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Die Erfindung betrifft einen Gewindetrieb gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus der
DE 10 2009 032 345 A1 ist ein Gewindetrieb in Form eines Elektrozylinders bekannt. Gemäß der
1 der
DE 10 2009 032 345 A1 umfasst der Gewindetrieb eine Basis
20, eine Spindel
21 und eine Mutter
30. Die Spindel erstreckt sich entlang einer Längsrichtung
11 und ist mit einem Drehlager
22 in Form eines Radialwälzlagers bezüglich einer Drehachse, die parallel zur Längsrichtung verläuft, drehbar an der Basis gelagert. An der Außenumfangsfläche der Spindel ist eine bezüglich der Drehachse schraubenförmig verlaufende Spindelnut vorgesehen, welche in Schraubeingriff mit der Mutter steht. Die Mutter ist dabei als bekannte Kugelumlaufmutter ausgeführt, so dass der Schraubeingriff über eine Vielzahl von in der Mutter endlos umlaufenden kugelförmigen Wälzkörpern hergestellt wird. Die Mutter ist über eine Verdrehsicherung
34 im Wesentlichen drehfest an der Basis abgestützt. Die Verdrehsicherung ist in Form zweier Gleitleisten ausgeführt, die in angepasste Nuten der Basis eingreifen. Durch die Bewegung der Gleitleisten gegenüber den Nuten verschleißen die Gleitleisten im Laufe der Betriebszeit, so dass sich ein geringes Verdrehspiel ergibt. Dieses verschleißbedingte Verdrehspiel ist angesprochen, wenn im Rahmen der vorliegenden Anmeldung von einer im Wesentlichen drehfesten Abstützung der Mutter an der Basis die Rede ist.
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Gemäß der
2 der
DE 10 2009 032 345 A1 ist in der Basis ein Basisschmierkanal
43 und in der Mutter ein Mutterschmierkanal
32 vorgesehen. Die Mündungen der beiden Schmierkanäle können durch eine Bewegung der Mutter in Längsrichtung zur Deckung gebracht werden, so dass Schmiermittel, beispielsweise Schmieröl oder Schmierfett, von dem Basisschmierkanal über den Mutterschmierkanal zu einer Schmierstelle in die Mutter gefördert werden kann. Die Schmierstelle liegt dabei meist im Bereich der endlos umlaufenden Wälzkörper oder der Enddichtungen der Mutter.
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Die Mündung des Basisschmierkanals ist in einem elastisch nachgiebigen Schmiernippel ausgebildet, der in Form eines Stempels ausgeführt ist. Der Stempel ist quer zur Längsrichtung beweglich und wird von einer Feder 45 gegen die Mutter gedrückt, so dass die Mündungen der beiden Schmierkanäle dicht aneinander anliegen.
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Der Nachteil des bekannten Schmiernippels besteht darin, dass er von der Mutter quer zur Längsrichtung angehoben werden muss, um die gewünschte Federvorspannung zu erzeugen. Hierfür ist an der Mutter eine Einführschräge 36 vorgesehen. Der Stempel wird erheblich belastet, wenn er auf die Einführschräge aufläuft, so dass dessen Lebensdauer gering ist. Insbesondere wird die Dichtfläche 42 des Stempels durch die Gleitbewegung an der Mutter stark abgenutzt. Weiter ist der Verfahrweg des Stempels durch den Bauraum in der Basis stark eingeschränkt. Die Feder muss daher eine hohe Steifigkeit oder eine hohe Vorspannung aufweisen, um die erforderliche Dichtkraft zu erzeugen. Zuletzt ist eine hohe Positioniergenauigkeit des Gewindetriebs erforderlich, um die Mündungen des Basisschmierkanals und des Mutterschmierkanals zur Deckung zu bringen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehenden Nachteile zu überwinden. Insbesondere soll die Schmiereinrichtung möglichst einfach aufgebaut sein und dabei über einen langen Zeitraum zuverlässig und im Wesentlichen dicht funktionieren.
