich die Welle 80, gesehen in Richtung von der Antriebs­ einheit 78 zum Spindelhubelement 2 a im Uhrzeigersinn dreht und sich die Welle 82, gesehen in Richtung von der Antriebseinheit 78 zum Spindelhubelement 2 b, entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, muß in dem einen Spindelhubelement 2 a ein "normales", zweites Kegelrad 10 vorgsehen sein und muß in dem anderen Spindelhubelement 2 b ein "spiegelbild­ liches", zweites Kegelrad 10′ vorgesehen sein, um Gleich­ lauf der beiden Gewindespindeln zu sichern.

In Fig. 5 erkennt man ferner, daß das erfindungsgemäße Spindelhubelement 2 auch mit mehr als einem Gehäusefort­ satz 4, insbesondere mit einem unter 90° zum ersten Ge­ häusefortsatz 4 angeordneten zweiten Gehäusefortsatz 4 gebaut sein kann. Die dort herauskommende Welle 84 bzw. 86 wird durch die Antriebseinheit 78 indirekt angetrie­ ben und dreht sich im umgekehrten Drehsinn wie die im Antriebsstrang vorgeschaltete Welle 80 bzw. 82. Demzufol­ ge muß das Spindelhubelement 2 c mit einem "spiegelbild­ lichen", zweiten Kegelrad 10 und das Spindelhubelement 2 d mit einem "normalen" zweiten Kegelrad 10 ausgestattet sein, damit sich bei allen vier Spindelhubelementen 2 a, 2 b, 2 c, 2 d die Gewindespindeln 52 gleichsinnig und synchron bewegen.

Das erfindungsgemäße Spindelhubelement kann zwei Gehäuse­ stutzen 4 an diametral gegenüberliegenden Stellen auf­ weisen oder kann mehr als zwei Gehäusestutzen 4 in wähl­ barer, umfangsmäßiger Verteilung aufweisen.

Anordnungen der in Fig. 5 gezeichneten Art konnten mit den bekannten Spindelhubelementen ohne Heranziehung zusätzlicher Getriebe bisher nicht verwirklicht werden.

Claims (10)

1. Spindelhubelement (2) mit

• - einem Getriebe;
• - einem Umsetzungstrieb, der Rotationsbewegung in Linear­ bewegung eines Abtriebselements (52; 62) umsetzt; und
• - einer Anschlußstelle (6) zum Einleiten von Antriebs­ drehmoment, das von einem externen Antriebsmotor (7 S) stammt,

dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe eine Kegelrad-Getriebestufe (8, 10) aufweist;
und daß zwischen dem abtreibenden Kegelrad (10) der Kegelrad-Getriebestufe und dem antreibenden Element (8) des Umsetzungstriebs wahlweise eine Planetengetriebe­ stufe (42, 46, 48, 50) eingebaut oder eine direktere, drehmomentübertragende Verbindung ohne weitere Getrie­ bestufe vorgesehen ist.

2. Spindelhubelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Variante mit Planetengetriebestufe (42, 46, 48, 50)

• - das abtreibende Kegelrad (10) drehbar auf dem antreibenden Element (12; 52) des Umsetzungstriebs gelagert ist und einen axialen Fortsatz mit einer Sonnenverzahnung (46) aufweist;
• - im Gehäuse (3) des Spindelhubelements (2) ein innenverzahnter Ring (42) befestigt ist; und
• - ein Planetenradträger (50) drehfest an dem antreiben­ den Element (12; 52) des Umsetzungstriebs angebracht ist.

3. Spindelhubelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) des Spindelhubelements (2) einen Mittelbereich aufweist, der aus einem Stahlrohr ge­ fertigt ist, und daß bei der Variante ohne weitere Ge­ triebestufe ein kürzerer Stahlrohrabschnitt eingesetzt ist.

4. Spindelhubelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das abtreibende Kegelrad (10) je nach gewünschtem Drehsinn des antreibenden Elements (12; 52) des Umset­ zungstriebs in Relation zum Drehsinn des antreibenden Kegelrads (8) auf der einen Seite oder auf der anderen Seite von der Achse (76) des antreibenden Kegelrads (8) angeordnet ist.

5. Spindelhubelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzungstrieb eine axial festgelegte, Mutter (12) als antreibendes Element und eine Gewinde­ spindel (52) als Abtriebselement aufweist.

6. Spindelhubelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (52) in dem Spindelhubelement (2) verdrehhindernd festgelegt ist.

7. Spindelhubelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzungstrieb eine axial festgelegte Ge­ windespindel (52) als antreibendes Element und eine Wandermutter (62) als Abtriebselement aufweist.

8. Spindelhubelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandermutter (62) außerhalb des Gehäuses (3) des Spindelhubelements (2) angeordnet sind.

9. Spindelhubelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das antreibende Element (12, 52) des Umsetzungstriebs mittels eines Flanschs (34) axial festgelegt ist, der sich mindestens einseitig über ein Axialwälzlager im Gehäuse (3) des Spindelhubelements (2) abstützt.