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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft Linearübertragungsvorrichtungen und insbesondere eine Linearübertragungsvorrichtung, die die umgebende Raumausgestaltung nicht beeinträchtigt.
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2. Stand der Technik
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Herkömmliche Linearübertragungsvorrichtungen (z. B. Kugelumlaufspindeln oder Linearschlitten) weisen in der Regel Sensoren an den bewegbaren Teilen (z. B. Muttern oder Schlitten) auf. Der Sensor wird verwendet, um die Temperatur, die Schwingung oder das Drehmoment des bewegbaren Elements während des Betriebs zu erfassen, so dass der Maschinenbediener es in Echtzeit überwachen kann, um die Genauigkeit der Verarbeitung oder Übertragung sicherzustellen.
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Die
DE 10 2020 100 869 A1 offenbart einen Linearantrieb mit elektronischer Baugruppe, einem Langachsteil, einem Verschiebeelement und einem Gehäuseteil mit einem Sockelteil, der an dem Langachsteil angebracht ist und ein Aufnahmeteil aufweist. Der Aufnahmeteil ist an dem Sockelteil angebracht ist hat eine zur Aufnahme der elektronischen Baugruppe dienende Aufnahmerille aufweist. Die
DE 10 2020 102 205 A1 offenbart einen Übertragungsmechanismus mit Überwachungsfunktion, der eine Welle, ein bewegliches Teil, eine Umwälzeinrichtung, mehrere Rollen und ein Überwachungsmodul umfasst. Das Überwachungsmodul umfasst eine Sammel- bzw. Erfassungs-Einrichtung und einen Sensor. Der Sensor ist zum Erfassen eines Metallgehalts des Schmiermittels in dem Sammel- bzw. Erfassungs-Kanal. Die
US 2007 / 0 251 329 A1 offenbart eine Anordnung zum Erkennen eines Lasttragfehlers mit einem primären Lasttragsystem. Das Lasttragsystem umfasst unter anderem einen Detektor, der eine Lasermessung, eine Ultraschallmessung oder einen linearen variablen Transformator oder einen elektrischen Kontakt umfassen kann, und Verschleiß oder einen tatsächlichen oder bevorstehenden Ausfall des primären Lasttragsystems erkennt. Die
JP 2003 - 11 038 A offenbart eine Linearverschiebungssystem mit einem Sensor, der in einem Detektorteil vorgesehen ist, um Schwingungen und Temperatur zur erfassen. Ein Steuerungsteil steuert einen Transmitter entsprechend einem Erfassungssignal, ein Funksignal an einen Empfänger zu senden, das Informationen enthält, ob der Sensor normal arbeitet. Die
DE 10 2018 102 098 A1 offenbart eine Sensoreinrichtung mit einem Sensorgehäuse und dem Sensor darin, einer Prozessoreinheit in einem Prozessorgehäuse, einer Verbindungseinheit, die mit Sensoreinheit und Prozessoreinheit elektrisch gekoppelt ist und einer Übertragungseinheit, die zwischen dem Prozessor und einer externen Vorrichtung elektrisch gekoppelt ist. Die
US 2009 / 0 071 278 A1 offenbart eine Kugelumlaufspindelvorrichtung mit Lagerelementen zwischen einer Kugelmutter und einer Spindelwelle, einer Bildvorrichtung, die in die Bohrung der Kugelmutter eingreift und auf die Spindelwelle gerichtet ist, jedoch von der Spindelwelle beabstandet ist, um ein Bild der Schraubenwelle aufzunehmen und eine Änderung des Innengewindes der Schraubenwelle anzuzeigen, damit Verschleiß früh genug zu erkennen. Das taiwanesische Patent TW I 701 101 B offenbart eine Linearübertragungsvorrichtungen, wobei der Flansch einer Mutter axial oder radial mit einer Anordnungsrille zum Einsetzen des eingebetteten Geräts versehen ist, und dass das Sensormodul in die Anordnungsrille eingesetzt ist und eine Signalverbindung mit dem eingebetteten Gerät aufweist. In den drei oben genannten Patentdokumenten ragt der Sensor jedoch aus der Mutter heraus, nachdem dieser eingerichtet wurde, was nicht nur die Ausgestaltung der um ihn herum vorliegenden Mechanismen leicht beeinträchtigt, sondern auch in dem Fall, in dem der Sensor aus der axialen Endfläche der Mutter herausragt, den Vortrieb der Mutter beeinträchtigt.
