DE60115604T2

DE60115604T2 - Spritzguss-gewinderotor und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60115604T2
Application number: DE60115604T
Authority: DE
Inventors: Keith Kowalski; Nino Maini
Original assignee: Tritex Corp
Current assignee: Tritex Corp
Priority date: 2000-02-01
Filing date: 2001-01-10
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: DE60115604D1; ATE312426T1; US6774517B2; EP1258075A4; US20030001443A1; AU2001229328A1; CA2399069C; WO2001057989A1; EP1258075A1; EP1258075B1; JP2003522315A; CA2399069A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Rotoren und insbesondere jedoch nicht einschränkend einen neuen spritzgegossenen Gewinderotor für ein lineares Betätigungsglied.
Eine Art eines linearen Betätigungsgliedes wird dadurch gebildet, dass ein Gewinderotor im Inneren eines Elektromotors vorgesehen wird. Eine mit einem komplementären Gewinde versehene Antriebsspindel ist durch den Rotor hindurch eingesetzt und die Rotordrehung führt dazu, dass die Antriebsspindel wahlweise linear in die eine oder die andere Richtung in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Rotors geht. Eine Familie von Elektromotoren, die bei derartigen Anwendungsformen verwandt wird, sind die Schrittmotoren oder insbesondere die Hybridschrittmotoren.
Das herkömmliche Verfahren zum Herstellen eines Gewinderotors besteht darin, den Gewinderotorteil des Motors aus einem Lagermaterial, wie beispielsweise Bronze, herzustellen. Das ist aus vielen Gründen sehr arbeitsintensiv und mit hohen Kosten verbunden, die unter Anderem darin bestehen:

(1) Das Rohmaterial ist im Allgemeinen mit hohen Kosten verbunden und die Abfallmenge ist erheblich.
(2) Die benutzte Gewindeform ist oftmals ein Acmegewinde und die passende Bearbeitung der Gewindegänge macht mehrere Arbeitsvorgänge erforderlich.
(3) Materialien, die gute Lagermaterialien sind, sind nicht notwendigerweise leicht zu bearbeiten, ein gutes Beispiel hierfür ist Bronze.

Der Arbeitsvorgang der Bearbeitung dieser Bauteile liefert darüber hinaus Teile, die aufgrund der im Allgemeinen schlechten Oberflächenbeschaffenheit der geschnittenen Gewindegänge nicht leistungsfähig arbeiten.
Bei anderen Anwendungsformen ist es üblich, ein thermoplastisches Material für den Rotor zu verwenden, welches thermoplastische Material Festschmierstoffe wie PTFE oder Silikon für eine höhere Leistungsfähigkeit einschließt. Oftmals verwenden diese Bauteile Gewinde, die durch Spritzgießen gebildet sind. Hierdurch wird eine leistungsfähigere Gewindeform aufgrund der besseren Oberflächenbeschaffenheit erzeugt. Die Verlängerung(en) des Gewindeteils, die eine oder mehrere Lagerflächen bildet oder bilden ist bzw. sind leider nicht stabil, wenn sie aus einer Thermoplastik gebildet ist bzw. sind.
Es wäre folglich wünschenswert, einen Verbundrotor zu haben, der die günstigen Eigenschaften eines thermoplastischen Gewinderotors, wie beispielsweise einen geringen Reibungskoeffizienten des thermoplastischen Materials bei gleichzeitiger Stabilität eines Metalls in dem (den) kritischen Lagerzapfenbereich(en) hat.
Es ist daher das Hauptziel der vorliegenden Erfindung, einen Verbundrotor für ein lineares Betätigungsglied zu schaffen, der einen spritzgegossenen thermoplastischen Gewindeteil aufweist, wobei jedoch ein Lagerzapfenteil oder mehrere Lagerzapfenteile aus Metall gebildet sind.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen derartigen Verbundrotor zu schaffen, der leicht und wirtschaftlich hergestellt werden kann.
Noch ein Ziel der Erfindung besteht darin, einen derartigen Verbundrotor zu schaffen, der teilweise in einer aufschraubbaren Form hergestellt werden kann.
