WO2006061337A1 - Elektrisch angetriebener linearaktuator - Google Patents

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WO2006061337A1
WO2006061337A1 PCT/EP2005/056290 EP2005056290W WO2006061337A1 WO 2006061337 A1 WO2006061337 A1 WO 2006061337A1 EP 2005056290 W EP2005056290 W EP 2005056290W WO 2006061337 A1 WO2006061337 A1 WO 2006061337A1
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linear actuator
mass
elastomeric material
spindle
moved
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PCT/EP2005/056290
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Leo Ymker
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Bosch Rexroth Ag
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    • F16H57/0006—Vibration-damping or noise reducing means specially adapted for gearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa
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Definitions

  • the present invention relates to an electrically driven linear actuator according to the preamble of claim 1.
  • Electrically driven linear actuators of the generic type are used to move a certain object (mass) in a linear direction back and forth, in contrast to hydraulically driven linear actuators usually a much higher control precision achievable and the control is less complicated. Furthermore, there is no risk of contamination from escaping hydraulic oil.
  • Previously known electrically driven linear actuators act on the object to be adjusted by way of a tubular actuator element, which is coupled in a force-locking manner to the object on the output side in a suitable manner.
  • the tubular actuator is within a main tube (which usually serves as a housing) slidably mounted in the axial direction and drive side coupled to a spindle nut, which in turn rotatably mounted on a within the main tube and (usually via a reduction gear) by an electric motor a rotational movement offset spindle sits.
  • each rotation of the spindle therefore causes an axial movement of the spindle nut, so that the actuator element coupled to it telescopes with respect to the Main pipe is moved.
  • Bosch Rexroth AG Item is mounted stationary, is applied to this object, depending on the direction of rotation of the motor, either a tensile or a pushing force - the object is moved according to linear.
  • US 4,500,805 discloses an electrically driven linear actuator in which the actuator acting on the object to be moved consists of a total of four rod-shaped actuator elements arranged concentrically at an equal angular interval of 90 degrees about the central spindle. With this quadruple arrangement, the rigidity of the linear actuator is to be improved, which is particularly important for very long actuators of importance. However, the basic mode of operation of this actuator differs in other respects not from that of the actuators described above with only one actuator element.
  • linear actuators according to the invention is, for example, a driving or flight simulator in which the simulation object has to be moved in a total of six degrees of freedom; Accordingly, six separately controllable linear actuators are required for this purpose.
  • a fundamental problem of the electric linear actuators according to the invention lies in the undesired generation of noise and in particular of vibrations; Both types of emissions are in many applications - but especially in the mentioned driving or flight simulation technology - of crucial disadvantage, as this the measured values can be improperly falsified.
  • the quality of the simulation depends to a great extent on the fact that, in addition to the visual information and the force feedback, the generated acceleration values and the simulated sounds (audio information of the simulated event) are reproduced largely exactly and unadulterated; the two
  • An elastic intermediate member shows already after comparatively short operation fatigue, which distort the desired target movement distance.
  • the elastic intermediate member is exposed to the respective environmental conditions, and it is often difficult to find a material having a sufficient temperature strength in the range of -21 to 70 degrees C and at the same time a sufficient resistance to oil or solvents.
  • the intermediate member deforms not only elastically in the Aktuationsplatz, but also in the transverse directions thereto; While the deformation in the actuation direction can be compensated by appropriate control or adjustment measures in the control of the spindle drive, the deformations in the other directions are difficult to compensate and therefore distort the results of a simulation.
  • the present invention is accordingly the object of developing an electrically driven linear actuator of the generic type so that the transmission of vibrations to the object to be moved can be safely prevented, without thereby limiting the operational capability of the actuator and to reduce its positioning accuracy.
  • each actuator element of two tubes which are arranged concentrically with one another to form a tubular gap of predetermined thickness and are non-positively connected to one another by means of an elastomeric material located in this gap.
  • one of the two concentric tubes to act on the object to be moved (mass) and to couple the other with the spindle nut, it is achieved that the elastomeric material
  • the Bosch Rexroth AG caused by the drive of the actuator vibrations reliably decoupled from the object to be moved or keeps away.
  • the invention thereby provides a mechanical filter between the object to be moved and the drive components, so that the linear actuator can not exert a negative influence on the object to be moved.
  • Another advantage of the solution according to the invention is that the overall length of the linear actuator is not increased, so that its range of use can be maintained unchanged.
