-
Die Erfindung betrifft eine Linearbewegungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere einen Aktuator mit verfahrbaren Ausleger, insbesondere einen Gewinde - oder Kugelgewindetrieb.
-
In der
DE 10 2007 043 391 A1 ist eine Linearbewegungsvorrichtung offenbart. Diese hat ein längliches Gehäuse, das endseitig jeweils von einer Verschlussplatte verschlossen ist. In dem Gehäuse ist eine Kugelgewindespindel drehbar angeordnet. Diese wird in der ersten Verschlussplatte über ein Wälzlager, insbesondere über ein zweireihiges Schrägkugellager, drehbar gelagert und in ihrer Längsrichtung festgelegt. In Wirkeingriff mit der Kugelgewindespindel ist eine drehfest innerhalb des Gehäuses angeordnete und die Kugelgewindespindel umgreifende Tragmutter vorgesehen, die bei einer Drehung der Kugelgewindespindel sich in deren Längsrichtung relativ zu dieser bewegt. Über eine Fangmutter ist an der Tragmutter ein im Wesentlichen einen hohlzylindrischen Querschnitt aufweisender rohrförmiger Ausleger befestigt. Dieser umfasst die Kugelgewindespindel abschnittsweise. Der Ausleger wird bei einer Verschiebebewegung der Tragmutter in Längsrichtung der Kugelgewindespindel zusammen mit der Fangmutter ebenfalls in diese Richtung verschoben, wobei die Kugelgewindespindel in den Innenraum des Auslegers eintaucht bzw. herausgeführt wird. Die Fangmutter dient dazu, dass bei einem Brechen der Tragmutter diese in Wirkeingriff mit der Gewindespindel gelangt und verhindert, dass diese aufgrund einer äußeren Last in Bewegung versetzt wird. Der Ausleger durchsetzt die zweite Verschlussplatte vollständig und ist in dieser gleitend gelagert. Hierfür ist in die Verschlussplatte eine Gleitbuchse eingesetzt, die den Ausleger umfasst. Die Kugelgewindespindel endet in Längsrichtung gesehen im Bereich der Gleitbuchse der zweiten Verschlussplatte und weist an dieser Position einen Gleitring auf, an dem sich der Ausleger gleitend mit seiner Innenwandung abstützt. Der Ausleger ist somit innerhalb der zweiten Verschlussplatte zwischen der Gleitbuchse und dem Gleitring gelagert. Zum Verbinden von Tragmutter, Fangmutter und Ausleger sind diese miteinander verschraubt, wobei sie jeweils Planflächen aufweisen, die durch die Verschraubung aneinander gepresst sind. Augrund von Planlauftoleranzen an den insgesamt vier stirnseitigen Planflächen kann eine Längsachse des Auslegers in Schiefstellung zur Längsachse der Kugelgewindespindel gelangen. Insbesondere weist der Ausleger in der Regel aus Kostengründen nur eine begrenzte Genauigkeit auf, wobei dessen Innendurchmesser nicht exakt koaxial zum Außendurchmesser verläuft. Die Schiefstellung bzw. der Winkelfehler und die Fertigungsungenauigkeit führten zu Verspannungen zwischen dem Ausleger und seiner Lagerung, da sowohl die Kugelumlaufmutter als auch die Gleitlagerung in der zweiten Verschlussplatte im Wesentlichen kein Spiel aufweisen. Die Kugelumlaufmutter wird mit kugelförmigen Wälzkörpern unter Vorspannung mit der Kugelgewindespindel zusammengesetzt und die Gleitlagerung wird ebenfalls so spielarm wie möglich ausgeführt. Dies führt somit dazu dass beispielsweise die Schiefstellung des Auslegers weder durch die Gleitlagerung in der zweiten Verschlussplatte noch durch die Tragmutter ausgleichbar ist. Durch die hieraus resultierenden Verspannungen wird eine Lebensdauer insbesondere der Kugelumlaufmutter erheblich reduziert. Sind vergleichsweise lange Linearbewegungsvorrichtungen vorgesehen, so ergibt sich hierbei durch die große Länge des Auslegers zusätzlich das Problem, dass bereits kleinste Winkelfehler bei der Ausrichtung zwischen der Kugelumlaufmutter und dem Ausleger zu einem großen Querversatz beim Ausleger führen.
-
Aus der
DE 43 22 133 C2 ist eine vergleichbare Linearbewegungsvorrichtung bekannt, welche einen gegenüber einem Gehäuse linearbeweglichen Ausleger hat. Zwischen dem Ausleger und der Tragmutter ist ein linearbeweglicher Dämpferkäfig angeordnet, welcher auch als Schubgelenk bezeichnet werden kann. Mit dem Dämpferkäfig werden in Richtung der Längsachse wirkende Stöße abgefedert. Das oben angesprochene Problem hinsichtlich des Winkelversatzes ist auf die Schnittstelle zwischen dem Ausleger und dem Dämpferkäfig verlagert.
