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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein lineares Führungssystem.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Lineare Führungsysteme sind gebräuchlich in Geräten wie NC-Maschinen, Industrierobotern, Medizintechnik etc. und werden zum Halten und zur Führung beweglicher Komponenten verwendet, um diese in einer vorgegebenen Richtung eine Vor- und Zurückbewegung ausführen zu lassen.
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Lineare Führungssysteme umfassen im Allgemeinen eine Führungsschiene sowie einen Schlitten mit einer Trägerplattform, wobei die Trägerplattform verwendet wird, um bewegliche Komponenten aufzunehmen, zwischen Schlitten und Führungsschiene ein Gleit- oder Rollkontakt besteht und der Schlitten entlang der Führungsschiene eine geradlinige Vor- und Zurückbewegung ausführen kann. Im Betrieb eines linearen Führungssystems muss zwischen Schlitten und Führungsschiene eine gute Schmierung gewährleistet sein. Wenn die Schmierung unzureichend ist oder sogar ein Betrieb im ungeschmierten Zustand stattfindet, kann am linearen Führungssystem ein plötzlicher Verschleiß auftreten und die Lebensdauer verkürzen.
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Um eine gute Schmierungsumgebung des linearen Führungssystems zu gewährleisten, umfassen lineare Führungssysteme im Allgemeinen mit dem Schlitten verbundene automatische Schmierungseinrichtungen, wobei in der automatischen Schmierungseinrichtung ein Schmiermittel gespeichert ist, mit dem regelmäßig das Innere des Schlittens geschmiert wird, um dessen dauerhafte Schmierung zu erreichen. Im Allgemeinen wird das Zeitintervall für zwei benachbarte Schmierungen anhand der Betriebsdauer des linearen Führungssystems oder der Schlittendistanz festgelegt: Beginnend von der vorangehenden Schmierung führt die automatische Schmierungseinrichtung eine Schmierungsaktion aus, wenn die Gesamtbetriebsdauer des linearen Führungsbetriebssystems oder die Gesamtdistanz der Arbeitsbewegung des Schlittens einen festgelegten Wert erreicht hat.
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Dabei muss, um die Distanz des Arbeitswegs des Schlittens zu messen, der Schlitten mit einer Distanzmessvorrichtung ausgestattet werden, was zweifellos den Platzbedarf erhöht. Die Distanzmessvorrichtung ist dabei in der Regel am Schlitten in Gleitrichtung an einem Ende montiert und damit gleitend auf der Führungsschiene angebracht, was zu einer Zunahme der Kontaktfläche zur Führungsschiene führt und somit den Widerstand bei der Arbeitsbewegung des Schlittens erhöht. Da aber die lineare Führungschiene in Bezug auf den Montageraum starken Beschränkungen unterliegt, müssen, um die Anforderungen an den Montageraum zu erfüllen, die Abmessungen des Schlittens verringert werden, sodass die Fläche der Trägerplattform und damit die Tragfähigkeit verringert wird.
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Außerdem muss ein Kabel an die Distanzmessvorrichtung angeschlossen werden, um die Stromversorgung zu realisieren, sodass bei der Montage die Anordnung des Kabels in die Überlegungen mit einbezogen werden muss, was die Schwierigkeit der Montage erhöht.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt ein neuartiges lineares Führungssystem bereit, das in der Lage ist, gleichzeitig die automatische Schmierung und die Distanzmessung der Schlittenbewegung zu realisieren und dabei die Tragfähigkeit des Schlittens zu gewährleisten.
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Um die oben stehende Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein lineares Führungssystem bereit, umfassend eine Führungsschiene, einen auf der Führungsschiene angeordneten und entlang der Führungsschiene beweglichen Schlitten sowie eine mit dem Schlitten verbundene Selbstschmierungsvorrichtung, wobei die Selbstschmierungsvorrichtung am Schlitten entlang der Breitenrichtung an einer Seite angeordnet ist, die Breitenrichtung senkrecht zur Gleitrichtung des Schlittens liegt und die Selbstschmierungsvorrichtung Folgendes umfasst: ein Gehäuse mit einer Innenkammer; ein Messmodul, umfassend einen Steuerchip und einen ersten Sensor, welche miteinander gekoppelt sind, wobei der Steuerchip im Gehäuse angeordnet ist, der erste Sensor die Wegstrecke des Schlittens misst und gleichzeitig das in der Messung erhaltene Wegsignal an den Steuerchip sendet und der Steuerchip beim Erreichen der festgelegten Distanz einen Schmierungsbefehl ausgibt; eine automatische Schmierungseinrichtung, die in der Innenkammer angeordnet ist und zur Schmierung des Schlittens verwendet wird, wobei die automatische Schmierungseinrichtung einen Stellmotor zur Ausführung der Schmierungsaktion aufweist und der Stellmotor mit dem Steuerchip gekoppelt ist, um den Schmierungsbefehl zu empfangen und gemäß dem Schmierungsbefehl die Schmierungsaktion auszuführen.