  • the elastomeric material is very well protected from environmental influences in the gap between the two concentric tubes, it can hardly be attacked by oil or solvent; Also, the thermal influence on the elastomeric material is made uniform by the surrounding tubes, so that in practice even temperatures in the range of -21 to 70 degrees C pose no problem. Finally, due to the protected arrangement of the elastomeric material, premature
  • the inner of the two concentric tubes is preferably coupled with the object to be moved and the outer with the spindle nut, since this is simpler in terms of manufacture in the specific embodiment of the linear actuator according to the invention.
  • a particularly simple coupling can be achieved according to claim 3 in this case, when the inner tube protrudes at its end facing the object to be moved from the outer tube a predetermined distance in the axial direction.
  • the object to be moved is decoupled by the invention not only vibrationally but also electrically from the linear actuator; This, for example, a possibly required grounding of a larger simulation system is much easier.
  • the desired damping properties of the elastomeric material can be influenced according to claim 5 not only by selecting the thickness of the tubular gap and / or the size of the sliding module of the elastomeric material used, but also in that the elastomeric material is provided only in regions within the gap, ie For example, only at the two end portions of the concentric tubes.
  • the material for the elastomeric material for example, natural rubber, silicone rubber, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM) or polyurethane can be used.
  • natural rubber silicone rubber, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM) or polyurethane can be used.
  • EPDM ethylene-propylene-diene terpolymer
  • FIG. 1 shows a linear actuator according to the invention in a longitudinal section
  • Fig. 2 is an enlarged view of a designated in Fig. 1 by the reference numeral A region of a variant of the embodiment for explaining a seal.
  • the linear actuator according to the invention has a housing tube 18, at one end of a housing bottom 19 and at the other end is a housing head 20, a right hand on the housing bottom 19 fixed gear 11 and an electric motor 10 , which drives via the gear 11 a coaxially mounted in the housing tube 18 spindle 24 which is rotatably supported via a gear-side bearing 22 and a driven-side bearing 23.
  • the spindle nut 21 is held in a piston 25 which is slidably mounted on an inner surface of the housing tube 18, and via the piston 25 with an outer cylinder or Actuator tube 31 coupled, which forms a hollow cylindrical actuator element together with an inner cylinder or actuator tube 32 and an elastomeric material layer 33 which connects the two actuator tubes 31 and 32 frictionally.
  • the outer actuator tube 31 is slidably supported on the inner surface of the housing head 20 while the inner actuator tube 32 with its cylindrical inner surface supports the driven-side bearing 23.
  • the linear actuator is supported or attached via the rear side of its transmission housing 11 at a fixed reference point 12.
  • the end of the inner actuator tube 32, which protrudes from the outer actuator tube 31 a predetermined distance, is fixed with a coupling piece 13
  • the object (mass) 1 to be displaced with the linear actuator is attached to the coupling piece 13.
  • This object is rotationally fixed in the application shown here, ie that by the fixed connection with the actuator tube 32 via the non-positively joining elastomeric material 33 and finally the outer actuator tube 31 and thus the spindle nut 21 are prevented from rotating.
  • the spindle nut 21 is moved with each rotation of the spindle 24 by a corresponding distance to the left or right, so that the object 1 is equally moved.
  • a rotation stop must be provided for the spindle nut 21 inside the linear actuator, which can be done, for example, with a stop surface on the inside of the housing tube 18.
  • an outer stop member in the form of a cup-shaped ring 27 is provided, which is attached to the outer end of the inner actuator tube 32 and a damping ring 28 abuts in the end position of the linear actuator on an end face 29 of the housing head 20.
  • the damping ring 28 is preferably made of silicone or another lubricious material, torsional moments exerted by the object 1 in this end position do not damage the inner parts of the linear actuator.
  • Such an outer end stop has the advantage of better maintainability compared to an internally arranged solution.
  • the actuator element according to the invention of two tubes 31 and 32 is formed, which are arranged concentrically with each other to form a tubular gap of predetermined thickness and non-positively connected by means of an elastomeric material located in this gap, and there further only the inner of the two
  • Bosch Rexroth AG Pipes is connected to the object to be moved 1, it is achieved that the elastomeric material 33 all by the drive of the actuator (motor 10, gear 11, spindle 24 and storage) caused vibrations reliably away from the object to be moved 1.
  • the elastomeric material may for example consist of natural rubber, silicone rubber, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM) or polyurethane.
  • EPDM ethylene-propylene-diene terpolymer
  • polyurethane polyurethane
  • the damping properties can also be influenced by a suitable choice of the thickness of the cylindrical gap between the two actuator tubes 31 and 32. Another influence on the damping properties can be created by a suitable choice of the total contact surface of the elastomeric material 33 within the cylindrical gap by this elastomeric material - unlike the embodiment shown in the drawing - for example, only partially filling the existing space in the cylindrical gap ; e.g., the elastomeric material 33 could be provided only at the two end portions of the actuator tubes 31 and 32 or have recesses in axial directions.
