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Die
Erfindung betrifft eine Linearbewegungsvorrichtung gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus
der
DE 10 2007
043 391 A1 ist eine Linearbewegungsvorrichtung bekannt.
Diese umfasst ein Gehäuse mit einem Innenraum, in dem eine
Kugelgewindegewindespindel bezüglich einer Längsachse
drehbar aufgenommen ist. Weiter ist ein Läufer in Form
einer Kugelumlaufmutter vorgesehen, die mit der Kugelgewindespindel
in Schraubeingriff steht. Der Läufer ist mit einem Schubrohr
fest verbunden, das aus dem Gehäuse herausragt. Durch Verdrehen der
Kugelgewindespindel, beispielsweise mit einem Elektromotor, wird
der Läufer mit der Schubstange relativ zum Gehäuse
ein- und ausgefahren. Man bezeichnet derartige Linearbewegungsvorrichtungen auch
als Elektrozylinder.
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Bei
dieser Linearbewegungsvorrichtung besteht das Problem, dass die
Kugelumlaufmutter mit Schmiermittel versorgt werden muss, da die
Erstbefüllung der Kugelumlaufmutter mit Schmierfett oft nicht
für die gesamte Lebensdauer des Kugelgewindetriebs ausreichend
ist.
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Aus
dem Stand der Technik ist es bekannt, die Schmiermittelversorgung
von beweglichen Baugruppen mit einem flexiblen Schlauch zu bewerkstelligen,
wobei der flexible Schlauch eine Schmiermittelübertragungsverbindung
zwischen einer beweglichen Baugruppe und einer unbeweglichen Baugruppe
herstellt. Die unbewegliche Baugruppe ist hierbei meist mit einer
zentralen Schmiermittelversorgungseinrichtung ausgestattet, an der
der flexible Schlauch angeschlossen ist. Der flexible Schlauch ist
hierbei meist U-förmig gebogen, so dass er die Bewegungen der
beweglichen Baugruppe durch elastische Verformung ausgleichen kann.
Als konkretes Beispiel seien Werkzeugmaschinen genannt, bei denen
die verschiedenen Schlitten über flexible Schläuche
mit Schmiermittel, insbesondere Schmieröl, versorgt werden.
Die flexiblen Schläuche sind hierbei meist in so genannten
Energieführungsketten aufgenommen, wie sie beispielsweise
aus der
DE 41 40 909
C1 bekannt sind. Auf diese Weise werden die flexiblen Schläuche
während ihrer Ausgleichsbewegung auf einer definierten
Bahn geführt.
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Bei
der aus der
DE
10 2007 043 391 A1 bekannten Linearführung ist
es jedoch nicht möglich, den flexiblen Schlauch mittels
einer Energiekette zu führen, da in dem Gehäuse
hierfür nicht genügend Platz zur Verfügung
steht.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße
Linearbewegungsvorrichtung mit einem Schmiermittelübertragungssystem
zur Übertragung von Schmiermittel vom Gehäuse
auf den Läufer auszustatten, welches so platzsparend ist,
dass es innerhalb des Gehäuses aufgenommen werden kann.
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Gemäß dem
selbständigen Anspruch wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
dass in dem Innenraum des Gehäuses ein flexibler Schlauch
vorgesehen ist, dessen Enden am Gehäuse und am Läufer so
befestigt sind, dass eine Schmiermittelübertragungsverbindung
zwischen den genannten Teilen besteht, wobei der flexible Schlauch
wenigstens eine Biegung aufweist, so dass er eine Längsbewegung des
Läufers ausgleichen kann, und wobei der flexible Schlauch
wenigstens abschnittsweise derart benachbart zur Innenoberfläche
des Gehäuses angeordnet ist, dass sein Bewegungsweg durch
die Innenoberfläche begrenzt ist. Durch diese Ausgestaltung
kann auf gesonderte Führungselemente für den flexiblen Schlauch
verzichtet werden, da dieser durch die Innenoberfläche
des Gehäuses geführt wird. Hierbei ist es nicht
notwendig, dass der flexible Schlauch permanent an der Innenoberfläche
gleitet, da der flexible Schlauch eine gewisse Eigensteifigkeit
aufweist, die ihn in der gewünschten Lage hält.
