-
Hintergrund der Erfindung
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb, und insbesondere einen Kugelgewindetrieb, der eine Strömungsrate oder einen Druck einer Kühlflüssigkeit mittels eines an einem Dichtelement angebrachten Sensor erfassen kann.
-
2. Beschreibung des Standes der Technik
-
Schrauben sind in der Industrie herkömmliche mechanische Geräte. Im Allgemeinen erzeugt, wenn eine Schraube und darauf angesetzte Mutter arbeiten, die relativ Bewegung zwischen diesen viel Wärme. Infolgedessen gießen Nutzer gewöhnlich vorab Schmierfluid auf die Schraube, um die Reibung zwischen den Komponenten zu reduzieren, oder in der in der Mutter werden Strömungs-Leitungen vorgesehen, in denen Kühlflüssigkeit strömt, um die Wärme abzuleiten. Wenn jedoch die Menge der Kühlflüssigkeit nicht ausreichend ist, dann kann die erzeugte Wärme nicht rechtzeitig abgeleitet werden, und die Temperatur der Komponenten kann kontinuierlich steigen. Andererseits können, wenn die Menge der Kühlflüssigkeit zu groß ist, die Strömungsleitungen brechen und die verspritzte Flüssigkeit kann die anderen Komponenten, die trocken gehalten werden sollen, benetzen. Somit ist es wichtig, eine bestimmte momentane Strömungsrate der Kühlflüssigkeit sicherzustellen.
-
Um die erwähnte Aufgabe zu lösen, gibt es Ausgestaltungen mit einem in der Mutter vorgesehenen Sensor. So offenbart beispielsweise das Taiwanesische Patent mit der Veröffentlichungsnummer
TW 1572797 einen Kugelgewindetrieb mit zwei Muttern, der eine Vorlast-Erfassungsfunktion aufweist, indem ein ring-förmiger Kraft-Sensor an dem Bodenbereich einer ringförmigen, verformbaren Plattform vorgesehen ist. Es ist jedoch schwierig den ring-förmigen Kraft-Sensor oder die ring-förmige verformbare Plattform herzustellen. Die Herstellungskosten sind daher erhöht. Die
US 8336416 B2 offenbart eine Kugelumlaufspindelvorrichtung mit einer Kugelmutter, die eine Bohrung zur Aufnahme einer Schraubenspindel aufweist, und mehrere Längskanäle und Kammern zur Bildung eines zickzackförmigen Fluidströmungsdurchgangs in der Kugelmutter, sowie mehrere Ablenkelemente, die mit den Kammern der Kugelumlaufspindel in Eingriff stehen und jeweils eine Aussparung zur Verbindung benachbarter Kanäle miteinander aufweisen. Die Außenumfangsflächen der Ablenkelemente sind relativ zur Kugelmutter geneigt, um eine Ausdehnung der Ablenkelemente zu ermöglichen. Wenn die Ablenkelemente ausgedehnt werden, durchströmt ein Kühlmittel den zickzackförmigen Flüssigkeitsströmungskanal, um die Kugelmutter zu kühlen.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung liefert einen Kugelgewindetrieb, der eine momentane Strömungsrate oder einen momentanen Druck erfassen kann, wobei ein Sensor auf einem Dichtelement angeordnet ist. Der Sensor muss nicht aufwändig hergestellt werden und die industriellen Kosten können gesenkt werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der zum Erfassen von Kühlflüssigkeit angepasste Kugelgewindetrieb eine Schraube, eine Mutter, mehrere Dichtelemente, einen Sensor, eine Signalverarbeitungs-Einheit und eine Abdeckung. Die Mutter umfasst einen Hauptkörper und eine Endfläche, worin ein Durchgangsloch und eine Strömungsleitung auf dem Hauptkörper angeordnet sind. Die Mutter ist über ein Gewinde auf der Schraube über das Durchgangsloch angeordnet. Auf der Endfläche sind mehrere Öffnungen vorgesehen, und die Öffnungen stehen mit der Strömungsleitung in Verbindung. Die Dichtelemente sind in den mehreren Öffnungen vorgesehen. Der Sensor ist auf einem der Dichtelemente angeordnet, um den Druck der Kühlflüssigkeit zu erfassen und ein Ursprungs-/Ausgangs-Signal auszugeben. Das Dichtelement umfasst weiter einen vorstehenden Bereich, und der Sensor ist auf dem vorstehenden Bereich angeordnet. Die Signalverarbeitungs-Einheit ist mit dem Sensor elektrisch verbunden, um das das Ursprungs-/Ausgangs-Signal zu empfangen und das Ursprungs-/Ausgangs-Signal in ein digitales Signal umzuwandeln. Die Abdeckung ist auf dem Sensor angeordnet und an der Mutter fixiert.