  • the material for the elastomeric material 33 and / or the size of any recesses in the elastomeric material or in the cylindrical gap is preferably to ensure that the damping in the axial direction of the actuator significantly larger than in his Diameter direction is. This ensures that despite good damping
  • Bosch Rexroth AG properties in the axial direction only a minimal deviation from the setpoint direction is guaranteed.
  • the chosen elastomeric material in conjunction with the associated gap thickness must ensure a frictional connection between the two concentric actuator tubes.
  • an O-ring 40 may be provided which on an annular Fastener 41 is seated such that it rests against the outer peripheral surface of the inner tube 32 with such a pressure that on the one hand does not hinder the 31 caused by the elastomeric material 33 movements between the two tubes 32 and the other hand prevents the ingress of substances and thereby the elastomeric material 33 protects.
  • an O-ring 40 may be provided which on an annular Fastener 41 is seated such that it rests against the outer peripheral surface of the inner tube 32 with such a pressure that on the one hand does not hinder the 31 caused by the elastomeric material 33 movements between the two tubes 32 and the other hand prevents the ingress of substances and thereby the elastomeric material 33 protects.
  • the dimensions of the fastening element 41 are selected such that sufficiently large free spaces 42a to 42c are present in order to bring the fastening element 41 into contact with the outer circumferential surface of the inner tube 32, the stop member 27 or the elastomeric material 33 to prevent.
  • the elastomeric material used can be filled in the liquid state in the gap between the two aligned actuator tubes and then cured, for example by heat or by means of a curing agent.

Abstract

Es wird ein elektrisch angetriebener Linearaktuator zum linearen Bewegen einer M asse offenbart, bei dem mindestens ein längliches Aktuatorelement , das abtriebss eitig auf die Masse einwirkt, innerhalb eines Hauptrohrs in Axialrichtung gleite nd gelagert und antriebsseitig mit einer Spindelmutter gekoppelt ist, die ihrers eits auf einer innerhalb des Hauptrohrs drehbar gelagerten, von einem Elektromot or in eine Drehbewegung versetzbaren Spindel derart sitzt, dass sie bei ihrer du rch eine Drehung der Spindel hervorgerufenen Axialbewegung jedes Aktuatorelement teleskopartig bezüglich des Hauptrohrs verschiebt. Um zu erreichen, dass Schwin gungen des Antriebs keine Vibrationen an der zu bewegenden Masse hervorrufen, wi rd vorgeschlagen, jedes Aktuatorelement aus zwei konzentrisch unter Bildung eine s rohrförmigen Spalts vorbestimmter Dicke angeordneten Rohren zu bilden, die mit tels eines in diesem Spalt befindlichen elastomeren Materials kraftschlüssig ver bunden sind, wobei eines der beiden konzentrischen Rohre auf die zu bewegende Ma sse einwirkt und das andere mit der Spindelmutter gekoppelt ist.

Description

Beschreibung
Elektrisch angetriebener Linearaktuator
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch angetriebenen Linearaktuator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Elektrisch angetriebene Linearaktuatoren der gattungsgemäßen Art werden dazu verwendet, einen bestimmten Gegenstand (Masse) in linearer Richtung hin und her zu bewegen, wobei im Gegensatz etwa zu hydraulisch angetriebenen Linearaktuatoren in der Regel eine wesentlich höhere Stellpräzision erzielbar und die Ansteuerung unkomplizierter ist. Weiterhin besteht nicht die Gefahr einer Verschmutzung durch austretendes Hydrauliköl.
Bereits bekannte elektrisch angetriebene Linearaktuatoren (siehe beispielsweise US 6.145.395 oder US 4.712.441) wirken auf den zu verstellenden Gegenstand über ein rohrförmiges Aktuatorelement ein, das abtriebsseitig mit diesem Gegenstand in geeigneter Weise kraftschlüssig gekoppelt ist. Das rohrförmige Aktuatorelement ist innerhalb eines Hauptrohrs (das in der Regel gleichzeitig als Gehäuse dient) in Axialrichtung gleitend gelagert und antriebsseitig mit einer Spindelmutter gekoppelt, die ihrerseits auf einer innerhalb des Hauptrohrs drehbar gelagerten und (in der Regel über ein Untersetzungsgetriebe) von einem Elektromotor in eine Drehbewegung versetzten Spindel sitzt. Unter der Voraussetzung, dass die Spindelmutter drehfest gehalten ist (und zwar entweder durch einen Anschlag innerhalb des Hauptrohrs oder durch den zu bewegenden Gegenstand selbst) , bewirkt jede Drehung der Spindel daher eine Axialbewegung der Spindelmutter, so dass das mit ihr gekoppelte Aktuatorelement teleskopartig bezüglich des Hauptrohrs verschoben wird. Da andererseits das Hauptrohr bezüglich des zu bewegenden
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Linearaktuator
Bosch Rexroth AG Gegenstands ortsfest montiert ist, wird auf diesen Gegenstand, je nach Drehrichtung des Motors, entweder eine Zug- oder eine Schubkraft ausgeübt - der Gegenstand wird entsprechend linear verschoben.
