Research Project of intelligent CAD model :Electric Linear Actuator

Printed by Jouve, 75001 PARIS (FR)

Europäisches Patentamt

European Patent Office

Office européen des brevets

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*EP001496600A2* (11) EP 1 496 600 A2

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag: 12.01.2005 Patentblatt 2005/02

(21) Anmeldenummer: 04015931.1

(22) Anmeldetag: 07.07.2004

(51) Int Cl.7: H02K 7/06

(84) Benannte Vertragsstaaten: AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR Benannte Erstreckungsstaaten: AL HR LT LV MK

(30) Priorität: 11.07.2003 DE 10332389

(71) Anmelder: SAIA-Burgess Dresden GmbH 01257 Dresden (DE)

(72) Erfinder: • Flemming, Dietmar

01796 Pirna (DE) • Howack, Gerd

01731 Kreischa (DE)

(74) Vertreter: Heyner, Klaus, Dr.-Ing. Patentanwalt Mittelweg 1H 01728 Bannewitz (DE)

(54) Linearantrieb

(57) Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb für Stellvorgänge zur Erzeugung translatorischer Vor- schubbewegungen, der mindestens ein Gehäuse (11), Lagerschilde (5), die dieses Gehäuse (11) stirnseitig be- grenzen, einen Stator (10), einen Rotor (2) mit einer axi- al angeordneten mit einem Außengewinde (3.1) ausge- bildeten Rotorwelle (3), eine Gewindemutter und eine bewegliche Schraube/Spindel aufweist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Rotor (2) glockenförmig mit einer offenen Stirnseite (2.1) und einer geschlossenen Stirnseite (2.2) ausgebildet ist,

und eine die Rotorwelle (3) mindestens teilweise ein- schließende und an der offenen Stirnseite (2.1) des Ro- tors (2) herausgeführte Stellstange (4) für die Linearbe- wegung vorgesehen ist. Dabei weist das im Rotor be- findliche erste Ende (4.2) der Stellstange (4) eine passfähige auf der Rotorwelle (3) mit Außengewinde (3.1) aufsitzende Gewindemutter auf. Die Rotorwelle besitzt an ihren axialen Enden über beide Stirnseiten (2.1, 2.2) des glockenförmigen Rotors (2) hinaus rei- chende Gleitlagerzapfen (3.2), die jeweils in einem Gleitlager (6) geführt sind und die an oder innerhalb der Lagerschilde (5) platziert sind.

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Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb für Stellvorgänge zur Erzeugung translatorischer Vor- schubbewegungen. [0002] Aus dem Stand der Technik sind Linearmoto- ren und Linearspindelmotoren als Linearantriebe be- kannt. Während bei einem Linearmotor im Betrieb ein Wanderfeld zwischen dem stromdurchflossenen Pri- märteil und dem Reaktionsteil entsteht, wird beim Li- nearspindelmotor hingegen ein Drehfeld erzeugt, dass zur Umwandlung einer Rotationsbewegung des Rotors in eine Translationsbewegung der Gewindespindel ge- nutzt wird. [0003] Linearspindelmotoren weisen einen strom- durchflossenen Stator und einen rotierenden Rotor auf, in dem ein Drehfeld induziert wird. Am oder im Rotor ist eine Gewindemutter angeordnet, die bei Rotation des Rotors eine passfähige Schraube oder Gewindespindel antreibt. Die axiale Vorschubbewegung der Spindel wird genutzt, um eine Stellbewegung eines Stellorgans aus- zuführen. [0004] Derartige Linearspindelmotoren werden in der Praxis im Bereich der Laborund Medizintechnik, der Sortiertechnik, der Lebensmittelindustrie, im Werkzeug- maschinenbau, in der Haus- und Gebäudetechnik, der Verpackungsindustrie sowie im Kraftfahrzeugbereich und der Unterhaltungselektronik eingesetzt. [0005] Beispielsweise wird im Bereich der Kraftfahr- zeugtechnik die Verstellung der Scheinwerfer und im Bereich der Medizin- und Labortechnik das Öffnen und Schließen der Ventile oder anderer Drosseleinrichtun- gen durch Linearspindelmotoren realisiert. [0006] In der Druckschrift US 6,223,971 B1 ist eine Antriebseinheit für eine Schweißmaschine offenbart. Hierbei besteht die Antriebeinheit aus bestrombaren Spulen und einem Rotor, der als Hohlwelle ausgebildet ist. Die Lagerung des Rotors erfolgt zweifach unter Ver- wendung von Radiallagern. Der Rotor ist mittels Verbindungselementen mit einer Spindel gekoppelt. Ferner ist eine Stellstange mit Innen- gewinde vorgesehen, die auf der Spindel axial gleitet. Das axiale und außerhalb liegende Ende der Stellstan- ge kann mit einem Funktionselement für Schweißarbei- ten gekoppelt werden. Dabei ist die Stellstange vollstän- dig über ihre Längserstreckung mit dem bereits erwähn- ten Innengewinde ausgestattet. An der Nodrive-Seite der Antriebseinheit ist ein nicht näher bezeichnetes La- gerschild angeordnet, welches von einem axialen Ende der Spindel durchdrungen wird. An diesem axialen En- de der Spindel ist eine Stellschraube angeordnet, um die Spindel und somit auch die die Spindel vollständig umschließende Stellstange im Bedarfsfall manuell be- dienen zu können. [0007] Der Nachteil dieser Linearspindelmotoren be- steht vor allem darin, dass sie konstruktionsbedingt eine große Baulänge aufweisen und eine nicht unerhebliche Geräuschemission verursachen. Ursächlich dafür ist

