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Die Erfindung betrifft einen Gewindetrieb, welcher eine Gewindespindel und eine Gewindemutter, sowie ein zum Halten der Spindelmutter auf der Gewindespindel ausgebildetes Klemmelement umfasst.
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Spindeltriebe sind grundsätzlich in selbsthemmender oder in nicht selbsthemmender Ausführung realisierbar. Die selbsthemmende Gestaltung eines Spindeltriebes ist gleichbedeutend mit einem Wirkungsgrad von weniger als 50%. Sowohl bei einem selbsthemmenden als auch bei einem nicht selbsthemmenden Spindeltrieb kann ein Mechanismus zum Bremsen oder Blockieren einer Komponente des Spindeltriebs vorhanden sein.
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Aus der
DE 44 15 217 A1 sind verschiedene Ausführungsformen von Spindeltrieben bekannt, welche jeweils eine Spindelmutter aufweisen, die auf einer Spindel feststellbar ist. Eine Spindelmutterverriegelung kann hierbei eine in Axialrichtung der Spindel verschiebbare Sperrhülse umfassen. Diverse in der
DE 44 15 217 A1 aufgezeigte Mechanismen sollen beispielsweise in der Gebäudetechnik oder bei Zeichengeräten verwendbar sein.
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Die
DE 10 2012 211 478 A1 offenbart eine Spindelmutter für einen Spindeltrieb sowie ein Verfahren zur Montage der Spindelmutter auf einer Spindel. Das Montageverfahren ist insbesondere auf eine kurze Montagezeit ausgelegt. Die Spindelmutter ist in radialer Richtung derart verlagerbar, dass in einer ersten Position ein erster Gewindebereich des Innengewindes der Spindelmutter im Eingriff mit dem Außengewinde der Spindel ist und in einer zweiten Position das Innengewinde der Spindelmutter eingriffsfrei an dem Außengewinde der Spindel angeordnet ist.
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Die
DE 10 2004 056 881 A1 offenbart einen Gewindetrieb mit einer Tragmutter und einer federnden Fangmutter, welche als Sicherungselement beim Versagen der Tragmutter fungieren soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gewindetrieb gegenüber dem Stand der Technik hinsichtlich einer leichten, zuverlässig reproduzierbaren Beeinflussbarkeit seiner mechanischen Eigenschaften, insbesondere was Klemmung und Selbsthemmung betrifft, weiterzuentwickeln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Gewindetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb eines Gewindetriebs gemäß Anspruch 9. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Betriebsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt den Gewindetrieb, und umgekehrt.
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Der Gewindetrieb setzt sich in prinzipiell bekanntem Grundaufbau aus einer Gewindespindel und einer Spindelmutter zusammen, wobei die Relativbewegung zwischen Gewindespindel und Spindelmutter durch ein Klemmelement beeinflussbar ist. Erfindungsgemäß enthält das Klemmelement eine Formgedächtnislegierung. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine Nickel und Titan enthaltende Legierung handeln. Unter einem Klemmelement wird im vorliegenden Fall jegliches Element verstanden, mit welchem die Beweglichkeit der Spindelmutter auf der Gewindespindel änderbar ist. Durch verschiedene Einstellungen des Klemmelementes kann beispielsweise ein Übergang zwischen einem nicht selbsthemmenden und einem selbsthemmenden Betrieb des Gewindetriebs bewerkstelligt werden. Bei dem Klemmelement handelt es sich also nicht zwangsläufig um ein Element, welches im Sinne eines Sperrelementes in der Lage ist, die Spindelmutter auf der Gewindespindel zu fixieren. Vielmehr werden neben solchen Sperrelementen auch Elemente unter dem Begriff „Klemmelement“ subsumiert, welche als Bremse dazu ausgebildet sind, den mechanischen Widerstand, der bei der Verdrehung der Spindelmutter auf der Gewindespindel zu überwinden ist, zu verändern. Bei dem Gewindetrieb kann in an sich bekannter Weise eine Verdrehung der Spindelmutter und eine hierdurch bewirkte Verschiebung der Spindel ebenso vorgesehen sein, wie eine Verdrehung der Spindel, durch welche die Spindelmutter in linearer Richtung verlagert wird. Das Klemmelement ist in beiden Fällen in gleicher Weise wirksam. Soweit ein nicht selbsthemmender Betrieb des Gewindetriebs möglich ist, kann beispielsweise die Spindel in axialer Richtung bewegt werden, um eine Rotation der Spindelmutter zu bewirken.