In der US 4.500.805 ist ein elektrisch angetriebener Linearaktuator offenbart, bei dem der auf den zu bewegenden Gegenstand einwirkende Aktuator aus insgesamt vier stabförmigen Aktuatorelementen besteht, die konzentrisch in einem gleichen Winkelabstand von 90 Grad um die zentral verlaufende Spindel herum angeordnet sind. Mit dieser Vierfachanordnung soll die Steifigkeit des Linearaktuators verbessert werden, was insbesondere bei sehr langen Aktuatoren von Bedeutung ist. Die grundsätzliche Arbeitsweise dieses Aktuators unterscheidet sich in sonstiger Hinsicht jedoch nicht von der der eingangs beschriebenen Aktuatoren mit nur einem Aktuatorelement.
Ein Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Linearaktuatoren ist beispielsweise ein Fahr- oder Flugsimulator, bei dem das Simulationsobjekt in insgesamt sechs Freiheitsgraden bewegt werden muss; demgemäß werden hierfür sechs getrennt ansteuerbare Linearaktuatoren benötigt.
Ein grundsätzliches Problem der erfindungsgemäßen elektrischen Linearaktuatoren liegt in der unerwünschten Erzeugung von Lärm und insbesondere von Vibrationen; beide Emissionsarten sind in vielen Anwendungsfällen - vor allem aber bei der erwähnten Fahr- oder Flugsimulationstechnik - von entscheidendem Nachteil, da hierdurch die zu erzielenden Messwerte unzulässig verfälscht werden können. Beispielsweise hängt bei derartigen Simulationsverfahren die Simulationsqualität in hohem Maße davon ab, dass neben der visuellen Information und der Kraft-Rückkopplung auch die erzeugten Beschleunigungswerte und die simulierten Töne (Audio-Information des simulierten Geschehens) weitgehend exakt und unverfälscht wiedergegeben werden; die beiden
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Linearaktuator
Bosch Rexroth AG letzten Betriebsparameter werden aber durch die den bekannten Linearaktuatoren innewohnende Vibration bzw. durch den von ihnen erzeugten Lärm verfälscht.
Untersuchungen haben gezeigt, dass die Hauptursache für die erzeugten Vibrationen in der mechanischen Übertragung der Motordrehung auf die Spindel (also im Getriebe) , in der Umwandlung der Drehbewegung in eine Linearbewegung durch die mit der Spindelmutter kämmende Spindel sowie in der antriebsseitigen Lagerung der Spindel zu suchen sind. Die Lärmentwicklung ist demgegenüber insbesondere auf diejenigen Schwingungen des zu bewegenden Objekts zurückzuführen, die durch die Vibrationen des mit dem Objekt mechanisch gekoppelten Linearaktuators angeregt werden.
Da auch bei Einsatz sehr hochwertiger Getriebe, Spindeln und/oder Lager keine nennenswerte Reduzierung der Vibrationen erreicht werden konnte, wurde schließlich in Erwägung gezogen, das zu bewegende Objekt über ein zwischengeschaltetes elastisches Glied mit dem Ende des Ak- tuators zu koppeln. Abgesehen davon, dass dadurch die Länge des Linearaktuators häufig in nicht zulässiger Weise vergrößert wird, wurden noch folgende Nachteile dieser Lösung festgestellt:
1) Ein elastisches Zwischenglied zeigt bereits nach vergleichsweise kurzem Betrieb Ermüdungserscheinungen, die die gewünschte Soll-Bewegungsstrecke verfälschen.
2) Es ist schwierig, die Dämpfungscharakteristik des Zwischenglieds für alle Betriebszustände so einzustellen, dass zu erzeugende Schwingbewegungen des Objekts einerseits nicht gedämpft und die (in der Regel höherfrequenten) Vibrations-Schwingungen gleichwohl unschädlich gemacht werden können.
