DE-102022130635-B4 - Baugruppe für einen Linearaktuator, Baugruppen-Verbund aufweisend zumindest zwei solcher Baugruppen, Linearaktuator aufweisend einen Motor und zumindest eine solche Baugruppe oder zumindest einen solchen Baugruppen-Verbund sowie Verfahren zur linearen Verschiebung einer Spindel

Abstract

Baugruppe (5) für einen Linearaktuator (1), die Baugruppe (5) aufweisend eine Spindel und eine mit der Spindel (7) gekoppelte Spindelmutter (9), wobei die Spindelmutter (9) eine antreibbare Abtriebsstruktur (11) aufweist und/oder mit einer antreibbaren Abtriebsstruktur (11) der Baugruppe (5) in Wirkverbindung steht, wobei zum linearen Verschieben der Spindel (7) eine Rotationsbewegung der Spindelmutter (9) um eine erste Drehachse (D1) durch eine Rotationsbewegung der Abtriebsstruktur um eine zweite Drehachse (D2) bewirkbar ist, wobei die Spindelmutter (9) mittels eines Gewinderings (21) axial in Position gehalten ist.

Inventors

• Erfinder gleich Patentinhaber

Assignees

• Thomas Meister

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20221118

Claims (14)

1. Baugruppe (5) für einen Linearaktuator (1), die Baugruppe (5) aufweisend eine Spindel und eine mit der Spindel (7) gekoppelte Spindelmutter (9), wobei die Spindelmutter (9) eine antreibbare Abtriebsstruktur (11) aufweist und/oder mit einer antreibbaren Abtriebsstruktur (11) der Baugruppe (5) in Wirkverbindung steht, wobei zum linearen Verschieben der Spindel (7) eine Rotationsbewegung der Spindelmutter (9) um eine erste Drehachse (D1) durch eine Rotationsbewegung der Abtriebsstruktur um eine zweite Drehachse (D2) bewirkbar ist, wobei die Spindelmutter (9) mittels eines Gewinderings (21) axial in Position gehalten ist.
2. Baugruppe (5) nach Anspruch 1 , wobei die Abtriebsstruktur (11) ein Hohlrad, ein Zahnrad und/oder ein Schneckenrad (28a), wobei vorzugsweise (a) die Abtriebsstruktur (11) ferner zumindest ein, insbesondere konzentrisch zu dem Schneckenrad (28a) angeordnetes und/oder einstückig mit dem Schneckenrad (28a) ausgebildetes, Haltemittel (28b), wie einen Aufnahmeflansch, aufweist, an welchem Haltemittel (28b) das Schneckenrad (28a), insbesondere mittels zumindest eines Gewinderings (28c), befestigt ist und/oder mit welchem Haltemittel (28b) das Schneckenrad (28a) verdrehsicher gekoppelt ist und/oder (b) das Schneckenrad (28a) eine Schrägverzahnung aufweist, aufweist und/oder ist und die Spindelmutter mit dieser Abtriebsstruktur (11) in Wirkverbindung steht und/oder wobei zumindest ein Lagerelement (13) zum Lagern der Abtriebsstruktur (11) vorgesehen ist.
3. Baugruppe (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spindelmutter (9), insbesondere entlang der ersten Drehachse (D1), zumindest abschnittsweise und/oder zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, innerhalb der Abtriebsstruktur (11) aufgenommen und/oder angeordnet ist.
4. Baugruppe (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spindelmutter (9) konzentrisch zu der Abtriebsstruktur (11) angeordnet ist und/oder die Spindelmutter (9) einstückig mit der Abtriebsstruktur (11) ausgebildet ist.