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Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Schmiernippel in Längsrichtung nachgiebig ist, wobei die Mündung des Basisschmierkanals in Längsrichtung fluchtend zur Mündung des Mutterschmierkanals angeordnet ist, wobei beide Mündungen in Längsrichtung weisen. Damit findet im Wesentlichen keine Gleitbewegung zwischen Schmiernippel und Mutter statt, sobald diese sich berühren. Der Schmiernippel wird nur noch elastisch zusammengedrückt. Weiter wird die Ausrichtung der Mündungen von Basis- und Mutterschmierkanal im Wesentlichen fest vorgegeben, so dass es auf die Positioniergenauigkeit des Gewindetriebs nicht mehr ankommt. Hierbei ist anzumerken, dass der Verformungsweg des Schmiernippels nahezu beliebig groß bemessen werden kann, da in Längsrichtung genügend Bauraum vorhanden ist.
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Anzumerken ist weiter, dass der Schmiernippel sowohl an der Basis als auch an der Mutter angeordnet sein kann. Dies ist für die Schmiermittelübertragung von der Basis auf die Mutter ohne Bedeutung.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Der Schmiernippel kann einstückig ausgebildet sein, wobei er aus einem Elastomer besteht. Der vorgeschlagene Schmiernippel ist besonders einfach aufgebaut und damit sehr kostengünstig. Die Verwendung eines Elastomer-Schmiernippels ist bei dem bekannten Gewindetrieb nicht möglich, da dieser sich aufgrund der Gleitbewegung zwischen Schmiernippel und Mutter sehr schnell abreiben würde. Das erfindungsgemäße Zusammendrücken des Elastomers in Längsrichtung verursacht dagegen keinen derartigen Verschleiß.
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Der Schmiernippel kann aus einem Polyurethan auf Polyesterbasis bestehen. Derartige Elastomere können besonders viele Lastwechsel von Entlastet auf Zusammengedrückt und umgekehrt ertragen. Sie können dabei sehr stark zusammengedrückt werden ohne zu brechen oder einzureißen. Darüber hinaus sind sie gegenüber den meisten Schmierstoffen beständig.
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Der Schmiernippel kann eine kreiszylindrische Außenumfangsfläche aufweisen, wobei er in einer angepassten Aufnahmebohrung der Basis aufgenommen ist. Die angepasste Aufnahmebohrung ist besonders kostengünstig herstellbar. Die kreiszylindrische Außenumfangsfläche des Schmiernippels hat überdies den Vorteil, dass dort keine Schwachstellen vorhanden sind, an denen das Elastomer aufgrund der wechselnden Belastungszustände einreißt. Der Schmiernippel hat damit eine hohe Lebensdauer. Der dem Schmiernippel zugeordnete Schmierkanal verläuft vorzugsweise konzentrisch zur kreiszylindrischen Außenumfangsfläche, damit der Schmiernippel besonders klein ausgeführt werden kann.
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Der Schmiernippel kann so weit aus der Basis bzw. der Mutter herausragen, dass er quer zur Längsrichtung verbogen werden kann, um Fluchtungsfehler zwischen der Mündung des Basis- und des Mutterschmierkanals auszugleichen. Wie eingangs bereits erläutert, unterliegt die Verdrehsicherung eines Gewindetriebs oft einem Verschleiß. Deshalb verändert sich die relative Drehstellung der Mutter zur Basis im Laufe der Zeit. Hierdurch geht die deckungsgleiche Ausrichtung zwischen der Mündung des Basis- und des Mutterschmierkanals teilweise verloren. Dieser Fluchtungsfehler kann durch ein Verbiegen des Schmiernippels so ausgeglichen werden, dass in Schmierstellung immer ein dichter Kontakt zwischen Schmiernippel und Mutter vorhanden ist. Bei einem kreiszylindrischen Schmiernippel beträgt der genannte Überstand vorzugsweise das 1- bis 2-fache des Durchmessers des Schmiernippels. Bei diesen Abmessungen wird eine genügend große Verbiegung zum Spielausgleich ermöglicht, wobei gleichzeitig übermäßig große Verbiegungen aufgrund sonstiger Betriebsstörungen vermieden werden.