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Linearaktuator
Bosch Rexroth AG 3) Das elastische Zwischenglied ist den jeweiligen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, wobei es oft schwierig ist, ein Material zu finden, das eine ausreichende Temperaturfestigkeit im Bereich von -21 bis 70 Grad C und gleichzeitig eine genügende Widerstandsfähigkeit gegenüber Öl oder Lösungsmitteln besitzt.
4) Das Zwischenglied verformt sich nicht nur elastisch in der Aktuationsrichtung, sondern auch in den Querrichtungen hierzu; während die Verformung in der Aktuationsrichtung durch entsprechende Stell- oder Regelungsmaßnahmen bei der Ansteuerung des Spindelantriebs kompensiert werden können, sind die Verformungen in die anderen Richtungen nur schwer zu kompensieren und verfälschen daher die Ergebnisse einer Simulation.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen elektrisch angetriebenen Linearaktuator der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, dass die Übertragung von Vibrationen auf das zu bewegende Objekt sicher verhindert werden kann, und zwar ohne dadurch die Einsatzfähigkeit des Aktuators einzuschränken und seine Stellgenauigkeit zu verringern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, jedes Aktuatorelement aus zwei Rohren zu bilden, die konzentrisch unter Bildung eines rohrförmigen Spalts vorbestimmter Dicke ineinander angeordnet und mittels eines in diesem Spalt befindlichen elastomeren Materials kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Indem nun erfindungsgemäß ferner vorgesehen ist, eines der beiden konzentrischen Rohre auf das zu bewegende Objekt (Masse) einwirken zu lassen und das andere mit der Spindelmutter zu koppeln, wird erreicht, dass das elastomere Material die
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Bosch Rexroth AG durch den Antrieb des Aktuators hervorgerufenen Vibrationen zuverlässig von dem zu bewegenden Objekt entkoppelt bzw. fernhält. Die Erfindung schafft dadurch ein mechanisches Filter zwischen dem zu bewegenden Objekt und den Antriebskomponenten, so dass der Linearaktuator keinen negativen Einfluss auf das zu bewegende Objekt ausüben kann.
Bei dem eingangs erwähnten Anwendungsfall eines Fahroder Flugsimulators treten somit keine die Messergebnisse verfälschenden Vibrationen am Simulationsobjekt auf; auch wird dieses nicht zur Erzeugung unerwünschten Schalls angeregt.
Untersuchungen haben gezeigt, dass es bei geeigneter Wahl der Dicke des rohrförmigen Spalts und/oder des Gleitmoduls des verwendeten elastomeren Materials problemlos möglich ist, mit der Erfindung ein Vibrationsdämpfungsverhalten zu erzielen, das Vibrationen fast ausschließlich in der Aktuationsrichtung dämpft, während in den Querrichtungen hierzu eine hohe Steifigkeit aufrechterhalten werden kann. Somit erlaubt die Erfindung trotz der vibrationsdämpfenden Wirkung weiterhin eine sehr hohe Stellgenauigkeit.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass die Baulänge des Linearaktuators nicht vergrößert wird, so dass sein Einsatzspektrum unverändert beibehalten werden kann.
Dadurch, dass das elastomere Material in dem Spalt zwischen den beiden konzentrischen Rohren vor Umwelteinflüssen sehr gut geschützt ist, kann es durch Öl oder Lösungsmittel kaum angegriffen werden; auch der thermische Einfluss auf das elastomere Material wird durch die es umgebenden Rohre vergleichmäßigt, so dass in der Praxis selbst Temperaturen im Bereich von -21 bis 70 Grad C kein Problem darstellen. Schließlich sind durch die geschützte Anordnung des elastomeren Materials auch vorzeitige Ermü-
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Bosch Rexroth AG dungserscheinungen ausgeschlossen, so dass die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit des Linearaktuators hoch bleiben.
Gemäß der Lehre des Anspruchs 2 wird bevorzugt das innere der beiden konzentrischen Rohre mit dem zu bewegenden Objekt und das äußere mit der Spindelmutter gekoppelt, da dies bei der spezifischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linearaktuators herstellungstechnisch einfacher ist. Eine besonders einfache Ankopplung kann gemäß Anspruch 3 in diesem Fall dann erzielt werden, wenn das innere Rohr an seinem dem zu bewegenden Objekt zugewandten Ende aus dem äußeren Rohr eine vorbestimmte Strecke in axialer Richtung herausragt.
Wenn das elastomere Material nach der Lehre des Anspruchs 4 aus einem elektrisch isolierenden Stoff besteht, wird das zu bewegende Objekt durch die Erfindung nicht nur vibrationsmäßig, sondern auch elektrisch von dem Linearaktuator entkoppelt; hierdurch wird beispielsweise eine ggf. erforderliche Erdung einer größeren Simulationsanlage wesentlich einfacher.