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Andererseits wird in der japanischen Patentveröffentlichung
JP S58 - 51 052 A offenbart, dass ein Temperatursensor schräg von einer Endfläche der Mutter in die Mutter eingesetzt wird, um die Temperaturänderung der Mutter während des Betriebs zu erfassen. Der erwähnte Temperatursensor ragt jedoch in den wirkenden Gewindeabschnitt (d. h. den Bereich, durch den die Kugeln laufen), wodurch die strukturelle Festigkeit der Mutter und sogar die Bewegung der Kugeln beeinträchtigt werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde unter den gegebenen Umständen gemacht. Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Linearübertragungsvorrichtung bereitzustellen, wobei die Art und Weise, mit der der Sensor eingesetzt ist, die Ausgestaltung des umgebenden Raums und die Bewegung der Kugeln nicht beeinträchtigt.
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Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, umfasst die Linearübertragungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Schraubenwelle, ein bewegbares Element, ein Rücklaufelement, mehrere Kugeln und einen Sensor. Die Schraubenwelle weist an einer äußeren Umfangsfläche ein Außengewinde auf. Das bewegbare Element weist ein Schraubenloch auf. Das bewegbare Element ist eine Mutter und auf der Schraube mit dem Schraubenloch axial bewegbar gelagert. Das Schraubenloch weist an seiner Innenwand ein Innengewinde auf. Das Innengewinde des bewegbaren Elements und das Außengewinde der Schraubenwelle bilden einen Lastpfad. Das Innengewinde umfasst einen unwirksamen Gewindeabschnitt, durch den keine Kugeln laufen. Das bewegbare Element umfasst ferner an einem Ende eine Aufnahmerille. Die Aufnahmerille liegt neben dem unwirksamen Gewindeabschnitt des Innengewindes, steht mit dem unwirksamen Gewindeabschnitt des Innengewindes in Verbindung und ist von einer Endfläche der Mutter entlang einer axialen Richtung oder radialen Richtung des Schraubenlochs ausgespart. Das Rücklaufelement ist in das bewegbare Element eingesetzt und umfasst einen Rücklaufpfad. Der Rücklaufpfad ist mit dem Lastpfad verbunden, um einen Umlaufpfad für den Lauf der Kugeln auszubilden. Der Sensor wird in die Aufnahmerille des bewegbaren Elements eingesetzt, um die Temperatur, die Schwingung oder das Drehmoment des bewegbaren Elements während des Betriebs zu erfassen. Der Abstand zwischen dem Punkt, der am weitesten von der Mitte des Schraubenlochs entfernt ist, und der Mitte des Schraubenlochs ist ein Signalquellenradius. Es sei der Mittelpunkt des Schraubenlochs als Zentrum gewählt und ein Kreis mit der Längendifferenz zwischen dem Signalquellenradius und dem Radius des Schraubenlochs als Radius, um einen ringförmigen signalempfindlichen Bereich zu definieren. Der Sensor umfasst einen Schwingungssensorchip, der in dem signalempfindlichen Bereich angeordnet ist, so dass die genaueste Signalquelle erhalten und die genaueste Überwachung erzielt werden kann.
