-
Die
Erfindung betrifft einen Gewindetrieb für einen Linearstellmotor mit
einer Gewindemutter und einer Stellstange mit Außengewinde, die miteinander in
Eingriff sind, wobei eine Drehbewegung der Gewindemutter in eine
Linearbewegung der Stellstange übersetzt
wird. Ein solcher Gewindetrieb ist beispielsweise aus der
DE 697 07 943 T2 bekannt.
-
Eine
aus mehreren Blechscheiben bestehende mehrgängie Mutter zur Übertragung
einer translatorischen Bewegung auf eine Gewindespindel ist in der
DE 43 07 529 C2 beschrieben.
-
Die
Erfindung betrifft allgemeiner Linearstellmotoren, die als Klauen-Schrittmotor
oder andere Art von Elektromotor ausgeführt sind und eine Drehbewegung
des Rotors in eine Linearbewegung der Stellstange übersetzen.
Die Umsetzung erfolgt über eine
Mutter oder Gewindehülse,
die mit dem Rotor dreht. Die Mutter greift in ein Außengewinde,
das auf der Stellstan ge aufgebracht ist. Die Stellstange ist über einen
Führungsstift
gegen Verdrehen gesichert. Der Führungsstift
wiederum kann sich in einer Führungsnut
in axialer Richtung bewegen. Dreht nun der Rotor mit der Mutter,
so wird die Stellstange in axialer Richtung entlang der Führungsnut
bewegt.
-
Ein
derartiger Linearstellmotor ist z.B. aus der
EP 1 363 382 A1 bekannt.
Bei dem bekannten Stellmotor ist der Rotor mittels eines in seiner
Mitte angeordneten, einzigen Lagers gelagert. Die Nabe des Rotors
ist als Hülse
mit Innengewinde ausgeführt.
Der Gewindeteil der Stellstange greift in das Gewinde der Rotorhülse ein.
Die Rotorhülse
liegt zwischen zwei Rotorringen und trägt ein Innengewinde, das sich
im wesentlichen über
die axiale Länge
des Kugellagers erstreckt. Die Stellstange ist gegen Verdrehen gesichert
und kann somit je nach Drehrichtung des Rotors in der einen oder
anderen Richtung verschoben werden. Die Statorspulen liegen radial außerhalb
des Rotors, umgeben von den Polblechen.
-
Die
Umsetzung der Rotationsbewegung in eine Linearbewegung erfolgt über die
Gewindemutter oder -hülse,
die mit dem Rotor dreht. Bei Lineargewindetrieben sind im Stand
der Technik verschiedene Materialpaarungen von Außengewinde
der Stellstange und Innengewinde der Mutter bekannt, um sie nach
unterschiedlichen Anforderungen, wie Verschleiß, Reibung, Selbsthemmung oder
Lebensdauer zu optimieren. Im Maschinenbau werden üblicherweise
Mutter und Stellstangen aus Metall verwendet, die entsprechend gefettet
werden. Im Leichtmaschinenbau und in der Feinwerktechnik sind häufig Gewindestangen
aus Metall und Mutter aus Kunststoff anzutreffen. Die Mutter können aus
reibungsmindernden bzw. verschleißfesten Kunststoffen hergestellt
werden, wie PTFE mit Zusätzen
aus Kohlefaser, Graphit oder anderen gleitfördernden bzw. verschleißhemmenden
Stoffen. In vielen Fällen
werden auch die Gewindetriebe mit Kunststoffmuttern zusätzlich gefettet.
-
Bei
den Lineargewindetrieben des Standes der Technik weisen die Mutter
ein mehrgängiges
Innengewinde auf. Solche mehrgängige
Innengewinde müssen
im Metall geschnitten bzw. in Kunststoff mit einem drehenden Kern
eingeformt werden. Dies sind Arbeitsgänge, die einen hohen Anteil
an den Fertigungskosten eines Linearstellmotors verursachen. Zusätzlich müssen die
Lineargewindetriebe auch bei Verwendung von Kunststoffmuttern in
den meisten Anwendungen gefettet werden.
-
Aus
dem Stand der Technik, beispielsweise der
DE 83 33 065 U1 und der
DE 100 20 086 A1 ,
sind Blechmuttern bekannt, die zur Festlegung zweier Bauteile verwendet
werden.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gewindetrieb für einen
Linearstellmotor anzugeben, der einfach und kostengünstig gefertigt
werden kann und ein Festsetzen der Gewindemutter auf der Stellstange
verhindert.
