DE102005017429A1

DE102005017429A1 - Gewindetrieb mit überwachter Sicherheitsmutter

Info

Publication number: DE102005017429A1
Application number: DE102005017429A
Authority: DE
Inventors: Michael Klein; Rudolf Schlereth; Roland Greubel; Werner Blaurock
Original assignee: Bosch Rexroth Mechatronics GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2006-10-19
Also published as: US20060230850A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gewindetrieb (10), umfassend eine Gewindespindel (12), eine Tragmutter (14) und eine Sicherheitsmutter (16), wobei wenigstens ein Kontaktabschnitt (18) der Sicherheitsmutter in einem ersten Betriebszustand des Gewindetriebs keinen Kontakt mit der Gewindespindel (12) aufweist und in einem zweiten Betriebszustand des Gewindetriebs Kontakt mit der Gewindespindel aufweist. DOLLAR A Erfindungsgemäß besteht im ersten Betriebszustand keine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktabschnitt (18) der Sicherheitsmutter und der Geweindespindel (12). Eine Auswertevorrichtung (28) kann somit den zweiten Betriebszustand, nämlich den Bruch der Tragmutter (14), erkennen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gewindetrieb gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein derartiger Gewindetrieb ist beispielsweise aus der DE 196 25 999 C2 bekannt. Dort ist in 1 ein Gewindetrieb 10 mit einer Gewindespindel 12, einer Tragmutter 14 und einer Sicherheitsmutter 18 gezeigt. Die Tragmutter und die Sicherheitsmutter sind drehfest miteinander verbunden und stehen jeweils in Schraubeingriff mit der Gewindespindel. In einem ersten Betriebszustand, nämlich im Normalbetrieb des Gewindetriebs, überträgt nur die Tragmutter die auftretenden Axialkräfte von der übergeordneten Baugruppe 16 auf die Gewindespindel. Die Sicherheitsmutter berührt die Gewindespindel nicht. In einem zweiten Betriebszustand, nämlich dann, wenn die Tragmutter verschlissen oder gebrochen ist und keine Axialkräfte mehr übertragen kann, kommt die Sicherheitsmutter in Kontakt mit der Gewindespindel und überträgt die Axialkräfte, so dass die übergeordnete Baugruppe nicht herabfallen kann.

Damit der Bruch der Tragmutter sicher erkannt werden kann, ist ein Sicherheitsschalter 22 vorgesehen, der im zweiten Betriebszustand ein Signal abgibt. Der Sicherheitsschalter ist relativ zur Tragmutter fixiert und berührt mit einer Schaltrolle 24 die Sicherheitsmutter bzw. eine dort vorgesehene Schaltnocke 27. Beim Übergang vom ersten in den zweiten Betriebszustand verschiebt sich die Sicherheitsmutter relativ zur Tragmutter, so dass die Schaltnocke den Sicherheitsschalter betätigt. Dieser Aufbau hat den Nachteil, dass er sehr aufwändig ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Gewindetrieb gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 anzugeben, der einen einfacheren Sicherheitsschalter aufweist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im ersten Betriebszustand keine elektrisch leitende Verbindung zwischen wenigstens einem Kontaktabschnitt der Sicherheitsmutter und der Gewindespindel besteht. Insbesondere soll der normalerweise vorhandene Strompfad von der Sicherheitsmutter über die Tragmutter zur Gewindespindel unterbrochen sein. Dadurch entsteht ein elektrischer Schalter zwischen der Gewindespindel und dem Kontaktabschnitt der Sicherheitsmutter. Im ersten Betriebszustand kann kein Strom fließen, weil der Kontaktabschnitt der Sicherheitsmutter keinen Kontakt und auch sonst keine elektrische Verbindung zur Gewindespindel aufweist. Im zweiten Betriebszustand kann jedoch Strom fließen, weil Kontakt zwischen dem Kontaktabschnitt der Sicherheitsmutter und der Gewindespindel besteht.

Der Kontaktabschnitt der Sicherheitsmutter kann die gesamte Sicherheitsmutter umfassen oder nur einen kleinen Teilbereich derselben. Die erste Ausführungsform ist einfacher im Aufbau, während die zweite Ausführungsform vorwiegend beim Aufrüsten bereits vorhandener Sicherheitsmutter-Konstruktionen in Frage kommt. Der Kontaktabschnitt der Sicherheitsmutter kann beispielsweise als dünne Scheibe ausgebildet sein, deren Innenkontur äquidistant zur Oberfläche der Gewindespindel ausgeführt ist.