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In allen Fällen geht die Aktivierung und Deaktivierung des Klemmelements des Gewindetriebs mit einer Änderung des Zustands der Formgedächtnislegierung einher. Geometrische Eigenschaften des Klemmelementes sind auf einfache Weise veränderbar, indem die Temperatur der Formgedächtnislegierung geändert wird. Auf besonders einfache Weise kann dies durch Bestromung der Formgedächtnislegierung erfolgen, wie prinzipiell beispielsweise aus der
DE 10 2006 030 140 A1 bekannt.
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Allgemein wird beim Betrieb des Gewindetriebs die Zusammenwirkung zwischen der Gewindespindel und der die Formgedächtnislegierung aufweisenden Spindelmutter durch Temperierung, das heißt Beheizung oder Kühlung, der Formgedächtnislegierung gesteuert. Durch diese Temperatursteuerung kann insbesondere eine Umschaltung zwischen einem selbsthemmenden Zustand und einem nicht selbsthemmenden Zustand des Gewindetriebs, das heißt einem erhöhten Wirkungsgrad von mehr als 50 %, erfolgen.
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Das Klemmelement kann entweder als integraler Bestandteil der Spindelmutter oder als gesonderte Komponente des Gewindetriebs ausgebildet sein. Besonders in Ausführungsformen, in welchen sich die Formgedächtnislegierung in der oder direkt an der Spindelmutter befindet, kann die Spindelmutter mehrere, beispielsweise drei, Muttersegmente aufweisen. Mit oder ohne voneinander beabstandeten Muttersegmenten kann die Gewindemutter als geschlitzter Ring ausgebildet sein. In allen Fällen dient die Temperaturänderung der Formgedächtnislegierung dazu, den Innendurchmesser der Spindelmutter und damit das Drehmoment, welches zur Verdrehung der Spindelmutter auf der Gewindespindel erforderlich ist, zu ändern. Das Klemmelement kann entweder komplett aus einer Formgedächtnislegierung gefertigt sein oder mindestens eine zusätzliche Komponente, insbesondere ein Federelement, umfassen. Im letztgenannten Fall ist das Federelement beispielsweise radial zwischen mehreren Muttersegmenten und der Formgedächtnislegierung angeordnet. Das Federelement begrenzt beim Betrieb des Gewindetriebs auftretende Kräfte und kann insbesondere derart ausgelegt sein, dass in jedem Zustand der Formgedächtnislegierung die Verdrehbarkeit zwischen Gewindespindel und Spindelmutter gewährleistet bleibt.
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Nachfolgend werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von einer Zeichnung erläutert. Hierin zeigen, jeweils in schematisierter Darstellung:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Gewindetriebs mit Klemmelement,
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2 eine alternative Ausgestaltung eines Klemmelements eines Gewindetriebs,
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gewindetriebs mit Klemmelement.
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Jede der 1 bis 3 zeigt zumindest ausschnittsweise einen insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Gewindetrieb, hinsichtlich dessen prinzipieller Funktion auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird. Der Gewindetrieb 1 umfasst jeweils eine Gewindespindel 2, eine Spindelmutter 3, sowie ein Klemmelement 4, mit welchem die Beweglichkeit zwischen Gewindespindel 2 und Spindelmutter 3 gezielt beeinflussbar ist.
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Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist das Klemmelement 4 als integraler Bestandteil der Spindelmutter 3 ausgebildet, wobei es sich am Außenumfang eines Gewindeelementes 5 befindet, das unmittelbar mit der Gewindespindel 2 zusammenwirkt. Die in axialer Richtung des Gewindetriebs 1 gemessene Breite des Gewindeelements 5 ist mit der Breite des Klemmelements 4 identisch. Das Klemmelement 4 umfasst eine Formgedächtnislegierung 6, die als Ring geformt ist, sowie zwei Federringe 7 an den Stirnseiten des Klemmelements 4 und damit auch der Spindelmutter 3. Die gesamte Spindelmutter 3 ist als geschlitzter Ring ausgebildet.