-
Aus der
DE 20 2005 002 585 U1 ist eine weitere Linearbewegungsvorrichtung bekannt, bei der zwischen dem linearbeweglichen Ausleger und der Tragmutter ein Lagerelement angeordnet ist, so dass der Ausleger gegenüber der Tragmutter drehbar ist. Auch hier tritt das oben angesprochene Problem hinsichtlich des Winkelversatzes zwischen der Tragmutter und dem Ausleger auf, da das Lagerelement diesen Winkelversatz nicht ausgleichen kann.
-
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde eine Linearbewegungsvorrichtung zu schaffen, die eine hohe Lebensdauer aufweist.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Linearbewegungsvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
-
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
-
Erfindungsgemäß hat eine Linearbewegungsvorrichtung, insbesondere ein Gewinde- oder Kugelgewindetrieb, ein Gehäuse, in dem eine Kugelgewindespindel bzw. eine Gewindespindel um ihre Längsachse drehbar gelagert und insbesondere auch axial gehaltert ist. Die Gewindespindel ist hierbei mit einer Tragmutter in Schraubeingriff. Diese ist dabei derart ausgestaltet, dass die Tragmutter bei einer Drehung der Gewindespindel in Richtung der Längsachse verfahrbar ist, wobei somit die Gewindespindel relativ zur Tragmutter drehbar ist. Mit der Tragmutter ist ein insbesondere rohrartiger, insbesondere hohlzylindrischer Ausleger verbunden, der zusammen mit der Tragmutter in Richtung der Längsachse verschiebbar ist. Der Ausleger kann die Gewindespindel umfassen und ist am Gehäuse in Richtung der Längsachse gleitend gelagert. Vorteilhafter Weise ist der Ausleger mit der Tragmutter über ein Gelenk verbunden.
-
Diese Lösung hat den Vorteil, dass die eingangs erläuterten Verspannungen der Linearbewegungsvorrichtung aufgrund von Ungenauigkeiten des Auslegers bei der Fertigung, insbesondere in dem sich dessen Innendurchmesser nicht exakt koaxial zum Außendurchmesser erstreckt, und/ oder aufgrund eines Winkelfehlers zwischen dem Ausleger und der Tragmutter bzw. der Gewindespindel weitestgehend vermieden werden. Dies ergibt sich daraus, dass durch das Gelenk der Ausleger bezüglich der Tragmutter relativ verschiebbar, insbesondere verschwenkbar, ist. Durch das Gelenk wird somit eine toleranzbedingte Schiefstellung zwischen der Tragmutter und dem Ausleger ausgeglichen. Insbesondere bei sehr langen Linearbewegungsvorrichtungen werden durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung Seitenkräfte auf die Tragmutter vermieden.
-
Erfindungsgemäß ist das Gelenk ein Kugelgelenk, das derart ausgebildet sein, dass es eine Relativbewegung, insbesondere in Form einer Schwenkbewegung, zwischen einer Längsachse der Tragmutter und einer Längsachse des Auslegers ermöglicht. Dies hat den Vorteil, dass in Richtung der Längsachse dennoch eine hohe Steifigkeit gegeben ist.
-
Vorzugsweise ist das Kugelgelenk weiter derart ausgelegt, dass es bei geringer Krafteinwirkung unbeweglich ist. Somit wird beispielsweise erst ab einem bestimmten Winkel zwischen der Längsachse der Tragmutter und der Längsachse des Auslegers eine Schwenkbewegung dieser Achsen zugelassen. Hierdurch soll erreicht werden, dass sich das Kugelgelenk im Normalbetrieb nicht permanent bewegt. Dadurch wird Verschleiß vermieden und der Ausleger ist im Wesentlichen während der gesamten Lebensdauer der Linearbewegungsvorrichtung im Wesentlichen spielfrei und im Wesentlichen steif an der Tragmutter befestigt. Übersteigen jedoch die Verspannungen einen bestimmten Grenzwert, so lässt das Kugelgelenk eine Bewegung zu, was zu einer ordnungsgemäßen Ausrichtung zwischen dem Ausleger und der Tragmutter führt.
-
Bevorzugter Weise hat das Kugelgelenk eine erste und eine davon gesonderte zweite Gelenkfläche, die angepasst im Wesentlichen aneinanderliegen. Die Gelenkflächen können hierbei in Bereiche des Eingriffs kugelförmig ausgebildet sein, wobei die erste Gelenkfläche dann am Ausleger und die zweite Gelenkfläche an der Tragmutter angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung ist auf einfache kostengünstige Weise ein Kugelgelenk ausbildbar. Vorzugsweise sind hierbei Mittel vorgesehen, um die Gelenkflächen zusätzlich aufeinander zu pressen, um eine höhere Reibung zwischen den Gleitflächen zu ermöglichen. Dies führt dazu, dass das Kugelgelenk, wie vorstehend erläutert, erst ab einer bestimmten Krafteinwirkung von außen eine Relativbewegung zwischen der Tragmutter und dem Ausleger zulässt.