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Es ist aus dem Vorstehenden erkennbar, dass die Linearübertragungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung den Sensor in die Aufnahmerille einbettet, so dass der Sensor nicht aus dem bewegbaren Element herausragt, so dass er die Ausgestaltung des umgebenden Raums und den Vortrieb des bewegbaren Elements nicht beeinträchtigt und sogar die Größe des bewegbaren Elements zweckmäßig reduziert werden kann, um verschiedenen Nutzungsanforderungen gerecht zu werden. Da die Aufnahmerille mit dem unwirksamen Gewindeabschnitt verbunden ist und sich im unbelasteten Bereich befindet, wird der Sensor außerdem nach Abschluss der Montage die strukturelle Festigkeit des bewegbaren Elements und die Bewegung der Kugeln nicht beeinträchtigen.
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Vorzugsweise umfasst der Sensor ferner einen Temperaturerfassungschip, der an dem bewegbaren Element angebracht ist, und kann ein Zwischenstück aus elektrisch isolierendem Material oder wärmeleitendem Material dazwischen angeordnet werden, um Rauschen zu verhindern.
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Vorzugsweise wird der Sensor durch eine Abdeckplatte bedeckt, die in der Aufnahmerille vorgesehen ist, um zu verhindern, dass der Sensor durch Fremdkörper beeinträchtigt wird und die Messgenauigkeit beeinträchtigt.
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Vorzugsweise ist der Sensor mit einem Signaldraht verbunden. Der Signaldraht kann durch das bewegbare Element entlang der axialen Richtung des Schraubenlochs oder der radialen Richtung des Schraubenlochs verlaufen, um eine Verbindung mit einem Signalprozessor herzustellen. Der Signalprozessor kann auch mit einem Endgerätprozessor (z. B. einem Computer) verbunden sein.
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Vorzugsweise ist der Sensor an dem bewegbaren Teil z. B. durch Verwendung von Epoxidharz klebend befestigt.
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Der ausführliche Aufbau, die Merkmale, die Montage oder die Verwendung der erfindungsgemäßen Linearübertragungsvorrichtung werden in der ausführlichen Beschreibung der nachstehenden Ausführungsform beschrieben. Der Fachmann kann jedoch verstehen, dass diese ausführlichen Beschreibungen und spezifischen Ausführungsformen, die in der Ausführung der vorliegenden Erfindung aufgeführt sind, nur zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dienen und den Umfang der Patentanmeldung der vorliegenden Erfindung nicht beschränken sollen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist eine schräge Draufsicht auf eine Linearübertragungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine Teil-Explosionsansicht der Linearübertragungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 aus 1.
- 4 ist eine Querschnittsansicht des bewegbaren Elements, das von der Linearübertragungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird.
- 5 ist eine Endansicht der Linearübertragungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 6 ist ein Blockdiagramm der Linearübertragungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 7 ist eine schräge Draufsicht auf die Linearübertragungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wobei eine Schraube weggelassen wurde.
- 8 ist eine Teil-Explosionsansicht von 7.
- 9 ist eine Endansicht von 7.
- 10 ist eine schräge Draufsicht auf die Linearübertragungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wobei eine Schraube weggelassen wurde.
- 11 ist eine Teil-Explosionsansicht von 10.
- 12 ist eine Endansicht von 10.
- 13 ist eine schräge Draufsicht auf die Linearübertragungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wobei eine Schraube weggelassen wurde.
- 14 ist eine Teil-Explosionsansicht von 13.
- 15 ist eine Endansicht von 13.
- 16 ist eine schräge Draufsicht auf eine nicht beanspruchte Linearübertragungsvorrichtung.
- 17 ist eine Teil-Explosionsansicht der Linearübertragungsvorrichtung aus 16.
- 18 ist eine Endansicht des bewegbaren Elements der Linearübertragungsvorrichtung aus 16.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es sei hier zunächst erklärt, dass in der gesamten Beschreibung, einschließlich der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen und der Ansprüche im Bereich der
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Patentanmeldung, die Richtungsbezeichnungen, sich auf die Richtungen in den Zeichnungen beziehen. Zweitens stehen in den Ausführungsformen und Zeichnungen, die nachstehend erläutern werden, gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Elemente oder deren Aufbaumerkmale.