-
Vorzugsweise beträgt ein orthogonal vorstehender Bereich des vorstehenden Bereichs auf der Abdeckung 60% bis 70% eines orthogonal vorstehenden Bereichs des Sensors auf der Abdeckung.
-
Der Kugelgewindetrieb umfasst vorzugsweise weiter eine Steuereinheit und eine Speichereinheit. Der Sensor, die Signalverarbeitungs-Einheit, die Steuereinheit und die Speichereinheit sind miteinander elektrisch verbunden. Die Signalverarbeitungs-Einheit gibt das digitale Signal zu der Steuereinheit ausgegeben, und die Speichereinheit speichert das digitale Signal.
-
Der Kugelgewindetrieb umfasst vorzugsweise weiter eine Anzeigeeinheit. Die Anzeigeeinheit ist mit der Steuereinheit elektrisch verbunden. Übersteigt eine Abweichung/ein Unterschied von/zwischen dem digitalen Signal und einem bestimmten Signal einen Grenzwert von ±20% des bestimmten Signals nicht, dann gibt die Anzeigeeinheit ein erstes Anzeigesignal aus. Liegt die Abweichung von dem 20% Grenzwert bis zu einem Grenzwert von 40% oder von dem -20% Grenzwert bis zu einem Grenzwert von -40% des bestimmten Signals, dann gibt die Anzeigeeinheit ein zweites Anzeigesignal aus. Übersteigt die Abweichung den ±40% Grenzwert des bestimmten Signals, dann gibt die Anzeigeeinheit ein drittes Anzeigesignal aus.
-
Der Sensor ist vorzugsweise ein piezoresistiver Sensor.
-
Die mehreren Dichtelemente sind vorzugsweise entlang einer Umfangsrichtung der Mutter symmetrisch angeordnet, und eine Oberfläche der Abdeckung ist mit der Endfläche koplanar.
-
Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann nach Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, die in den verschiedenen Figuren und Zeichnungen dargestellt ist, unzweifelhaft klar werden.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
- 1 ist eine Perspektivansicht eines Kugelgewindetriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine Explosionsansicht von Teil-Komponenten des Kugelgewindetriebs in 1;
- 3 ist eine Perspektivansicht eines Dichtelements in 2;
- 4 ist eine Seitenansicht des Dichtelements in 3;
- 5 ist eine Querschnittsansicht des Kugelgewindetriebs entlang eines Querschnitts A-A in 2;
- 6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs B in 5;
- 7 ist eine Blockansicht elektrischer Komponenten des Kugelgewindetriebs in 1;und
- 8 zeigt einen Ablauf eines Verfahrens, mit dem der Kugelgewindetrieb in 7 Kühlflüssigkeits-Durchtritt erfasst.
-
Ausführliche Beschreibung
-
Die vorstehenden und andere technische Merkmale, Eigenschaften und Funktionen werden in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen klar dargestellt. Es ist anzumerken, dass die folgenden Richtungs-Ausdrücke, wie hoch, runter, links, rechts, vorne, hinten lediglich zum Verständnis der Zeichnungen gegeben werden. Die verwendeten Richtungs-Ausdrücke sind daher erläuternd und nicht zur Beschränkung der vorliegenden Erfindung gedacht. Darüber hinaus werden identische oder ähnliche Bezugszeichen dazu verwendet identische Komponenten oder ähnliche Komponenten in den folgenden Ausführungsformen zu bezeichnen.