-
In weiterer einfacher Ausgestaltung kann die erste Gelenkfläche an einem gesonderten am Ausleger festgelegten Gelenkring ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die erste Gelenkfläche hierbei im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse des Auslegers. Alternativ wäre denkbar, die erste Gelenkfläche anstelle eines Gelenkrings direkt am Ausleger auszubilden, allerdings hat der Gelenkring den Vorteil, dass ein herkömmlicher Ausleger auf einfache Weise und kostengünstig mit diesem nachgerüstet werden kann. Beispielsweise kann die Gelenkfläche durch einen Kugelringabschnitt des Gelenkrings ausgebildet sein.
-
Eine einfache Weise zum Verbinden des Gelenkrings mit dem Ausleger kann sein, dass der Gelenkring ein Innengewinde aufweist das mit einem Außengewinde des Auslegers verschraubt wird.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Tragmutter einen Tragkörper auf. Dieser ist vorzugsweise hülsenförmig ausgestaltet und umgreift die Gewindespindel. Hierbei kann die zweite Gelenkfläche zumindest mit einem Gelenkflächenabschnitt, insbesondere unmittelbar, am Tragkörper ausgebildet sein. Der Tragkörper kann damit mit dem Gelenkring zusammenwirken und ein äußerst einfach ausgestaltetes Kugelgelenk bilden.
-
Damit die Tragmutter den Gelenkring bzw. die erste Gelenkfläche derart umgreifen kann, dass lediglich eine Schwenkbewegung aber im Wesentlichen keine Axialbewegung zwischen Tragmutter und Ausleger möglich ist, kann ein gesondertes, insbesondere ringförmiges, Gelenkpfannenteil vorgesehen sein, das mit dem Tragkörper der Tragmutter verbunden ist und mit einem weiteren Gelenkflächenabschnitt einen Teil der zweiten Gelenkfläche bildet. Der Gelenkflächenabschnitt ist hierbei insbesondere unmittelbar am Gelenkpfannenteil ausgebildet. Tragkörper und Gelenkpfannenteil bilden somit gemeinsam die zweite Gelenkfläche. Durch die zweiteilige Ausgestaltung der Gelenkfläche bzw. der Tragmutter kann das Kugelgelenk einfach montiert werden, in dem beispielsweise der Tragkörper der Tragmutter mit seinem Gelenkflächenabschnitt auf die erste Gelenkfläche des Gelenkrings gesetzt wird und anschließend das Gelenkpfannenteil mit dem weiteren Gelenkflächenabschnitt an dem Tragkörper befestigt wird. Die zweite Gelenkfläche kann hierbei dann beispielsweise im Wesentlichen ringförmig und konkav ausgebildet sein, in die die erste ringförmige und konvexe Gelenkfläche eingesetzt ist.
-
Mit Vorteil sind die Gelenkflächenabschnitte der zweiten Gelenkfläche als Kugelscheibenaußenmantelflächen ausgebildet, die sich jeweils in Längsrichtung der Tragmutter weg voneinander und von dem Gelenkring, im montierten Zustand, verjüngen. Hierdurch kann im demontierten Zustand des Tragkörpers und des Gelenkpfannenteils der Gelenkring einfach in Längsrichtung mit der Tragmutter verbaut werden. Bevorzugter Weise ist die erste Gelenkfläche ebenfalls als eine Kugelscheibenaußenmantelfläche ausgebildet, die sich in einer Richtung der Längsachse weg von der Tragmutter erst verbreitert und anschließend verjüngt und im montierten Zustand von einem jeweilige Gelenkflächenabschnitt der zweiten Gelenkfläche der Tragmutter in Richtung der Längsachse gesehen übergriffen ist. Somit wird der Ausleger in Axialrichtung durch die Tragmutter festgelegt. Da die Gelenkflächenabschnitte der zweiten Gelenkfläche die erste Gelenkfläche jeweils nur übergreifen und nicht hintergreifen, kann hierdurch auf einfache Weise die Tragmutter mit dem Ausleger montiert werden.
-
Der Tragkörper und das Gelenkpfannenteil können jeweils eine Stirnfläche aufweisen, die aufeinander zuweisen und insbesondere senkrecht zur Längsachse ausgerichtet sind.
-
Zum Verbinden von Tragkörper und Gelenkpfannenteil ist vorzugsweise zumindest eine Schraube oder ein Schraubbolzen vorgesehen. Beispielsweise sind vier Schrauben vorgesehen, die auf einem Teilkreis angeordnet sind. Die Schraube ist dabei derart angeordnet, dass mit ihr eine Klemmkraft des Kugelgelenks einstellbar ist. Beispielsweise ist denkbar, dass mit der Schraube ein axialer Abstand in Richtung der Längsachse gesehen zwischen den Gelenkflächenabschnitten der zweiten Gelenkfläche einstellbar ist. Die Schraube kann beispielsweise den Gelenkpfannenteil durchsetzen und in den Tragkörper eingeschraubt werden.