-
Diese
Aufgabe wird durch einen Gewindetrieb mit den Merkmalen von Patentanspruch
1 gelöst.
-
Erfindungsgemäß ist der
Gewindetrieb der eingangs genannten Art so gestaltet, daß die Gewindemutter
durch eine Metallscheibe gebildet ist. Diese Metallscheibe kann ähnlich aufgebaut
sein wie eine im Stand der Technik an und für sich bekannte Blechmutter.
Sie hat jedoch gerade nicht die Funktion, zwei Bauteile gegeneinander
festzulegen, sondern im Gegenteil, sie soll auf dem Außengewinde
der Stellstange frei drehbar sein. Mit anderen Worten ist die Blechmutter
relativ zur Gewindestange verdrehbar, um die Rotationsbewegung des
Rotors in eine Linearbewegung der Gewindestange zu übersetzen.
Eine solche Relativdrehung einer Gewindestange zu einer Blechmutter
für einen
Linearstellantrieb ist durch den Stand der Technik weder vorweggenommen
noch nahegelegt.
-
Die
Verwendung einer Metallscheibe als Gewindemutter hat den Vorteil,
daß die
Gewindemutter auf einfache Weise kostengünstig hergestellt werden kann
und ein Minimum an axialem Bauraum für ihren Einbau benötigt.
-
Die
Gewindemutter hat einen Gewindegang kleiner gleich 360°. Sie kann
beispielsweise durch einen Stanz-Präge-Vorgang aus Blech, aus gesintertem
Metall oder aus Kunststoff hergestellt werden.
-
Vorzugsweise
besteht das Innengewinde der Gewindemutter und/oder das Außengewinde
der Stellstange aus Metall und ist mit einer reibungsvermindernden
Beschichtung versehen. Dadurch kann vermieden werden, daß der Lineargewindetrieb
gefettet werden muß.
Gleichwohl ist sichergestellt, daß sich Blechmutter und Stellstange
nicht festsetzen und eine Verdrehung verhindern oder zumindest erschweren.
-
Die
reibungsvermindernde Beschichtung kann beispielsweise eine DLC (Diamond
like Carbon)-Schicht oder eine Schicht aus einem Trägermaterial,
wie Epoxid, aufweisen, in das Gleitpartikel, wie PTFE oder Graphit,
eingelagert sind. Die Schicht kann auch über ein chemisches oder physikalisches Beschichtungsverfahren
wie Galvanik, CVD (chemical vapor deposition) oder PVD (physical
vapor deposition) aufgebracht werden. Solche Verfahren können zum
Beispiel zum Nitrieren, Verchromen, Vernickeln, Vernickeln mit eingelagerten
PTFE Partikeln oder zum Aufbringen ähnlicher Oberflächen veredelnder Schichten
verwendet werden.
-
Erfindungsgemäß ist auch
ein Linearstellmotor mit einem Rotor, der wenigstens einen Rotormagneten
aufweist, und einem Gewindetrieb der erläuterten Art vorgesehen, wobei
die Gewindemutter mit dem Rotor drehfest verbunden ist. Insbesondere
umfaßt
der Linearstellmotor ferner einen Stator, der Polbleche und Statorspulen
aufweist, wobei die Statorspulen koaxial zu dem Rotormagneten in
axialer Richtung neben diesem angeordnet sind. Durch die Anordnung
der Spulen neben dem Rotormagneten läßt sich der Außendurchmesser
des Linearstellmotors deutlich reduzieren. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Gewindetriebs
in einem solchen Motor stellt dabei sicher, daß die axiale Baulänge des Motors
durch die Gewindemutter nicht weiter vergrößert wird. Eine Gewindemutter
in Form einer Blechscheibe ist daher in einem solchen Motor besonders vorteilhaft.
-
Die
axiale Verlängerung
des Motors aufgrund der Anordnung der Spulen axial neben dem Rotormagneten
kann vorteilhaft zur kippsicheren Abstützung der Stellstange genutzt
werden, ohne daß ein
Gehäusefortsatz
notwendig wäre,
der selbst keine nutzbaren Teile des Motors enthält. Die Anordnung der Spulen
neben dem Rotormagneten hat den vorteilhaften Nebeneffekt, daß in axialer
Richtung die Länge
des Magneten und die Länge
der Summe der Spulen unterschiedlich sein kann.