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Mit Verweis auf die 1 bis 6 umfasst die Linearübertragungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Schraubenwelle 20, ein bewegbares Element 30, zwei Rücklaufelemente 40, mehrere Kugeln 50 und einen Sensor 60.
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Die äußere Umfangsfläche der Schraubenwelle 20 weist ein Außengewinde 22 auf, das sich entlang ihrer axialen Richtung erstreckt.
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Das bewegbare Element 30 ist in dieser Ausführungsform eine Mutter, die einen Körper 31, einen Flansch 32, der mit einem Ende des Körpers 31 verbunden ist, und ein Schraubenloch 33 umfasst, das durch den Körper 31 und den Flansch 32 verläuft. Das bewegbare Element 30 ist auf der Schraubenwelle 20 mit dem Schraubenloch 33 gelagert und entlang der Achse der Schraubenwelle 20 bewegbar. Die Innenwand des Schraubenlochs 33 weist ein Innengewinde 34 auf. Das Innengewinde 34 des bewegbaren Elements 30 und das Außengewinde 22 der Schraube 20 bilden einen Lastpfad 52 (wie in 4 dargestellt). Darüber hinaus weist das Innengewinde 34, wie in 3 gezeigt, einen unwirksamen Gewindeabschnitt 35 (d. h. einen Bereich, durch den keine Kugel 50 läuft) auf. In dieser Ausführungsform ist das bewegbare Element 30 von einer dem Körper 31 gegenüberliegenden Endfläche des Flansches 32 entlang der axialen Richtung des Schraubenlochs 33 ausgespart, um eine Aufnahmerille 36 auszubilden, und liegt die Aufnahmerille 36 neben dem unwirksamen Gewindeabschnitt 35 des Innengewindes 34. Es sei erwähnt, dass die vorliegende Erfindung auch auf Ausführungen kleiner Muttern angewendet werden kann. Dabei weist dann das bewegbare Element 30 (Mutter) keinen Flansch auf, und wird die Aufnahmerille 36 durch Aussparung einer Endfläche der Mutter entlang der axialen Richtung oder radialen Richtung des Schraubenlochs 33 ausgebildet.
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Wie in 4 dargestellt, sind die beiden Rücklaufelemente 40 an den beiden Enden des bewegbaren Elements 30 vorgesehen, und weisen die beiden Rücklaufelemente 40 jeweils einen Rücklaufpfad 42 auf. Die beiden Rücklaufpfade 42 sind jeweils mit den beiden Enden des Lastpfades 52 verbunden, so dass die beiden Rücklaufpfade 42 und der Lastpfad 52 zusammen einen Umlaufpfad 54 für den Lauf der Kugeln 50 ausbilden.