Weitere Ziele der vorliegenden Erfindung sowie spezielle Merkmale, Bauelemente und Vorteile werden sich aus der folgenden Beschreibung und den Figuren der zugehörigen Zeichnungen ergeben oder darin erläutert sein.
Die vorliegende Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche wiedergegeben.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen
1 eine Seitenschnittansicht einer Schale/Einlage gemäß der Erfindung zeigt,
2 eine maßstabsgerechte Querschnittsansicht der Schale/Einlage von 1 zeigt,
3 eine Seitenansicht einer Form zeigt, in der der Rotor der vorliegenden Erfindung fertig gestellt ist,
4 eine Seitenansicht eines fertigen Rotors der vorliegenden Erfindung zeigt.
Im Folgenden wird auf die Figuren der Zeichnungen Bezug genommen, in denen ähnliche oder identische Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen über die verschiedenen Figuren versehen sind, wobei die Bezüge in Klammern auf Nummern von Figuren den Leser auf die Ansicht oder die Ansichten hinweisen, in der oder in denen das Bauelement oder die Bauelemente, das beschrieben ist oder die beschrieben werden, am besten dargestellt ist oder sind, obwohl das Bauelement oder die Bauelemente auch in anderen Figuren dargestellt sind.
1 und 2 zeigen allgemein eine zylindrische Schale/Einlage, die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wird und allgemein mit dem Bezugszeichen 20 versehen ist. Die Schale/Einlage 20 weist einen ersten und einen zweiten Lagerbereich 30, 32 auf, und es versteht sich, dass der erste und der zweite Lagerbereich in Lagern im Motor gelagert ist, dessen einer Teil die Schale/Einlage bilden wird. Es versteht sich auch, dass nur einer der Lagerbereiche 30 und 32 vorgesehen sein kann, und dass somit die vorliegende Erfindung in einem Motor verwandt werden kann, der nur eine Lagerkonstruktion hat. Die Schale/Einlage weist gleichfalls einen zentralen Teil 40 in der Mitte zwischen den Lagerbereichen 30 und 32 auf und ist darin mit vier axial verlaufenden radial gleich beabstandeten Schlitzen 42 versehen (nur drei sind in
1 und vier sind in 2 dargestellt), die durch dessen Wand hindurch ausgebildet sind. Die Schlitze 42 dienen zur Halterung und Lokalisierung eines spritzgegossenen Gewindeteils, wie es in den 3 und 4 dargestellt ist. Eine kleinere oder größere Anzahl von Schlitzen kann innerhalb der Gesamtbetrachtung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein.
Die Schale/Einlage ist aus einem leicht bearbeitbarem Material, wie beispielsweise Messing, unter Verwendung herkömmlicher Bearbeitungstechniken hergestellt.
In 3 ist eine Form dargestellt, die allgemein mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet ist und einen ersten und einen zweiten Teil 52 und 54 aufweist. Die Schale/Einlage 20 befindet sich in der Form 50. Ein sperrender Kernstift 60 ist in ein Ende der Schale/Einlage 20 eingesetzt und ein mit einem Gewinde versehener sperrender Kernstift 62 ist in das andere Ende der Schale/Einlage eingesetzt. Ein Einlauf/Durchlass 70, der mit den Schlitzen 42 verbunden ist (2) wird dazu benutzt, ein thermoplastisches Material um die Schale/Einlage 20 und in die Schale/Einlage 20 zu spritzen, um ein thermoplastisches Gewindeelement 72 in der Schale/Einlage zu bilden, wobei das Gewinde des thermoplastischen Gewindeelementes, das an der Innenfläche des thermoplastischen Gewindeelementes ausgebildet wird, komplementär zu dem Gewinde ist, das an der Außenfläche des mit einem Gewinde versehenen sperrenden Kernstiftes 62 ausgebildet ist.
4 zeigt den fertigen Rotor. Wie es deutlich in 4 dargestellt ist, dienen die Schlitze 42 als Halter, um eine Drehung zwischen dem thermoplastischen Element 72 und der Schale/Einlage 20 zu verhindern.