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An der Aufnahmebohrung des Schmiernippels kann eine Senkung vorgesehen sein, welche im Wesentlichen äquidistant zum Schmiernippel ausgebildet ist, so dass die elastische Verformung des Schmiernippels quer zur Längsrichtung begrenzt ist. Durch Verfahren der Mutter können nahezu beliebig große Druckkräfte auf den Schmiernippel ausgeübt werden. Mit der vorgeschlagenen Senkung soll verhindert werden, dass sich der Schmiernippel übermäßig verformt und in der Folge bricht. Durch die Senkung wird der Verformungsweg des Schmiernippels derart begrenzt, dass ein Bruch des Elastomers ausgeschlossen ist. Die Senkung lässt gleichzeitig die Verbiegung des Schmiernippels zum Spielausgleich hinsichtlich der Verdrehsicherung zu.
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Der Schmiernippel kann ein im Wesentlichen kegelförmiges Längsende aufweisen, wobei die zugeordnete Kegelachse parallel zur Längsrichtung verläuft, wobei der zugeordnete Schmierkanal entlang der Kegelachse verläuft. Durch das kegelförmige Längsende kann eine hohe Dichtheit des Eingriffs zwischen dem Schmiernippel und der anderen Baugruppe erreicht werden. Hierbei wird insbesondere ausgenutzt, dass mit zunehmender Anpresskraft, die Größe der Berührfläche des Schmiernippels zur anderen Baugruppe stetig zunimmt.
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Das kegelförmige Längsende des Schmiernippels kann in eine angepasste Ausnehmung eingreifen, in welcher die andere Mündung angeordnet ist. Durch das kegelförmige Längsende wird der Schmiernippel in der angepassten Ausnehmung zentriert. Damit ist die korrekte Ausrichtung der Mündung des Basis- und des Mutterschmierkanals immer sichergestellt. Dies gilt insbesondere dann, wenn der biegsame Schmiernippel zum Einsatz kommt.
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An der Außenumfangsfläche der Mutter kann ein gesonderter Aufsatz fest angebracht sein, in dem der Mutterschmierkanal wenigstens abschnittsweise angeordnet ist, wobei die Mündung des Mutterschmierkanals an dem Aufsatz angeordnet ist. Damit der Bewegungsweg des Gewindetriebs nicht beeinträchtigt wird, wird der Schmiernippel meist an einem der beiden Enden der Spindel angeordnet und zwar in dem Bereich, in dem sich auch das Drehlager befindet. Der Schmiernippel muss radial außerhalb des Drehlagers angeordnet sein, damit die zugeordnete Aufnahmebohrung bereitgestellt werden kann. Die Mutter besitzt typischerweise einen Durchmesser, der in der gleichen Größenordnung liegt wie der Durchmesser des genannten Drehlagers. Man könnte zwar daran denken den Durchmesser der Mutter zu vergrößern, damit der Mutterschmierkanal fluchtend zum Schmiernippel angeordnet werden kann. Es ist jedoch erheblich kostengünstiger einen gesonderten Aufsatz bereitzustellen, der den entsprechenden Versatz ausgleicht. Der genannte Aufsatz kann kostengünstig aus Kunststoff hergestellt werden, da er keinen großen Belastungen ausgesetzt ist.
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In dem Mutterschmierkanal kann ein Ventil vorgesehen sein, welches zwischen dem Aufsatz und der verbleibenden Mutter angeordnet ist. Durch das Ventil soll erreicht werden, dass Schmierstoff, der einmal in die Mutter gefördert wurde, dort verbleibt. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn der Schmiernippel nicht in Schmiereingriff ist. Das genannte Ventil kann dabei als gesondertes Ventil ausgebildet oder einstückig mit dem Aufsatz ausgebildet sein. In beiden Fällen ergibt sich eine einfache und kostengünstige Konstruktion.