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Wahlweise umfasst das Messmodul außerdem einen zweiten mit dem Steuerchip gekoppelten, Sensor, wobei der zweite Sensor außerhalb des Gehäuses angeordnet ist und mit dem Schlitten in Kontakt steht, um die Vibrationen des Schlittens zu messen und gleichzeitig das gemessene Vibrationssignal an den Steuerchip zu senden, sodass beim Überschreiten des festgelegten Werts der Vibrationen der Steuerchip einen Schmierungsbefehl ausgibt.
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Wahlweise wird, wenn nachdem die automatische Schmierungseinrichtung die Schmierungsaktion ausgeführt hat, die vom zweiten Sensor gemessenen Vibrationen immer noch den festgelegten Wert überschreiten, der Steuerchip außerdem verwendet, um ein Warnsignal abzugeben und das Messmodul umfasst außerdem einen auf der Steuer-Leiterplatte angeordneten Transceiver, wobei der Transceiver mit dem Steuerchip und einem externen Server gekoppelt ist und der Steuerchip über den Transceiver das Warnsignal an den externen Server senden kann.
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Wahlweise umfasst der Schlitten eine Trägerplattform und ein Endteil, welche entlang der Gleitrichtung miteinander verbunden sind, wobei die Trägerplattform höher ist als das Endteil und der zweite Sensor an der Endfläche des das Endteil überragenden Teils der Trägerplattform aufgeklebt ist.
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Wahlweise ist in der Innenkammer außerdem ein Akkumulator angeordnet, der verwendet wird, um den Stellmotor und das Messmodul mit Strom zu versorgen.
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Wahlweise ist in der Innenkammer außerdem ein Energiegewinnungsmodul angeordnet, das mit dem Akkumulator elektrisch verbunden ist, wobei das Energiegewinnungsmodul verwendet wird, um die mechanische Energie des Schlittens in elektrische Energie umzuwandeln und die elektrische Energie im Akkumulator zu speichern.
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Wahlweise umfasst das Energiegewinnungsmodul eine Exzenterscheibe, ein Antriebsteil mit einer Antriebsverbindung zur Exzenterscheibe sowie einen mit dem Antriebsteil verbundenen Generator, wobei die Achse der Exzenterscheibe senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schlittens steht und die Exzenterscheibe während der Bewegung des Schlittens eine Rotationsbewegung ausführt und gleichzeitig über das Antriebsteil die Rotationsbewegung auf einen Generator überträgt, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
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Wahlweise umfasst das Antriebsteil: ein Lager, wobei der Außenring des Lagers mit der Exzenterscheibe koaxial verbunden ist und im Innenring eine Stützwelle fest angeordnet ist, mit der das Lager im Gehäuse abgestützt ist; ein erstes Zahnrad, das mit dem Außenring des Lagers koaxial verbunden ist; zwei Einwegkupplungen mit entgegengesetzter Kupplungsrichtung, wobei jede Einwegkupplung einen ersten Antriebsring und einen zweiten Antriebsring umfasst, die jeweils koaxial angeordnet und zwischen einem gegenseitig arretierten und voneinander gelösten Zustand umschaltbar sind, wobei der erste Antriebsring mit dem ersten Zahnrad verzahnt ist, die zweiten Antriebsringe der beiden Einwegkupplungen miteinander verzahnt sind und einer der beiden zweiten Antriebsringe das Ausgangsende des Antriebsteils bildet; und einen Generator, wobei zwischen dem Eingangsende des Generators und dem Ausgangsende des Antriebsteils eine Antriebsverbindung besteht.
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Wahlweise weist die automatische Schmierungseinrichtung ein aus dem Gehäuse herausgestrecktes Mundstück zur Durchleitung der Schmiermittelversorgung auf, wobei am Endteil eine Schmierungsöffnung angeordnet ist und das Mundstück und die Schmierungsöffnung durchführend verbunden sind.
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Wahlweise ist die Schmierungsöffnung am Endteil in Längsrichtung an einem Ende und an der dem Gehäuse zugewandten Seite des Schlittens angeordnet, wobei die automatische Schmierungseinrichtung und der Schlitten in Längsrichtung parallel sind.