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Die Breite des in Axialrichtung des Gewindetriebs 1 verlaufenden, in 1 nicht sichtbaren Spaltes innerhalb der Spindelmutter 3 ist durch Temperaturänderung der Formgedächtnislegierung 6 steuerbar. Im in 1 dargestellten Zustand ist die Spindelmutter 3 spielbehaftet auf der Gewindespindel 2 angeordnet. In diesem Zustand ist der Gewindetrieb 1 ohne Selbsthemmung betätigbar. In nicht dargestellter Weise befinden sich an der Formgedächtnislegierung 6 elektrische Kontakte, die eine Bestromung ermöglichen. Elektrische Isolierungen im oder am Klemmelement 4 sind in 1 ebenfalls nicht dargestellt. Ein durch die Formgedächtnislegierung 6 fließender elektrischer Strom bewirkt eine Temperaturänderung der Formgedächtnislegierung 6 und damit eine Änderung der Geometrie des Klemmelements 4. Insbesondere ist damit ein Übergang vom in 1 dargestellten Zustand des Gewindetriebs 1 in einen definierten zweiten Zustand auslösbar, in welchem das Gewindeelement 5 an der Gewindespindel 2 anliegt und somit als unmittelbar mit der Gewindespindel 2 zusammenwirkende Klemmkomponente fungiert. Je nach Kraft, die zwischen der Spindelmutter 3 und der Gewindespindel 2 wirkt, ist die Spindelmutter 3 entweder auf der Gewindespindel 2 fixiert oder derart unter Krafteinwirkung verdrehbar, dass lediglich ein selbsthemmender Betrieb des Gewindetriebs 1 freigegeben ist. Durch die Änderung der Bestromung der Formgedächtnislegierung 6 ist auch eine feine Verstellung der mechanischen Eigenschaften des Gewindetriebs 1 möglich.
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Im Ausführungsbeispiel nach 2 ist die Formgedächtnislegierung 6 als Schraubenfeder 8 geformt, welche in nicht dargestellter Weise mit einer gesonderten Spindelmutter herkömmlicher Form gekoppelt sein kann. Die Schraubenfeder 8 ist die einzige Komponente des Klemmelements 4 und kann verschiedene Zustände einnehmen, in denen sie entweder wie eine Schlingfeder auf der Gewindespindel 2 festgezogen oder mit Spiel um die Gewindespindel 2 gelegt ist. Der Übergang zwischen diesen Zuständen, welcher in beliebig feinen Abstufungen erfolgen kann, ist durch Temperaturänderung mittels Bestromung der Formgedächtnislegierung 6 steuerbar.
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Im Ausführungsbeispiel nach 3 ist das Klemmelement 4 wiederum, wie im Fall von 1, Bestandteil der Spindelmutter 3. In beiden Fällen kann in alternativen Ausgestaltungen die jeweils dargestellte Anordnung auch als autarke Klemmvorrichtung ausgebildet sein, wobei das Klemmelement 4 nicht Bestandteil einer Mutter des Gewindetriebs 1 ist.
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Anders als in der Variante nach 1 ist in der Ausführungsform nach 3 keine feste Verbindung zwischen Klemmelement 4 und Gewindeelement 5 gegeben. Vielmehr existieren statt des einstückigen Gewindeelementes 5 mehrere, zusammen das Gewindeelement 5 bildende Muttersegmente 9, die sich radial innerhalb des Klemmelementes 4, welches die Formgedächtnislegierung 6 umfasst, befinden und über ein Federelement 10 mit dem Klemmelement 4 zusammenwirken. Durch direkte elektrische Beheizung des Klemmelementes 4 ist dessen Durchmesser, ebenso wie in den Ausführungsbeispielen nach den 1 und 2, veränderbar. Als Komponente einer insgesamt mit 11 bezeichneten Temperierungsvorrichtung ist in 3 ein die Formgedächtnislegierung 6 kontaktierender elektrischer Anschluss angedeutet. Durch die Temperierung des Klemmelements 4 ändert sich die mit F bezeichnete Kraft, welche durch das Federelement 10 über die Muttersegmente 9 auf die Gewindespindel 2 ausgeübt wird. Die im Federelement 10 wirkende mechanische Spannung ist in 3 durch einen Doppelpfeil veranschaulicht. Durch Variation dieser mechanischen Spannung ist der Gewindetrieb 1 zwischen einem selbsthemmenden Betriebsmodus und einem nicht selbsthemmenden Betriebsmodus umschaltbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gewindetrieb
- 2
- Gewindespindel
- 3
- Spindelmutter
- 4
- Klemmelement
- 5
- Gewindeelement
- 6
- Formgedächtnislegierung
- 7
- Federring
- 8
- Schraubenfeder
- 9
- Muttersegment, Klemmkomponente
- 10
- Federelement
- 11
- Temperierungsvorrichtung
- F
- Kraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4415217 A1 [0003, 0003]
- DE 102012211478 A1 [0004]
- DE 102004056881 A1 [0005]
- DE 102006030140 A1 [0009]
- DE 202011000738 U1 [0010]
- DE 102011076560 A1 [0010]
- DE 102011086232 A1 [0010]
- DE 102005032888 A1 [0010]