die Lagerung des Rotors mittels eines Wälzlagers und eines als Gleitlager ausgebildeten Notlagers zu nennen. Während der Bestromung des Linearmotors erzeugt das Wälzlager ein Kippmoment, was dazu führt, dass der Rotor nicht mehr parallel zum Stator geführt wird. Durch eine Kippung kann ein Schleifen des Rotors am Stator auftreten. [0008] Ein weiterer signifikanter Nachteil eines Bau- teils des Linearspindelmotors, speziell der Gewinde- spindel, besteht darin, dass ihre Fertigung sehr aufwen- dig ist. Während die Gewindespindel im Wirkungsbe- reich der Gewindemutter ein Außengewinde aufweisen muss, ist sie im Bereich der Verdrehsicherung üblicher- weise als Vierkant und außerhalb der Verdrehsicherung als kreisrunder Stab oder Stange ausgebildet. [0009] Es besteht seit geraumer Zeit bei Betreibern der Wunsch, Linearantriebe zu entwickeln, die zur Funktionserfüllung nur ein geringes Spaltmaß zwischen Rotor und Stator benötigen und dadurch einen höheren Wirkungsgrad sowie eine erhöhte Laufruhe sicherstel- len. [0010] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Linearan- trieb für Stellvorgänge zu entwickeln, der bei gleichem Funktionsumfang preisgünstiger zu fertigen ist, der kompakter ausgebildet ist und der eine höhere Laufruhe aufweist. [0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß da- durch gelöst, indem der Rotor, der eine axial angeord- nete sowie ein Außengewinde aufweisende Rotorwelle besitzt, glockenförmig mit einer offenen Stirnseite und einer geschlossenen Stirnseite ausgebildet ist, und eine die Rotorwelle mindestens teilweise einschließende und an der offenen Stirnseite des Rotors herausgeführ- te Stellstange für die Linearbewegung vorgesehen ist, deren im Rotor befindliches erstes Ende eine passfähi- ge, auf der Rotorwelle mit Außengewinde aufsitzende Gewindemutter aufweist. Die Lagerung der Rotorwelle erfolgt durch an ihren axialen Enden über beide Stirn- seiten des glockenförmigen Rotors hinaus reichende Gleitlagerzapfen, die jeweils in einem Gleitlager geführt sind und die an oder innerhalb der Lagerschilde platziert sind.. [0012] Der glockenförmig ausgebildete Rotor er- streckt sich stirnseitig zwischen den Lagerschilden des Gehäuses, wobei die offene Stirnseite des Rotors in Richtung des Drive-Lagerschildes und die geschlosse- ne Stirnseite des Rotors in Richtung des Nodrive-Lager- schildes weist. Innerhalb des glockenförmigen Rotors ist die mindestens an der offenen Stirnseite des Rotors überstehende Rotorwelle, die mit einem Außengewinde versehen ist, axial angeordnet, wobei die aus der offe- nen Stirnseite des Rotors herausragende und die Ro- torwelle mindestens teilweise umschließende Stellstan- ge mit ihrer Gewindemutter passfähig aufsitzt. [0013] Die gabelförmige bzw. hohlzylindersegment- förmige Stellstange, die in ihrer Längserstreckung die Rotorwelle mindestens teilweise einschließt, weist ein erstes Ende auf, das als Gewindemutter ausgebildet ist