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Im Vergleich zum Stand der Technik besitzt die technische Lösung der vorliegenden Erfindung folgende Vorteile:
Im linearen Führungssystem der vorliegenden Erfindung ist einerseits die mit der automatischen Schmierungseinrichtung versehene Selbstschmierungsvorrichtung am Schlitten entlang der Breitenrichtung an einer Seite angeordnet, sodass sich die Länge des Schlittens in Gleitrichtung nicht vergrößert, der Montageraum des Schlittens in Gleitrichtung nicht beeinträchtigt wird und damit der Montageraum des Schlittens gewährleistet wird, wobei gleichzeitig, da sie mit der Führungsschiene nicht in Kontakt kommt, der Widerstand gegen die Schlittenbewegung nicht vergrößert wird. Andererseits ist das Messmodul mit dem integrierten Steuerchip ebenfalls im Gehäuse der Selbstschmierungsvorrichtung angeordnet und beansprucht keinen Raum des Schlittens entlang der Gleitrichtung und gewährleistet damit in einem weiteren Schritt den Montageraum des Schlittens.
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Weiterhin sind in der Selbstschmierungsvorrichtung noch ein Akkumulator und ein mit dem Akkumulator verbundenes Energiegewinnungsmodul angeordnet, wobei der Akkumulator den Strom für das Messmodul und die automatische Schmierungseinrichtung bereitstellen und das Energiegewinnungsmodul den Akkumulator aufladen kann, womit die Selbstschmierungsvorrichtung keinen zusätzlichen externen Kabelanschluss mehr benötigt und die Montage weiter vereinfacht wird.
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Beschreibung der beigefügten Figuren
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1 zeigt eine Seitendarstellung des linearen Führungssystems eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in Gleitrichtung des Schlittens.
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2 zeigt eine Draufsicht des Schlittens und der Selbstschmierungsvorrichtung des linearen Führungssystems eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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3 und 4 zeigen schematische Darstellungen des inneren Aufbaus der Selbstschmierungsvorrichtung des linearen Führungssystems eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt eine Darstellung des inneren Aufbaus der automatischen Schmierungseinrichtung des linearen Führungssystems eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt eine Darstellung des Aufbaus des Energiegewinnungsmoduls des linearen Führungssystems eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt eine Darstellung des Aufbaus der Einwegkupplung im Energiegewinnungsmodul.
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Ausführungsformen
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Um die oben erläuterten Ziele, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung noch deutlicher und verständlicher zu machen, werden im Folgenden in Verbindung mit den beigefügten Abbildungen konkrete Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein lineares Führungssystem bereit, das, wie in 1 und 2 gezeigt, eine Führungsschiene 11, einen auf der Führungsschiene 11 angeordneten und entlang der Führungsschiene 11 gleitend beweglichen Schlitten 12 sowie eine mit dem Schlitten 12 verbundene Selbstschmierungsvorrichtung 100 umfasst.
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Wie in 3 und 4 gezeigt, ist die Selbstschmierungsvorrichtung 100 am Schlitten 12 entlang der Breitenrichtung (Y-Richtung in 2) an einer Seite angeordnet, wobei die Breitenrichtung senkrecht zur Gleitrichtung des Schlittens 12 (X-Richtung in 2) liegt und die Selbstschmierungsvorrichtung 100 Folgendes umfasst:
ein Gehäuse 101 mit einer Innenkammer;
ein Messmodul 110, das eine in der Innenkammer angeordnete Steuer-Leiterplatte 111 aufweist, wobei auf der Steuer-Leiterplatte 111 ein Steuerchip 112 und ein erster Sensor 113 integriert sind, welche miteinander gekoppelt sind, wobei der erste Sensor 113 verwendet wird, um die Wegstrecke des Schlittens 12 zu messen und gleichzeitig das in der Messung erhaltene Wegsignal an den Steuerchip 112 zu senden und der Steuerchip 112 beim Erreichen der festgelegten Distanz einen Schmierungsbefehl ausgibt;
eine automatische Schmierungseinrichtung 120, die in der Innenkammer des Gehäuses 101 angeordnet ist und verwendet wird, um den Schlitten 12 zu schmieren, wobei die automatische Schmierungseinrichtung 120, wie in 5 gezeigt, einen Stellmotor 121 zur Ausführung der Schmierungsbewegung aufweist, der Stellmotor 121 mit dem Steuerchip 112 gekoppelt ist und verwendet wird, um den Schmierungsbefehl zu empfangen und gemäß dem Schmierungsbefehl eine Schmierungsaktion auszuführen.
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Im Betrieb des linearen Führungssystems ist es im Allgemeinen notwendig, dass wenn die Wegstrecke des Schlittens 12 bestimmte Bedingungen erfüllt, an diesem eine Schmierung durchgeführt wird. Das heißt, dass wenn die Gesamtwegstrecke des Schlittens 12, von der letzten Schmierung an gerechnet, den festgelegten Distanzwert erreicht hat, die automatische Schmierungseinrichtung 120 angesteuert werden muss, um bei diesem die Schmierung durchzuführen. Dieser festgelegte Distanzwert kann im Steuerchip 112 gespeichert werden und wenn der Steuerchip 112 vom ersten Sensor 113 das Wegsignal empfängt, vergleicht er die diesem Wegsignal entsprechende, tatsächliche Wegstrecke mit der festgelegten Distanz und wenn die tatsächliche Wegstrecke größer ist als die festgelegte Distanz, sendet der Steuerchip 112 einen Schmierungsbefehl an die automatische Schmierungseinrichtung 120 und steuert die automatische Schmierungseinrichtung 120 an, um die Schmierungsaktion auszuführen.
