DE10039900A1 - Selbstsperrender spindelgetriebener Linearhubzylinder - Google Patents

Abstract

Vom Motor getriebener Gewindespindelhubzylinder, welcher mindestens ein Gehäuse (4), einen Motor (1), eine Getriebeachse (2) und eine Belastungsachse (3) aufweist, wobei auf der Motorwelle eine Schnecke (11), die in ein Schneckenrad (21) der Getriebeachse eingreift und die Leistung des Motors auf die Getriebeachse überträgt, wobei durch die Zahnräder die Leistung zwischen der Getriebeachse und der Belastungsachse übersetzt wird, wobei es auf der Belastungsachse eine Gewindespindel (32) und eine Mutter (33) gibt, und wobei es auf der Getriebeachse eine Einrichtung gegen den Runterrutsch des Werkstücks aufgrund des Eigengewichtes gibt.

Description

Bekannte Elektro-Hubzylinder sind entweder durch einen Kugelgewindetrieb oder durch eine Trapezspindel getrieben. Aufgrund des höheren Wirkungsgrades bei dem Einsatz des Kugelgewindetriebs wird die Funktion der Selbstsperrung nicht erhalten. Für den durch Trapezspindel getriebenen Linearhubzylinder gibt es die Selbstsperrung, aber nur bei den Typen mit kleineren Steigungen.

Die Erfindung betrifft eine Selbstsperrungseinrichtung für spindelgetriebene Linearhubzylinder. Um die Selbstsperrung zu verstärken, wird die Selbstsperrungseinrichtung besonders auf der Getriebeachse eingebaut. Damit wird nicht nur die Selbstsperrung, sondern auch die Leistung des Motors verbessert.

Die Erfindung betrifft einen spindelgetriebenen Linearhubzylinder, der bei der Belastungsaufnahme in Achsrichtung automatisch selbstgesperrt werden kann. Der allgemeine Linearhubzylinder besteht aus dem Gehäuse, dem Motor, der Getriebeachse und der Belastungsachse. Das Drehmoment des Motors wird durch die Getriebeachse auf die Belastungsachse übertragen. Die Belastungsachse erhält eine Spindel, und die zugehörige Mutter setzt das Drehmoment der Spindel in die linearartige Kraft um, die daraufliegende Belastung zu verschieben.

Die bekannten spindelgetriebenen Linearhubzylinder können in zwei Arten eingeteilt werden, zum einen mit dem Kugelgewindetrieb und zum anderen mit der Trapezgewindespindel getrieben. Weil der Kugelgewindetrieb höhere mechanische Nutzleistung erhält, wird die Belastung der Achsrichtung in das Drehmoment auf der Spindel umgesetzt, damit wird die Spindel selbstgedreht, d. h., daß es keine Selbstsperrung gibt. Für die Trapezgewindespindel ist der Wirkungsgrad normalerweise niedriger als der Kugelgewindetrieb. Deswegen ist bei den Typen mit kleinerem Steigungswinkel die Reibung zwischen der Spindel und der zugehörigen Mutter größer als das umgesetzte Drehmoment aus der Belastung, dann wird die Spindel selbstgesperrt. Aber für die Typen mit größerem Steigungswinkel erfolgt die Abnahme der Normalkraft auf der Reibungsebene zwischen der Spindel und der Mutter, deshalb ist die entstehende Reibung reduziert und kleiner als das Drehmoment auf der Reibungsebene aufgrund der Belastung, dann wird die Selbstsperrung auch nicht erhalten. Durch die Anwendung des elektrischen Motors wird die Belastung auf dem Linearhubzylinder gehoben oder gezogen. Um die Belastung still zu halten, benötigt der Linearhubzylinder die Selbstsperrung, damit rutscht die Belastung nicht runter. Nach der bekannten Technologie, wie nach dem Patent EP 0662753 und US 5910692, wird eine Selbstsperrungseinrichtung an dem Ende der Spindel eingebaut, um die erforderliche Verriegelungsfunktion bei der Anwendung der Linearhubzylinder sicherzustellen. Aber damit wird die Spindel wegen der Installation der Selbstsperrungseinrichtung verlängert, dann erfolgt entweder die Zunahme der Einbaumaße oder die Abnahme des Hubs, davon werden die Material- und die Herstellungskosten erhöht und der Einsatz der Linearhubzylinder zunehmend beschränkt.