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Der Mutterschmierkanal und der Basisschmierkanal können wenigstens im Bereich der Mündung im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen. Hierdurch soll der Fließwiderstand des Schmiermittels im Bereich der Mündungen des Basis- und des Mutterschmierkanals minimiert werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
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1 einen Längsschnitt des Gewindetriebs, wobei die Schnittebene durch die Verdrehsicherung verläuft;
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2 einen Teillängsschnitt des Gewindetriebs im Bereich des Schmiernippels, wobei die Schnittebene durch den Schmiernippel verläuft;
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2a eine perspektivische Ansicht des in 2 dargestellten Teils des Gewindetriebs;
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3 einen Querschnitt des Gewindetriebs;
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4 einen Längsschnitt des Schmiernippels im unverformten Zustand; und
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4b die Ansicht nach 4, wobei der Schmiernippel verformt ist.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Gewindetrieb 10 im Längsschnitt, wobei die Schnittebene durch die Verdrehsicherung 53 der Mutter 50 verläuft. Der Gewindetrieb 10 ist in Form eines Elektrozylinders ausgeführt, wegen seiner große Länge ist er unterbrochen dargestellt. Der Gewindetrieb 10 umfasst eine Basis 20, bestehend aus einem Hauptkörper 21 und einer vorderen und einer hinteren Endplatte 23; 24. Der Hauptkörper 21 ist aus Aluminium im Strangpressverfahren hergestellt und erstreckt sich mit einer im Wesentlichen konstanten rohrartigen Querschnittsform in eine Längsrichtung 11. Die beiden Endplatten 23; 24 sind an den in Längsrichtung weisenden ebenen Stirnflächen des Hauptkörpers 21 festgeschraubt. In der hinteren Endplatte 24 ist ein Drehlager 27 in Form eines Radialkugellagers aufgenommen, in dem eine Spindel 40 bezüglich einer Drehachse 41, die parallel zur Längsrichtung 11 verläuft, drehbar gelagert ist. Das Drehlager 27 ist mit einem Gewindering 28 in der hinteren Endplatte 24 fest gehalten. Im Inneren des Hauptkörpers 21 ist die Spindel 40 mit einer bezüglich der Drehachse 41 schraubenförmig verlaufenden Spindelnut 42 versehen. Auf der gegenüberliegenden Seite des Drehlagers 27 ist an der Spindel 40 ein kreiszylindrischer Antriebszapfen 43 vorgesehen, über den die Spindel 40 beispielsweise mittels eines (nicht dargestellten) Elektromotors in Drehbewegung versetzt werden kann.
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Im Inneren des Hauptkörpers 21 ist weiter eine Mutter 50 vorgesehen, welche die Spindel 40 hülsenförmig umgreift. Die Mutter 50 ist in Form einer bekannten Kugelumlaufmutter ausgeführt, d. h. die Mutter steht über eine Vielzahl von (nicht dargestellten) Kugeln in Schraubeingriff mit der Spindelnut 42. Am vorderen Ende der Mutter 50 ist ein Schubrohr 52 fest angebracht, welches die Spindel 40 umgibt. Das freie Ende der Spindel 40, das sich innerhalb des Schubrohres befindet, ist gleitend an dem Schubrohr 52 abgestützt. Das Schubrohr 52 durchsetzt die vordere Endplatte 23, so dass es bezüglich der Basis 20 in der Art einer Kolbenstange ein- und ausfahren kann. In der vorderen Endplatte 23 ist eine Gleitbuchse 26 vorgesehen, über die das Schubrohr gleitbeweglich an der Basis 20 geführt ist. Weiter ist dort eine Dichtung 25 vorgesehen, die das Eindringen von Fremdkörpern in den abgeschlossenen Innenraum der Basis 20 verhindert. Hinzuweisen ist noch auf die Verdrehsicherung 53 an der Mutter, die mit Bezug auf 3 noch näher erläutert wird.