Wichtig ist, dass das Gehäuse unerwünschte elastische
Verformungen des flexiblen Schlauches begrenzt, so dass sichergestellt
ist, dass der flexible Schlauch innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen
eine definierte Form aufweist. Die genannten unerwünschten
Verformungen können beispielsweise durch Gewichts- oder Trägheitskräfte
verursacht werden, die auf den flexiblen Schlauch einwirken. Die
genannten Toleranzgrenzen der definierten Form des flexiblen Schlauches
ergeben sich aus der Forderung, dass die Ausgleichsbewegung des
flexiblen Schlauches in allen Betriebszuständen der Linearbewegungsvorrichtung störungsfrei
möglich sein muss. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Schlauch im Ruhezustand der Linearbewegungsvorrichtung wenigstens abschnittsweise
mit geringem Abstand zur Innenoberfläche des Gehäuses
angeordnet.
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In
den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen
und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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An
der Innenoberfläche des Gehäuses kann eine sich
in Richtung der Längsachse erstreckende Führungsnut
vorgesehen sein, wobei der flexible Schlauch U-förmig gebogen
ist, so dass er zwei U-Schenkel aufweist, wobei ein U-Schenkel in
der Führungsnut aufgenommen ist. Der flexible Schlauch wird
demnach von der Führungsnut auf einer definierten Bahn
geführt. Die Führungsnut verläuft hierbei
bevorzugt geradlinig und parallel zur Längsachse, so dass
der U-förmige Schlauch in jeder Stellung des Läufers
im Wesentlichen parallel zur Gewindespindel ausgerichtet ist.
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Der
Nachteil der vorstehend beschriebenen Ausführungsform besteht
darin, dass der Hubweg des Läufers nicht beliebig lang
ausgeführt werden kann. Dies ist darauf zurückzuführen,
dass der U-Schenkel des Schlauches, der nicht in der Führungsnut
geführt ist, frei im Innenraum des Gehäuses angeordnet
ist. Die Steifigkeit dieses Abschnitts muss demnach so groß sein,
dass er keine unerwünschten Bewegungen ausführt.
Der Schlauch muss aber gleichzeitig flexibel sein, damit er in eine veränderliche
U-Form gebogen werden kann, um die Ausgleichsbewegung ausführen
zu können. Folglich kann der Hubweg nicht beliebig lang
sein.
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Zur Überwindung
dieses Problems wird vorgeschlagen, dass der flexible Schlauch schraubenförmig
gebogen bezüglich der Längsachse im Innenraum
des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Innenoberfläche
des Gehäuses den Schlauch so umgibt, dass seine Beweglichkeit
in radialer Richtung bezüglich der Längsachse
begrenzt ist. Damit kann der flexible Schlauch entlang des gesamten
Hubwegs in radialer Richtung am Gehäuse geführt
werden und zwar unabhängig davon, wie groß der
Hubweg des Läufers ist. In Richtung der Längsachse
ist keine Führung des Schlauches erforderlich, da dies die
Richtung der Ausgleichsbewegung ist. Der schraubenförmig
gebogene Schlauch hat überdies den Vorteil, dass die elastische
Verformung desselben auch bei sehr langen Hubwegen klein ist. Demnach
kann der Schlauch sehr viele Hübe ausführen, ehe
er durch Ermüdungserscheinungen zerstört wird.
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Die
Innenoberfläche des Gehäuses kann mehrere beabstandete,
sich in Richtung der Längsachse erstreckende Führungsflächen
aufweisen, die zur Anlage mit dem flexiblen Schlauch bestimmt sind, wobei
der flexible Schlauch die Innenoberfläche des Gehäuses
zwischen den Führungsflächen nicht berührt.