-
Damit ein axialer Abstand zwischen den Gelenkflächenabschnitten der zweiten Gelenkfläche einfach einstellbar ist, kann die wenigstens eine Schraube etwa parallel zur Längsachse der Tragmutter ausgerichtet sein.
-
Das Gelenkpfannenteil und sein Tragkörper können unter Vorspannung am Gelenkring anliegen, wobei die Vorspannung hierbei so groß gewählt wird, dass sich das Kugelgelenk bei sehr großen äußeren Kräften bewegt und im Übrigen starr ist.
-
Um einen Verschleiß des Kugelgelenks möglichst gering zu halten, können das Gelenkpfannenteil, der Tragkörper und/oder der Gelenkring aus gehärtetem Stahl bestehen.
-
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungen der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 in einem Längsschnitt einen Teil der erfindungsgemäßen Linearbewegungsvorrichtung;
- 2 in einem Längsschnitt einen weiteren Teil der erfindungsgemäßen Linearbewegungsvorrichtung und
- 3 in einer Explosionsdarstellung Teile einer Tragmutter und eines Auslegers der erfindungsgemäßen Linearbewegungsvorrichtung.
-
Gemäß 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Linearbewegungsvorrichtung 1 dargestellt. Hierbei handelt es sich um einen elektromechanischen Zylinder (EMC), der beispielsweise als Gewindetrieb oder als Kugelgewindetrieb ausgebildet ist.
-
1 stellt die Linearbewegungsvorrichtung 1 hierbei im Bereich ihres ersten Endabschnitts und in 2 im Bereich ihres zweiten Endabschnitts dar.
-
Gemäß 1 und 2 hat die Linearbewegungsvorrichtung 1 ein längliches im Wesentlichen hohlzylindrisches Gehäuse 2, das jeweils endseitig von einer ersten Verschlussplatte 4, siehe 1, und einer zweiten Verschlussplatte 6, siehe 2, verschlossen ist. In dem Gehäuse ist eine Gewindespindel 8 eingesetzt, die sich in Längsrichtung des Gehäuses 2 erstreckt. Die Gewindespindel ist von einer Tragmutter 10 umgriffen, die in dem Gehäuse 2 verdrehgesichert ist und mit der Gewindespindel 8 in Schraubverbindung steht, wodurch bei einer Drehbewegung der Gewindespindel 8 die Tragmutter 10 in Richtung einer Längsachse 12 der Gewindespindel 8 bewegt wird.
-
An die Tragmutter 10 ist über ein Kugelgelenk 14 ein rohrförmiger Ausleger 16 befestigt, der die Gewindespindel 8 umfasst und im Querschnitt im Wesentlichen einen kreiszylindrischen Innen- und Außendurchmesser aufweist.
-
Gemäß der Ausführungsform der 1 und 2 ist die Linearbewegungsvorrichtung 1 als Gewindetrieb ausgebildet, bei der eine rotatorische Bewegung der Gewindespindel 8 in eine lineare Bewegung der Tragmutter 10 und somit des daran befestigten Auslegers 16 umgewandelt wird. Hierzu steht die Tragmutter 10, wie vorstehend beschrieben, mit der Gewindespindel in Schraubeingriff. Im Bezug auf die Laufeigenschaften und die Präzision des Gewindetriebs ist es vorteilhaft, wenn die Tragmutter 10 beispielsweise als Wälzkörperumlaufmutter ausgebildet ist. Ein Aufbau von Wälzkörperumlaufmuttern ist hinlänglich bekannt und wird daher im Folgenden nicht näher erläutert.
-
Die Gewindespindel 8 hat innerhalb des Gehäuses 2 eine umlaufende wendelförmige Rille 18 zum Führen von der Einfachheit halber nicht dargestellten kugelförmigen Wälzkörpern. Mit einem Endabschnitt 20 durchsetzt die Gewindespindel 8 die Verschlussplatte 4 und kragt damit aus dem Gehäuse 2 aus. Ein aus dem Gehäuse 2 auskragender Teil des Endabschnitts 20 dient als Antriebszapfen, der beispielsweise mit einem Elektromotor zum Antreiben der Linearbewegungsvorrichtung 1 verbunden werden kann.