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2 zeigt einen Teillängsschnitt des Gewindetriebs 10 im Bereich des Schmiernippels 70, wobei die Schnittebene durch den Schmiernippel 70 verläuft. Der Übersichtlichkeit halber wurde auf die Darstellung des Hauptkörpers verzichtet. 2a zeigt eine perspektivische Ansicht des in 2 dargestellten Teils des Gewindetriebs 10.
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Der Schmiernippel 70 ist in Form eines Kreiszylinders ausgeführt, der sich parallel zur Längsrichtung 11 erstreckt. Im Schmiernippel 70 verläuft der Basisschmierkanal 71 konzentrisch bezüglich der Außenumfangsfläche 76 des Schmiernippels 70. Vorne weist der Schmiernippel 70 ein kegelförmiges Längsende 74 auf, das in eine angepasste Ausnehmung 57 an einem Aufsatz 56 auf der Mutter 50 eingreift, wenn sich der Schmiernippel 70, wie dargestellt, in Schmierstellung befindet. Das kegelförmige Längsende 74 des Schmiernippels 70 definiert die Mündung 72 des Basisschmierkanals 71. Die angepasste Ausnehmung 57 des Aufsatzes definiert die Mündung 55 des Mutterschmierkanals 54. Die beiden Mündungen 54; 72 sind deckungsgleich, wenn sich der Gewindetrieb 10 in Schmierstellung befindet. Die Kegelachse 75 verläuft dabei parallel zur Längsrichtung 11. Die Durchmesser des Basis- und des Mutterschmierkanals (54; 71) sind im Bereich der Mündungen (55; 72) gleich ausgeführt.
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Der Schmiernippel 70 ist mit Presssitz in einer angepassten Aufnahmebohrung 77 aufgenommen. Die Aufnahmebohrung 77 ist mit geringem Abstand radial außerhalb des Drehlagers 27 angeordnet. Hinter dem Schmiernippel 70 ist in der Aufnahmebohrung 77 ein Freiraum 29 vorhanden, in dem wahlweise ein Rückschlagventil aufgenommen werden kann oder nicht. Im Anschluss an den Freiraum 29 setzt sich der Basisschmierkanal 71 zu einem Schmieranschluss 79 hin fort, über den Schmiermittel, insbesondere Schmieröl oder Schmierfett zugeführt werden kann.
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Der bereits angesprochene Aufsatz
56 besteht aus Kunststoff, beispielsweise Polyoxymethylen (POM). Er ist mittels einer Senkschraube
59 mit der Mutter
50 aus Stahl verschraubt. Zwischen dem Aufsatz
56 und der Mutter
50 ist ein gesondertes Ventil
58 aus Gummi angeordnet, dass gemäß den
2 und
3 der
DE 10 2004 043 749 A1 ausgebildet ist. Das Ventil
58 ist so eingebaut, dass es den Zufluss von Schmiermittel in die Mutter
50 zulässt, während es den Abfluss verhindert. Anstelle des Ventils
58 kann auch ein O-Ring ohne die entsprechende Ventilfunktion vorgesehen sein. Der Mutterschmierkanal
54 erstreckt sich von der angepassten Ausnehmung
57 über das Ventil
58 zur Innenumfangsfläche der Mutter
50, an der eine schraubenförmige Mutternut
51 vorgesehen ist. Zwischen der Spindel- und der Mutternut
42;
51 ist eine Vielzahl von (nicht dargestellten) Kugeln. angeordnet, deren Wälzreibung durch das Schmiermittel herabgesetzt werden soll.
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Der Schmiernippel 70 besteht aus einem Elastomer, nämlich einem Polyurethan auf Polyesterbasis. Seine Härte beträgt etwa 80 Shore A, sein E-Modul beträgt etwa 2300 N/cm2. Der Schmiernippel 70 ist damit in Längsrichtung 11 nachgiebig. Er kann darüber hinaus quer zur Längsrichtung 11 verbogen werden, um Fehlstellungen der Mutter 50 gegenüber der hinteren Endplatte 24 auszugleichen, wenn sich diese in Längsrichtung 11 auf den Schmiernippel 70 zu bewegt, um den Schmiereingriff herzustellen. Zu diesem Zweck ragt der Schmiernippel 70 aus der hinteren Endplatte heraus, wobei der Überstand 73 etwa 1,3-mal dem Durchmesser des Schmiernippels 70 beträgt.
