DE60315494T2

DE60315494T2 - Stellglied

Info

Publication number: DE60315494T2
Application number: DE60315494T
Authority: DE
Inventors: Norbert Klinke
Original assignee: Linak AS
Current assignee: Linak AS
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: DK1556630T3; EP1556630A1; JP4464828B2; DE60315494D1; US7506560B2; ATE369510T1; US20060054451A1; EP1556630B1; JP2006504910A; CN100425874C; WO2004040169A1; AU2003273793A1; ES2288620T3; CN1708653A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stellglied umfassend einen umschaltbaren Motor, ein mit dem Motor funktionell verbundenes Getriebe, ein bewegliches, funktionell mit dem Getriebe verbundenes Einstellelement, ein zylindrisches Teil, eine an dem zylindrischen Teil angeordnete Schraubenfeder mit einer solchen Wickelrichtung, dass die Feder eine Bremswirkung auf das Einstellteil in einer Bewegungsrichtung desselben derart ausübt, dass die Feder um das zylindrische Teil gespannt wird, wobei die Bremswirkung so angepasst ist, dass sie durch den Motor überwunden werden kann.
EP 0 662 573 der Linak A/S offenbart ein lineares Stellglied gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, worin ein umschaltbarer Elektromotor über ein Getriebe eine Spindel mit einer gegen Drehen festen Mutter antreibt. An der Mutter ist ein rohrförmiges Einstellelement befestigt, wodurch letzteres axial zwischen einer ausgefahrenen Stellung und einer zurückgezogenen Stellung verlagert wird, wenn die Spindel in der einen bzw. in der anderen Richtung gedreht wird. Das Stellglied soll eine ausreichende Selbstverriegelungsfähigkeit aufweisen, damit das Einstellelement in der betreffenden Position bleiben kann, wenn der Motor angehalten wird. Um die ausreichende Fähigkeit zur Selbstverriegelung zu erreichen, lehrt EP 0662 573 , eine Schraubenfeder anzuordnen, deren eines Ende um ein drehendes Element in dem Getriebe befestigt ist, um eine Bremskraft auszuüben, so dass das Stellglied selbstverriegelnd ist. Die Schraubenfeder ist so ausgelegt und angeordnet, dass sie eine Bremskraft in der Richtung nach innen in Bezug auf das Einstellelement ausübt, indem die Reibung zwischen dem sich drehenden Element und der Feder letztere dazu bringt, sich um das drehende Element zusammenzuziehen, und sich, bezogen auf das Einstellelement in der nach außen weisenden Richtung, zu öffnen, d.h. den Angriff um das drehende Element herum zu lösen. Seit ihrem Erscheinen im Jahr 1995 wurde diese Konstruktion nicht nur in breitem Rahmen in Einzelstellgliedern, wie sie in EP 0 662 573 gezeigt sind, verwendet, sondern auch in Doppelstellgliedern, wie sie in DE 38 42 078 A1 der Niko Gesellschaft für Antriebstechnik mbH und in EP 1 014 834 der Okin Gesellschaft für Antriebstechnik mbH & Co. KG gezeigt sind, wie auch in Stellgliedern, die als Hubsäulen ausgebildet sind, einschließlich Hubsäulen für höheneinstellbare Tische, s. z.B. WO 02/39848 A1 der Linak A/S. Die Konstruktion wurde später ebenfalls von einem Wettbewerber in DE 296 06 367 U1 der Okin Gesellschaft für Antriebstechnik mbH beschrieben.
Die Erfindung schafft eine weitere Lösung, bei der die Schraubenfeder mit ihrem einem Ende an einem Drehelement in der Einrichtung so befestigt ist, dass die Feder bei der Drehung des zylindrischen Teils mitgenommen wird, das in Bezug darauf statisch ist. Wenn sich das Stellglied in einer Richtung bewegt, in der die Feder gegen ihre Wicklungsrichtung gedreht wird, versucht die Feder, sich zu öffnen, und sie übt dadurch keinen oder einen allenfalls unbeachtlichen Widerstand gegenüber der Bewegung aus. In der gegengesetzten Richtung, in der die Feder in Wicklungsrichtung gedreht wird, wird sie um das zylindrische Teil herum gespannt und übt eine Haltekraft aus. Ein nicht selbstverriegelndes Stellglied kann dadurch selbstverriegelnd gemacht werden, oder es kann der Bremseffekt in einem selbstverriegelnden Stellglied beträchtlich gesteigert werden. In einem nichtselbstverriegelnden Stellglied kann der Bremseffekt ebenfalls so eingestellt werden, dass es gerade bis zu einer bestimmten Belastung selbstverriegelnd ist, oder dass es nicht-selbstverriegelnd bleibt, aber kontrolliert unter der Wirkung der Bremskraft bewegt wird. Der Bremseffekt wird durch viele Parameter beeinflusst, wie beispielsweise die Materialwahl, Materialeigenschaften, Gleitmittel, Temperatur, Querschnitt der Feder, Anzahl der Wicklungen der Feder, Vorspannung, d.h. wie eng die Feder auf dem zylindrischen Teil angeordnet ist.