Die gewünschten Dämpfungseigenschaften des elastomeren Materials können gemäß Anspruch 5 nicht nur durch Wahl der Dicke des rohrförmigen Spalts und/oder der Größe des Gleitmoduls des verwendeten elastomeren Materials, sondern auch dadurch beeinflusst werden, dass das elastomere Material nur bereichsweise innerhalb des Spalts vorgesehen wird, also beispielsweise nur an den beiden Endbereichen der konzentrischen Rohre.
Als Material für das elastomere Material kann gemäß der Lehre des Anspruchs 6 beispielsweise Naturgummi, Silikongummi, Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM) oder auch Polyurethan verwendet werden.
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Linearaktuator
Bosch Rexroth AG Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 einen erfindunsgemäßen Linearaktuator in einem Längsschnitt; und
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen A gekennzeichneten Bereichs einer Variante des Ausführungsbeispiels zur Erläuterung einer Dichtung.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist der erfindungsgemäße Linearaktuator ein Gehäuserohr 18, an dessen einem Ende sich ein Gehäuseboden 19 und an dessen anderem Ende sich ein Gehäusekopf 20 befindet, ein rechter Hand an dem Gehäuseboden 19 befestigtes Getriebe 11 und einen Elektromotor 10 auf, der über das Getriebe 11 eine koaxial im Gehäuserohr 18 gelagerte Spindel 24 antreibt, die über ein getriebeseitiges Lager 22 und ein abtriebsseitiges Lager 23 drehbar gelagert ist. Auf der Spindel 24 sitzt eine Spindelmutter 21 in kämmendem Eingriff mit dem Außengewinde der Spindel 24. Die Spindelmutter 21 ist in einem Kolben 25 gehalten, der an einer Innenfläche des Gehäuserohrs 18 gleitbar gelagert ist, und über den Kolben 25 mit einem äußeren Zylinder bzw. Aktuatorrohr 31 gekoppelt, das zusammen mit einem inneren Zylinder bzw. Aktuatorrohr 32 und einer elastomeren Materialschicht 33, die die beiden Aktuatorrohre 31 und 32 kraftschlüssig verbindet, ein hohlzylindrisches Aktuatorelement bildet. Das äußere Aktuatorrohr 31 ist gleitend an der Innenfläche des Gehäusekopfs 20 gelagert, während das innere Aktuatorrohr 32 mit seiner zylindrischen Innenfläche das abtriebsseitige Lager 23 abstützt.
Der Linearaktuator ist über die Rückseite seines Getriebegehäuses 11 an einem ortsfesten Bezugspunkt 12 abgestützt bzw. befestigt. Das Ende des inneren Aktuatorrohrs 32, das aus dem äußeren Aktuatorrohr 31 eine vorbestimmte Strecke herausragt, ist mit einem Kupplungsstück 13 fest
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Linearaktuator
Bosch Rexroth AG verbunden. Am Kupplungsstück 13 ist schließlich das mit dem Linearaktuator zu verschiebende Objekt (Masse) 1 befestigt. Dieses Objekt ist in dem hier gezeigten Anwendungsfall drehfest, d. h. dass durch die feste Verbindung mit dem Aktuatorrohr 32 über das kraftschlüssig verbindende elastomere Material 33 schließlich auch das äußere Aktuatorrohr 31 und damit die Spindelmutter 21 am Drehen gehindert werden. Somit wird die Spindelmutter 21 bei jeder Drehung der Spindel 24 um eine entsprechende Strecke nach links bzw. rechts bewegt, so dass auch das Objekt 1 gleichermaßen bewegt wird. Wenn das zu bewegende Objekt 1 hingegen keine drehfeste Lagerung besitzt, muss für die Spindelmutter 21 innerhalb des Linearaktuators eine Drehsperre vorgesehen werden, was beispielsweise mit einer Anschlagsfläche innen am Gehäusrohr 18 erfolgen kann.
Um zu erreichen, dass der Linearaktuator beim Zurückfahren in seine rechte Endstellung eine definierte Position einhält, die zu keinen Beschädigungen führt, ist ein äußeres Stoppglied in Form eines topfförmigen Rings 27 vorgesehen, der am äußeren Ende des inneren Aktuatorrohrs 32 befestigt ist und über einen Dämpfungsring 28 in der Endstellung des Linearaktuators an einer Stirnseite 29 des Gehäusekopfs 20 anliegt. Dadurch, dass der Dämpfungsring 28 vorzugsweise aus Silikon oder einem anderen gleitfähigen Material besteht, führen von dem Objekt 1 in dieser Endposition ausgeübte Torsionsmomente zu keiner Beschädigung der inneren Teile des Linearaktuators. Ein derartiger äußerer Endanschlag hat gegenüber einer intern angeordneten Lösung den Vorteil einer besseren Wartbarkeit.