-
Zur drehbaren Lagerung der Gewindespindel 8 und zur axialen Festlegung ist ein zweireihiges Schrägkugellager 22 in der Verschlussplatte 4 vorgesehen. Dieses ist in Radialrichtung gesehen mit seiner äußeren Lagerschale 24 in eine Stufenbohrung 26 der Verschlussplatte 4 eingesetzt. Die Stufenbohrung 26 hat eine als Schulter dienende Stufe 28, die sich etwa quer zur Längsachse 12 der Gewindespindel 8 bzw. des Gehäuses 2 erstreckt und hin zum Gehäuse 2 weist. An dieser stützt sich das Schrägkugellager 22 mit seiner Lagerschale 24 in einer Richtung bezüglich der Längsachse 12 ab. In die Stufenbohrung 26 ist des Weiteren von dem Gehäuse 2 her abschnittsweise ein Innengewinde 30 eingebracht, in das ein Gewindering 32 mit seinem Außengewinde eingeschraubt ist. Der Gewindering 32 liegt dann mit seiner zum Schrägkugellager 22 weisenden und sich etwa quer zur Längsachse 12 erstreckenden Stirnfläche an der äußeren Lagerschale 24 an, womit diese zwischen dem Gewindering 32 und der Stufe 28 der Verschlussplatte 4 in Axialrichtung festgelegt ist. Ein Außendurchmesser der Lagerschale 24 entspricht dabei etwa einem Innendurchmesser der ersten Stufe der Stufenbohrung 26, womit die Lagerschale 24 bündig in diese eingesetzt ist. Eine Tiefe des Gewinderings 32 ist so gewählt, dass im verschraubten Zustand dieser zusammen mit der Verschlussplatte 4 eine gemeinsame zum Gehäuse 2 weisende, sich etwa quer zur Längsachse 12 erstreckende Stirnfläche 34 bildet.
-
Der Endabschnitt 20 der Gewindespindel 8 ist radial zurückgestuft, wodurch er eine vom Gehäuse 2 wegweisende ringförmige sich etwa quer zur Längsachse 12 erstreckende Schulter 36 aufweist. Mit dieser stützt er sich an einer, in Radialrichtung gesehen, inneren Lagerschale 38 des Schrägkugellagers 22 ab. Des Weiteren hat der Endabschnitt 20 abschnittsweise ein Außengewinde 40, auf das eine Gewindenutmutter 42 geschraubt ist, die mit einer zum Gehäuse 2 weisenden Stirnfläche an der Lagerschale 38 anliegt und somit die Gewindespindel 8 an der inneren Lagerschale 38 festlegt.
-
Gemäß 2 hat die Gewindespindel 8 auf ihrer anderen Seite ebenfalls einen radial zurückgestuften Endabschnitt 44, der in die Verschlussplatte 6 kragt. Durch die radiale Zurückstufung ist zwischen dem Endabschnitt 44 und der übrigen Gewindespindel 8 eine Schulter 46 ausgebildet, die sich etwa quer zur Längsachse erstreckt und, in Richtung der Längsachse 12 gesehen, innerhalb der Verschlussplatte 6 angeordnet ist und zu einer zum Gehäuse 2 weisenden Stirnseite 48 der Verschlussplatte 6 axial etwas beabstandet ist. Auf dem Endabschnitt 44 ist ein Gleitring 50 gesetzt. Dessen Innendurchmesser entspricht etwa dem Außendurchmesser des ein im Wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Endabschnitts 44. Ein Außendurchmesser des Gleitrings 50 ist entsprechend dem Innendurchmesser des Auslegers 16 ausgebildet, wobei er hierdurch eine einen etwa kreisförmigen Querschnitt aufweisende Gleitfläche 52 hat. Eine axiale Länge des Gleitrings 50 ist etwas geringer als eine axiale Länge des Endabschnitts 44, wodurch der Endabschnitt 44 etwas aus dem an der Schulter 46 anliegenden Gleitring 50 auskragt. An dem auskragenden Teil des Endabschnitts 44 ist hierbei eine Ringnut eingebracht, in die ein Sicherungsring 54 eingesetzt ist, um den Gleitring 50 in Richtung der Längsachse 12 festzulegen.
-
Der Ausleger 16 stützt sich, wie vorstehend erläutert, in Radialrichtung gesehen nach innen am Gleitring 50 ab. Nach außen ist zur Abstützung und zur gleitenden Lagerung des Auslegers 16 eine Gleitbuchse 56 vorgesehen. Deren Innendurchmesser entspricht etwa dem Außendurchmesser des Auslegers 16. Die Gleitbuchse 56 ist in eine von dem Gehäuse 2 her eingebrachte Bohrung 58 der Verschlussplatte 6 eingesetzt. Zur axialen Abstützung an der Verschlussplatte 6 hat die Gleitbuchse 56 einen sich radial von dieser weg erstreckenden Stützkragen 60. Damit dieser nicht aus der Verschlussplatte 6 auskragt, ist in die Verschlussplatte 6 von dem Gehäuse 2 her eine Senkung eingebracht, dessen Tiefe etwas größer gewählt ist als eine Tiefe des Stützkragens 60, in Richtung der Längsachse 12 gesehen, wodurch der Stützkragen 60 vollständig in die Senkung eintaucht. Im Anschluss an die Bohrung 58 ist in der Verschlussplatte 6 eine weitere Durchgangsbohrung 62 eingebracht, die einen etwas kleineren Durchmesser als die Bohrung 58 und einen etwas größeren Durchmesser als der Ausleger 16 aufweist. Endseitig der Verschlussplatte 6 ist zum Abdichten des Gehäuses 2 ein Dichtring 64 vorgesehen, der in eine von der Bohrung 62 her eingebrachte Ringnut der Verschlussplatte 6 eingesetzt ist und mit einer Dichtlippe 66 dichtend am Ausleger 16 im Wesentlichen anliegt.