Wenn die Feder ihren Bremseffekt ausübt, der durch Reibung verursacht wird, so wird eine nicht unbeträchtliche Wärmemenge erzeugt, die nicht nur nachteilige Folgen für die Bremswirkung haben, sondern auch die umgebende Konstruktion schädigen kann. In dieser Beziehung ist die Erfindung grundlegend gegenüber dem Stand der Technik dadurch vorteilhaft, dass die Wärme über den zylindrischen Teil direkt in den statischen Aufbau, typischerweise in Form eines Gehäuses, geleitet wird. Wenn darüber hinaus letzteres oder der betroffene Bereich aus Metall ist, wird das Kühlen noch wirkungsvoller. Dank des Bremseffektes ist es wünschenswert, dass die Feder auf einer Kunststoffummantelung angeordnet ist, wobei für diesen Zweck ein zylindrisches Teil aus Metall mit einer Ummantelung aus Kunststoff, beispielsweise in Form einer darauf gespritzten Ummantelung, einer gegen Drehung gesicherten Hülse oder eingebetteter Rippen vorgesehen sein kann.
Obwohl die Erfindung primär zur Verwendung in Verbindung mit linearen Stellgliedern, basierend auf einer Spindel, vorgesehen ist, lässt sich ohne weiteres einsehen, dass die Erfindung auch in Verbindung mit drehbaren Stellgliedern, wie sie z. B. in WO 01/17401 A1 beschrieben sind, verwendet werden kann.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend noch vollständiger unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der
1 eine Explosionsansicht des Antriebsteils des Stellgliedes und
2 eine schematische Ansicht eines höheneinstellbaren Tisches zeigt.
Die Grundlage für die Beschreibung ist ein Stellglied in Form einer Hubsäule für höheneinstellbare Tische, die zwei oder drei teleskopische Elemente aufweisen, die von einer einzelnen massiven Spindel oder einer massiven Spindel in Kombination mit einer hohlen Spindel angetrieben werden. Die Zeichnung zeigt nur solche Teile, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind.
Wie erkennbar, umfasst das Stellglied ein Gehäuse 1 mit einer Abdeckung 2 und einer Bodenplatte 3, wobei die Bodenplatte mit einer Aussparung 4 für einen Trag- oder Lagerblock 5 ausgebildet ist. Das Gehäuse nimmt einen umschaltbaren Gleichstrommotor 6 auf, wobei eine Verlängerung der Motorwelle als Schnecke 7 ausgebildet ist. Am Vorderende des Motors 6 ist eine Halteplatte 8 aus Metall befestigt, die mit einem zylindrischen Teil 9 versehen ist, über dem eine Kunststoffhülse 10 angeordnet und durch eine verzahnte Verbindung (Nut und Feder) gegen Drehung gesichert ist. Über der Kunststoffhülse 10 ist nach innen hin eine Schraubenfeder 11 vorgesehen und vorgespannt, da die Öffnung in der Feder geringfügig kleiner als der Außendurchmesser der Kunststoffhülse ist. Das zylindrische Teil 9 trägt fest und sicher eine Lagerwelle 12 für ein Schneckenrad 13 in Eingriff mit der Motorschnecke 7. An einer Seite weist das Schneckenrad einen zylindrischen Ansatz 14 mit einer Aushöhlung für eine nicht-drehbare Aufnahme des Endes 18 einer Spindel 19 auf, die in dem Lagerblock 5 mit einem Kugellager 20 gelagert ist. Es ist zu bemerken, dass die Schraubenfeder 11 mit einem radial vorspringenden Ende 16 drehbar mit der anderen Seite des Schneckenrades in einem Halter 17 verbunden ist. Endlich ist aus Gründen der Vollständigkeit zu bemerken, dass das Ende der Schnecke 7 in einem Gleitlager 15 in der Halteplatte 8 geführt ist.