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und mit der Rotorwelle in axialer Wirkverbindung steht. Der sich daran anschließende Bereich der Stellstange weist die Form von Hohlzylindersegmenten auf, deren Enden sich auch in eingezogener Position der Stellstan- ge über den Bereich des Drive-Lagerschildes hinaus er- strecken. [0014] Das erste Ende und das zweite Ende der Stell- stange sind kraftschlüssig und/oder formschlüssig durch mindestens einen Gabelschenkel oder durch Hohlzylindersegmente miteinander verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind jedoch aus Grün- den einer gleichmäßigen Kraftverteilung und -übertra- gung die Gabelschenkel paarweise ausgebildet und diametral angeordnet. [0015] Der oder die Gabelschenkel durchdringen das Drive-Lagerschild, so dass eine Linearbewegung in Richtung des Drive-Lagerschilds realisiert werden kann. [0016] Erfindungsgemäß ist der Querschnitt des oder der Gabelschenkel oder der Hohlzylindersegmente der Stellstange der Querschnittsform eines Durchbruchs im Drive-Lagerschildes angepasst, so dass die Stellstange torsionssicher und formschlüssig mit Spielpassung im Durchbruch des Drive-Lagerschildes geführt und gehal- tert ist. Der Durchbruch des Drive-Lagerschild ist dem- nach als Verdrehsicherung und Linearführung ausgebil- det, um eine Verkippung der Stellstange (Gewindemut- ter) zu verhindern. [0017] Die an dem Rotor befestigte Rotorwelle ist im Gegensatz zu herkömmlichen Rotoren mittels zweier identisch ausgebildeter Gleitlager gelagert, was mehre- re Vorteile mit sich bringt. Zum einen kann auf ein ko- stenintensives Wälzlager verzichtet werden und zum anderen neigt der Rotor bei der Rotation zu keinem Kippspiel. Die Rotorwelle besitzt durch die stabile Lage- rung nur einen Freiheitsgrad. Die axialen Enden der Ro- torwelle sind als Gleitlagerzapfen ausgebildet, die über die Stirnseiten des glockenförmigen Rotors hinaus rei- chen. Ein weiterer nicht zu unterschätzender Vorteil die- ser Gleitlager besteht darin, dass der Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor in Richtung der Längser- streckung des Rotors des Linearantriebs konstant aus- gebildet ist. Der Luftspalt beträgt zwischen 0,1 mm und 0,4 mm. Dadurch, dass die Gleitlager zu keinem Kipp- spiel neigen, bleibt dieser Luftspalt zwischen Stator und Rotor auch während der Bestromung des Linearan- triebs konstant, was zu einer erheblichen Geräuschre- duzierung und damit Laufruhe gegenüber den Linear- antrieben aus dem Stand der Technik führt. [0018] Die Gleitlager sind als kombinierte Quer- und Längslager ausgebildet und können somit radiale und axiale Kräfte aufnehmen. Dem radialen Kraftangriff der Rotorwelle wird mittels zweier Lagerschalen oder einer Lagerbuchse begegnet, in denen die Mantelflächen der Endbereiche der Rotorwelle gleiten. Diese Endbereiche sind bevorzugt als Gleitlagerzapfen ausgebildet. Zur Ableitung der axialen Kräfte, die u.a. durch das axiale Bewegungsspiel der Rotorwelle erzeugt werden, wer-