Zur Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen dem Kontaktabschnitt der Sicherheitsmutter und der Gewindespindel kann der Kontaktabschnitt der Sicherheitsmutter mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen sein. Die Beschichtung ist vorzugsweise nur im Kontaktbereich zur Gewindespindel unterbrochen. Daher kann der Kontaktabschnitt der Sicherheitsmutter problemlos mit elektrisch leitenden Verbindungsmitteln wie Schrauben an der verbleibenden Sicherheitsmutter oder an der Tragmutter befestigt werden, ohne dass die elektrische Isolierung unterbrochen wird.

Die elektrische Verbindung kann aber auch durch ein gesondertes elektrisch nicht leitendes Bauteil wie z.B. eine Kunststoffscheibe unterbrochen sein. In diesem Fall ist darauf zu achten, dass auch die Verbindung der verschiedenen Bauteile elektrisch nicht leitend z.B. als Klebverbindung ausgeführt ist.

Weiter kann vorgesehen sein, dass die Tragmutter als Wälzkörperumlaufmutter ausgebildet ist, wobei die elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktabschnitt der Sicherheitsmutter und der Gewindespindel durch Wälzkörper aus elektrisch nicht leitendem Material, vorzugsweise Keramikkugeln, unterbrochen ist. Bei einem erfindungsgemäßen Gewindetrieb ist die Verwendung einer Wälzkörperumlaufmutter grundsätzlich vorteilhaft, weil diese nahezu verschleißfrei arbeitet. Dadurch wird sichergestellt, dass der Spalt zwischen der Sicherheitsmutter und der Gewindespindel über die gesamte Lebensdauer erhalten bleibt. Durch die Verwendung von elektrisch nicht leitenden Wälzkörpern kann die elektrische Verbindung zwischen dem Mutternkörper und der Gewindespindel einfach unterbrochen werden, da sich diese beiden Bauteile sonst nicht berühren. Zusätzlich kann ein elektrisch nicht leitender Schmierstoff für die Wälzkörper vorgesehen sein.

Vorzugsweise ist der Kontaktabschnitt der Sicherheitsmutter wenigstens teilweise elastisch verlagerbar relativ zur Tragmutter ausgeführt. Dadurch wird an der elektrischen Kontaktstelle ein definierter Anpressdruck erreicht, so dass ein sicherer elektrischer Übergang entsteht. Der Anpressdruck ergibt sich aus der konstruktiv vorgegebenen Verformung und der Elastizität der beteiligten Bauteile. Die Verformung kann beispielsweise dadurch eingestellt werden, dass der Kontaktabschnitt der Sicherheitsmutter einen geringeren Abstand zur Gewindespindel aufweist als der Tragabschnitt der Sicherheitsmutter. Die Elastizität kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass die o.g. Kunststoffscheibe aus einem elastischen Werkstoff wie z.B. Gummi besteht.

Bei dem erfindungsgemäßen Gewindetrieb kann eine Auswertevorrichtung vorgesehen sein, die elektrisch mit dem Kontaktabschnitt der Sicherheitsmutter und der Gewindespindel verbunden ist. An diese Bauteile kann eine elektrische Spannung angelegt sein, wobei die Auswertevorrichtung überwacht, ob ein elektrischer Strom fließt oder nicht. Im ersten Fall wird ein Signal ausgegeben, welches anzeigt, dass der Gewindetrieb versagt hat. An die Gewindespindel kann Erdpotential angelegt sein, damit diese nicht aufwändig gegenüber der übergeordneten Baugruppe elektrisch isoliert werden muss, um einen unerwünschten Stromfluss zu vermeiden.