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Im linearen Führungssystem der vorliegenden Erfindung ist einerseits die mit der automatischen Schmierungseinrichtung 120 versehene Selbstschmierungsvorrichtung 100 am Schlitten 12 entlang der Breitenrichtung an einer Seite angeordnet, sodass sich die Länge des Schlittens 12 in Gleitrichtung nicht vergrößert, der Montageraum des Schlittens 12 in Gleitrichtung nicht beeinträchtigt und damit der Montageraum des Schlittens 12 gewährleistet wird und gleichzeitig kommt sie mit der Führungsschiene 11 nicht in Kontakt und der Widerstand gegen die Schlittenbewegung wird verringert. Andererseits ist das Messmodul 110 mit dem integrierten Steuerchip 112 und dem ersten Sensor 113 ebenfalls im Gehäuse 101 der Selbstschmierungsvorrichtung 100 angeordnet und beansprucht keinen Raum des Schlittens 12 entlang der Gleitrichtung und beeinträchtigt damit ebenfalls nicht den Montageraum des Schlittens 12 entlang der Gleitrichtung.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der erste Sensor 113 auch außerhalb des Gehäuses 101 angeordnet sein und beispielsweise an der Außenfläche des Gehäuses 101 oder auch am Schlitten 12 befestigt werden, wobei er gleichzeitig mit dem Steuerchip 112 gekoppelt ist.
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Aus 1–4 lässt sich erkennen, dass das Gehäuse 101 ein Quader ist, der in Höhenrichtung nicht über den Schlitten 12 herausgestreckt ist und in Gleitrichtung des Schlittens 12 (d. h. in Längsrichtung des Schlittens) ebenfalls nicht über den Schlitten 12 herausgestreckt ist.
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Dabei kann der erste Sensor 113 ein Positionsänderungssensor oder ein Beschleunigungssensor sein.
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Wie in 5 gezeigt, umfasst die automatische Schmierungseinrichtung 120 außerdem ein über eine Antriebsverbindung mit dem Ausgangsende des Stellmotors 121 verbundenes Antriebsmodul 122 (z.B. ein Zahnradgetriebemodul etc.), einen mit dem Ausgangsende des Antriebsmoduls 122 verbundenen Schmierungskolben 123, wobei der Schmierungskolben 123 auf eine Schmierungstasche 124 einwirkt. Die Schmierungstasche 124 ist mit Schmiermittel befüllt.
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Dabei wird das Antriebsmodul 122 verwendet, um die Antriebsbewegung am Ausgangsende des Stellmotors 121 in eine lineare Bewegung umzuwandeln und dem Schmierungskolben 123 einen Impuls zu geben, sodass auf die Schmierungstasche 124 eine Pressbewegung ausgeübt wird. Wie in 1 bis 4 gezeigt, ist an der dem Schmierungskolben 123 gegenüberliegenden, anderen Seite der Schmierungstasche 124 ein Mundstück 124a zur Durchleitung der Schmiermittelversorgung angeordnet, sodass das Schmiermittel in der Schmierungstasche 124 unter dem Druck des Schmierungskolbens 123 aus dem Mundstück 124a herausgedrückt werden kann.
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Wie in 3 und 4 gezeigt, ist am Schlitten 12 eine Schmierungsöffnung 12a angeordnet und das Mundstück 124a ist mit der Schmierungsöffnung 12a durchführend verbunden, sodass das aus dem Mundstück 124a gedrückte Schmiermittel über die Schmierungsöffnung 12a in den Schlitten 12 geführt wird.
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Dabei ist die Schmierungsöffnung 12a am Schlitten 12 entlang der Längsrichtung an einem Ende angeordnet und befindet sich an der dem Gehäuse 101 zugewandten Seite des Schlittens 12, wobei die automatische Schmierungseinrichtung 120 und der Schlitten 12 in Längsrichtung parallel sind. Auf diese Weise nimmt die automatische Schmierungseinrichtung 120 in Breitenrichtung des Schlittens 12 nur einen geringen Raum ein.
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In einem weiteren Schritt umfasst das Messmodul 110, wie in 1 und 4 gezeigt, außerdem einen mit dem Steuerchip 112 gekoppelten, zweiten Sensor 114, der verwendet wird, um die Vibrationen des Schlittens 12 zu messen. Dabei ist der zweite Sensor 114, wie in 4 nur schematisch dargestellt, außerhalb des Gehäuses 101 angeordnet, wobei die Lagebeziehung zwischen dem zweiten Sensor 114 und dem Schlitten 12 nicht dargestellt ist.