-
In
einer bevorzugten Ausführung
des Linearmotors sind ein oder zwei Lager, insbesondere Kugellager,
zur Lagerung des Rotors relativ zu dem Stator radial innerhalb des
Rotormagneten angeordnet, so daß sich
die axiale Länge
des Motors im wesentlichen aus der axialen Baulänge des Rotormagneten und der
axialen Baulänge
der Spulen ergibt. Dadurch kann neben einer Reduzierung des Durchmessers des
Motors auch die axiale Baulänge
des Motors minimiert werden.
-
In
der bevorzugten Ausführung
sind zwei Kugellager vorgesehen, deren Außenringe mit dem Rotormagneten
und deren Innenringe mit dem Stator gekoppelt sind, wobei die Gewindemutter
zwischen den Kugellagern angeordnet ist.
-
In
der bevorzugten Ausführung
der Erfindung ist der Linearstellmotor als ein Klauenschrittmotor
ausgebildet, wobei die Polbleche Klauen aufweisen, die mit den Statorspulen
gekoppelt sind und die den Rotormagneten umgreifen.
-
Die
Stellstange ist in der bevorzugten Ausführung durch die Gewindemutter
sowie durch ein Gehäuseteil
oder einen Flansch des Linearstellmotors abgestützt. Es ist jedoch nicht notwendig,
daß dieser
Gehäuseteil
oder Flansch in axialer Richtung über die eigentliche axiale
Baulänge
des Motors hinaus verlängert
ist, sofern der axiale Verstellweg kleiner als die halbe Länge des
Linearstellmotors ist.
-
Der
Gewindetrieb und der Linearstellmotor gemäß der Erfindung können beispielsweise
in Automotiv-Anwendungen eingesetzt werden, in denen das Stellelement
zum Einstellen eines Frontscheinwerfers mit Leuchtweitenregelung
oder Kurvenlicht oder anderer an einem KFZ befindlicher Teile verwendet
wird.
-
Die
Erfindung ist im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführung mit
Bezug auf die Zeichnungen näher
erläutert.
In den Figuren zeigen:
-
1 eine
schematische Schnittdarstellung durch einen Linearstellmotor gemäß der Erfindung;
-
2 eine
perspektivische Außensicht
des Linearstellmotors der 1;
-
3 eine
perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Gewindemutter, die in dem
Linearstellmotor der 1 verwendet wird; und
-
4 eine
perspektivische Darstellung der Gewindemutter der 3,
die auf eine Stellstange aufgebracht ist.
-
Der
in 1 gezeigte Linearstellmotor ist als Klauenschrittmotor
ausgebildet. Er umfaßt
einen Rotor 10 mit einem Permanentmagneten 12 sowie
einen Stator 14 mit Polblechen 16, welche als
Polklauen ausgebildet sind, und Statorspulen 18. Die Statorspulen 18 sind
in eine Spulenisolation 20 eingebettet und mit Spulenanschlüssen 22 verbunden.
Ein erster und ein zweiter Flansch 24, 26 bilden
feststehende Teile eines Gehäuses
und sind mit dem Stator 14 verbunden. Zur Lagerung des
Rotors 10 sind zwei Kugellager 28 vorgesehen,
deren Außenringe
mit dem Rotormagneten 12 verbunden sind und deren Innenringe
in den Flansch 24 bzw. 26 abgestützt sind.
Zwischen den beiden Kugellagern 28 ist eine Gewindemutter 30 in
Form einer Blechscheibe angeordnet, die mit Bezug auf die 3 und 4 genauer
beschrieben ist. Die Gewindemutter ist zwischen den Außenringen
der Kugellager 28 gehalten und mit dem Rotor 10 fest
verbunden. Eine Stellstange 32, oder Gewindespindel, mit
einem Außengewinde 34 ist
mit der Gewindemutter 30 in Eingriff, so daß eine Drehbewegung
der Gewindemutter 30 in eine Translationsbewegung der Stellstange 32 übersetzt
wird. Als Verdrehsicherung ist in dem Flansch 26 eine Führungsnut 36 ausgebildet,
in der ein Führungsstift 38 der
Stellstange 32 geführt
ist.