Beim Herstellungsvorgang wird die Schale/Einlage 20 so maschinell bearbeitet, dass dieses Teil gebildet wird (1 und 2). Dann werden der mit einem Gewinde versehene sperrende Kernstift 62 und der sperrende Kernstift 60 in die Schale/Einlage 20 eingesetzt (3). Als Nächstes wird die Schale/Einlage mit den darin angeordneten Kernstiften 62, 60 in den zweiten Teil 54 der Form 50 eingesetzt und werden der zweite Teil und der erste Teil 52 geschlossen. Dann wird ein thermoplastisches Material in die Form 50 durch den Einlauf/Durchlass 70 eingespritzt, um das thermoplastische Gewindeelement 72 zu bilden. Als nächstes wird die Form 50 geöffnet, wird die Schale/Einlage 20 entfernt, wird der sperrende Kernstift entfernt und wird der mit einem Gewinde versehene sperrende Kernstift 62 von Hand oder automatisch von der Schale/Einlage abgeschraubt.
Der sperrende Kernstift 60 ist vorgesehen, um zu verhindern, dass thermoplastisches Material um das Ende des mit einem Gewinde versehenen sperrenden Kernstiftes 62 herum ausläuft. Der sperrende Kernstift 60 und der mit einem Gewinde versehene sperrende Kernstift 62 werden ineinander gepasst, um ihre geeignete Ausrichtung sicherzustellen. Die ineinander gepasste Anordnung ist in Form eines kegelstumpfförmigen Stiftes dargestellt, der am inneren Ende des mit einem Gewinde versehenen sperrenden Kernstift 62 ausgebildet ist und in einen komplementär geformten Kanal eingesetzt ist, der im inneren Ende des sperrenden Kernstiftes 60 ausgebildet ist, obwohl andere geeignete Ausgestaltungen auch vorgesehen sein können.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Gewinderotors (20) für ein lineares Betätigungsglied, welches die Fertigung einer im Wesentlichen zylindrischen Schale/Einlage (40), die Anordnung der Schale/Einlage (40) in einer Form (50) und das Einspritzen eines thermoplastischen Materials in die Form (50) umfasst, derart, dass ein thermoplastisches Gewindeelement (72) gebildet wird, das in einer Wand der Schale/Einlage (40) angeordnet ist, welches thermoplastische Gewindeelement (72) ein Gewinde aufweist, das an seiner Innenfläche ausgebildet ist und mit einem komplementären Gewinde in Eingriff kommen kann, das an einer Außenfläche eines Schaftes ausgebildet ist, der in die im Wesentlichen zylindrische Schale/Einlage (40) einzusetzen ist, wobei die im Wesentlichen zylindrische metallische Schale/Einlage (40) mit zwei daran vorgesehenen Lagerbereichen (30, 32) ausgebildet ist, welches Verfahren weiterhin den Schritt des Einsetzens eines sperrenden Kernstiftes (60) und eines mit einem Gewinde versehenen sperrenden Kernstiftes (62) in die im Wesentlichen zylindrische Schale/Einlage (40) umfasst, bevor die im Wesentlichen zylindrische metallische Schale/Einlage (40) in die Form (50) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Wesentlichen zylindrische Schale/Einlage (40) so ausgebildet wird, dass sie sowohl eine radiale als auch eine axiale Halterung für das thermoplastische Gewindeelement (72) liefert.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch den Schritt der Ausbildung der im Wesentlichen zylindrischen Schale/Einlage (40) mit zwei Schultern an einer Innenfläche der Schale/Einlage, um die axiale Halterung für das thermoplastische Element zu liefern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzschritt das Einspritzen des thermoplastischen Materials in wenigstens einen Schlitz (42) umfasst, der in der im Wesentlichen zylindrischen Schale/Einlage (40) ausgebildet ist, um eine Drehung des thermoplastischen Gewindeelementes (72) in der im Wesentlichen zylindrischen metallischen Schale/Einlage (40) zu verhindern.