5. Baugruppe (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abtriebsstruktur (11) eine, insbesondere zumindest abschnittsweise und/oder zumindest bereichsweise, Verzahnung, insbesondere Schrägverzahnung, der Spindelmutter (9) ist, wobei die Verzahnung vorzugsweise entlang einer Umfangsrichtung der Spindelmutter (9) senkrecht zur ersten Drehachse (D1) und/oder auf einer äußeren Oberfläche der Spindelmutter (9) verläuft.
6. Baugruppe (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Baugruppe (5) eine, insbesondere um eine dritte Drehachse (D3) drehbare, Antriebsstruktur (17) aufweist, welche mit der Abtriebsstruktur (11) zusammenwirkt, insbesondere derart zusammenwirkt, dass durch eine Rotationsbewegung der Antriebsstruktur (17) um die dritte Drehachse (D3) die Rotationsbewegung der Abtriebsstruktur (11) um die zweite Drehachse (D2) und/oder die Rotationsbewegung der Spindelmutter (9) um die erste Drehachse (D1) bewirkbar ist.
7. Baugruppe (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Antriebsstruktur (17) eine Schneckenwelle, wobei vorzugsweise die axiale Erstreckungsrichtung der Schneckenwelle senkrecht zur axialen Erstreckungsrichtung der Spindel (7) verläuft, ein Zahnrad und/oder ein Hohlrad aufweist und/oder ist und/oder mit einem Motor (3), insbesondere einem Elektromotor und/oder einem Servomotor, gekoppelt oder koppelbar ist.
8. Baugruppe (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen der Abtriebsstruktur (11) und der Antriebsstruktur (17) eine Übersetzung vorgesehen ist.
9. Baugruppe (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei (i) die Rotationsbewegung der Spindelmutter (9) um die erste Drehachse eine Rotationsbewegung ist, während der die Spindelmutter (9) entlang der ersten Drehachse (D1) ortsfest ist, (ii) die Rotationsbewegung der Abtriebsstruktur um die zweite Drehachse (D2) eine Rotationsbewegung ist, während der die Abtriebsstruktur entlang der zweiten Drehachse (D2) ortsfest ist und/oder (iii) die Rotationsbewegung der Antriebsstruktur (17) um die dritte Drehachse (D3) eine Rotationsbewegung ist, während der die Antriebsstruktur (17) entlang der dritten Drehachse (D3) ortsfest ist.
10. Baugruppe (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spindelmutter (9) mittels des Gewinderings (21) relativ zu der antreibbaren Abtriebsstruktur (11) axial in Position gehalten ist, und/oder wobei der Gewindering (21) die axiale Verschiebbarkeit der Spindelmutter (9), insbesondere entlang zumindest einer axialen Richtung, einschränkt und/oder der Gewindering (21) in die antreibbare Abtriebsstruktur (11) eingeschraubt oder einschraubbar ist.
11. Baugruppen-Verbund (29, 37), aufweisend zumindest zwei Baugruppen (5), wobei jede der Baugruppen (5) jeweils nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist, wobei vorzugsweise (i) die Antriebsstrukturen (17) der einzelnen Baugruppen (5) durch eine, vorzugsweise um die dritte Drehachse (D3) drehbare, gemeinsame Antriebsstruktur (31) realisiert ist, (ii) die Antriebsstrukturen der einzelnen Baugruppen (5) über ein mit den einzelnen Antriebsstrukturen (17) gekoppeltes gemeinsames Mittel in eine Rotationsbewegung versetzbar sind und/oder (iii) die Antriebsstrukturen (17) der einzelnen Baugruppen (5) miteinander gekoppelt sind, insbesondere jede Antriebsstruktur (17) einer Baugruppe (5) mit einer weiteren Antriebsstruktur (17) zumindest einer anderen Baugruppe (5) gekoppelt ist, und wobei vorzugsweise durch das Versetzen zumindest eine der Antriebsstrukturen (17) in eine Rotationsbewegung die übrigen Antriebsstrukturen (17) ebenfalls in eine Rotationsbewegung versetzbar sind.