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3 zeigt einen Querschnitt des Gewindetriebs 10. Die Querschnittsform des Hauptkörpers 21 ist im Wesentlichen in Form eines Quadratrohres ausgebildet. Der Aufsatz 56 und der zugeordnete Schmiernippel 70 sind in einem Eckbereich der Quadratform angeordnet, da dort am meisten Bauraum zur Verfügung steht.
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Weiter ist auf die Verdrehsicherung hinzuweisen, die in Form zweier prismatischer Gleitleisten 53 ausgebildet ist, die gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Die Gleitleisten 53 bestehen aus Kunststoff und sind fest mit der Mutter 50 verschraubt. Sie gleiten im Neuzustand des Gewindetriebs 10 nahezu spielfrei in angepassten Nuten 22 des Hauptkörpers. Im Laufe des Betriebes des Gewindetriebs 10 kommt es jedoch zu Abrieb an den Gleitleisten 53, so dass sich ein geringes Verdrehspiel der Mutter 50 einstellt, welches die fluchtende Ausrichtung des Aufsatzes 56 zum Schmiernippel 70 beeinträchtigt.
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Die 4 und 4a zeigen eine zweite Ausführungsform der Aufnahmebohrung 77 für den Schmiernippel 70. Diese Aufnahmebohrung 77 ist mit einer kreiszylindrischen Senkung 78 versehen, die mit einem geringen Abstand äquidistant zum Schmiernippel 70 ausgeführt ist. 4 zeigt den Schmiernippel 70 in unverformtem Zustand, wobei 4a den Schmiernippel 70 in verformtem Zustand zeigt, also in einem Zustand, in dem Schmiereingriff zwischen der (nicht dargestellten) Mutter und dem Schmiernippel 70 besteht. Zu erkennen ist, dass sich der Schmiernippel 70 durch das Zusammendrücken in Längsrichtung 11 quer zur Längsrichtung 11 auswölbt. Dieses Auswölben wird durch die Senkung 78 begrenzt, so dass sich der Schmiernippel 70 nicht übermäßig verformen kann, was ein Einreißen des Elastomer verursachen könnte.
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Hinzuweisen ist noch darauf, dass der oben bereits angesprochene Überstand 73 des Schmiernippels 70 über die Basis bzw. die hintere Endplatte 24 vom Grund der Senkung 78 zu messen ist. Nur auf dieses Maß 73 kommt es für die Verbiegung des überstehenden Schmiernippels 70 an.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gewindetrieb
- 11
- Längsrichtung
- 20
- Basis
- 21
- Hauptkörper
- 22
- angepasste Nut
- 23
- vordere Endplatte
- 24
- hintere Endplatte
- 25
- Dichtung
- 26
- Gleitbuchse
- 27
- Drehlager
- 28
- Gewindering
- 29
- Freiraum
- 40
- Spindel
- 41
- Drehachse
- 42
- Spindelnut
- 43
- Antriebszapfen
- 50
- Mutter
- 51
- Mutternut
- 52
- Schubrohr
- 53
- Gleitleiste
- 54
- Mutterschmierkanal
- 55
- Mündung des Mutterschmierkanals
- 56
- Aufsatz
- 57
- angepasste Ausnehmung
- 58
- Ventil
- 59
- Befestigungsschraube
- 70
- Schmiernippel
- 71
- Basisschmierkanal
- 72
- Mündung des Basisschmierkanals
- 73
- Überstand
- 74
- kegelförmiges Längsende
- 75
- Kegelachse
- 76
- Außenumfangsfläche
- 77
- Aufnahmebohrung
- 78
- Senkung
- 79
- Schmieranschluss
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009032345 A1 [0002, 0002, 0003]
- DE 102004043749 A1 [0032]