den Axiallager eingesetzt. Diese Axiallager weisen vor- zugsweise Lagerplatten, beispielsweise aus Stein oder Metall auf, die die Stirnseiten der Gleitlagerzapfen der Rotorwelle einfassen und kontaktieren. Diese Lager- platten sind mit jeweils einer ebenen und einer balligen Fläche ausgebildet. [0019] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfin- dung wird anstelle einer Spurplatte eine Kugel einge- setzt. Kugeln sind auf Grund ihrer Formgebung beson- ders gut geeignet, um die bei der Rotation auftretende Hertzsche Pressung, die zwischen den Gleitlagerzap- fen und dem Gleitlager auftritt, zu verkleinern. Zudem können handelsübliche Metallkugeln eingesetzt wer- den, die wesentlich preiswerter als Lagerplatten zu fer- tigen sind. [0020] Die Gleitlager können aus allen üblichen La- germaterialien, wie z. B. Sinter-Bronze, Kunststoff oder Messing gefertigt sein. Um bei hohem Lastspiel Abrieb an den Gleitlagerzapfen der Rotorwelle zu vermeiden und gute Reibwerte zu erzielen, sind diese vorzugswei- se aus härteren Material wie die Gleitlager gefertigt. [0021] Nach der Konzeption der Erfindung wird die li- neare Stellbewegung der Stellstange über eine Koppel- stelle auf ein anwendungsspezifisches Funktionsele- ment übertragen. Die Koppelstelle ist aus Gründen der Auswechselbarkeit vorzugsweise außerhalb des Ge- häuses angeordnet. [0022] Die Stellstange erstreckt sich demnach vom Gehäuseinneren bis zur Koppelstelle, während dessen sich das Funktionselement von der Koppelstelle bis zu einem Stellorgan erstreckt. [0023] Die Koppelstelle kann als separates Bauteil ausgebildet oder an die Stellstange angeformt sein. Als besonders vorteilhaft in Bezug auf die axiale Kraftüber- tragung hat sich erwiesen, wenn die Stellstange mittels Bajonett- oder Schnappverbindungen oder vergleichba- ren formschlüssigen Verbindungselementen mit dem Funktionselement in Eingriff gebracht wird. In einer be- vorzugten Ausführungsform werden Klammern einge- setzt, welche hohe Zug- und Schubkräfte übertragen. [0024] Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemä- ßen Linearantriebs besteht darin, dass das mit einer Ge- windemutter ausgebildete erste Ende der Stellstange nur innerhalb des glockenförmigen Rotors axial beweg- lich geführt wird, was zu einer deutlichen Baulängenre- duzierung des Linearantriebs beiträgt. [0025] Die signifikanten Vorteile und Merkmale der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind im Wesentlichen:

• kompaktere Bauweise und kürzere Baulänge ge- genüber herkömmlichen Linearspindelmotoren, da die Stellstange nur innerhalb des glockenförmigen Rotors bzw. des Drive-Lagerschildes axial beweg- lich ausgebildet ist, wobei durch eine Verlängerung des Drive-Lagerschildes eine Verlängerung des Stellweges der Stellstange erzielt,

• durch die Trennung der Axial- und Radiallagerung

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ist eine besonders preisgünstige Ausführung der Lagerelemente möglich,

• Luftspalt zwischen Rotor und Stator ist in Richtung der Längserstreckung des Linearmotors konstant, da anstelle eines Wälzlagers (Gefährdung durch Kippspiel !) zwei Gleitlager angeordnet sind, womit eine höhere Laufruhe entsteht und

• lineare Stellbewegung der Stellstange wird über ei- ne Koppelstelle auf ein anwendungsspezifisches Funktionselement übertragen, wobei die Koppel- stelle außerhalb des Linearmotors angeordnet ist und damit die Möglichkeit besteht, anwendungs- spezifische Funktionselemente in besonders vor- teilhafter Weise anzukoppeln, ohne die gesamte Stellstange oder wie bislang, die gesamte Spindel oder Schraube, auszutauschen zu müssen.

[0026] Verschiedene Lösungen und Vorteile der Er- findung erschließen sich dem Fachmann des Weiteren aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer be- vorzugten Ausführungsform im Hinblick auf die anlie- genden Zeichnungen; in diesen zeigen:

Fig. 1a schematische Darstellung eines Linearspin- delmotors aus dem Stand der Technik im Querschnitt

Fig. 1b schematische Darstellung des Drive-Lager- schilds des Linearspindelmotors aus dem Stand der Technik im Axialschnitt

Fig. 1c schematische Darstellung des Drive-Lager- schilds des Linearspindelmotors aus dem Stand der Technik im Querschnitt

Fig. 2a schematische Darstellung des erfindungsge- mäßen Linearantriebs im Querschnitt

Fig. 2b schematische Darstellung des Drive-Lager- schilds des erfindungsgemäßen Linearan- triebs im Axialschnitt

Fig. 2c schematische Darstellung des Drive-Lager- schilds des erfindungsgemäßen Linearan- triebs im Querschnitt

Fig. 3 Detaildarstellung des erfindungsgemäßen Linearantriebs

Fig. 4 perspektivische Gesamtdarstellung des er- findungsgemäßen Linearantriebs

[0027] Die Fig. 1 a zeigt eine schematische Darstel- lung eines Linearspindelmotors 14 aus dem Stand der Technik im Querschnitt. Der Linearspindelmotor 14 um- fasst den Stator 10, das Gehäuse 11, die stirnseitig das Gehäuse 11 umfassenden Lagerschilde 5, den Rotor 2 mit angeschlossener Gewindemutter 4.3, die Gewinde- spindel 15 und die Stellstange 4. Die Gewindespindel 15 weist ein Außengewinde 3.1 auf, das sich maximal bis zum Drive-Lagerschild 5.1 erstreckt. Die Gewinde- spindel 15 steht kraft- und/oder formschlüssig mit einer Stellstange 4 in axialer Wirkverbindung. In Stellrichtung ist die Stellstange 4 unmittelbar im Bereich des Drive- Lagerschildes 5.1 als Vierkant ausgebildet und wird von