12. Baugruppen-Verbund (29, 37) nach Anspruch 11 , wobei die einzelnen Baugruppen (5) zumindest bereichsweise innerhalb einer, vorzugsweise plattenförmigen, Trägereinheit (33), insbesondere innerhalb eines Plattensystems, vorzugsweise eines Spritzgießwerkzeugs oder einer Presse, angeordnet sind und/oder die Baugruppen, vorzugsweise symmetrisch, um die dritte Drehachse (D3) der gemeinsamen Antriebsstruktur (17) herum angeordnet sind.
13. Linearaktuator (1) aufweisend einen Motor (3), insbesondere einen Elektromotor und/oder einen Servomotor, und zumindest eine Baugruppe (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder zumindest einen Baugruppen-Verbund (29, 37) nach einem der Ansprüche 11 bis 12 , wobei vorzugsweise (i) der Motor (3) (a) mit der Antriebsstruktur (17) der Baugruppe (5), (b) mit der gemeinsamen Antriebsstruktur (31) und/oder dem gemeinsamen Mittel des Baugruppen-Verbunds (29, 37) und/oder (c) mit zumindest einer Antriebsstruktur (17) zumindest einer Baugruppe (5) des Baugruppen-Verbunds (29, 37), insbesondere über eine Antriebswelle (19) des Motors (3), gekoppelt ist, (ii) der Motor (3) die Antriebsstruktur (17), die gemeinsame Antriebsstruktur (31) und/oder das gemeinsame Mittel bereitstellt, (iii) zwischen einerseits der Antriebswelle (19) des Motors (3) und andererseits der Antriebsstruktur (17), der gemeinsamen Antriebsstruktur und/oder dem gemeinsamen Mittel eine Kupplung vorgesehen ist, (iv) der Motor (3) zur Wärmeisolierung beabstandet zu der Baugruppe (5) und/oder dem Baugruppen-Verbund (29, 37) angeordnet ist, (v) der Linearaktuator (1) zumindest ein Gehäuse (23) aufweist, wobei vorzugsweise die Antriebsstruktur (17) und/oder die Abtriebsstruktur (11) einer jeden Baugruppe (5) des Linearaktuators (1) (a) an dem Gehäuse (23) befestigt ist oder sind und/oder (b) zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses (23) angeordnet ist oder sind, und/oder (vi) die Spindelmutter (9) einer jeden Baugruppe (5) mittels des Gewinderings (21) relativ zu dem Gehäuse (23) axial in Position gehalten ist.
14. Verfahren zur linearen Verschiebung zumindest einer Spindel (7) mittels einer Baugruppe (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , mittels eines Baugruppen-Verbunds (29, 37) nach einem der Ansprüche 11 bis 12 und/oder mittels eines Linearaktuators (1) nach Anspruch 13 , das Verfahren aufweisend: Versetzen einer mit der Spindel (7) gekoppelten Spindelmutter (9) in eine, insbesondere ortsfeste und/oder um eine erste Drehachse (D1) verlaufende, Rotationsbewegung, indem eine mit der Spindelmutter (9) in Wirkverbindung stehende und/oder von ihr aufgewiesenen antreibbaren Abtriebsstruktur (11), insbesondere mittels einer Antriebsstruktur (17) und/oder einer gemeinsamen Antriebsstruktur, angetrieben wird, wobei vorzugsweise (i) die Abtriebsstruktur (11) in eine, insbesondere ortsfeste und/oder um eine zweite Drehachse (D2) verlaufende, Rotationsbewegung versetzt wird und/oder (ii) die Spindelmutter (9) und die Abtriebsstruktur (11) mit gleicher Winkelgeschwindigkeit und/oder um eine gemeinsame Drehachse rotiert werden.