-
1 ist eine Perspektivansicht eines Kugelgewindetrieb 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Explosionsansicht von Teil-Komponenten des Kugelgewindetriebs 10 in 1. In 1 und 2 umfasst der Kugelgewindetrieb 10 in der Ausführungsform eine Schraube 100, eine Mutter 200, mehrere Dichtelemente 300, einen Sensor 400 und eine Abdeckung 500. Die Mutter 200 umfasst einen Hauptkörper 210 und eine Endfläche 220. Ein Durchgangsloch H und eine Strömungsleitung sind auf dem Hauptkörper 210 vorgesehen. Auf der Endfläche 220 sind mehrere Öffnungen O vorgesehen, und die Öffnungen O stehen mit der Strömungsleitung in Verbindung. Die Dichtelemente 300 sind in den Öffnungen O vorgesehen. Der Sensor 400 ist auf einem der Dichtelemente 300 vorgesehen, und die Abdeckung 500 ist auf dem Sensor 400 vorgesehen und an der Mutter 200 befestigt.
-
Die Mutter 200 ist insbesondere über ein Gewinde auf der Schraube 100 über das Durchgangsloch H angeordnet. Da die Gewinde in dem Durchgangsloch H angeordnet sind, kann sich die Mutter 200 relativ zu der Schraube 100 über die Gewinde in dem Durchgangsloch H bewegen. Während der relativen Bewegung wird viel Wärme erzeugt, so dass Kühlflüssigkeit in die Strömungsleitung der Mutter 200 überführt wird, um die Temperatur der Mutter 200 zu senken. Da die Öffnungen O mit der Strömungsleitung in Verbindung stehen, und die Dichtelemente 300 in den Öffnungen O vorgesehen sind, wird der gemäß dem Strom der Kühlflüssigkeit erzeugte Druck direkt auf die Dichtelemente 300 wirken. Wie in 2 gezeigt sind die Formen der Dichtelemente 300 entsprechend denen der Öffnungen O. Darüber hinaus ist ein Dichtring 350 auf dem Dichtelement 300 vorgesehen, um das Dichtelement 300 mit der Öffnung O besser zu kombinieren, so dass ein Austreten der Kühlflüssigkeit durch unvollständiges Abdichten mit den Dichtelementen 300 verhindert wird. Um einen Strom der Kühlflüssigkeit zu erfassen wird nach Anordnen der Dichtelemente 300 der Sensor 400 auf einem der Dichtelemente 300 angeordnet, um den durch die Kühlflüssigkeit auf das Dichtelement 300 ausgeübten Druck zu erfassen. Nach Anordnung des Sensors 400, wird die Abdeckung 500 auf dem Sensor 400 angeordnet und an der Mutter 200 über Schraubelemente, wie Bolzen, befestigt.
-
Wie in 2 gezeigt ist anzumerken, dass die Dichtelemente 300 in der Ausführungsform entlang einer Umfangsrichtung der Mutter 200 symmetrisch angeordnet sind. Die Anordnung kann eine Änderung des Drucks der Kühlflüssigkeit durch verschiedene Dichten aufgrund unterschiedlicher Dichtpositionen reduzieren.