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Der Sensor 60 wird in die Aufnahmerille 36 des bewegbaren Elements 30 eingesetzt und mit einem elektrisch isolierenden Klebstoff (z. B. Epoxidharz) an dem bewegbaren Element 30 befestigt. Der Sensor 60 ist zudem durch eine Abdeckplatte 63 bedeckt, die in der Aufnahmerille 36 angeordnet ist, um zu verhindern, dass der Sensor 60 durch Fremdkörper (z. B. Staub) gestört und die Erfassungsgenauigkeit beeinträchtigt wird. Wie in den 5 gezeigt, umfasst der Sensor 60 einen Temperaturerfassungschip 61, der an dem bewegbaren Element 30 angebracht ist, um die Temperaturänderung des bewegbaren Elements 30 während des Betriebs zu erfassen. Die Kontaktstelle zwischen dem Temperaturerfassungschip 61 und dem bewegbaren Element 30 kann zudem mit einem Zwischenstück (in den Zeichnungen nicht dargestellt) aus elektrisch isolierendem oder wärmeleitendem Material versehen sein, um Rauschen zu unterdrücken. Wie in 5 dargestellt, umfasst der Sensor 60 zudem einen Schwingungserfassungschip 62. Der Schwingungserfassungschip 62 befindet sich in einem ringförmigen signalempfindlichen Bereich M, um die Schwingung des bewegbaren Elements 30 während des Betriebs zu erfassen. Der signalempfindliche Bereich M nimmt den Mittelpunkt C des Schraubenlochs 33 als Zentrum und wird durch Zeichnen eines Kreises mit dem Mittelpunkt des Schraubenlochs 33 als Zentrum und der Längendifferenz zwischen einem Signalquellenradius R und dem Radius r des Schraubenlochs 33 als der Radius definiert. Der Signalquellenradius R ist der Abstand zwischen dem Punkt, der am weitesten von der Mitte C des Schraubenlochs 33 des Rücklaufelements 40 entfernt ist, und der Mitte C des Schraubenlochs 33. Diese Ausgestaltung kann genaueste Erfassungsergebnisse liefern. Wie in 1 und 2 dargestellt, ist der Sensor 60 mit einem Signaldraht 64 verbunden. In dieser Ausführungsform verläuft der Signaldraht 64 durch das bewegbare Element 30 entlang der axialen Richtung des Schraubenlochs 33 und ist mit einem Signalprozessor 65 verbunden. Der Signalprozessor 65 ist ferner mit einem Endgerätprozessor 66 (z. B. einem Computer) verbunden, um die Erfassungsergebnisse des Sensors 60 zu analysieren und eine Folgeüberwachung durchzuführen.
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Andererseits kann der Aufbau der vorliegenden Erfindung verschiedene Änderungen aufweisen. Mit Verweis auf 7 und 8, ist die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in etwa der gleiche Aufbau wie die vorstehend erwähnte erste Ausführungsform. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Aufnahmerille 36 von der Endfläche des Flansches 32 zurück zum Körper 31 entlang der axialen Richtung des Schraubenlochs 33 und vom Außenumfang des Flansches 32 entlang der radialen Richtung des Schraubenlochs 33 ausgespart ist. Der Sensor 60 befindet sich in der Aufnahmerille 36 und ist durch die Abdeckplatte 67 bedeckt. Die Größe der Abdeckplatte 67 muss auf die Größe der Aufnahmerille 36 abgestimmt sein, damit die Abdeckplatte 67 den Sensor 60 zuverlässig in der Aufnahmerille 36 fixieren kann. Es sei erwähnt, dass die vorliegende Erfindung auch auf Ausführungen kleiner Muttern angewendet werden kann. Dabei weist dann das bewegbare Element 30 (Mutter) keinen Flansch auf. Die Aufnahmerille 36 ist von einer Endfläche der Mutter entlang der axialen Richtung des Schraubenlochs 33 und vom Außenumfang der Mutter entlang der radialen Richtung des Schraubenlochs 33 ausgespart. Darüber hinaus verläuft der mit dem Sensor 60 verbundene Signaldraht 64 durch das bewegbare Element 30 entlang der radialen Richtung des Schraubenlochs 33, um an den Signalprozessor 65 angeschlossen zu werden. Wie in 9 gezeigt, ist in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Temperaturerfassungschip 61 des Sensors 60 auch an dem bewegbaren Element 30 angebracht, um die Temperaturänderung des bewegbaren Elements 30 während des Betriebs zu erfassen, und ist der Schwingungssensorchip 62 des Sensors 60 auch in dem ringförmigen signalempfindlichen Bereich M angeordnet, um die Schwingung des bewegbaren Elements 30 während des Betriebs genau zu erfassen.