Weiter kann die Gewindespindel an wenigstens einem Lager drehbar gelagert sein, wobei die elektrische Verbindung zwischen Auswertevorrichtung und Gewindespindel über das Lager verläuft. Üblicherweise wird bei einem Gewindetrieb die Gewindespindel mit einem Motor drehbar angetrieben. Zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Gewindespindel und der Auswertevorrichtung müsste also ein Drehübertrager verwendet werden. Diese Funktion kann das Lager der Gewindespindel insbesondere dann problemlos übernehmen, wenn ein Radialwälzlager zum Einsatz kommt, weil dieses üblicherweise elektrisch leitend ist. Da im Normalbetrieb, nämlich im ersten Betriebszustand, weder ein elektrischer Strom durch das Lager fließt noch eine Spannung zwischen Innen- und Außenring anliegt, sind keine Lagerschäden zu befürchten.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Kontaktbereich zwischen dem Kontaktabschnitt der Sicherheitsmutter und der Gewindespindel gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. Für die Funktionssicherheit der Überwachung ist es entscheidend, dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Abschnitt der Sicherheitsmutter und der Gewindespindel nicht unbeabsichtigt durch Schmutzpartikel wie z.B. Metallspänchen hergestellt wird. Dies kann durch eine Abdichtung verhindert werden. Wenn als Tragmutter eine Wälzkörperumlaufmutter verwendet wird, ist ohnehin eine Abdichtung derselben erforderlich. Es ist daher vorteilhaft, wenn an den beiden Endbereichen des Tragmutter-Sicherheitsmutter-Verbunds je eine Dichtung angeordnet ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Es stellt dar:
1 eine grobschematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gewindetriebs; und
2 eine Teilschnittansicht der Sicherheitsmutter des Gewindetriebs gemäß 1.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Gewindetrieb allgemein mit 10 bezeichnet. Der Gewindetrieb besteht aus einer Gewindespindel 12, einer Tragmutter 14 und einer Sicherheitsmutter 16. Die Gewindespindel ist mit einem Lager 34, das als Radialrillenkugellager ausgeführt ist, in einem stationären Lagergehäuse 36 drehbar gelagert. Die Tragmutter 14, die als Kugelumlaufmutter ausgeführt ist, ist mit vereinfacht dargestellten Schraubbolzen 42 an einer übergeordneten Baugruppe 26 befestigt, die von dem Gewindetrieb 10 entgegen der Richtung Schwerkraft G getragen wird.
Die Sicherheitsmutter 16, die in 2 genauer dargestellt ist, besteht aus einem Tragabschnitt 20 und einem Kontaktabschnitt 18. Der Tragabschnitt und der Kontaktabschnitt sind durch ein elektrisch nicht leitendes Bauteil 22 voneinander elektrisch isoliert. Die Sicherheitsmutter 16 ist mit vereinfacht dargestellten Schraubbolzen 44 drehfest an der Tragmutter befestigt. Die Schraubbolzen 44 sind mit einer elektrisch nicht leitenden Beschichtung versehen, damit der Kontaktabschnitt 18 der Sicherheitsmutter vollständig von dem übrigen Gewindetrieb elektrisch isoliert ist.
Der Tragabschnitt 20 der Sicherheitsmutter ist im Wesentlichen als Hohlzylinder aus Stahl ausgeführt. Seine Innenumfangsfläche 46 ist mit einem vorgestimmten Spaltmaß äquidistant zur Außenumfangsfläche 48 der Gewindespindel ausgeführt, so dass ein Spalt 40 entsteht.
Der Kontaktabschnitt 18 der Sicherheitsmutter ist als Stahlscheibe ausgeführt, deren Innenumfangsfläche 50 in einem Kontaktbereich 38 ebenfalls äquidistant zur Außenumfangsfläche 48 der Gewindespindel ausgebildet ist. Das Spaltmaß ist jedoch etwas kleiner als das o.g. Spaltmaß zwischen Tragabschnitt 20 und Gewindespindel 12. Im ersten Betriebszustand berührt der Kontaktabschnitt die Gewindespindel nicht. Im zweiten Betriebszustand, nämlich bei einem Bruch der Tragmutter, liegen sowohl der Kontaktabschnitt 18 als auch der Tragabschnitt 20 der Sicherheitsmutter an der Gewindespindel 12 an. Aufgrund der unterschiedlichen Spaltmaße und der Elastizität des elektrisch nicht leitenden Bauteils 22 aus Gummi liegt der Kontaktabschnitt 18 im Kontaktbereich 38 mit einer definierten Mindestanpresskraft an der Gewindespindel an. Der Kontaktbereich 38 befindet sich im Bereich der Kugellaufspuren der Kugelumlaufmutter, da die Gewindespindel 12 hier besonders genau bearbeitet ist.
Der Kontaktabschnitt ist mittels einer elektrischen Leitung 30 mit einer Auswertevorrichtung 28 verbunden, die mittels einer weiteren elektrischen Leitung 32 mit dem Lagergehäuse 36 verbunden ist. Im zweiten Betriebszustand wird der elektrische Stromkreis somit über das elektrisch leitfähige Lager 34 und die Gewindespindel 12 geschlossen. Der geschlossene Stromkreis wird von der Auswertevorrichtung erkannt und an eine übergeordnete Steuerung weitergemeldet.
An den Endbereichen des Verbunds aus Tragmutter 14 und Sicherheitsmutter 16 ist je eine Dichtung 24 angeordnet. Die Dichtungen unterbinden einerseits, dass Schmierstoff aus der Kugelumlaufmutter austreten kann. Andererseits wird verhindert, dass elektrisch leitfähige Partikel wie z.B. Metallspänchen aus der Umgebung in den Kontaktbereich 38 gelangen können. Die Dichtungen 24 bestehen aus Gummi und sind daher elektrisch nicht leitfähig, so dass keine unerwünschte elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktabschnitt 18 der Sicherheitsmutter und der Gewindespindel 12 entsteht.