Die Kontaktfläche zwischen dem flexiblen Schlauch und dem
Gehäuse ist folglich sehr klein. Dies hat zur Folge, dass
auch die Reibkräfte zwischen dem flexiblen Schlauch und
dem Gehäuse klein sind, so dass die Ausgleichsbewegung
des flexiblen Schlauches durch die genannten Reibkräfte nicht
behindert wird.
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In
dem Innenraum des Gehäuses kann eine drehbare Gewindespindel
vorgesehen sein, die in Schraubeingriff mit dem Läufer
steht, wobei die Drehachse der Gewindespindel parallel zur Längsachse verläuft
und wobei der schraubenförmig gebogene Schlauch die Gewindespindel
umgibt. Um die Gewindespindel herum ist ohnehin ein Freiraum vorhanden,
der für die Bewegung des Läufers erforderlich ist.
In diesem Freiraum kann der flexible Schlauch problemlos aufgenommen
werden, ohne dass das Gehäuse zu diesem Zweck vergrößert
werden muss. Demnach ist die vorgeschlagene Linearbewegungsvorrichtung
besonders platzsparend.
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Das
Gehäuse kann einen sich in Richtung der Längsachse
erstreckenden Hauptkörper umfassen, der eine im Wesentlichen
konstante Querschnittsform aufweist, wobei der flexible Schlauch unmittelbar
am Hauptkörper geführt ist. Bei dem Hauptkörper
handelt es sich vorzugsweise um ein Bauteil, das aus Aluminium stranggepresst
ist, also um einen besonders kostengünstigen Profilkörper, der
trotzdem mit einer komplizierten Innenform ausgeführt werden
kann. Demnach ist es möglich, den Hauptkörper
mit der für die Führung des flexiblen Schlauches
erforderlichen Querschnittskontur herzustellen, ohne dass dadurch
zusätzliche Herstellkosten anfallen. Die vorgeschlagene
Linearbewegungsvorrichtung ist deshalb besonders kostengünstig.
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An
wenigstens einem Ende des Hautkörpers kann eine gesonderte
Endplatte vorgesehen sein, wobei ein Ende des flexiblen Schlauches
an der Endplatte befestigt ist. Die Endplatte wird in erster Linie benötigt,
um die Hauptkörper stirnseitig zu verschließen,
damit der Innenraum im Wesentlichen dicht abgeschlossen ist. Da
die gesonderte Endplatte problemlos vom Gehäuse entfernt
werden kann, ist ihre Innenseite besonders leicht zugänglich,
um das Ende des flexiblen Schlauches daran zu befestigen. Die vorgeschlagene
Linearbewegungsvorrichtung lässt sich folglich einfach
herstellen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es stellt dar:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Linearbewegungsvorrichtung im eingefahrenen Zustand;
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2 die
Linearbewegungsvorrichtung gemäß 1 im
ausgefahrenen Zustand;
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3 einen
Querschnitt der Linearbewegungsvorrichtung gemäß 1;
und
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4 eine
grobschematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Linearbewegungsvorrichtung.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Linearbewegungsvorrichtung 10 im
eingefahrenen Zustand, wobei 2 die gleiche
Linearbewegungsvorrichtung 10 im ausgefahrenen Zustand
zeigt. Der besseren Übersicht halber ist in den 1 und 2 der
Hauptkörper 23 des Gehäuses 20 aufgeschnitten.
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Die
Linearbewegungsvorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 20 bestehend
aus einem Hauptkörper 23, einer vorderen Endplatte 25 und
einer hinteren Endplatte 26. Der Hauptkörper 23 ist
im Wesentlichen rohrartig ausgeführt und im Strangpressverfahren
aus Aluminium hergestellt. Er definiert daher zusammen mit den beiden
Endplatten 25; 26 einen abgeschlossenen Innenraum 21 des
Gehäuses 20. Die beiden Endplatten 25; 26 sind
jeweils mit vier Schraubbolzen 32 am Hauptkörper 23 befestigt.