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Konkret ist der zweite Sensor 114 außerhalb des Gehäuses 101 angeordnet und steht mit dem Schlitten 12 in Kontakt, um die Vibrationen des Schlittens zu messen und sendet gleichzeitig das gemessene Vibrationssignal an den Steuerchip 112 und wenn die Vibrationen den festgelegten Wert überschreiten, gibt der Steuerchip 112 einen Schmierungsbefehl aus.
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Im ordnungsgemäßen Betrieb des Schlittens 12 auf der Führungsschiene 11 bleiben die Amplitude und die Frequenz seiner Vibrationen innerhalb eines festgelegten Wertebereichs und erfüllen bestimmte vorprogrammierte Bedingungen, welche im Steuerchip 112 gespeichert sind. Wenn der Steuerchip 112 ein vom zweiten Sensor 114 gesendetes Vibrationssignal empfängt, vergleicht er das Vibrationssignal mit den gespeicherten, vorprogrammierten Bedingungen und wenn das Vibrationssignal die vorprogrammierten Bedingungen nicht mehr erfüllt, wird das als Überschreitung des festgelegten Werts für die Vibrationen gewertet und der Steuerchip 112 sendet einen Schmierungsbefehl an die automatische Schmierungseinrichtung 120 und die automatische Schmierungseinrichtung 120 führt die Schmierungsaktion aus.
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In einem weiteren Schritt wird, wenn nach der Ausführung der Schmierungsaktion die vom zweiten Sensor 114 gemessenen Vibrationen des Schlittens 12 immer noch den festgelegten Wert übersteigen, der Steuerchip 112 außerdem verwendet, um ein Warnsignal auszugeben und einen Fehler anzuzeigen.
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Wie in 3 gezeigt, umfasst das Messmodul 110 außerdem einen auf der Steuer-Leiterplatte 111 angeordneten Transceiver 115, wobei der Transceiver 115 mit dem Steuerchip 112 sowie mit einem externen Server gekoppelt ist und der Steuerchip 112 über den Transceiver 115 das Warnsignal an den Server sendet, um dem Bedienpersonal anzuzeigen, dass eine Fehlerbeseitigung durchgeführt werden muss.
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Weiterhin kann der Steuerchip 112 über den Transceiver 115 einen drahtlosen Datenaustausch mit dem Server realisieren, der Steuerchip 112 kann andere Daten an den Server senden, sodass der Server den Betriebszustand des linearen Führungssystems überwachen kann und gleichzeitig kann der Steuerchip 112 vom Server gesendete Daten empfangen, wie z. B. alle gespeicherten Parameter etc.
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Dabei kann der zweite Sensor 114 ein piezoelektrischer Vibrationssensor sein.
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Im Prinzip kann der zweite Sensor 114 an einer beliebigen Stelle des Schlittens 12 montiert sein, vorausgesetzt, dass er mit dem Schlitten 12 in Kontakt steht.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst, wie in 1 und 2 gezeigt, der Schlitten 12 eine Trägerplattform 12b und ein Endteil 12c, welche entlang der Gleitrichtung miteinander verbunden sind, wobei die Trägerplattform 12b verwendet wird, um eine Last aufzunehmen und die Schmierungsöffnung 12a am Endteil 12c angeordnet ist. Zwischen der Trägerplattform 12b und der Führungsschiene 11 sind umlaufend rollende Rollen angeordnet (in der Fig. nicht dargestellt) und das Endteil 12c ist jeweils an den beiden Enden der Trägerplattform 12b angeordnet und stellt den Rotationsraum für die Rollen bereit. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die Rollen zwischen der Trägerplattform 12b und dem Endteil 12c umlaufend rollen.
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Dabei ist die Trägerplattform 12b höher als das Endteil 12c. Der Kopfteil der Trägerplattform 12b weist eine Trägerfläche zur Aufnahme einer Last auf und der Kopfteil des Endteils 12c ist niedriger als die Trägerfläche. Die Trägerplattform 12b weist einen Teil auf, der das Endteil 12c überragt und der zweite Sensor 114 ist an der Endfläche des das Endteil 12c überragenden Teils der Trägerplattform 12b aufgeklebt. Auf diese Weise kann der Raum, den die Selbstschmierungsvorrichtung 100 einnimmt, verringert werden.
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Dabei kann die Kopplung des zweiten Sensors 114 mit dem Steuerchip 112 über eine Leitung oder drahtlos erfolgen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Leitungsverbindung verwendet.
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In einem weiteren Schritt ist, wie in 3 und 4 gezeigt, in der Innenkammer des Gehäuses 101 außerdem ein Akkumulator 130 angeordnet, der den Stellmotor und das Messmodul 110 mit Strom versorgt. Der Akkumulator ist in der Lage, das Messmodul 110 sowie die automatische Schmierungseinrichtung 120 mit Strom zu versorgen, weshalb die Selbstschmierungsvorrichtung keinen zusätzlichen, externen Kabelanschluss benötigt und die Montage vereinfacht wird.
