DE3911040A1 - Linearantriebseinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Linearantriebs­ einheit, mit einem Elektromotor, einer Getriebeein­ richtung, einem Mutter-Gewindespindel-Trieb, und einer Linearabtriebsstange.

Derartige Linearantriebseinheiten, die man auch als elektromechanische Linearantriebe bezeichnen kann, dienen zur Linearbewegung von Objekten. Hierbei besteht eine latente Gefahr des Eintretens von Schäden entweder an den angetrieben bewegten Objekten oder innerhalb der Linearantriebseinheit, wenn Störungen, z. B. eine Ver­ klemmung, in der Bewegungsmöglichkeit des zu bewegenden Objekts oder eine unbewältigbare Überlastung im Inneren der Linearantriebseinheit auftritt, z. B. bei zu schwach gewählter Linearantriebseinheit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Linearantriebseinheit mit Sicherung gegen derartige Schäden zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Linearantriebsein­ heit erfindungsgemäß gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) im Drehmoment-Übertragungsweg von der Motorwelle zu dem Mutter-Gewindespindel-Trieb sind eine erste Scheibe und eine axial gegen Federkraft ver­ schiebbare, zweite Scheibe vorgesehen, die über eine Hirth-Verzahnung gekoppelt sind;
• b) einen Schalter, der durch Verschiebung der zweiten Scheibe um einen ersten Verschiebeweg zum Ab­ schalten des Elektromotors betätigbar ist; und
• c) eine mechanische Bremse, die durch Verschiebung der zweiten Scheibe um einen zweiten Verschiebe­ weg, der größer als der erste Verschiebeweg ist, zum Bremsen eines rotierbaren Bauteils im Dreh­ moment-Übertragungsweg betätigbar ist.

Infolge der Hirth-Verzahnung zwischen der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe weicht die zweite Scheibe gegen Federkraft aus, wenn eine größere Linearbe­ wegungskraft als beabsichtigt auf das zu bewegende Objekt ausgeübt wird. Die Ausweich-Verschiebebe­ wegung der zweiten Scheibe wird direkt oder über Zwischenglieder auf einen elektrischen Schalter über­ tragen, der daraufhin den Antriebs-Elektromotor der Linearantriebseinheit sofort abschaltet. Die Aus­ weich-Verschiebebewegung der zweiten Scheibe wird außerdem entweder über Zwischenglieder auf eine mechanische Bremse übertragen oder unmittelbar für eine Bremsung genutzt, so daß ein Nachlauf der Linearantriebseinheit vermieden oder auf ein minimales Ausmaß begrenzt ist. Die Auslegung wird vorzugsweise so getroffen, daß der mechanische Bremsvorgang inner­ halb von wenigen Millisekunden nach dem elektrischen Abschalten abgeschlossen ist, so daß höchstens ein Nachlauf - je nach Übersetzung zwischen dem tatsäch­ lich gebremsten Bauteil und der Linearabtriebsstange - im Bereich von Hundertsteln von Millimetern liegt. Dabei ist es günstig, wenn der zweite Verschiebeweg nur geringfügig größer als der erste Verschiebeweg ist. Wenn man mit einer mechanischen Bremse mit Bremsbelag arbeitet, der beim Bremsen etwas zusammen­ gedrückt wird, könnte der zweite Verschiebeweg im Extremfall sogar etwas kleiner als der erste Ver­ schiebeweg oder gleich diesem sein.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Ausgestaltungsmerkmale werden weiter unten noch näher erläutert, und zu einigen Aspekten werden anschließend Ausführungen ge­ macht.

Die Lagerung der zweiten Scheibe bzw. der Zwischen­ welle muß deren Verschiebbarkeit in Axialrichtung Rechnung tragen. Besonders einfach kann dies durch eine Gleitlagerung geschehen. Eine weitere Möglich­ keit besteht durch eine geeignete Wälzlagerung, bei­ spielsweise mittels Nadellagern oder Rollenlagern, die eine Axialverschiebung erlauben.