Um die Nachteile der bekannten Technologie zu verbessern, betrifft die Erfindung eine neue Selbstsperrungseinrichtung. Und zwar wegen des Zieles der Steigerung der Selbstsperrungswirkung ist die Einrichtung speziell auf der Getriebeachse konstruiert. Die Mutter der Gewindespindel setzt die Belastung in das Drehmoment um, wenn der Hubzylinder im Einsatz ist. Aber bei dieser Transformation gibt es Energieverlust. Gleichfalls gibt es auch Torsionsverlust zwischen der Getriebe- und Belastungsachse. Deswegen sind, wenn das Übersetzungsverhältnis zwischen der Getriebeachse und der Belastungsachse gleich eins ist, die Drehzahlen der beiden erwähnten Achsen gleich, aber die Drehmomente davon sind unterschiedlich. Aufgrund des Energieverlustes ist die Torsion der getriebenen Achse kleiner. Wenn die Mutter des Kugelgewindetriebs belastet wird, wird die Belastung in die Drehkraft auf dem Kugelgewindetrieb umgesetzt, um die Selbstsperrung des Kugelgewindetriebs zu erreichen, das heißt, daß der Kugelgewindetrieb nicht gedreht wird. Um dann die Einrichtung auf der Getriebeachse zu installieren, braucht man weniger Torsion als auf der Belastungsachse. Deshalb erhält der Linearhubzylinder dieser Erfindung bessere Selbstsperrung als andere bekannte Linearhubzylinder. Im Gegensatz dazu, wenn die Belastungsachse durch den Motor getrieben und die Selbstsperrungseinrichtung auf die Getriebeachse eingesetzt wird, weil die Belastungsachse durch die Getriebeachse getrieben ist, ist die Beeinflussung der Torsion der Selbstsperrungseinrichtung auf die Hebefähigkeit des Hubzylinders geringer als die der Selbstsperrungseinrichtung, die auf der Belastungsachse eingebaut ist. Deshalb erhält die auf der Getriebeachse des Hubzylinders eingesetzte Selbstsperrungseinrichtung bessere Sperrwirkung und der Motor hat auch bessere Antriebsleistung. Aufgrund der Ansicht des Energieverlustes des Getriebes wird die Selbstsperrungseinrichtung die größte Sperrungskraft erhalten, wenn die Einrichtung auf der Motorwelle montiert ist. Aber weil die Drehzahl des Motors zu schnell ist, ergibt sich der Nachteil der Erwärmung, deshalb ist der Einsatz der Selbstsperrungseinrichtung auf der Getriebeachse am besten.

Um die Temperatursteigerung der Selbstsperrungseinrichtung aufgrund der Antriebsreibung zu reduzieren, kann auf dem Keilmechanismus der Selbstsperrungseinrichtung dieser Erfindung zusätzlich noch eine Kühlungsscheibe konstruiert sein, um die günstigste Wärmeabfuhr zu realisieren. Die Energie, die durch das Heben der Belastung entstanden ist, verliert sich teilweise in der Selbstsperrungseinrichtung. Die Kühlungsscheiben können die Fähigkeit der Wärmeleitung in die Luft verstärken, und dadurch wird die auf den Motor zurückgekommene Wärme reduziert, dann wird der Torsionsverlust wegen der schnellen Temperatursteigerung des Motors vermieden. Der normale Anwendungsbereich des Hubzylinders ist das Heben der Belastung, dazu wird die Last nach oben oder außen gedrückt. Aber wenn die Last durch das Ziehen gehoben wird, braucht man entweder die Steigungsrichtung der Spindel oder die Einbaurichtung der Selbstsperrungseinrichtung zu wechseln. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Hubzylinders mit der Selbstsperrungseinrichtung der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1 im Uhrzeigergegensinn der Getriebeachse;

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2;

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1 im Uhrzeigersinn der Getriebeachse;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines anderen Beispieles der Selbstsperrungseinrichtung der Erfindung; und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Selbstsperrungseinrichtung mit den Kühlungsscheiben.