2 der Zeichnung zeigt schematisch einen höheneinstellbaren Tisch, wobei das Tischoberteil, das durchsichtig dargestellt ist, an jeder Seite von einem unteren Rahmen mittels einer Hubsäule 21 getragen wird. Die Hubsäule kann ein oder zwei ausfahrbare Elemente aufweisen, was von der gewünschten minimalen und maximalen Höhe des Tisches abhängt. Das unterste Teil der Hubsäule ist in einem Fuß gelagert, während das oberste Teil mit dem Gehäuse unterhalb des Tischoberteils gelagert ist.
Wenn der Motor in Gang gesetzt wird, damit sich die Schnecke im Uhrzeigersinn dreht, so dreht sich ebenfalls das Schneckenrad 13 im Uhrzeigersinn, und dadurch dreht sich auch die Spindel 19 im Uhrzeigersinn. Die Spindel schraubt sich dann durch eine Spindelmutter hoch, die im vorauslaufenden Teil befestigt ist, wodurch sich das innerste Teil ausdehnt und das Tischoberteil anhebt. Während dieses Vorgangs wird die Schraubenfeder 11 über die Kupplung 16, 17 mit dem Schneckenrad 13 im Uhrzeigersinn gedreht. Die Feder wird dann auf der Kunststoffhülse 10 gedreht, und die Reibung zwischen der Feder und der Kunststoffhülse bringt die Feder dazu, sich auszudehnen und dadurch ihren Zugriff um die Kunststoffhülse zu lockern. Dank der Ausdehnung ist die Reibung zwischen der Feder und der Kunststoffhülse so gering, dass sie ziemlich ohne Bedeutung ist. Wenn die gewünschte Höhe des Tisches erreicht worden ist, wird der Motor angehalten, und das Gewicht des Tischoberteils und der Last darauf ist sodann bemüht, dass innerste Teil nach unten zu drücken. Die Spindel 19 versucht alsdann, sich nach unten durch die Spindelmutter in einer Drehrichtung gegen den Uhrzeigersinn nach unten zu schrauben. Das Schneckenrad 13 wird dann in der gleichen Richtung belastet, und das gleiche trifft für die Feder 11 aufgrund ihrer Verbindung mit dem Schneckenrad zu. Da das Bemühen besteht, die Feder in Richtung gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, zieht sie sich zusammen und verstärkt ihre Haftung beziehungsweise ihren Kraftschluss um die Kunststoffhülse 10 und verhindert die Bewegung. Das Tischoberteil verbleibt sodann in der gewünschten Höhe. Wenn das Tischoberteil abgesenkt werden soll, wird der Motor in derjenigen Richtung in Betrieb gesetzt, dass die Schnecke sich gegen den Uhrzeigersinn dreht. Das Schneckenrad 13 dreht sich dann auch gegen den Uhrzeigersinn und belastet über die Kupplung 16, 17 die Feder 16 um die Plastikhülse 10 herum. Der Motor überwindet so die Bremswirkung der Feder an der Kunststoffhülse, wobei währenddessen eine nicht unbeträchtliche Reibungswärmemenge erzeugt wird. Diese Wärme wird über das zylindrische Teil 9 an die metallische Halteplatte 8 übertragen, wodurch die Wärme von der Feder 11 und der Kunststoffhülse 10, die relativ dünn ist, wegtransportiert wird. Der Grund dafür, dass die Wärme abgeleitet werden soll, besteht primär darin, ein Schmelzen der Kunststoffhülse 10 und eine Zerstörung des Fettes an der Feder/der Hülse zu vermeiden.
Es ist erkennbar, dass die Bremswirkung der Feder eine äußerst empfindliche und schwierige Balance zwischen dem Erreichen einer ausreichenden Selbstverriegelung an der Hubsäule, damit diese ihre Stellung beibehält, wenn der Stromzufluss zum Motor abgeschaltet ist, und dem Überwinden dieser Bremswirkung mit der geringst möglichen Motorkraft bildet, wenn die Säule eingefahren werden soll, und um endlich sicherzustellen, dass die Feder nicht gegen den Motor arbeitet, wenn die Säule ausgefahren wird.
Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit linearen Stellgliedern beschrieben, die von einer zusammendrückenden Last beeinflusst werden, d.h. gegen eine Druckbeanspruchung arbeiten, wenn sie ausgefahren sind, aber es ist erkennbar, dass die Erfindung natürlich auch Stellglieder abdeckt, die unter Zug arbeiten, d.h. eine Last ziehen, wenn sie zusammengefahren werden. Das gleiche trifft natürlich auf sich drehende Stellglieder zu.
Es wurde in der vorstehenden Ausführungsform gezeigt, dass die Schraubenfeder an einem Schneckenrad befestigt ist. Dieses stellt eine äußerst attraktive Lösung dar, da ein Schneckengetriebe in einem Stellglied mit guter Transmission, Kompaktheit, einem niedrigen Geräuschpegel, niedrigen Kosten etc. ausgezeichnet arbeitet. Natürlich gibt es weitere Lösungen; so kann das Ende der Spindel durch das Schneckenrad reichen und in einem Lager aufgenommen werden, das in einem Teil angeordnet ist, das als das zylindrische Teil der Feder ausgebildet ist. In Stellgliedern, die ein zusätzliches Schneckenrad asymmetrisch zu dem ersten aufweisen, um die Schnecke zu unterstützen, kann die Feder in Verbindung mit dem zusätzlichen Schneckenrad angeordnet sein.
Die Begriffe Bremskraft oder Bremswirkung sollen aussagen, dass die Feder eine Kraft oder vielmehr ein Moment ausübt, die zur Fähigkeit des Selbstverriegelns beitragen. Das bedeutet also nicht, dass die Feder als solche als aktive Bremse ähnlich dem Fall arbeitet, dass ein (Auto) Fahrer auf die Fußbremse in einem Auto tritt. Vielmehr lässt sich dies mit der Handbremse eines Fahrzeuges vergleichen, die betätigt wird, wenn das Auto stillsteht, und die freigegeben wird, wenn das Fahrzeug in Gang gesetzt wird.

Claims

Stellglied umfassend einen umschaltbaren Motor (6), ein mit dem Motor funktionell verbundenes Getriebe (7, 13), ein bewegliches, funktionell mit dem Getriebe verbundenes Einstellelement, ein zylindrisches Teil (9, 10), eine an dem zylindrischen Teil angeordnete Schraubenfeder (11) mit einer solchen Wickelrichtung, dass die Feder eine Bremswirkung auf das Einstellteil in einer Bewegungsrichtung desselben derart ausübt, dass sich die Feder um das zylindrische Teil zusammenzieht, wobei die Bremswirkung so angepasst ist, dass sie durch den Motor überwunden werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende der Schraubenfeder (11) an einem sich drehenden Element (13) in der Einrichtung so festgehalten ist, dass die Feder (11) bei der Drehung auf dem zylindrischen Teil (9, 10), das relativ dazu statisch ist, mitgenommen wird.
Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Teil (9, 10) ganz oder teilweise aus Metall besteht.
Stellglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Teil (9) einen Metallkern aufweist, der mit einer Kunststoffbeschichtung auf dem Umfang, z.B. in Form einer Kunststoffhülse (10) darauf, gegen Rotation wenigstens an dem Teil, an dem die Schraubenfeder (11) angeordnet ist, festgehalten ist.
Stellglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Teil (9) aus Metall mit axial sich erstreckenden Kunststoffstreifen besteht, auf denen die Feder (11) angeordnet ist.
Stellglied nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Teil (9, 10) Teil einer Halterung oder Platte (8) bildet, die am vorderen Ende des Motors (6) angebracht ist.
Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe einen Schneckentrieb mit einer Schnecke (7) und einem Schneckenrad (13) umfasst, wobei die Schraubenfeder (11) mit ihrem einen Ende mit dem Schneckenrad verbunden ist.
Stellglied nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (11) mit einem radial nach außen gebogenen Ende an dem Schneckenrad festgehalten ist.
Stellglied nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (11) mit einem axial gebogenen Ende in einem Loch in dem Schneckenrad (13) festgehalten ist.
Stellglied nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (11) extern von einem wärmeleitenden Metallschild umgeben ist, um Wärme von der Feder abzuführen.
Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (11) aus Metall besteht und dass der die Feder bildende Draht einen vierseitigen, kreisförmigen oder ovalförmigen Querschnitt aufweist.