Dadurch, dass das erfindungsgemäße Aktuatorelement aus zwei Rohren 31 und 32 gebildet ist, die konzentrisch unter Bildung eines rohrförmigen Spalts vorbestimmter Dicke ineinander angeordnet und mittels eines in diesem Spalt befindlichen elastomeren Materials kraftschlüssig miteinander verbunden sind, und da weiterhin nur das innere der beiden
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Linearaktuator
Bosch Rexroth AG Rohre mit dem zu bewegenden Objekt 1 verbunden ist, wird erreicht, dass das elastomere Material 33 alle durch den Antrieb des Aktuators (Motor 10, Getriebe 11, Spindel 24 und Lagerung) hervorgerufenen Vibrationen zuverlässig von dem zu bewegenden Objekt 1 fernhält.
Das elastomere Material kann beispielsweise aus Naturgummi, Silikongummi, Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM) oder auch Polyurethan bestehen. Generell sollten bei der Wahl des geeigneten Materials neben den gewünschten Dämpfungseigenschaften des fertigen Aktuators der Gleitmodul des jeweiligen Materials, seine allgemeinen Dämpfungscharakeristika (Verlustfaktor und Reibungsfaktor) , seine Scherfestigkeit, seine Adhäsions- oder Klebeeigenschaften an Metall, sein Temperaturbereich und/oder auch seine Langzeiteigenschaften berücksichtigt werden.
Die Dämpfungseigenschaften können ferner durch geeignete Wahl der Dicke des zylindrischen Spalts zwischen den beiden Aktuatorrohren 31 und 32 beeinflusst werden. Eine weitere Einflussnahme auf die Dämpfungseigenschaften kann durch geeignete Wahl der Gesamt-Kontaktflache des elastomeren Material 33 innerhalb des zylindrischen Spalts geschaffen werden, indem dieses elastomere Material - anders als bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform - beispielsweise nur partiell den im zylindrischen Spalt vorhandenen Raum ausfüllt; z.B. könnte das elastomere Material 33 nur an den beiden Endbereichen der Aktuatorrohre 31 und 32 vorgesehen sein oder Aussparungen in Axialrichtungen aufweisen.
Bei der Wahl der Dicke des zylindrischen Spalts, des Stoffes für das elastomere Material 33 und/oder der Größe eventueller Aussparungen im elastomeren Material bzw. im zylindrischen Spalt ist vorzugsweise darauf zu achten, dass die Dämpfung in axialer Richtung des Aktuatorelements wesentlich größer als in seiner Durchmesserrichtung ist. Dadurch wird erreicht, dass trotz guter Dämpfungsei-
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Linearaktuator
Bosch Rexroth AG genschaften in axialer Richtung nur eine minimale Abweichung aus der Soll-Stellrichtung gewährleistet ist.
In jedem Fall muss das gewählte elastomere Material in Verbindung mit der zugeordneten Spaltdicke eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden konzentrischen Aktuatorrohren gewährleisten.
Wenn das verwendete elastomere Material gegenüber äußeren Einflüssen geschützt werden soll, kann gemäß der Darstellung in Fig.2 im Spalt zwischen den beiden Rohren 31 und 32 an dem dem zu bewegenden Objekt 1 zugewandten Endbereich ein O-Ring 40 vorgesehen werden, der auf einem ringförmigen Befestigungselement 41 derart sitzt, dass er an der äußeren Umfangsflache des inneren Rohres 32 mit einem solchen Druck anliegt, dass er einerseits die durch das elastomere Material 33 bedingten Bewegungen zwischen den beiden Rohren 31 und 32 nicht behindert und andereseits das Eindringen von Stoffen verhindert und dadurch das elastomere Material 33 schützt. Wie aus der Fig.2 ferner ersichtlich ist, sind die Abmessungen des Befestigungselements 41 so gewählt, dass ausreichend große Freiräume 42a bis 42c vorhanden sind, um eine Berührung des Befestigungselements 41 mit der äußeren Umfangsflache des inneren Rohres 32, dem Stoppglied 27 bzw. dem elastomeren Material 33 zu verhindern.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Aktuatorelements können zahlreiche bekannte Verfahren herangezogen werden; beispielsweise kann das verwendete elastomere Material in flüssigem Zustand in den Spalt zwischen den beiden ausgerichteten Aktuatorrohren eingefüllt und dann beispielsweise durch Hitze oder mittels eines Härtermittels ausgehärtet werden.