einer des Querschnitts dieses Vierkants entsprechen- den Durchführung durch Verdrehen gesichert. Diese Durchführung ist als Verdrehsicherung 8 ausgeführt. In Stellrichtung ist die Stellstange 4 im Bereich außerhalb der Verdrehsicherung 8 als Stab oder als Stange mit ei- ner glatten Oberfläche ausgebildet, wobei das außer- halb des Gehäuses 11 befindliche axiale Ende der Stell- stange 4 gleichzeitig als ein nicht näher dargestelltes Funktionselement 13 ausgebildet ist. Die Lagerung des zylinderförmigen Rotors 2 erfolgt mittelbar über die Stellstange 4 und die Gewindespindel 15. [0028] Die Gewindespindel 15 ist dabei mittels eines Notlagers 17 und die mit dieser Gewindespindel 15 in axialer Wirkverbindung stehende Stellstange 4 mittels eines Wälzlagers gelagert. Das Wälzlager 16 ist üblicherweise im Bereich des Drive-Lagerschildes 5.1 angeordnet, während dessen das als Gleitlager ausgebildete Notlager 17 im Bereich der Nodrive-Lagerschildes 5.2 angeordnet ist. Das Not- lager 17 ist derart ausgebildet, um die das axiale Bewe- gungsspiel der Gewindespindel 15 in jedem Betriebszu- stand sicherzustellen. Als Betriebszustand soll jede Stellung der Gewindespindel 15 verstanden werden, die sie während ihrer Linearbewegung einnehmen kann. Wie in Fig. 2b ersichtlich, ist das Nodrive-Lagerschild 5.2 konzentrisch abgestuft und weist damit keine ebene Außenfläche auf. Die axiale Baulänge des Linearspin- delmotors 14 wird durch den maximal möglichen Stell- weg der Gewindespindel 15 und Stellstange 4 be- stimmt. [0029] Die Fig. 1b und 1c illustrieren eine schemati- sche Darstellung des Drive-Lagerschilds 5.1 eines Li- nearspindelmotors 14 aus dem Stand der Technik im Axial- und Querschnitt. Das Drive-Lagerschild 5.1 weist einen zentralen Durchbruch in Form einer kreisrunden Bohrung auf. Der Durchmesser der Bohrung entspricht dem Außendurchmesser einer Gewindespindel 15, die durch die Bohrung axial geführt wird. Gegebenenfalls kann die Bohrung eine ringförmige Dichtung aufweisen. Die außerhalb des Drive-Lagerschildes 5.1 angeordne- te Verdrehsicherung 8 ist mit einem koaxialen Kreis nur angedeutet. [0030] Die Fig. 2a zeigt eine schematische Darstel- lung des erfindungsgemäßen Linearantriebs 1 im Quer- schnitt. Besonders auffällig ist, dass die Gewindemutter nicht wie bei herkömmlichen Linearspindelmotoren 14 mit dem Rotor 2 verbunden ist und damit einer Relativ- bewegung gegenüber dem Stator 10 unterliegt, sondern an einem Ende der gabelförmigen bzw. hohlzylinder- segmentförmigen axial beweglichen Stellstange 4 in- nerhalb des Linearantriebs 1 befestigt ist, und damit ei- ner Absolutbewegung gegenüber dem Stator 10 unter- worfen wird. Ein erstes Ende 4.2 der Stellstange 4, das innerhalb des Rotors 2 angeordnet ist, ist zylinderförmig ausgebildet und weist eine Gewindemutter auf, die kraft und formschlüssig von einer Rotorwelle 3 axial ange- trieben wird. Ein zweites Ende 4.3 der Stellstange 4 weist im Querschnitt zwei diametral zueinander ange-