-
Wie
in 1 dargestellt, sind bei dem erfindungsgemäßen Motor
die Statorspulen 18 axial neben dem Permanentmagneten 12 des
Rotors angeordnet. Dadurch kann der Motordurchmesser im Vergleich
zu bekannten Motoren verringert werden. Da die Kugellager 28 radial
innerhalb des Permanentmagneten 12 liegen, tragen sie nicht
zusätzlich
zur axialen Baulänge
des Motors bei. Auch durch die Verwendung einer Blechscheibe als
Gewindemutter 30 kann die axiale Baulänge des Motors trotz der Anordnung
der Statorspulen 18 neben dem Permanentmagneten 12 kurzgehalten
werden. Die axiale Länge des
Motors ist ausreichend, um die Stellstange 32 in dem Flansch 26 abzustützen, ohne
daß ein
zusätzlicher
axialer Fortsatz notwendig wäre,
um ein Verkippen der Stellstange 32 zu verhindern.
-
Die
Polbleche 16 sind mit den Spulen 18 gekoppelt
und umgreifen den Permanentmagneten 12, um so eine wirksame
Magnetflußübertragung
von den Statorspulen 18 auf den Permanentmagneten 12 zu
bewirken.
-
Wie
auch aus 2 zu erkennen ist, in der gleiche
Teile wie in 1 mit denselben Bezugszeichen
gekennzeichnet sind, kann mit der Erfindung ein besonders kompakter
Linearstellmotor aufgebaut werden, der minimale Abmessungen in radialer
und axialer Richtung hat und gleichwohl eine stabile, kippsichere
Führung
der Stellstange 32 erlaubt.
-
3 zeigt
ein Beispiel für
die Gewindemutter 30, die aus einer Blechscheibe hergestellt
ist. Die Gewindemutter 30 weist ein eingängiges Gewinde kleiner
gleich 360° auf.
Sie kann in Richtung der Achse der Gewindebohrung in einem Stanz-Präge-Vorgang
aus einem Blech hergestellt werden. In der gezeigten Ausführung weist
die Mutter 30 einen Verstärkungsring 42 an ihrem
Außenumfang
auf. Dieser Verstärkungsring
kann ebenfalls während
des Stanz-Präge-Vorgangs
hergestellt oder zusätzlich auf
dem Umfang der Gewindemutter 30 aufgebracht werden.
-
4 zeigt,
wie die Gewindemutter 30 auf der Stellstange 32 sitzt
und in das Außengewinde 34 der
Stellstange eingreift. In der bevorzugten Ausführung bestehen die Stellstange 32 und
die Gewindemutter 30 aus Metall oder Kunststoff und das
Innengewinde 40 und/oder das Außengewinde 34 sind
mit einer reibungsvermindernden Beschichtung versehen, um den Gewindetrieb
nicht fetten zu müssen. Beispiele
für solche
Beschichtungen sind eine DLC (Diamond like Carbon)-Schicht oder
ein Anti-Friction-Coating auf der Gewindemutter 30 oder
der Stellstange 32 oder auf beiden Teilen. Das Anti-Friction-Coating
besteht aus einem Trägermaterial,
z.B. Epoxid, in das Gleitpartikel eingelagert sind. Beispiel für Gleitpartikel
sind PTFE oder Graphit. Die Gewindemutter 30, die in dem
erfindungsgemäßen Linearstellmotor
eingesetzt wird, hat den Vorteil, daß sie auf einfache Weise hergestellt
werden kann und in axialer Richtung wenig Platz benötigt. Da
die erfindungsgemäße Gewindemutter
aus einer Blechscheibe hergestellt ist, hat sie einen größeren Außendurchmesser
als viele vergleichbare Gewindemuttern in anderen, bekannten Stellmotoren.
Diese spezielle Form wird erfindungsgemäß genutzt, um die Rotationsbewegung
des Rotors 10, der mit den Außenringen der Kugellager 28 verbunden
ist, nach innen auf die Stellstange 32 zu übertragen.
Die Gewindemutter 30 ist zwischen die beiden Kugellager 28 eingefügt und mit den
Außenringen
der Kugellager 28 sowie mit dem Rotor 10 gekoppelt,
ohne daß hierfür nennenswert zusätzlicher
Raum notwendig wäre.
-
- 10
- Rotor
- 12
- Permanentmagnet
- 14
- Stator
- 16
- Polbleche
- 18
- Statorspulen
- 20
- Spulenisolation
- 22
- Spulenanschlüsse
- 24,
26
- Flansche
- 28
- Kugellager
- 30
- Gewindemutter
- 32
- Stellstange
- 34
- Außengewinde
- 36
- Führungsnut
- 38
- Führungsstift
- 40
- Gewinde
- 42
- Verstärkungsring