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In
der hinteren Endplatte 26 ist ein Drehlager 30 in
Form eines Radialkugellagers angeordnet, in dem eine Kugelgewindespindel 27 drehbar
gelagert ist, wobei deren Drehachse mit der Längsachse 11 der
Linearbewegungsvorrichtung 10 übereinstimmt. Die
Kugelgewindespindel 27 ist einstückig mit einem Antriebszapfen 29 versehen,
so dass sie durch einen (nicht dargestellten) Elektromotor in Drehung
versetzt werden kann. Weiter ist ein Läufer 50 in
Form einer Kugelumlaufmutter vorgesehen, die mit der Kugelgewindespindel 27 in
Schraubeingriff steht. Am Läufer 50 ist eine Verdrehsicherung 51 in
Form zweier gegenüberliegender Gleitleisten vorgesehen,
die in eine angepasste Nut (3; Nr. 24)
im Hauptkörper 23 eingreifen. Die Kugelumlaufmutter 50 kann sich
somit nicht mit der Kugelgewindespindel 27 mitdrehen, sie
wird vielmehr durch eine Drehung der Kugelgewindespindel 27 in
Richtung der Längsachse 11 verschoben.
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Die
vordere Endplatte 25 wird von einem Schubrohr 52 durchsetzt,
welches das freie Ende der Kugelgewindespindel 27 umgibt.
Das Schubrohr 52 ist mit der Kugelgewindemutter 50 fest
verbunden, so dass es mit dieser ein- und ausgefahren wird. Am vorderen
Ende des Schubrohres 52 ist ein Befestigungsgewinde 53 vorgesehen,
an dem eine (nicht dargestellte) übergeordnete Baugruppe
befestigt werden kann, um diese mittels der Linearbewegungsvorrichtung 10 in
Bewegung zu versetzen.
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Zwischen
der hinteren Endplatte 26 und dem Läufer 50 ist
der erfindungsgemäße flexible Schlauch 70 vorgesehen.
Das erste Ende 71 des flexiblen Schlauches 70 ist
mit einem Schmiermittelzuführanschluss 76 an der
hinteren Endplatte 26 verbunden, über den Schmiermittel,
insbesondere Schmierfett oder Schmieröl, in den flexiblen
Schlauch 70 eingeführt werden kann. Der Schmiermittelzuführanschluss 76 kann
beispielsweise mit einer zentralen Schmiermittelversorgungsanlage
verbunden sein. Das zweite Ende 72 des flexiblen Schlauches 70 ist mit
dem Läufer 50 in Form der Kugelumlaufmutter derart
verbunden, dass das Schmiermittel zu den schraubenförmigen
Laufbahnen 28 auf der Kugelgewindespindel 27 und
der Kugelumlaufmutter 50 gefördert wird, so dass
dort ein ausreichender Schmierfilm vorhanden ist. Die Wälzkörper
des Kugelgewindetriebs 27; 50 können
somit verschleißarm abwälzen.
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Der
flexible Schlauch 70 ist schraubenförmig gebogen
um die Kugelgewindespindel 27 und damit um die Längsachse 11 der
Linearbewegungsvorrichtung 10 herum angeordnet. Die Biegung 73 des
flexiblen Schlauches 70 entspricht der Biegung der entsprechenden
Schraubenlinie. Die Beweglichkeit des flexiblen Schlauches 70 in
radialer Richtung (3; Nr. 12) bezüglich
der Längsachse 11 wird durch den Hauptkörper 23 begrenzt,
so dass der flexible Schlauch 70 immer die vorgesehene
Schraubenlinienform aufweist, mit der die Längsbewegung
des Läufers 50 ausgeglichen werden kann. Wie ein
Vergleich von 1 mit 2 ergibt,
sind nur wenige (hier zwei) Schraubwindungen des flexiblen Schlauches 70 erforderlich,
um den Hub der Linearbewegungsvorrichtung 10 auszugleichen.
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Abgesehen
von dem flexiblen Schlauch
70 ist die Linearbewegungsvorrichtung
10 identisch
mit der Linearbewegungsvorrichtung gemäß der
DE 10 2007 043 391
A1 ausgeführt. Der Inhalt der
DE 10 2007 043 391 A1 wird
hiermit in vollem Umfang in Bezug genommen und zum Inhalt der vorliegenden
Anmeldung gemacht.