Description

Gebiet der Technik Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe für einen Linearaktuator, einen Baugruppen-Verbund aufweisend zumindest zwei solcher Baugruppen und einen Linearaktuator aufweisend einen Motor und zumindest eine solche Baugruppe oder zumindest einen solchen Baugruppen-Verbund. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur linearen Verschiebung einer Spindel. Stand der Technik Verschiedene Typen von Linearaktuatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise werden diese in einer Gestalt angeboten, bei der der Rotor eines Servomotors gleichzeitig als eine Spindelmutter ausgebildet ist und um eine axial verschiebbare Spindel rotiert. Diese Art von Linearaktuator ist häufig äußerst kompliziert im Aufbau. Entsprechend ist auch die Herstellung und Wartung solcher Linearaktuatoren vergleichsweise aufwändig. Außerdem ist durch die integrierte Bauweise eine Anpassung des Spindelhubs nur mit großem Aufwand möglich und erfordert jeweils einen auf die Spindelkonfiguration angepassten Entwurf des jeweiligen Linearaktuators. Nachträgliche Änderungen des Spindelhubs oder anderen Parameter, wie der Spindelsteigung, erfordern dabei typischerweise eine komplette Neuanfertigung des Aktuators. Reparaturen der Spindel gestalten sich außerdem als teuer und aufwändig, da dazu der komplette Linearaktuator zerlegt werden muss. Die Baulänge solcher Linearaktuatoren wird durch den Hub beeinflusst. Dadurch wird schon bei vergleichsweise kleinen Hublängen, ab beispielsweise 100 mm, die Baulängen relativ groß. Zusätzliche Motoroptionen, wie etwa Motorbremsen, werden zur Baulänge addiert und verlängern den Aktuator entsprechend. Vorbekannte Linearaktuatoren werden auch in einer Gestalt angeboten, bei der eine Spindel mittels eines aufgesetzten Servomotors rotiert wird und dadurch die gegen Rotation gesicherte Spindelmutter axial entlang der Spindel verschoben wird. Die Spindelmutter ist dabei mit einem zylindrischen Rohr verbunden, welches als Kolbenrohr um die Spindel herum angeordnet sein kann, und das den Hub erzeugt. Diese Variante nimmt allerdings oftmals viel Raum in Anspruch, da eine Vergrößerung des Hubs den gesamten Linearaktuator in der Größe verlängert. Auch bei dieser Variante kann die Spindelkonfiguration typischerweise nicht nachträglich verändert werden und die Wartung des Linearaktuators ist ebenfalls vergleichsweise aufwändig. Allen diesen Linearaktuatoren ist neben dem komplizierten Aufbau gemein, dass die Eigenschaften des Linearaktuators wie etwa Hublänge und Spindelsteigung durch die anfängliche Wahl festgelegt sind und sich nachträglich nicht mehr ohne Weiteres ändern lassen. Die DE 10 2021 202 609 A1 offenbart einen Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung. Die DE 10 2018 212 959 A1 offenbart einen Spindelantrieb, umfassend eine Antriebseinheit, eine Spindel, und eine mit der Spindel in Gewindeeingriff stehende Spindelmutter, wobei die Spindelmutter über ein Antriebselement von der Antriebseinheit angetrieben wird, und wobei die Spindelmutter an dem Antriebselement derart gelagert ist, dass die Spindelmutter und die mit ihr in Gewindeeingriff stehende Spindel relativ zu dem Antriebselement verschwenkbar sind. Die DE 10 2018 204 248 A1 offenbart einen Spindelantrieb, mit einem Antriebsmotor, der mit einem mehrteilig ausgebildeten Getriebegehäuse verbunden ist, wobei das Getriebegehäuse einen Gehäusegrundkörper aufweist, in dem ein Aufnahmeraum für ein mit einer Spindel in Wirkverbindung angeordnetes Antriebselement ausgebildet ist, wobei das Antriebselement von dem Antriebsmotor antreibbar ist, wobei der Aufnahmeraum zumindest an einer Stirnseite von einem Deckelelement verschlossen ist, und wobei Federmittel vorgesehen sind, die das Antriebselement innerhalb des Aufnahmeraums mit einer in Richtung der Längsachse der Spindel wirkenden Axialkraft beaufschlagen, sodass das Antriebselement in dem Aufnahmeraum axialspielfrei angeordnet ist, und wobei die Federmittel zumindest mittelbar in Kontakt mit dem wenigstens einen Deckelelement angeordnet sind. Die DE 201 15 608 U1 offenbart einen Verstellantrieb mit zwei entgegengesetzt wirkenden Spindeln. Die DE 20 2004 007 288 U1 offenbart einen teleskopierbaren Linearantrieb. Die EP 2 840 282 B1 offenbart einen Aktuator umfassend Endschalter. Zusammenfassung der Erfindung Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die beschriebenen Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und insbesondere Mittel anzugeben, die es ermöglichen, auch für vergleichsweise große Verstellwege präzise einstellbare und kompakt bauende Linearaktuatoren bereitzustellen, die zudem einfach herzustellen und zu warten sowie vor allem an neue Einsatzbedingungen leicht anpassbar sind. Die Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt dadurch gelöst, dass eine Baugruppe, insbesondere für einen Linearaktuator, die Baugruppe aufweisend eine Spindel und eine mit der Spindel gekoppelte Spindelmutter, wobei die Spindelmutter eine antreibbare Abtr