Je nach Anwendungsfall kann es wünschenswert sein, das äußere Aktuatorrohr 31 mit dem zu bewegenden Objekt 1 zu koppeln. In diesem Fall muss das innere Aktuatorrohr 32 mit
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Linearaktuator
Bosch Rexroth AG der Spindelmutter 21 verbunden werden; ferner ist es nicht notwendig, das innere Aktuatorrohr 32 abtriebsseitig aus dem äußeren Aktuatorrohr 31 herausragen zu lassen.
Das erläuterte Prinzip der Erfindung, d. h. die Verwendung eines aus zwei konzentrischen Aktuatorrohren bestehenden gedämpften Aktuatorelements, kann auch bei solchen Linearaktuatoren verwendet werden, die über mehrere Aktuatorelemente auf das zu verschiebende Objekt einwirken.
Bezüglich noch weiterer Merkmale und Vorteile der Erfindung wird im Übrigen auf die Zeichnung verwiesen.
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Linearaktuator
Bosch Rexroth AG Bezugszeichenliste
1 Masse (zu bewegendes Objekt)
10 Elektromotor
11 Getriebe
12 Bezugspunkt
13 Kupplungsstück
18 Gehäuserohr
19 Gehäuseboden
20 Gehäusekopf 21 Spindelmutter 22,23 Lager
24 Spindel
25 Kolben
31 äußeres Aktuatorrohr
32 inneres Aktuatorrohr
33 elastomeres Material 27 Stoppglied
28 Dämpfungsring
29 Gehäuse-Stirnseite
40 O-Ring
41 Befestigungselement des O-Rings
42a-42c Freiräume
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Linearaktuator
Bosch Rexroth AG

Claims

- 1 -Ansprüche
1. Elektrisch angetriebener Linearaktuator zum linearen Bewegen einer Masse (1) , bei dem mindestens ein längliches Aktuatorelement (31, 32, 33), das abtriebsseitig auf die Masse (1) einwirkt, innerhalb eines Hauptrohrs (20) in Axialrichtung gleitend gelagert und antriebsseitig mit einer Spindelmutter (21) gekoppelt ist, die ihrerseits auf einer innerhalb des Hauptrohrs (2) drehbar gelagerten, von einem Elektromotor (10) in eine Drehbewegung versetzbaren Spindel (24) derart sitzt, dass sie bei ihrer durch eine Drehung der Spindel (24) hervorgerufenen Axialbewegung jedes Aktuatorelement (31, 32, 33) tele- skopartig bezüglich des Hauptrohrs (20) verschiebt, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Aktuatorelement aus zwei konzentrisch unter Bildung eines rohrförmigen Spalts vorbestimmter Dicke an- geordneten Rohren (31, 32) gebildet ist, die mittels eines in diesem Spalt befindlichen elastomeren Materials (33) kraftschlüssig verbunden sind, wobei eines der beiden konzentrischen Rohre (31,32) auf die zu bewegende Masse (1) einwirkt und das andere mit der Spindelmutter (21) gekoppelt ist.
2. Linearaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das innere der beiden konzentrischen Rohre (31, 32) auf die zu bewegende Masse (1) einwirkt und das äuße- re mit der Spindelmutter (21) gekoppelt ist.
3. Linearaktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohr (32) an seinem der zu bewegenden Masse (1) zugewandten Ende aus dem äußeren Rohr (33) eine vorbestimmte Strecke in axialer Richtung herausragt.
[File:ANM\MA7894A1.doc] Ansprüche, 17.11.2005
Linearaktuator
Bosch Rexroth AG - 2 -
4. Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Material (33) aus einem elektrisch isolierenden Stoff besteht.
5. Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Material (33) nur bereichsweise innerhalb des Spalts vorgesehen ist.
6. Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da- durch gekennzeichnet, dass das elastomere Material (33) aus Naturgummi, Silikongummi, Ethylen-Propylen-Dien-Ter- polymer (EPDM) oder Polyurethan besteht.
7. Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da- durch gekennzeichnet, dass in dem Spalt zwischen den zwei konzentrisch angeordneten Rohren (31, 32) an seinem der zu bewegenden Masse (1) zugewandten Endbereich ein O-Ring (40) zum Schutz des elastomere Materials (33) vor äußeren Einflüssen angeordnet ist.
[File:ANM\MA7894A1.doc] Ansprüche, 17.11.2005
Linearaktuator
Bosch Rexroth AG
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