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ordnete Segmente eines Kreisrings auf, wobei die bei- den Enden 4.2, 4.3 der Stellstange 4 durch zwei Gabel- schenkel bzw. Hohlsegmente 4.4 miteinander verbun- den sind. Diese Gabelschenkel 4.4 sind durch den Durchbruch des Drive-Lagerschilds 5.1 geführt. Das au- ßerhalb des Gehäuses befindliche zweite Ende 4.3 der gabelförmigen Stellstange 4 ist zugleich als Koppelstel- le 7 ausgebildet. Die dargestellte Koppelstelle 7 steht mit einem Funktionselement 13 in axialer Wirkverbin- dung, wobei das Funktionselement 13 an die anwen- dungsspezifischen Aufgaben in besonderer Weise in seiner Form ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann dieses Funktionselement 13 an seinem der Kop- pelstelle 7 abgewandten Ende eine Kugel oder einen als Mitnehmer ausgebildeten Flansch aufweisen. Es ist weiterhin erkennbar, dass die Rotorwelle 3 mit dem Ro- tor 2 fest verbunden ist. Die Rotorwelle 3 ist an ihren axialen Enden mittels zweier Gleitlager 6 gelagert. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Wälzlager 16 in Verbindung mit einem Notlager 17 gemäß Fig. 1a ist die Rotorwelle 3 nun stabiler gelagert und neigt nicht zu ei- nem Kippspiel. Die Fig. 2b und 2c illustrieren eine schematische Dar- stellung des Drive-Lagerschilds 5.1 des erfindungsge- mäßen Linearantriebs 1 im Axial- und Querschnitt. Es ist erkennbar, dass das Drive-Lagerschild 5.1 einen zentralen Durchbruch aufweist, durch den die in der Fig. 2a dargestellte gabelförmige Stellstange 4 geführt und gehaltert wird. Der Durchbruch ist gleichzeitig als Ver- drehsicherung 12 ausgebildet. Die Form des Durch- bruchs entspricht dem Querschnitt der Gabelschenkel 4.4 der Stellstange 4. Die durch das Lagerschild 5.1 austretenden Gabelschenkel 4.4 bzw. Hohlzylinderseg- mente werden außerhalb des Gehäuses 11 durch ein hier dargestelltes Koppelelement 7 oder durch einen nichtdargestellten Steg (im Querschnitt Doppel-T-Form aufweisend) miteinander verbunden. Zwischen Stell- stange 4 und Durchbruch kann eine nichtdargestellte Dichtung ausgebildet sein, die den Linearantrieb 1 ge- genüber der Umgebung wassergeschützt abdichtet. Somit kann der Linearantrieb 1 auch in spritzwasserge- fährdeten Bereichen problemlos eingesetzt werden. [0031] In Fig. 3 ist der erfindungsgemäße Linearan- trieb 1 im Axialschnitt dargestellt. Der Linearantrieb 1 weist koaxial angeordnete Statorspulen 10, ein Gehäu- se 11, einen axial angeordneten Rotor 2 mit Rotorwelle 3, eine mit der Rotorwelle 3 in Wirkverbindung stehende Stellstange 4 sowie das Gehäuse 11 stirnseitig begren- zende Lagerschilde 5 auf. Der Rotor 2 ist glockenförmig mit einer axial angeordneten Rotorwelle 3 mit Außen- gewinde 3.1 ausgebildet. Der Rotor 2 erstreckt sich in- nerhalb des Gehäuses 11 des Linearantriebes 1 zwi- schen den Lagerschilden 5 und weist eine offene Stirn- seite 2.1 und eine geschlossene Stirnseite 2.2 auf. Die offene Stirnseite 2.1 des Rotors 2 ist dabei in Richtung des Drive-Lagerschildes 5.1 und die geschlossene Stirnseite 2.2 des Rotors 2 in Richtung des Nodrive-La- gerschildes 5.2 ausgebildet.