Die Andrückkraft der zweiten Scheiben gegen die erste Scheibe ist vorzugsweise stufenlos einstell­ bar, damit je nach Empfindlichkeit des zu bewegenden Objekts bzw. des Bewegungswegs des zu bewegenden Objekts eine geeignete, niedrigere oder höhere Grenzbewegungskraft eingestellt werden kann, bei der die Linearantriebseinheit abgeschaltet wird. Da die erfindungsgemäß Sicherheitseinrichtung mechanisch und sehr robust aufgebaut ist, sind Schäden an ihr praktisch ausgeschlossen. Die Konstruktion kann problemlos auf eine sichere Lebens­ dauer von mehreren Millionen Schaltspielen ausgelegt werden. Es ist möglich, die erfindungsgemäße Sicher­ heitseinrichtung auch zum routinemäßigen Abschalten der Linearantriebseinheit bei jedem Bewegungsspiel zu benutzen. Beispielsweise kann das zu bewegende Objekt in beiden Richtungen jeweils gegen Anschlag gefahren werden, woraufhin die Linearantriebsein­ heit abschaltet. Mit diesem "Gegen-Anschlag-Fahren" und Anhalten mit extrem geringem Nachlauf kann man Objekte in eine positionsgenaue Lage bewegen, wobei die Positionsgenauigkeit mindestens so groß wie bei einer Steuerung mit Inkrementalgeber ist. Hierbei empfiehlt sich selbstverständlich eine möglichst niedrige Einstellung der auf die zweite Scheibe wirkenden Feder­ kraft. Es ist zu betonen, daß die Sicherheitseinrichtung infolge der Hirth-Verzahnung bei beiden Drehrichtungen des Elektromotors bzw. beiden Linearbewegungsrichtungen der Linearabtriebsstange wirksam ist.

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

Fig. 1 einen Teil einer Linearantriebseinheit im Längsschnitt;

Fig. 2 einen Teil einer abgewandelten Linearan­ triebseinheit im Längsschnitt;

Fig. 3 eine komplette Linearantriebseinheit im Längsschnitt als Beispiel für eine für den Einbau der Sicherheitseinrichtung geeignete Linearantriebseinheit.

Bei der in Fig. 1 teilweise zeichnerisch dargestellten Antriebseinheit 2 erkennt man eine Welle 4 eines an­ sonsten nicht eingezeichneten Elektromotors. Am linken Endbereich weist die Welle 4 eine Ritzelverzahnung 6 auf, mit der mehrere, umfangsmäßig verteilte Planeten­ zahnräder 8 kämmen. Radial außen kämmen die Planeten­ zahnräder 8 mit einer stationären Außenverzahnung 10. Die Planetenzahnräder 8 sind auf Bolzen 12 eines insgesamt im wesentlichen scheibenförmigen Planeten­ trägers 14 gelagert. Auf der axial linken Stirnseite steht der Planetenträger 14 über eine Hirth-Ver­ zahnung 16 mit einer gegenüberliegenden, zweiten Scheibe 18 in Verbindung. Der Planetenträger 14 bildet eine erste Scheibe, die mit der zweiten Scheibe 18 als Drehmomentkupplung zusammenwirkt.

Die zweite Scheibe 18 mitsamt ihres Teils der Hirth- Verzahnung 16 besteht aus Kunststoff und ist an das rechte Ende einer Zwischenwelle 20 angespritzt. Radiale Zapfen 22 der Zwischenwelle 20 verstärken die lagefeste Zuordnung zwischen der zweiten Scheibe 18 und der Zwischenwelle 20 in Umfangsrichtung und in Axialrichtung.

Die Zwischenwelle 20 ist mit Gleitlagern 24 und 26 in Zwischenwänden der Linearantriebseinheit 2 gelagert. Im linken Endbereich der Zwischenwelle 20 ist auf dieser ein Axialkugellager 28 angebracht, mit dem ein Schalterbetätigungsteil 30 aus Kunststoff auf der Zwischenwelle 20 gelagert ist. Das Schalterbetätigungs­ teil 30 weist exzentrisch einen axialen Fortsatz 32 auf, der in eine Bohrung in einer Zwischenwand der Linearantriebseinheit 2 ragt und so das Schalterbe­ tätigungsteil 30 undrehbar hält. Derjenige Bereich des Schalterbetätigungsteils 30, der den Fortsatz 32 aufweist, wirkt auf seiner axial anderen Seite mit dem Betätigungsstift eines elektrischen Schalters 34 zu­ sammen. In der in Fig. 1 gezeichneten Normalstellung, in der die zweite Scheibe 18, die Zwischenwelle 20 und das Schalterbetätigungsteil 30 in ihrer rechten Endlage sind, ist der Schalter 34 geschlossen, so daß dem nicht eingezeichneten Elektromotor Strom zugeführt wird und zuführbar ist. Ein Kragen 35 des Schalterbetätigungsteils 30 umgibt das Axialkkugel­ lager 28 schmutzschützend am Außenumfang.