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In der Innenkammer des Gehäuses 101 ist außerdem ein Energiegewinnungsmodul 140 angeordnet, das mit dem Akkumulator 130 elektrisch verbunden ist und verwendet wird, um den Akkumulator 130 aufzuladen. Das Energiegewinnungsmodul 140 wird verwendet, um die mechanische Bewegungsenergie des Gehäuses 101 in elektrische Energie umzuwandeln und die elektrische Energie gleichzeitig im Akkumulator 130 zu speichern.
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Dabei kann das Energiegewinnungsmodul 140 ein Modul zur Gewinnung von mechanischer Energie sein, das die mechanische Energie des Schlittens 12 in elektrische Energie umwandelt, wie z. B. die durch die Vibrationen des Schlittens 12 erzeugte Energie oder die beim Gleiten auftretende Bewegungsenergie. Das Energiegewinnungsmodul 140 kann auch ein Modul zur Gewinnung von Wärmeenergie sein, das die von der Reibung zwischen dem Schlitten 12 und der Führungsschiene 11 erzeugte Wärmeenergie oder Wärmeenergie der Außenwelt in elektrische Energie umwandelt oder es kann ein Modul zur Gewinnung von Lichtenergie sein, das die Lichtenergie der Außenwelt in elektrische Energie umwandelt etc.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Energiegewinnungsmodul 140 ein Modul zur Gewinnung von mechanischer Energie, das die durch die Beschleunigung des Schlittens 12 erzeugte Rotationsbewegung nutzt und die von dieser Rotationsbewegung erzeugte mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
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Konkret umfasst, wie in 6 gezeigt, das Energiegewinnungsmodul 140 eine Exzenterscheibe 141, ein Antriebsteil C mit einer Antriebsverbindung zur Exzenterscheibe 141 sowie einen mit dem Antriebsteil C verbundenen Generator (in der Fig. nicht dargestellt), wobei der Generator im Allgemeinen ein Mikrogenerator ist.
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Die Achse der Exzenterscheibe 141 steht senkrecht zur Gleitrichtung des Schlittens 12, ihre Radialfläche (d. h. die Fläche senkrecht zur Axialrichtung) liegt parallel zur Gleitrichtung des Schlittens 12 und sie kann während der Gleitbewegung des Schlittens 12 entlang der Führungsschiene 11 eine Rotationsbewegung ausführen und gleichzeitig über das Antriebsteil C die Rotationsbewegung auf den Generator übertragen, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
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Dabei ist der Schwerpunkt der Exzenterscheibe 141 gegenüber ihrem Rotationszentrum versetzt, d. h. Schwerpunkt und Rotationszentrum fallen nicht zusammen, weshalb sie als Exzenterscheibe 141 bezeichnet wird. Wie in 6 gezeigt, weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Exzenterscheibe 141 einen als Rotationszentrum dienenden Zentrumskreis sowie einen an der radialen Außenseite des Zentrumskreises angeordneten und als Exzenterteil dienenden Halbkreis auf. An der Position des Rotationszentrums der Exzenterscheibe 141 ist ein Verbindungsloch 141a angeordnet, das für die Verbindung mit dem Antriebsteil C verwendet wird. Auf diese Weise kann, wenn der Schlitten 12 gleitet und dabei beschleunigt wird, die Exzenterscheibe 141 unter der Wirkung der Beschleunigung rotieren.
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Dabei kann das Antriebsteil C einen beliebig gearteten Riemen-, Ketten- oder Zahnradantrieb etc. umfassen, vorausgesetzt, dass dieser in der Lage ist, die Rotationsbewegung der Exzenterscheibe 141 auf das Eingangsende des Generators zu übertragen.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Antriebsteil C Folgendes:
ein Lager 142, angeordnet im Verbindungsloch 142a, wobei der Außenring des Lagers 142 mit der Exzenterscheibe 141 koaxial verbunden ist, im Innenring des Lagers 142 eine Stützwelle 143 befestigt ist und die Stützwelle 143 verwendet wird, um das Lager 142 im Gehäuse 101 abzustützen.
ein erstes Zahnrad 144, das mit dem Außenring des Lagers 142 koaxial verbunden ist;
zwei Einwegkupplungen 145 mit entgegengesetzter Kupplungsrichtung, wobei jede Einwegkupplung 145 einen ersten Antriebsring 145a und einen zweiten Antriebsring 145b umfasst, die jeweils koaxial angeordnet und zwischen einem gegenseitig arretierten und voneinander gelösten Zustand umschaltbar sind, wobei von den beiden Einwegkupplungen 145 jeweils der erste Antriebsring 145a mit dem ersten Zahnrad 144 verzahnt ist und die zweiten Antriebsringe 145b der beiden Einwegkupplungen 145 miteinander verzahnt sind und wobei einer der beiden zweiten Antriebsringe 145b als Ausgangsende des Antriebsteils C dient.