-
3 ist eine Perspektivansicht des Dichtelements 300 in 2. 4 ist eine Seitenansicht des Dichtelements 300 in 3. In 3 und 4 weist in der Ausführungsform jedes der Dichtelemente 300 einen Abdeck-Bereich 320, einen Verbindungsbereich 330 und einen Abdichtbereich 340 auf. Der Verbindungsbereich 330 verbindet den Abdeck-Bereich 320 und den Abdichtbereich 340, und das Dichtelement 300 ist in der Öffnung O vorgesehen, wobei der Abdichtbereich 340 auf die Öffnung O zeigt. Sind die Dichtelemente 300 in den Öffnungen O vorgesehen, dann sind die Dichtringe 350 zwischen dem Abdeck-Bereich 320 und dem Abdicht-Bereich 340 vorgesehen. Dabei ist eine Abmessung des Verbindungs-Bereich 330 etwas kleiner bemessen als die Abmessungen des Abdeck-Bereichs 320 und des Abdicht-Bereichs 340, so dass der Dichtring 350, der auf dem Verbindungs-Bereich 330 zwischen dem Abdeck-Bereich 320 und dem Abdicht-Bereich 340 vorgesehen ist, nicht vom den Dichtelement 300 rutschen kann. In anderen Worten ist nach Anordnung des Dichtelements 300, ein orthogonal vorstehender Bereich des Verbindungs-Bereichs 330 auf der Abdeckung 500 kleiner als ein orthogonal vorstehender Bereich des Abdeck-Bereichs 320 und ein orthogonal vorstehender Bereich des Abdicht-Bereichs 340 auf der Abdeckung 500.
-
Wie in 4 gezeigt ist anzumerken, dass eine äußere Umfangsoberfläche des Abdicht-Bereichs 340 als eine konische Oberfläche ausgestaltet. Wenn daher die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit ansteigt, dann können die Dichtelemente 300 dicht an den Wänden der Öffnungen O anliegen und liefern eine verbesserte Dichtigkeit. Die Details werden nachstehend erläutert.
-
In der Ausführungsform, ist der Sensor 400 ein piezoresistiver Sensor, der den Druck des Dichtelements 300 erfassen kann, und der ein entsprechendes elektrisch Widerstands-Signal erzeugt. Um die Übertragung des auf das Dichtelement 300 ausgeübten Drucks von der Kühlflüssigkeit zu dem Sensor 400 wirksamer zu machen, umfasst in der Ausführungsform das Dichtelement 300 mit dem Sensor 400 weiter einen vorstehenden Bereich 310, und der Sensor 400 ist auf dem vorstehenden Bereich 310 angeordnet. Basierend auf experimentellen Ergebnissen wird, wenn eine Abmessung des vorstehenden Bereichs 310 als 60% bis 70% einer Abmessung des Sensor 400 ausgestaltet ist, einem wirksamen Erfassungs-Bereich des Sensors 400 und der Sensitivität und Präzision des Erfassungs-Anstiegs Genüge getan. Infolgedessen ist nach Anordnung des Dichtelements 300 und des Sensors 400, ein orthogonal vorstehender Bereich des vorstehenden Bereichs 310 auf der Abdeckung 500 60% bis 70% eines orthogonal vorstehenden Bereichs des Sensors 400 auf der Abdeckung 500. Durch Anordnung kann ein verbessertes Erfassungs- Ergebnis bezüglich des Kontakts des Sensors 400 durch eine gesamte Oberfläche des Abdeck-Bereichs 320 erreicht werden.
-
Um die Anordnung des Dichtelements 300 und des Sensors 400 deutlicher zu erläutern, wird Bezug genommen auf die 5 und 6. 5 ist eine Querschnittsansicht des Kugelgewindetriebs 10 entlang eines Querschnittsbereichs A-A in 2. 6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs B in 5. Wie in 5 und 6 gezeigt, steht die Strömungsleitung C mit der Öffnung O in Verbindung. Das Dichtelement 300 und der Sensor 400 sind in der Öffnung O vorgesehen, und der Sensor 400 ist zwischen dem vorstehenden Bereich 310 und der Abdeckung 500 vorgesehen. Wenn somit die Kühlflüssigkeit strömt und den auf das Dichtelement 300 ausgeübten Druck erzeugt, ist der Sensor 400 in der Lage, da die Größe des vorstehenden Bereichs 310 dem des wirksamen Erfassungsbereichs des Sensors 400 entspricht, den Druck der Flüssigkeit und eine kleine Änderung der Strömungsgeschwindigkeit sofort zu erfassen. Darüber hinaus ist, da der Sensor 400 ein piezoresistiver Sensor ist und sich einfach mit dem Dichtelement 300 stapelt, keine komplizierte Herstellung des Sensors 400 erforderlich. Somit können Zeit und Kosten während der Massenproduktion in der Industrie eingespart werden.