Zentral auf seiner linken Stirnseite weist das Schalter­ betätigungsteil 30 einen Stutzen 36 auf. Der Stutzen 36 hält das rechte Ende einer Druck-Spiralfeder 38.

Der überwiegende Teil der Länge der Spiralfeder 38 und insbesondere deren linker Endbereich ist in einer Hohlschraube 40 aufgenommen, so daß die Druckfeder 38 zwischen der Bodenfläche des Schraubenhohlraums und dem Schalterbetätigungsteil 30 mit Vorspannung angeordnet ist. Durch weiteres Hineindrehen oder Herausdrehen der Schraube 40 läßt sich die Vorspannung der Druckfeder 38 stufenlos einstellen. Ein Bund 42 an der Schraube 40 begrenzt die Hineindrehbewegung der Schraube 40, so daß die Druckfeder 38 stets genügend Luft für die die weiter unten beschriebene Bewegung des Schalter­ betätigungsteils 30 nach links hat.

Die zweite Scheibe 18 weist auf ihrer Rückseite einen Bremsbelag 44 beispielsweise aus Kork auf. Im in Fig. 1 gezeichneten Normalzustand besteht zwischen der linken Stirnseite des Belags 44 und einer nach rechts weisenden Stirnseite einer dortigen Zwischenwand 46 der Linearantriebseinheit 2 ein Spiel von beispiels­ weise 0,5 bis 2 mm.

Die Zwischenwelle weist in ihrem mittleren Bereich am Umfang Vielkeilprofil 48 auf, auf das bei kompletter Linearantriebseinheit 2 ein Zahnrad, eine Keilriemen­ scheibe, eine Zahnriemenscheibe oder dergleichen un­ drehbar angebracht. Dieses Bauteil überträgt Drehmoment zu einem in Fig. 1 weiter unten angeordneten, nicht eingezeichneten Mutter-Gewindespindel-Trieb der Linearantriebseinheit, wodurch eine nicht-eingezeichnete Linearabtriebsstange linear in beiden Richtungen ange­ trieben werden kann.

Wenn die von der Linearabtriebsstange auf das zu be­ wegende Objekt ausgeübte Bewegungskraft eine durch die Vorspannung der Druckfeder 38 eingestellte Schwelle überschreitet, bewegt sich die zweite Scheibe 18 auf­ grund der Hirth-Verzahnung 16 mit ihren Schrägflächen nach links in Fig. 1. Diese Verschiebebewegung wird mitgemacht von der Zwischenwelle 20 und dem Schalter­ betätigungsteil 30. Nach einem ersten Verschiebeweg von beispielsweise 0,5 bis 1,5 mm unterbricht der Schal­ ter 34. Praktisch gleichzeitig oder kurz danach kommt die linke Stirnseite des Bremsbelags 44 mit der rechten Stirnseite der Zwischenwand 46 in Bremseingriff, so daß die Zwischenwelle 20 und alle im Drehmomentfluß nachge­ schalteten Bauteile schlagartig zum Stillstand kommen. Es versteht sich, daß die axiale Verzahnungshöhe der Hirth-Verzahnung 16 so groß ist, daß bei diesem Brems­ zustand noch kein Überspringen stattfindet.

Die abgewandelte Ausführungsform gemäß Fig. 2 unter­ scheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 lediglich dadurch, daß kein Planetengetriebe 6, 8, 10 vorgesehen ist, sondern stattdessen die erste Scheibe 14 direkt undrehbar auf dem Endbereich der Welle 4 angebracht ist. Die Festlegung der ersten Scheibe 14 in Umfangsrichtung kann beispielsweise durch eine Paßfeder oder durch ein Vielkeilprofil erfolgen. Ansonsten ist die Funktion gleich wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Fig. 3 dient der Veranschaulichung, wie eine komplette Linearantriebseinheit beispielsweise aussehen kann, in der die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung eingebaut ist, wobei diese konkrete Linearantriebs­ einheit 2 - allerdings ohne die erfindungsgemäße, elektrische Abschaltung und Bremsung - in der älteren deutschen Patentanmeldung P 38 24 867.0 des gleichen Anmelders genauer beschrieben ist.