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Dabei kann die Einwegkupplung 145 eine Rollen-Einwegkupplung oder eine Keil-Einwegkupplung sein. Wie in 7 am Beispiel einer Rollen-Einwegkupplung gezeigt, sind in jeder Einwegkupplung 145 der erste Antriebsring 145a und der zweite Antriebsring 145b in axialer Richtung mit einem Zwischenraum angeordnet und zwischen beiden ist koaxial außerdem eine Welle 145c angeordnet, wobei die Welle 145c fest mit einem der Antriebsringe verbunden ist, zwischen der Welle und dem anderen Antriebsring Rollen 145d angeordnet sind und durch die Bewegung der Rollen 145d eine Einweg-Kupplungsfunktion realisiert wird.
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Wie in 7 gezeigt, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Welle 145c mit dem zweiten Antriebsring 145b fest verbunden und an der Innenumfangsfläche des ersten Antriebsrings 145a ist eine Einwegkupplungsnut 145e angeordnet, wobei entlang der Umfangsrichtung die radialen Abmessungen der Einwegkupplungsnut 145e allmählich kleiner werden und die Rollen 145d über Federn mit den Enden der Einwegkupplungsnut 145e mit den größeren radialen Abmessungen verbunden sind. Dabei sind in radialer Richtung des ersten Antriebsrings 145a die radialen Abmessungen der Einwegkupplungsnut 145 an den Enden mit den größeren radialen Abmessungen größer als der Durchmesser der Rollen 145d und an den anderen Enden kleiner als der Durchmesser der Rollen 145d.
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Dabei werden bei einer der Einwegkupplungen 145, die als Beispiel dient, die radialen Abmessungen von deren Einwegkupplungsnut 145e im Uhrzeigersinn allmählich kleiner. Wie in 6 in Verbindung mit 7 gezeigt, wird bei einer Rotation der Exzenterscheibe 141 im Uhrzeigersinn (R1-Richtung in 6) das erste Zahnrad 144 so angetrieben, dass es im Uhrzeigersinn rotiert, womit der erste Antriebsring 145a entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert. Nun rotieren, wie in 7 gezeigt, die Rollen 145d gegenüber dem ersten Antriebsring 145a im Uhrzeigersinn und verlassen gleichzeitig die Enden der Einwegkupplungsnut 145e mit den größeren radialen Abmessungen, die Rollen 145d kommen mit der Außenumfangsfläche der Welle 145c in Kontakt und die Federn werden ausgestreckt. Mit der weiteren Rotation des ersten Antriebsrings 145a bewegen sich die Rollen 145d weiter in Richtung auf die Enden mit den kleineren radialen Abmessungen zu, der Kontaktdruck zwischen den Rollen 145d und der Welle 145c wird allmählich größer und wenn der Kontaktdruck sich bis auf einen bestimmten Wert vergrößert hat, werden der erste Antriebsring 145a und die Welle 145c gegenseitig arretiert und nun befinden sich der erste Antriebsring 145a und der zweite Antriebsring 145b im gegenseitig arretierten Zustand. Der erste Antriebsring 145a und der zweite Antriebsring 145b können sich nicht mehr gegeneinander drehen und zwischen beiden wird ein Drehmoment übertragen.
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Bei einer Rotation der Exzenterscheibe 141 entgegen dem Uhrzeigersinn (R2-Richtung in 6) wird das erste Zahnrad 144 so angetrieben, dass es entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert, womit der erste Antriebsring 145a im Uhrzeigersinn rotiert. Nun rotieren, wie in 7 gezeigt, die Rollen 145d gegenüber dem ersten Antriebsring 145a entgegen dem Uhrzeigersinn und bewegen sich gleichzeitig in die Enden der Einwegkupplungsnut 145e mit den größeren radialen Abmessungen hinein, sodass die Rollen 145d mit der Außenumfangsfläche der Welle 145c nicht mehr in Kontakt kommen, die Federn komprimiert werden und sich die Rollen 145d und die Welle 145c im voneinander gelösten Zustand befinden und sich nun der erste Antriebsring 145a und der zweite Antriebsring 145b im voneinander gelösten Zustand befinden. Der erste Antriebsring 145a und der zweite Antriebsring 145b können sich frei gegeneinander drehen und zwischen beiden wird kein Drehmoment übertragen.
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Bei der anderen Einwegkupplung 145 werden die radialen Abmessungen von deren Einwegkupplungsnut 145e im Uhrzeigersinn allmählich kleiner. Gleichzeitig sind die Rollen 145d über Federn mit den Enden der Einwegkupplungsnut 145e mit den größeren radialen Abmessungen verbunden. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Kupplungsrichtung der beiden Einwegkupplungen entgegengesetzt ist.