-
An seinem Endabschnitt 68 hat der Ausleger 16 ein Innengewinde, an das beispielsweise ein Endkopf eingeschraubt werden kann, an den wiederum eine übergeordnete Baugruppe befestigt werden kann.
-
Gemäß 1 hat der Ausleger 16 an seinem andersseitigen Endabschnitt 70 ein Außengewinde 72, auf das ein Gelenkring 74 des Kugelgelenks 14 geschraubt ist. Der Gelenkring 74 hat eine konvexe äußere Gelenkfläche 76 die an einer konkaven Gelenkfläche 78 der Tragmutter 10 anliegt.
-
Gemäß 3 wird im Folgenden der Aufbau des Kugelgelenks 14 aus 1 näher erläutert. Der Gelenkring 74 weist ein Innengewinde 80 auf, über das er auf den Endabschnitt 70 mit dem Außengewinde 72 des Auslegers 16 geschraubt ist. Mit einer kreisringförmigen Stirnfläche 82 weist der Gelenkring 74 von dem Ausleger 16 weg, wobei sich die Stirnfläche 82 etwa quer zur Längsachse 12 erstreckt. Mit einer von der Stirnfläche 82 abgewandten kreisringförmigen Stirnfläche 84, siehe 1, weist der Gelenkring 74 hin zum Ausleger 16. Ausgehend von der Stirnfläche 82 erstreckt sich eine konvexe Kugelscheibenaußenmantelfläche 86 eines Kugelscheibenabschnitts des Gelenkrings 74. Die Kugelscheibenaußenmantelfläche 86 verbreitert sich hierbei ausgehend von der Stirnfläche 82 etwa bis zur Mitte des Gelenkrings 74, in Richtung der Längsachse 12 gesehen. Im Anschluss daran verjüngt sie sich wieder, bis sie etwa den Durchmesser der Stirnfläche 82 hat. Eine Länge des sich verbreiternden Abschnitts und eine Länge des sich verjüngenden Abschnitts der Kugelscheibenaußenmantelfläche 86 sind dabei im Wesentlichen gleich. Im Anschluss an die Kugelscheibenaußenmantelfläche 86 weist der Gelenkring 74 eine im Querschnitt etwa kreiszylindrische Außenmantelfläche 88 auf, die sich bis zur Stirnfläche 84 erstreckt und im Vergleich zur Kugelscheibenaußenmantelfläche 86 in Richtung der Längsachse 12 gesehen eine geringe Länge aufweist. Der Ausleger 16 hat eine zum Schrägkugellager 22 in 1 weisende kreisringförmige Stirnfläche 90, die an ihrer Außenkante eine Fase 92 aufweist. Im verschraubten Zustand des Gelenkrings 74 mit dem Ausleger 16 liegt die Stirnfläche 82 des Gelenkrings 74 etwa in einer Ebene mit der Stirnfläche 90 des Auslegers 16. Eine axiale Länge des Außengewindes 72 ist hierbei größer als eine axiale Länge des Gelenkrings 74, in Richtung der Längsachse 12 gesehen.
-
Die Tragmutter 10 ist gemäß 3 zweiteilig mit einem Tragkörper 94 und einem Gelenkpfannenteil 96 aufgebaut. Der Gelenkring 74 ist hierbei zwischen den beiden Teilen 94 und 96 angeordnet. Der längliche hülsenförmige Tragkörper 94 hat eine hin zum Ausleger 16 weisende Stirnfläche 98, siehe auch 1. Von dieser aus erstreckt sich ein erster konkaver Gelenkflächenabschnitt 100 der Gelenkfläche 78 der Tragmutter 10 in einer Richtung weg vom Ausleger 16. Der Gelenkflächenabschnitt 100 hat im Längsschnitt, in Richtung der Längsachse 12 gesehen, etwa eine gleiche Krümmung, wie die Kugelscheibenaußenmantelfläche im Bereich ihres von der Stirnfläche 82 des Gelenkrings 74 aus sich verbreiternden Abschnitts. Somit liegt der Gelenkring 74 mit seiner Kugelscheibenaußenmantelfläche 86 im Wesentlichen an dem Gelenkflächenabschnitt 100 an. Gemäß 1 erstreckt sich der Gelenkflächenabschnitt 100 allerdings über den Gelenkring 74 in einer Richtung weg vom Ausleger 16 hinaus. Im Anschluss an den Gelenkflächenabschnitt 100 ist in den Tragkörper 94 eine Rille 102, siehe 1, zur Aufnahme der nicht dargestellten kugelförmigen Wälzkörper vorgesehen.