Fig. 1 zeigt die perspektivische Ansicht eines Beispiels des Hubzylinders mit der Selbstsperrungseinrichtung der Erfindung. Der Hubzylinder besteht aus einem Motor 1, der Getriebeachse 2, der Belastungsachse 3 und dem Gehäuse 4. Wenn der Hubzylinder angetrieben wird, dreht sich der Motor 1. Auf der Motorwelle ist eine Schnecke 11 eingebaut, dadurch wird das Schneckenrad der Getriebeachse getrieben. Dann werden die Verbindungswelle 22 und das Kegelrad 25 weiter durch das Schneckenrad 21 getrieben. Wegen des Eingriffs von dem Kegelrad 25 der Getriebeachse und dem Kegelrad 34 der Belastungsachse wird das Drehmonemt auf die Gewindespindel 32 übertragen. Auf der Gewindespindel 32 wird das Lager 35 angeordnet, um die Reibung aus der Drehung zu verringern. Die Mutter 33 ist auf dem herausragenden Rohr 31 verschraubt und die Drehfähigkeit der Mutter 33 wird begrenzt. Beim Antrieb des Motors wird die rotatorische Bewegung der Mutter 33 in die lineare Bewegung aufgrund der Begrenzung der Drehfähigkeit transformiert. Dann wird das herausragende Rohr 31 nach außen heraustragen oder nach innen zurückgezogen.

Das Aussenrohr 41 ist auf der Außenseite des herausragenden Rohres 31 angeordnet, um die herausragende Bewegung des herausragenden Rohres 31 führen zu lassen. Das heißt, daß der Motor 1 in Rechtsdrehung oder Linksdrehung getrieben wird, die Leistung wird in das herausragende Rohr 31 übertragen, damit werden die herausragende und die zurückgezogene Bewegung des Hubzylinders geschaffen. Umgekehrt wenn der Motor ausgeschaltet wird, wird sich der Motor 1 nicht mehr drehen, dann erhält das herausragende Rohr 31 die Belastung des aufliegenden Werkstückes, die Belastung wird von dem herausragenden Rohr 31 aus entlang der Mutter 33, der Gewindespindel 32, der Kegelräder 33, 25 dem Schneckenrad 21 und der Schnecke 11 auf den Motor 1 übertragen, und weil beim Stillbleiben des Motors die Torsion aus dem Permanentmagnet die zurückübertragende Kraft nicht durchhalten kann, dann wird der Motor durch die aufgenommene Belastung gedreht, woher die Position des gehaltenen Werkstücks verschoben wird. Um den Rutsch des gehobenen Werkstücks zu vermeiden, zeigt Fig. 1 eine Selbstsperrungseinrichtung 21, 23, 24 vom Linearhubzylinder der Erfindung, damit wird das erwähnte Problem gelöst.

Durch Fig. 2 und Fig. 3 ist die Selbstsperrungseinrichtung der Erfindung einfacher zu verstehen. Fig. 2 zeigt den Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1 im Uhrzeigergegensinn der Linie Getriebeachse und Fig. 3 zeigt den Querschnitt entlang der B-B in Fig. 2. In Fig. 2 sieht man, daß die Selbstsperrungseinrichtung aus dem Schneckenrad 21, dem Keilmechanismus 23, den Führungsrollen 24 und einer Druckfeder 26 besteht. Wenn sich das Schneckenrad 21 im Uhrzeigergegensinn dreht, wird die Führungsebene 211 auch in die gleiche Richtung gedreht, um die Führungsrollen 24 zu der Druckfeder 26 zu drücken. Der Keilmechanismus 23 erhält die Keilfläche 231, und wenn die Führungsrollen 24 zu der Druckfeder 26 verschoben werden, gibt es fast keinen Kontakt zwischen den Führungsrollen 24 und der Keilfläche 231, und dann kann das Schneckenrad 21 ohne Hindernis die Leistung übertragen. In dem Querschnitt von Fig. 3 in die relative Position zwischen jeder Komponente der Getriebeachse 2 zu sehen.

Fig. 4 zeigt den Querschnitt der Selbstsperrungseinrichtung bei der uhrzeigersinnign Drehung des Schneckenrades 21. Wenn sich das Schneckenrad 21 uhrzeigersinnig dreht, dreht sich die Führungsebene 211 auch uhrzeigersinnig. Dadurch werden die Führungsrollen 24 von der Druckfeder 26 gedrückt, dann werden die Führungsrollen 24, die Führungsebene 211 und die Keilfläche 231 voneinander berührt. Die uhrzeigersinnig gedrehte Führungsebene 211 führt die Führungsrollen 24 in die Gegenrichtung relativ zu die Keilfläche 231, die Führungsrollen 24 werden in den engen Raum der Keilfläche gebracht. Aufgrund der stark zugenommenen Normalkraft zwischen den Führungsrollen 24 und der Führungsebene 211 wird die Reibungskraft dazwischen auch vergrößert, deshalb erhält der Linearhubzylinder die Sperrungsfunktion, den Runterrutsch des gehobenen Werkstücks zu vermeiden.