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Dabei kann wegen der entgegengesetzten Kupplungsrichtung der beiden Einwegkupplungen 145, egal ob die Exzenterscheibe 141 im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert, immer gewährleistet werden, dass eine der Einwegkupplungen 145 ein Drehmoment überträgt und die andere Einwegkupplung 145 kein Drehmoment überträgt und somit die Rotation der Exzenterscheibe 141 auf die Eingangswelle des Generators übertragen wird, wobei gleichzeitig gewährleistet wird, dass die Rotationsrichtung der in den Generator führenden Eingangswelle gleich ist.
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Konkret ist, wie in 6 gezeigt, die Einwegkupplung 145 mit dem als Ausgangsende dienenden zweiten Antriebsring 145b als erste Einwegkupplung definiert und die andere Einwegkupplung als zweite Einwegkupplung definiert, mit der folgenden Annahme: wenn die Exzenterscheibe 141 im Uhrzeigersinn rotiert, ist die erste Einwegkupplung arretiert und die zweite Einwegkupplung gelöst; wenn die Exzenterscheibe 141 entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert, ist die erste Einwegkupplung gelöst und die zweite Einwegkupplung arretiert und somit folgt:
Wenn die Exzenterscheibe 141 im Uhrzeigersinn rotiert, wird das von der Exzenterscheibe 141 ausgegebene Drehmoment, nachdem es der Reihe nach den Außenring des Lagers 142, das erste Zahnrad 144 sowie den ersten Antriebsring 145a und den zweiten Antriebsring 145b der ersten Einwegkupplung passiert hat, vom zweiten Antriebsring 145b der ersten Einwegkupplung ausgegeben, wobei bei der Ausgabe des Drehmoments von der ersten Einwegkupplung die Rotationsrichtung des als Ausgangsende dienenden zweiten Antriebsrings 145b entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet ist;
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Wenn die Exzenterscheibe 141 entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert, wird das von der Exzenterscheibe 141 ausgegebene Drehmoment, nachdem es der Reihe nach den Außenring des Lagers 142, das erste Zahnrad 144, den ersten Antriebsring 145a und den zweiten Antriebsring 145b der zweiten Einwegkupplung sowie den zweiten Antriebsring 145b der ersten Einwegkupplung passiert hat, vom zweiten Antriebsring 145b der ersten Einwegkupplung ausgegeben, wobei bei der Ausgabe des Drehmoments von der ersten Einwegkupplung die Rotationsrichtung des als Ausgangsende dienenden zweiten Antriebsrings 145b ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet ist.
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Es kann aber auch die Kupplungsrichtung der beiden Einwegkupplungen 145 vertauscht werden. In diesem Fall ist die Richtung des ausgegebenen Drehmoments ungeachtet der Rotationsrichtung der Exzenterscheibe 141, nachdem deren Ausgangsdrehmoment die beiden Einwegkupplungen 145 passiert hat, immer im Uhrzeigersinn gerichtet.
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Daran lässt sich erkennen, dass ungeachtet der Rotationsrichtung der Exzenterscheibe 141, nachdem deren Ausgangsdrehmoment die beiden Einwegkupplungen 145 passiert hat, die Richtung des ausgegebenen Drehmoments immer unverändert bleibt. Deshalb kann immer gewährleistet werden, dass der Generator ungeachtet der Rotationsrichtung der Exzenterscheibe 141 in der Lage ist, ordnungsgemäß zu arbeiten und Strom zu erzeugen.
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In einem weiteren Schritt kann das Ausgangsende des Antriebsteils C direkt mit dem Ausgangsende des Generators koaxial verbunden oder über eine Antriebsverbindung mit einem Zahnrad verbunden sein.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst, wie in 6 gezeigt, das Energiegewinnungsmodul 140 außerdem ein zweites Zahnrad 146 und ein drittes Zahnrad 147, welche miteinander verzahnt sind, wobei das zweite Zahnrad 146 mit dem Ausgangsende des Antriebsteils C verzahnt ist und zwischen dem dritten Zahnrad 147 und dem Ausgangsende des Generators eine Antriebsverbindung besteht, beispielsweise über eine koaxiale Verbindung.
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Dabei ist der Durchmesser des zweiten Zahnrads 146 größer als der Durchmesser des dritten Zahnrads 147, um die Drehzahl am Ausgangsende des Antriebsteils C zu erhöhen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung wie oben beschrieben offengelegt wurde, ist sie doch nicht hierauf beschränkt. Ein beliebiger Fachmann des technischen Gebiets kann, ohne den Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, alle Arten von Modifikationen und Korrekturen durchführen und deshalb gilt als Schutzumfang der vorliegenden Erfindung der in den Patentansprüchen festgelegte Umfang.