Man erkennt einen Elektromotor 50, dessen Welle 4, ein anschließendes Planetengetriebe 52, eine an­ schließende Zwischenwelle 54, ein anschließendes Stirnradgetriebe 56 zu einem Mutter-Gewindespindel- Trieb 60 und eine Linearabtriebsstange 60. Es ist leicht vorstellbar, wie man die Zwischenwelle 54 und die damit funktionell zusammenhängenden Bau­ teile so umgestalten kann, daß eine erfindungs­ gemäße Sicherheitseinrichtung in der Linearantriebs­ einheit 2 integriert ist.

Zu den Fig. 1 und 2 sei noch nachgetragen, daß das Gehäuse der dortigen Linearantriebseinheit 2 links einen Deckel 48 aufweist. Nach Abnahme des Deckels 48 ist die Schraube 40 zum Einstellen der Vorspannung der Druckfeder 38 bequem von außen her zugänglich.

Claims (12)

1. Linearantriebseinheit, mit einem Elektromotor, einer Getriebeeinrichtung, einem Mutter-Gewindespindel- Trieb, und einer Linearabtriebsstange, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) im Drehmoment-Übertragungsweg von der Motorwelle (4) zu dem Mutter-Gewindespindel-Trieb (60) sind eine erste Scheibe (14) und eine axial gegen Federkraft verschiebbare, zweite Scheibe (18) vor­ gesehen, die über eine Hirth-Verzahnung (16) gekoppelt sind;
• b) einen Schalter (34), der durch Verschiebung der zweiten Scheibe (18) um einen ersten Verschiebe­ weg zum Abschalten des Elektromotors betätigbar ist; und
• c) eine mechanische Bremse (44, 46), die durch Ver­ schiebung der zweiten Scheibe (18) um einen zweiten Verschiebeweg, der größer als der erste Verschiebeweg ist, zum Bremsen eines rotierbaren Bauteils im Drehmoment-Übertragungsweg betätigbar ist.

2. Linearantriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Scheibe (18) auf einer Zwischenwelle (20) befestigt ist;
daß die Zwischenwelle (20) mitsamt der zweiten Scheibe (18) axial verschiebbar ist;
und daß an der Zwischenwelle (20) ein undrehbar fest­ gelegtes Schalterbetätigungsteil (30) gelagert ist.

3. Linearantriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalterbetätigungs­ teil (30) mittels eines Axialwälzlagers (28) auf der Zwischenwelle (20) gelagert ist.

4. Linearantriebseinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalterbetätigungs­ teil (30) scheibenartig mit einem exzentrischen, axialen Fortsatz (32) zur undrehbaren Festlegung ausgebildet ist.

5. Linearantriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalterbe­ tätigungsteil (30) aus Kunststoff besteht.

6. Linearantriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine axial ausge­ richtete Druckfeder (38) zum Andrücken der zweiten Scheibe (18) an die erste Scheibe (16) durch ein Gewindebauteil (40) in ihrer Vorspannung einstellbar ist.

7. Linearantriebseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellweg des Gewindebau­ teils (40) derart begrenzt ist, daß die Druckfeder (38) nicht vollständig zusammengedrückt werden kann.

8. Linearantriebseinheit nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (38), ge­ gebenenfalls nach Abnahme eines Deckels (48), von außen her in ihrer Vorspannung einstellbar ist.

9. Linearantriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine axial ausgerichtete Druckfeder (38) zum Andrücken der zweiten Scheibe (18) an die erste Scheibe (14) vorgesehen ist und daß die Druckfeder (38) auf die Zwischenwelle (20), vorzugsweise über das Schalterbetätigungsteil (30) wirkt.

10. Linearantriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Bremse durch die, vorzugsweise mit einem Bremsbelag (44) versehene, Rückseite der zweiten Scheibe (18) und eine stationäre Gegenfläche in der Linearantriebs­ einheit (2) gebildet ist.

11. Linearantriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Scheibe (18) aus Kunststoff besteht und vorzugsweise an die Zwischenwelle (20) angespritzt ist.

12. Linearantriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Scheibe (14) von dem Planetenträger eines Planetengetriebes zwischen dem Elektromotor und dem Paar aus der ersten und der zweiten Scheibe (14, 18) gebildet ist.