G: Richtung der Schwerkraft
10: Gewindetrieb
12: Gewindespindel
14: Tragmutter
16: Sicherheitsmutter
18: Kontaktabschnitt der Sicherheitsmutter
20: Tragabschnitt der Sicherheitsmutter
22: elektrisch nicht leitendes Bauteil
24: Dichtung
26: übergeordnete Baugruppe
28: Auswertevorrichtung
30: elektrische Leitung
32: elektrische Leitung
34: Lager
36: Lagergehäuse
38: Kontaktbereich
40: Spalt
42: Schraubbolzen
44: Schraubbolzen
46: Innenumfangsfläche des Tragabschnitts der Sicherheitsmutter
48: Außenumfangsfläche der Gewindespindel
48: Innenumfangsfläche des Kontaktabschnitts der Sicherheitsmutter

Claims

Gewindetrieb (10) umfassend eine Gewindespindel (12), eine Tragmutter (14) die mit der Gewindespindel (12) in Schraubeingriff steht und eine mit der Tragmutter (14) drehfest verbundene Sicherheitsmutter (16), die ebenfalls mit der Gewindespindel (12) in Schraubeingriff steht, wobei wenigstens ein Kontaktabschnitt (18) der Sicherheitsmutter in einem ersten Betriebszustand des Gewindetriebs keinen Kontakt mit der Gewindespindel (12) aufweist und in einem zweiten Betriebzustand des Gewindetriebs Kontakt mit der Gewindespindel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Betriebszustand keine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktabschnitt (18) der Sicherheitsmutter und der Gewindespindel (12) besteht.
Gewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktabschnitt (18) der Sicherheitsmutter und der Gewindespindel (12) durch eine elektrisch isolierende Beschichtung des wenigstens einen Kontaktabschnitts (18) der Sicherheitsmutter unterbrochen ist.
Gewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktabschnitt (18) der Sicherheitsmutter und der Gewindespindel durch ein gesondertes, elektrisch nicht leitendes Bauteil (22) unterbrochen ist.
Gewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragmutter (14) als Wälzkörperumlaufmutter ausgebildet ist, wobei die elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktabschnitt (18) der Sicherheitsmutter und der Gewindespindel (12) durch Wälzkörper aus elektrisch nicht leitendem Material, vorzugsweise Keramikkugeln, unterbrochen ist.
Gewindetrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktabschnitt (18) der Sicherheitsmutter wenigstens teilweise elastisch verlagerbar relativ zur Tragmutter (14) ausgeführt ist.
Gewindetrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswertevorrichtung (28) vorgesehen ist, die elektrisch mit dem Kontaktabschnitt (18) der Sicherheitsmutter und der Gewindespindel (12) verbunden ist.
Gewindetrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (12) an wenigstens einem Lager (34) drehbar gelagert ist, wobei die elektrische Verbindung zwischen der Auswertevorrichtung (28) und der Gewindespindel (12) über das Lager (34) verläuft.
Gewindetrieb nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Gewindespindel (12) Erdpotential anliegt.
Gewindetrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (38) zwischen dem Kontaktabschnitt (18) der Sicherheitsmutter und der Gewindespindel (12) gegenüber der Umgebung abgedichtet ist.
Gewindetrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch nicht leitender Schmierstoff vorgesehen ist.