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3 zeigt
einen Querschnitt der ausgefahrenen Linearbewegungsvorrichtung 10 im
Bereich des flexiblen Schlauches 70. Die dargestellte Querschnittsform
des Hauptkörpers 23 ist über dessen gesamte
Länge im Wesentlichen konstant. An der Innenoberfläche 22 des
Gehäuseinnenraums 21 sind insgesamt sechs Führungsflächen 31a–31f vorgesehen,
an denen der flexible Schlauch 70 geführt wird. Die
Führungsflächen 31a–31f besitzen
jeweils eine sehr geringe Breite, so dass die Berührfläche
zum flexiblen Schlauch 70 gering ist. Der Abstand des flexiblen
Schlauches 70 zu den Führungsflächen 31a–31f in
radialer Richtung 12 ist sehr klein gewählt, so
dass sich der flexible Schlauch 70 immer in einer definierten
Lage befindet. Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass der genannte
radiale Abstand abhängig von der Stellung des Läufers
ist, wobei der radiale Abstand umso größer ist,
je weiter der flexible Schlauch 70 auseinander gezogen
ist. Der radiale Abstand ist aber in jedem Fall so klein, dass ausgeschlossen
ist, dass der flexible Schlauch die Kugelgewindespindel 27 berührt.
Zwischen den Führungsflächen 31a–31f wird
der flexible Schlauch 70 nicht in der Innenoberfläche 22 des
Gehäuses 20 geführt.
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4 zeigt
eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Linearbewegungsvorrichtung 10a. Diese Linearbewegungsvorrichtung 10a umfasst
ein Gehäuse 20, in dem ein Läufer 50 in Richtung
einer Längsachse 11 beweglich aufgenommen ist.
Zwischen dem Gehäuse 20 und dem Läufer 50 ist
ein flexibler Schlauch 70 vorgesehen, so dass eine Schmiermittelübertragungsverbindung
zwischen den genannten Teilen besteht. Der flexible Schlauch 70 ist
insgesamt U-förmig gebogen, so dass er einen ersten 74 und
einen zweiten U-Schenkel 75 aufweist. Der erste U-Schenkel 74 ist
in einer Führungsnut 33 des Hauptkörpers 23 des
Gehäuses 20 geführt, während
der zweite U-Schenkel 75 frei im Innenraum 21 des
Gehäuses 20 angeordnet ist. Durch eine Längsbewegung
des Läufers 50 verändert sich die Länge
des zweiten U-Schenkels 75, wobei sich die Biegung 73 des
flexiblen Schlauches 70 entlang der Führungsnut 33 bewegt.
Die Steifigkeit des flexiblen Schlauches 70 ist hierbei
so gewählt, dass sich der zweite U-Schenkel 75 auch
bei maximaler Länge aufgrund seines Eigengewichts nicht übermäßig
verformt.
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- 10
- Linearbewegungsvorrichtung
- 10a
- Linearbewegungsvorrichtung
(zweite Ausführungsform)
- 11
- Längsachse
- 12
- radiale
Richtung
- 20
- Gehäuse
- 21
- Innenraum
- 22
- Innenoberfläche
- 23
- Hauptkörper
- 24
- Nut
für Verdrehsicherung
- 25
- vordere
Endplatte
- 26
- hintere
Endplatte
- 27
- Gewindespindel
- 28
- Laufbahn
- 29
- Antriebszapfen
- 30
- Drehlager
- 31a–f
- Führungsfläche
- 32
- Schraubbolzen
- 33
- Führungsnut
- 50
- Läufer
- 51
- Verdrehsicherung
- 52
- Schubrohr
- 53
- Befestigungsgewinde
- 70
- flexibler
Schlauch
- 71
- erstes
Ende
- 72
- zweites
Ende
- 73
- Biegung
- 74
- erster
U-Schenkel
- 75
- zweiter
U-Schenkel
- 76
- Schmiermittelzuführanschluss
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007043391
A1 [0002, 0005, 0027, 0027]
- - DE 4140909 C1 [0004]