-
Gegenüberliegend von der Stirnfläche 98 des Tragkörpers 94 ist gemäß 3 der Gelenkpfannenteil 96 angeordnet. Im Querschnitt gesehen entspricht dessen Außenmantelfläche 104 etwa der Außenmantelfläche 105 des Tragkörpers 94. Ausgehend von seiner zum Tragkörper 94 weisenden und sich etwa quer zur Längsachse 12 erstreckenden Stirnfläche 106 ist in den Gelenkpfannenteil 96 ein zweiter Gelenkflächenabschnitt 108 der Gelenkfläche 78 der Tragmutter 10 eingebracht. Dieser ist konkav ausgebildet und verjüngt sich in einer Richtung weg vom Tragkörper 94. Ein Durchmesser des ringförmigen Gelenkflächenabschnitts 108 im Bereich der Stirnfläche 106 des Gelenkpfannenteils 96 entspricht etwa einem Durchmesser des ringförmigen Gelenkflächenabschnitts 100 im Bereich der Stirnfläche 98 des Tragkörpers 94. Eine Krümmung des Gelenkflächenabschnitts 108 im Längsschnitt in Richtung der Längsachse 12 gesehen entspricht etwa einer Krümmung des sich verjüngenden Abschnitts des Gelenkrings 74. Der Gelenkflächenabschnitt 108 erstreckt sich in Richtung der Längsachse 12 gesehen etwa bis zur Hälfte des Gelenkpfannenteils 96. An den Gelenkflächenabschnitt 108 schließt sich dann eine im Querschnitt etwa kreiszylindrische Innenmantelfläche 110 an, die sich bis zu einer von der Stirnfläche 106 weg weisenden Stirnfläche 112, siehe 1, des Gelenkpfannenteils 96 erstreckt. Eine axiale Länge des Gelenkflächenabschnitts 108 des Gelenkpfannenteils 96 ist geringer als eine axiale Länge des sich verjüngenden Abschnitts der Kugelscheibenaußenwandfläche 86 des Gelenkrings 74.
-
Zum Verbinden des Tragkörpers 94 und des Gelenkpfannenteils 96 sind vier Schrauben 113 vorgesehen, von denen drei in der 3 ersichtlich sind. Zur Aufnahme der Schrauben 113 weist sowohl der Trägkörper 94 als auch der Gelenkpfannenteil 96 an ihrer Außenmantelfläche 105 beziehungsweise 104 jeweils vier im Querschnitt auf einem Teilkreis angeordnete Radialvorsprünge 114 beziehungsweise 116 auf, von denen jeweils einer in der 3 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Radialvorsprünge 114 und 116 stellen somit Verbreiterungen der eine vergleichsweise geringe Breite aufweisenden Tragmutter 10 dar. In die Radialvorsprünge 114 des Tragkörpers 94 ist jeweils von der Stirnfläche 98 her eine nicht dargestellte Gewindebohrung eingebracht. Die Gewindebohrungen erstrecken sich im Wesentlichen im Parallelabstand zueinander und zur Längsachse 12. In die Radialvorsprünge 116 des Gelenkpfannenteils 96 sind dagegen Durchgangsbohrungen 118 eingebracht, von denen eine in der 3 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Diese sind auf dem gleichen Teilkreis wie die Gewindebohrungen des Tragkörpers 94 angeordnet. Die Schrauben 113 durchsetzen dann jeweils eine Durchgangsbohrung 118 des Gelenkpfannenteils 96 und sind im Gewindeeingriff mit einer jeweiligen Gewindebohrung des Tragkörpers 94. Mit ihrem Schraubenkopf 120 liegt dann eine jeweilige Schraube an der Stirnfläche 112 des Gelenkpfannenteils 96, siehe 1, an.
-
Mit den Schrauben 113 kann ein Abstand des Tragkörpers 94 zum Gelenkpfannenteil 96 eingestellt werden. Da gemäß 1 der Gelenkring 74 zwischen dem Tragkörper 94 und dem Gelenkpfannenteil 96 angeordnet ist, wird somit über die Schrauben 113 eine Klemmkraft zwischen der Tragmutter 10 und dem Gelenkring 74 eingestellt. Je geringer der Abstand der Tragkörpers 94 zum Gelenkpfannenteil 96, also je größer die Schraubkräfte der Schrauben 113, desto größer ist die Klemmkraft des Kugelgelenks 14. Durch die Klemmwirkung des Kugelgelenks 14 ist somit eine flexible Kupplung zwischen der Tragmutter 10 und dem Ausleger 16 zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern geschaffen, ohne Einbußen in einer axialen Steifigkeit hinnehmen zu müssen.
-
Zur drehfesten Anordnung der Tragmutter 10 innerhalb des Gehäuses 2 sind sowohl in der Tragmutter 10, als auch im Gehäuse 2 jeweils zwei Längsnuten 122, siehe
3, beziehungsweise 124, siehe
1, eingebracht. In die beiden Längsnuten 122 der Tragmutter 10 ist jeweils eine Keilleiste 126 vorgesehen, siehe
1, die mit einem Gleitprofil 128 verschraubt ist. Eine derartige Verdrehsicherung ist aus dem Stand hinlänglich bekannt, weswegen für weitergehende Informationen beispielsweise auf die
DE 10 2007 043 391 A1 verwiesen wird.