Wenn der Motor 1 das Schneckenrad 21 im Uhrzeigersinn treibt, gibt es auch Reibung zwischen dem Schneckenrad 21 und den Führungsrollen 24, aber die Torsion aufgrund der Belastung nach unten und die Torsion des Motors sind erfolgt im gleichen Drehsinn, deswegen kann die Zusammensetzung der beiden Torsionen die Reibung aus den Führungsrollen bezwingen, das getragene Werkstück nach unten zu bringen.

Die Größe der Reibung zwischen den Führungsrollen 24 und dem Schneckenrad 21 ist abhängig von dem Berührungswinkel zwischen Keilfläche 231 und Führungsrollen 24, die Länge und die Anzahl der Führungsrollen 24 haben auch Beeinflussung darauf. Fig. 5 stellt ein anderes Beispiel der Selbstsperrungseinrichtung der Erfindung dar. In der Zeichnung gibt es drei Führungsrollen 24 und zwei Keilflächen 231, 232 davon berühren die zwei Keilflächen 231, 232 die vordere und die hintere Führungsrolle 24, die mittlere Führungsrolle wird nicht betätigt für die Entstehung der Selbstsperrung, damit können die vordere und die hintere Führungsrolle 24 im gleichen Drehsinn gedreht werden. Für unterschiedliche Belastungsanforderungen kann die erforderliche Bremskraft durch die Konstruktion und das Proben bekommen werden, die Kraft dient als Selbstsperrung gegen das Gewicht der Belastung, dann wird das tragende Werkstück nicht verschoben werden. Und zwar bei dem Gegendrehsinn des Motors kann das Drehmoment des Motors größer als diese Bremskraft sein, um das Werkstück frei zu bewegen.

Die normale Anwendung des elektrischen Hubzylinders ist das Heben des Werkstücks. Aber wenn der Einsatz für das Hochziehen des Werkstücks ist, wird die Bremskraft bei der Zylinderverlängerung kleiner und bei der Zylinderverkürzung größer. Deshalb kann in dieser Situation die Steigungsrichtung der Gewindespindel gewechselt werden, oder die Zahnrichtung des Kegelrades gewechselt werden, oder einfach die Betriebsrichtung der Sperrungseinrichtung gewechselt werden.

Um die Temperatursteigung aufgrund der Reibung der Sperrungseinrichtung aus dem Antrieb zu verringern, zeigt Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Selbstsperrungseinrichtung mit den Kühlungsscheiben 233. Die Potentialenergie, die vom Heben des Werkstücks entsteht, wird bei dem Senken des Werkstücks teilweise in der Selbstsperrungseinrichtung verloren. Durch die Kühlungsscheiben 233 wird die Wärme in die Luft geleitet, dann wird die auf dem Motor zurückleitende Wärme reduziert, um den Torsionsverlust des Motors wegen der Temperatursteigung zu vermeiden.

Claims (3)

1. Vom Motor getriebener Gewindelspindelhubzylinder, welcher mindestens ein Gehäuse (4), einen Motor (1), eine Getriebeachse (2) und eine Belastungsachse (3) aufweist, wobei auf der Motorwelle eine Schnecke (11) ist, die in ein Schneckenrad (21) der Getriebeachse eingreift und die Leistung des Motors auf die Getriebeachse überträgt, wobei durch die Zahnräder die Leistung zwischen der Getriebeachse und der Belastungsachse übersetzt wird, wobei es auf der Belastungsachse eine Gewindespindel (32) und eine Mutter (33) gibt, und wobei es auf der Getriebachse eine Einrichtung gegen den Runterrutsch des Werkstücks aufgrund des Eigengewichtes gibt.

2. Gewindespindelhubzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Selbstsperrungseinrichtung (21, 23, 24) welche gegen den Runterrutsch aufgrund des Eigengewichtes dient, eine zusätzliche Führungsebene auf dem erwähnten Schneckenrad, eine Druckfeder (26), einen Keilmechanismus (23) und Führungsrollen (24) aufweist, wobei die Druckfeder die Führungsrollen berührt und dadurch die Führungsrollen die erwähnte Führungsebene berühren.

3. Gewindespindelhubzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Keilmechanismus (23) Kühlungsscheiben konstruiert sind.