-
Es ist anzumerken, dass, da die äußere Umfangsfläche des Abdicht-Bereichs 340 als eine konische Oberfläche ausgestaltet ist, wenn die Dichtelemente 300 in den Öffnungen O vorgesehen sind, ein Abstand R zwischen dem Abdicht-Bereich 340 und der Wand W der entsprechenden Öffnung O ist, wobei der Umfang des Abstands R allmählich entlang einer Richtung von dem Abdicht-Bereich 340 zu dem Abdeck-Bereich 320 abnimmt. Somit wird sich, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit erhöht wird, ein Teil des Abdicht-Bereichs 340 nahe des Verbindungs-Bereichs 330 nach außen ausdehnen, um einen KontaktBereich zwischen der äußeren Umfangsfläche des Abdicht-Bereichs 340 und der Wand W zu vergrößern, um tatsächlich eine Auslaufsicherheit zu erreichen.
-
Andererseits ist, wie in 6 gezeigt, nach Anordnung jeder Komponente, die Oberfläche 510 der Abdeckung 500 koplanar mit der Endfläche 220. Somit wird die Ebenheit der Gesamt-Erscheinung des Kugelgewindetriebs 10 gesteigert, und Auswirkungen der Komponenten untereinander werden verhindert.
-
7 ist eine Blockansicht elektrischer Komponenten des Kugelgewindetriebs 10 in 1. 8 ist eine Strömungs-Karte von Verfahren des Kugelgewindetriebs 10 in 7, bei der Kühlflüssigkeits-Durchtritt erfasst wird. In den 7 und 8 umfasst der Kugelgewindetrieb 10 in der Ausführungsform neben den vorstehend aufgeführten Komponenten weiter eine Signalverarbeitungs-Einheit 600, eine Steuereinheit 700, eine Speichereinheit 800 und eine Anzeigeeinheit 900. Der Sensor 400, die Signalverarbeitungs-Einheit 600, die Steuereinheit 700 und die Speichereinheit 800 sind miteinander elektrisch verbunden, und die Anzeigeeinheit 900 ist mit der Steuereinheit 700 elektrisch verbunden. Wird der Kugelgewindetrieb 10 aktiviert (Schritt S01), dann strömt die Kühlflüssigkeit in die Strömungsleitung C und erzeugt entsprechenden Druck (Schritt S02). Zu diesem Zeitpunkt erfasst der Sensor 400 den Druck und gibt ein Ursprungs-/Ausgangs-Signal an die Signalverarbeitungs- Einheit 600 aus (Schritt S03). In der Ausführungsform umfasst die Signalverarbeitungs- Einheit 600 einen Signalverstärker und einen Analog-zu-Digital Konverter, die in der Lage sind, das durch den Sensor 400 erfasste Ursprungs-/Ausgangs-Signal zu verstärken, das Ursprungs-Signal zu sampeln und in ein digitales Signal umzuwandeln, um den Signalverarbeitungsverfahren zu folgen. Nach Erhalt des Ursprungs-Signals durch die Signalverarbeitungs- Einheit 600 und nachdem Verarbeitung und Umwandlung vervollständigt sind, gibt die Signalverarbeitungs-Einheit 600 das verarbeitete digitale Signal an die Steuereinheit 700 aus (Schritt S04). Zu diesem Zeitpunkt speichert die Speichereinheit 800 das digitale Signal (Schritt S05), um eine vollständigere Verfolgung des Drucks oder des Stroms der Kühlflüssigkeit auszuführen.