-
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Linearbewegungsvorrichtung 1 mit dem Kugelgelenk 14 erläutert. Die Tragmutter 10 wird in der Regel mit den nicht dargestellten kugelförmigen Wälzkörpern unter Vorspannung mit der Gewindespindel 8 montiert, so dass kein Spiel zwischen der Tragmutter 10 und der Gewindespindel 8 vorhanden ist. Die Gleitlagerung gemäß 2 mit dem Gleitring 50 und der Gleitbuchse 56 wird in der Regel ebenfalls so spielarm wie möglich ausgeführt. Erstreckt sich nun die Längsachse 12 des Auslegers 16 nicht koaxial zur Längsachse 12 der Tragmutter 10 oder der Gewindespindel 8, so führt dies aufgrund der spielarmen Lagerung des Auslegers 16 zu Verspannungen in der Linearbewegungsvorrichtung 1. Insbesondere wenn sich die Tragmutter 10 im Bereich der Verschlussplatte 4 aus 1 befindet und somit im großen Abstand zur Gleitlagerung 50, 56. Eine schiefe Anordnung des Auslegers 16 führt somit zu Verspannungen im Kugelgelenk 14. Die Klemmkraft des Kugelgelenks 14 ist dann derart eingestellt, dass ab einer bestimmten Größe der Verspannung sich der Gelenkring 74 zusammen mit dem Ausleger 16 relativ zur Tragmutter 10 bewegen beziehungsweise verschwenken kann. Somit wird eine Verschwenkung des Kugelgelenks 14 erst zugelassen, wenn die Verspannungen einen bestimmten Wert erreichen, wodurch im Normalbetrieb der Linearbewegungsvorrichtung 1 das Kugelgelenk 14 fest ist und somit eine steife Verbindung zwischen dem Ausleger 16 und der Tragmutter 10 vorliegt.
-
Selbstverständlich ist es auch möglich, ein Kugelgelenk ohne oder mit einer äußerst geringen Klemmkraft einzusetzen.
-
Offenbart ist, insbesondere erfindungsgemäß, eine Linearbewegungsvorrichtung mit einem Gehäuse, in dem eine Pinole beziehungsweise Spindel drehbar angeordnet ist. Die Spindel ist dabei mit einer Tragmutter derart im Schraubeingriff, dass bei einer Drehbewegung der Spindel sich die Tragmutter in Längsrichtung der Spindel relativ zu dieser verschiebt. Mit der Tragmutter ist ein Ausleger verbunden, der bei einer Verschiebung der Tragmutter mit dieser mitbewegt wird. Der Ausleger ist zum einen im Gehäuse gleitend gelagert und zum anderen mit der Tragmutter über ein Gelenk verbunden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Linearbewegungsvorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 4
- Verschlussplatte
- 6
- Verschlussplatte
- 8
- Gewindespindel
- 10
- Tragmutter
- 12
- Längsachse
- 14
- Kugelgelenk
- 16
- Ausleger
- 18
- Rille
- 20
- Endabschnitt
- 22
- Schrägkugellager
- 24
- Lagerschale
- 26
- Stufenbohrung
- 28
- Stufe
- 30
- Innengewinde
- 32
- Gewindering
- 34
- Stirnfläche
- 36
- Schulter
- 38
- Lagerschale
- 40
- Außengewinde
- 42
- Gewindenutmutter
- 44
- Endabschnitt
- 46
- Schulter
- 48
- Stirnseite
- 50
- Gleitring
- 52
- Gleitfläche
- 54
- Sicherungsring
- 56
- Gleitbuchse
- 58
- Bohrung
- 60
- Stützkragen
- 62
- Bohrung
- 64
- Dichtring
- 66
- Dichtlippe
- 68
- Endabschnitt
- 70
- Endabschnitt
- 72
- Außengewinde
- 74
- Gelenkring
- 76
- Gelenkfläche
- 78
- Gelenkfläche
- 80
- Innengewinde
- 82
- Stirnfläche
- 84
- Stirnfläche
- 86
- Kugelscheibenaußenmantelfläche
- 88
- Außenmantelfläche
- 90
- Stirnfläche
- 92
- Außenfase
- 94
- Tragkörper
- 96
- Gelenkpfannenteil
- 98
- Stirnfläche
- 100
- Gelenkflächenabschnitt
- 102
- Rille
- 104
- Außenmantelfläche
- 105
- Außenmantelfläche
- 106
- Stirnfläche
- 108
- Gelenkflächenabschnitt
- 110
- Innenmantelfläche
- 112
- Stirnfläche
- 113
- Schraube
- 114
- Radialvorsprung
- 116
- Radialvorsprung
- 118
- Durchgangsbohrung
- 120
- Schraubenkopf
- 122
- Längsnut
- 124
- Längsnut
- 126
- Keilleiste
- 128
- Gleitprofil