An der geschlossenen Stirnseite 2.2 des Rotors 2 ist die Rotorwelle 3 befestigt, die in ihrer Längserstreckung über die Stirnseiten 2.1, 2.2 des glockenförmigen Ro- tors 2 hinaus reicht. Die axialen Enden der Rotorwelle 3 sind als Gleitlagerzapfen 3.2 ausgebildet, die in die an den Lagerschilden 5 angeordneten Gleitlagern 6 ein- greifen. Jedes Lagerschild 5.1, 5.2 weist jeweils ein Gleitlager 6 auf. Die Gleitlager 6 sind als kombinierte Quer- und Längslager derart ausgebildet, dass sie ra- diale und axiale Kräfte gleichermaßen aufnehmen kön- nen. Hierbei wurde ein herkömmliches Gleitlager 6, wel- ches Lagerbuchsen oder Lagerschalen aufweist, um ei- ne handelsübliche Kugel ergänzt. Diese Kugel ist inner- halb des Gleitlagers 6 angeordnet und kontaktiert stirn- seitig die ebenen axialen Enden der Gleitlagerzapfen 3.2. Anstelle einer Kugel kann auch eine Lagerplatte eingesetzt werden, die eine ebene und eine ballige Flä- che aufweist. Dadurch, dass die beiden Gleitlager 6 je- weils radiale und axiale Kräfte aufnehmen können, konnte auf ein teures Wälzlager 16 verzichtet werden. Ferner bildet sich durch die beidseitige Lagerung der Rotorwelle 3 mit gleichartigen Gleitlagern 6 ein konstan- ter Luftspalt 9 zwischen Stator 10 und Rotor 2 aus. Die- se Konstanz bezieht sich einerseits auf den Abstand zwischen Stator 10 und Rotor 2 in Längserstreckung des Rotors 2, wobei dieser Luftspalt 9 bevorzugt 0,2 mm beträgt. Andererseits verändert sich dieser Luftspalt 9 auch nicht im Lastzustand, also bei Strombeaufschla- gung des Linearantriebs 1. Die ein Außengewinde 3.1 aufweisende Rotorwelle 3 steht erfindungsgemäß mit einer ein passfähiges Innengewinde 4.1 aufweisenden Stellstange 4 derart in Wirkverbindung, dass eine Rota- tionsbewegung in eine translatorische Vorschubbewe- gung umgesetzt wird. Das erste Ende 4.2 der Stellstan- ge 4 ist zylinderförmig mit einer Gewindemutter ausge- bildet und der sich daran anschließende Bereich mit dem zweiten Ende 4.3 der Stellstange 4 weist die Form von Hohlzylindersegmenten, hier in der Ausführung als zwei diametral zueinander angeordnete Segmente ei- nes Kreisrings, auf. Diese Hohlzylindersegmente 4.4 verbinden als Gabelschenkel 4.4 beide Enden 4.2, 4.3 der Stellstange 4 miteinander. Das zylinderförmige erste Ende 4.2 der Stellstange 4 greift form- und kraftschlüssig in die Rotorwelle 3 ein, während dessen das hohlzylinderförmige zweite Ende 4.3 der Stellstange 4 außerhalb des Gehäuses 11 des Linearantriebs 1 mit einem Funktionselement 13 gekop- pelt ist. Das Drive-Lagerschild 5.1, durch welches die Gabelschenkel 4.4 der Stellstange 4 geführt sind, ist mit einem der Querschnittsform der Gabelschenkel 4.4 ent- sprechenden Durchbruch ausgebildet. Dieser Durch- bruch weist gemäß Fig. 3 zwei identische Schlitze bzw. Nuten auf, wobei diese Schlitze bzw. Nuten diametral zueinander angeordnet und in einem definierten Radius um das Gleitlager 6 gekrümmt ausgebildet sind. Der Durchbruch dient nicht nur als Führung der Stellstange 4, sondern auch als Verdrehsicherung 8. Da die Gabel- schenkel 4.4 der Stellstange 4 und der Durchbruch ge-

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mäß den Fig. 2a bis 2c einen identischen Querschnitt aufweisen, wird die Stellstange 4 während ihrer Axial- bewegung folglich geführt und gehaltert. [0032] Die Stellstange 4 steht in axialer Wirkverbin- dung mit einem nicht näher dargestellten Funktionsele- ment 13, wobei die Koppelstelle 7 zwischen der Stell- stange 4 und des Funktionselements 13 außerhalb des Gehäuses 11 des Linearantriebs 1 ausgebildet ist. Die- se Koppelstelle 7 dient als Schnittstelle zwischen der Stellstange 4 und dem Funktionselement 13. Das Funk- tionselement 13 dient verschiedenen Aufgaben, bei- spielsweise zur Öffnen und Schließen eines Ventils oder der Verstellung eines Scheinwerfers bei Kraftfahrzeu- gen. Der Linearantrieb 1 ist damit universell für verschiedene Aufgabenfelder einsetzbar, denn eine Adaption des er- findungsgemäßen Linearantriebs 1 an die gewünschte Aufgabenstellung erfordert nur das Ankoppeln eines entsprechend ausgebildeten Funktionselements 13 an das außerhalb des Gehäuses des Linearantriebs 1 be- findliche zweite Ende 4.3 der Stellstange 4 mittels der Koppelstelle 7. Diese ist bevorzugt als Bajonett ausge- bildet, um hohe Montagekräfte auf den Rotor 2 zu ver- meiden. [0033] Eine perspektivische Gesamtdarstellung des erfindungsgemäßen Linearantriebs 1 stellt Fig. 4 dar. Die Stromversorgung des Linearantriebs 1 erfolgt mit- tels eines das Gehäuse des Linearantriebs 1 durchdrin- genden elektrischen Anschlusses 18. Es ist erkennbar, dass die mit dem Funktionselement 13 in axialer Wirk- verbindung stehende Stellstange 4 mittels eines Kop- pelelements 7 gekoppelt ist. Die Gabelschenkel 4.4 der Stellstange 4 sind durch den als Verdrehsicherung 12 ausgebildeten Durchbruch das Drive-Lagerschild 5.1 formschlüssig geführt und gehaltert.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN

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1 Linearantrieb 2 Rotor 2.1 offene Stirnseite des Rotors 2.2 geschlossene Stirnseite des Rotors 3 Rotorwelle 3.1 Außengewinde 3.2 Gleitlagerzapfen 4 Stellstange 4.1 Innengewinde 4.2 erstes Ende der Stellstange 4.3 zweites Ende der Stellstange 4.4 Gabelschenkel, Hohlzylindersegmente 5 Lagerschilde 5.1 Drive-Lagerschild 5.2 Nodrive-Lagerschild 6 Gleitlager 6.1 Kugel 7 Koppelstelle

8 Verdrehsicherung im Stand der Technik 9 Luftspalt 10 Stator 11 Gehäuse 12 Verdrehsicherung, Durchbruch 13 Funktionselement 14 Linearspindelmotor 15 Gewindespindel 16 Wälzlager 17 Notlager 18 elektrischer Anschluss

Patentansprüche

1. Linearantrieb für Stellvorgänge zur Erzeugung translatorischer Vorschubbewegungen, minde- stens aufweisend ein Gehäuse (11), Lagerschilde (5), die dieses Gehäuse (11) stirnseitig begrenzen, einen Stator (10), einen Rotor (2) mit einer axial an- geordneten mit einem Außengewinde (3.1) ausge- bildeten Rotorwelle (3), eine Gewindemutter und ei- ne bewegliche Schraube/Spindel, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Rotor (2) glockenförmig mit einer offenen Stirnseite (2.1) und einer ge- schlossenen Stirnseite (2.2) ausgebildet ist, und ei- ne die Rotorwelle (3) mindestens teilweise ein- schließende und an der offenen Stirnseite (2.1) des Rotors (2) herausgeführte Stellstange (4) für die Li- nearbewegung vorgesehen ist, wobei deren im Ro- tor befindliches erstes Ende (4.2) eine passfähige auf der Rotorwelle (3) mit Außengewinde (3.1) auf- sitzende Gewindemutter aufweist, und die Rotor- welle an ihren axialen Enden über beide Stirnseiten (2.1, 2.2) des glockenförmigen Rotors (2) hinaus reichende Gleitlagerzapfen (3.2) aufweist, die je- weils in einem Gleitlager (6) geführt sind und die an oder innerhalb der Lagerschilde (5) platziert sind.

2. Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Stellstange (4) gabelförmig oder hohlsegmentförmig ausgebildet ist und das er- ste Ende (4.2) sowie das zweite Ende (4.3) der Stellstange (4) durch mindestens einen Gabel- schenkel (4.4) miteinander verbunden sind.

3. Linearantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass der oder die als Hohlzylinder- segmente ausgebildeten Gabelschenkel (4.4) durch einen dem Querschnitt des oder der Gabel- schenkel(s) (4.4) angepassten Durchbruch (12) des Drive-Lagerschildes (5.1) torsionssicher und formschlüssig mit einer Spielpassung geführt sind.

4. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch des Drive-Lagerschild (5.1) als Verdrehsicherung (8) ausgebildet ist.

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5. Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Mantelflächen der Gleitlager- zapfen (3.2) der Rotorwelle (3) in einer Lagerbuch- se oder in Lagerschalen des Gleitlagers (6) gleiten und die Stirnseiten der Gleitlagerzapfen durch La- gerplatten axial im Gleitlager (6) eingefasst sind.

6. Linearantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass anstelle einer Lagerplatte eine Ku- gel verwendet wird, die stirnseitig den Gleitlager- zapfen (3.2) einfasst und kontaktiert.

7. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt (9) zwischen Stator (10) und Rotor (2) in Richtung der Längserstreckung des Rotors (2) konstant ausge- bildet ist und zwischen 0,1 und 0,3 mm beträgt.

8. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellstange (4) in axialer Wirkverbindung mit einem Funktions- element (13) gekoppelt ist, wobei die Koppelstelle (7) zwischen der Stellstange (4) und dem Funkti- onselement (13) außerhalb des Gehäuses (11) des Linearantriebs (1) ausgebildet ist.

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