-
Um die Nutzer rechtzeitig darüber zu informieren, wenn eine Änderung beim Strom der Kühlflüssigkeit auftritt, bestimmt die Anzeigeeinheit 900 in der Ausführungsform einen Anzeigesignal-Typ, der gemäß einem Verhältnis zwischen einem durch das System vorab bestimmten Signal SP und einem Unterschied zwischen dem digitalen Signal und dem bestimmten Signal SP (Schritt S06) ausgegeben wird. Übersteigt die Abweichung/der Unterschied zwischen dem digitalen Signal und dem bestimmten Signal SP einen Grenzwert von ±20% des bestimmten Signal SP nicht, d.h., ein absoluter Wert der Abweichung beträgt weniger als 20% der Größenordnung des bestimmten Signals SP, dann bedeutet dies, dass der Strom und der entsprechende Druck der Kühlflüssigkeit im Normalbereich sind. Dann steuert die Steuereinheit 700 die Anzeigeeinheit 900, um ein erstes Anzeigesignal (Schritt S07) auszugeben, so dass dem Nutzer ein grünes Licht anzeigt, dass der gegenwärtige Strom der Kühlflüssigkeit in einem Normal-Zustand ist. Liegt die Abweichung zwischen dem digitalen Signal und dem bestimmten Signal SP von dem 20% Grenzwert bis zu einem Grenzwert von 40% oder von dem -20% Grenzwert bis zu einem Grenzwert von -40% des bestimmten Signals SP, d.h., der absolute Wert der Abweichung ist in einer Größenordnung von 20% bis 40% des bestimmten Signals Sp, dann bedeutet dies, dass ein Risiko besteht, dass der Strom und der entsprechende Druck der Kühlflüssigkeit zu hoch oder zu klein ist. Dann steuert die Steuereinheit 700 die Anzeigeeinheit 900, ein zweites Anzeigesignal (Schritt S08) auszugeben, wie ein gelbes Licht, um dem Nutzer anzuzeigen, dass der gegenwärtige Strom der Kühlflüssigkeit überwacht werden sollte. Übersteigt die Abweichung zwischen dem digitalen Signal und dem bestimmten Signal SP den ±40% Grenzwert des bestimmten Signals SP d.h. der absolute Wert der Abweichung ist größer als 40% des bestimmten Signals SP dann bedeutet dies, dass ein Fehler beim Strom und dem entsprechenden Druck der Kühlflüssigkeit auftritt. Dann steuert die Steuereinheit 700 die Anzeigeeinheit 900, ein drittes Anzeigesignal (Schritt S09) auszugeben, wie ein rotes Licht, um dem Nutzer anzuzeigen, dass der gegenwärtige Strom der Kühlflüssigkeit gefährlich ist und geregelt oder sofort runtergefahren werden sollte.
-
Zusammengefasst kann der Kugelgewindetrieb 10 der vorliegenden Erfindung den Strom und den entsprechenden Druck der Kühlflüssigkeit in der Strömungsleitung durch Anordnen des Sensors 400 auf dem Dichtelement 300 sofort erfassen, und das Ursprungs-Signal zu dem digitalen Signal zur einfacheren Verarbeitung umwandeln. Darüber hinaus kann, da der Sensor 400, das Dichtelement 300 und die Abdeckung 500 einfach stapeln, der Sensor 400 unter einem einfachen und sensitiven Sensor gewählt werden, wie einem piezoelektrischen Sensor oder einem piezoresistiven Sensor, um die Herstellungskosten zu senken und die Erfassungs- Präzision zu steigern.
-
Der Fachmann wird leicht erkennen, dass zahlreiche Modifikationen und Veränderungen an dem Gerät und dem Verfahren vorgenommen werden können, ohne von der Lehre der Erfindung abzuweichen. Die vorstehende Offenbarung sollte daher so aufgefasst werden, dass diese nur durch den Umfang und den Bereich der anliegenden Ansprüche beschränkt sind.