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Mit Verweis auf 10 und 11 ist die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Aufbau etwa die gleiche wie die zweite Ausführungsform. Der Hauptunterschied ist, dass vier Rücklaufelemente 70 bei der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind. Die vier Rücklaufelemente 70 sind in den Körper 31 des bewegbaren Elements 30 eingebettet und sind in einer Spiralform entlang der axialen Richtung des Schraubenlochs 33 angeordnet, so dass die Kugeln 50 einen internen Umlauf ausbilden.
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Wie in 12 gezeigt, ist in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Schwingungserfassungschip 62 des Sensors 60 auch in dem ringförmigen signalempfindlichen Bereich M angeordnet, um die Schwingung des bewegbaren Elements 30 während des Betriebs genau zu erfassen.
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Mit Verweis auf 13 und 14 ist die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in etwa der gleiche Aufbau wie die vorstehend beschriebene dritte Ausführungsform. Der Hauptunterschied besteht darin, dass das in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehene Rücklaufelement 72 eine gekrümmte Rohrform aufweist und nur einmal vorliegt. Das Rücklaufelement 72 ragt aus dem Körper 31 des bewegbaren Elements 30 hervor, so dass sich die Kugeln 50 in einem externen Umlauftyp bewegen. Wie in 15 gezeigt, ist in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Schwingungserfassungschip 62 des Sensors 60 auch in dem ringförmigen signalempfindlichen Bereich M angeordnet, um die Schwingung des bewegbaren Elements 30 während des Betriebs genau zu erfassen. Mit Verweis auf die 16 und 17 unterscheidet sich das bewegbare Element 80 einer nicht beanspruchten Linearübertragungsvorrichtung von dem bewegbaren Element 30 der vorangehenden Ausführungsformen. Dabei ist das bewegbare Element 80 ein Gleitsockel mit einem Schraubenloch 81, wird die Aufnahmerille 82 durch Aussparen einer Endfläche des Gleitsockels entlang der axialen Richtung des Schraubenlochs 81 ausgebildet, und sind die beiden Endflächen des bewegbaren Elements 80 jeweils mit einer Abdeckplatte 83 versehen. Eine der Abdeckplatten 83 bedeckt die Aufnahmerille 82, um den Sensor 60 in der Aufnahmerille 82 zu halten. Bezüglich der Anzahl der Rücklaufelemente 84, so handelt es sich um eines, das an der Unterseite des bewegbaren Elements 80 angebracht ist. Wie in 17 dargestellt, führt der mit dem Sensor 60 verbundene Signaldraht 64 entlang der radialen Richtung des Schraubenlochs 81 nach oben und aus dem bewegbaren Element 80 heraus, um mit dem Signalprozessor 65 verbunden zu werden. Wie in 18 gezeigt, ist der Temperaturerfassungschip 61 des Sensors 60 auch an dem bewegbaren Element 80 angebracht, um die Temperaturänderung des bewegbaren Elements 80 während des Betriebs zu erfassen. Der Schwingungserfassungschip 62 des Sensors 60 ist auch in dem ringförmigen signalempfindlichen Bereich M angeordnet, um die Schwingung des bewegbaren Elements 80 während des Betriebs genau zu erfassen.
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Zusammenfassend ist bei der vorliegenden Erfindung der Sensor 60 in die Aufnahmerille 36 eingebettet, so dass der Sensor 60 nicht aus dem bewegbaren Element 30 herausragt und so die Ausgestaltung des umgebenden Raums und den Vortrieb des bewegbaren Elements 30 nicht beeinträchtigt. Sogar die Größe des bewegbaren Elements 30 kann entsprechend reduziert werden, um verschiedenen Nutzungsanforderungen zu entsprechen. Da die Aufnahmerille 36 mit dem unwirksamen Gewindeabschnitt 35 verbunden ist und sich im unbelasteten Bereich befindet, wird die Bewegung der Kugeln 50 nach der Montage des Sensors 60 nicht beeinträchtigt, und kann das bewegbare Element 30 oder 80 eine gute strukturelle Festigkeit erhalten.
