DE10353579B4

DE10353579B4 - Mutter und Linearantrieb

Info

Publication number: DE10353579B4
Application number: DE2003153579
Authority: DE
Inventors: Konstantin Wolf; Olaf Simon; Steffen Quadt
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2023-11-15
Also published as: DE10353579A1

Abstract

Mutter,
wobei die Mutter eine Innengewindebohrung für eine Spindel aufweist zur Bildung eines Trapezgewindetriebs,
wobei die Mutter an ihrer Außenseite in mindestens einem axialen Bereich als verdrehsichere axiale Führung in einem weiteren Teil 7 vorgesehen ist,
wobei die Mutter aus Kunststoff, Bronze, einer Bronzelegierung und/oder einer Kupferlegierung vorgesehen ist und zur Paarung mit weiteren Komponenten aus Stahl vorsehbar ist,
wobei die Mutter Bohrungen oder Ausnehmungen zur Schmiermittelzufuhr für den Trapez-Verzahnungsbereich aufweist,
wobei zwischen weiterem Teil 7 und der Mutter mindestens ein Gleitlagerstreifen vorgesehen ist
oder wobei die Spindel und das weitere Teil 7 aus demselben Material gefertigt sind und zwischen weiterem Teil 7 und der Mutter eine Abdichtung vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mutter und einen Linearantrieb.

Aus dem Katalog der Firma GROB ,Spindeln Lohnarbeit' sind Kugelrollspindeln und Trapezgewindetriebe bekannt. Diese sind aus Stahl ausgeführt. Nachteilig ist dabei, dass diese Produkte aufwendig zu fertigen und kostspielig sind.

In den älteren deutschen Patentanmeldungen gemäß den nachveröffentlichten DE 102 35 078 A1 und DE 102 54 081 B3 sind Spindelmotoren beschrieben, die allerdings mit integrierter Spindel speziell zu fertigende Motoren darstellen und insbesondere einen aufwendige Hohlwellenrotor benötigen.

Aus der Seite www.ina.de sind als Gleitlager Gleitlagerstreifen PAS bekannt, die zur Verminderung von Gleitreibung dienen und sehr flach und kompakt aufgebaut sind.

Aus der DE 195 43 664 A1 ein Spindeltrieb bekannt, der aber keine Schmierstoffbohrungen aufweist. Die Mutter ist innerhalb eines Gehäuses angeordnet und wird von Kolbestangen verdrehsicher axial geführt. Nachteilig ist dabei, dass hohe Kräfte bei der verdrehsicheren Führung entstehen, da diese auf kleinem Durchmesser angeordnet sind, also innerhalb der Mutter. Außerdem ist die Schmierung nicht gut und somit die Standzeit gering. Darüber hinaus ist auch der Austausch des Verschleißteils Mutter kompliziert und aufwendig.

Aus aus dem einleitenden Beschreibungsteil der der DE 40 02 151 A1 ist bekannt, Bronze bei Muttern zu verwenden. Nachteilig ist dabei, dass wiederum keine Schmierungsbohrungen vorliegen.

Aus der DE 37 31 281 A1 ist eine Druckgas-geschmierte Vorrichtung bekannt. Nachteilig ist dabei, dass Kompressoren notwendig sind und somit die Druckluft-Schmierung aufwendig und kostspielig ist. Nachteilig ist aber auch, dass der Schmierstoff an die Umgebung austritt und dass keine Berührung vorliegt zwischen Mutter und einem weiteren Teil.

Aus der DE 87 09 223 U1 ein Abschlussdeckel bekannt bei einer Linearantriebseinheit. Außerdem ist dort die Mutter innerhalb eines Gehäuses angeordnet und weist ein Außengewinde auf und ist an der Innenseite verdrehgesichert. Nachteilig ist dabei, dass die Schmierung nicht gut ist und somit die Standzeit gering. Darüber hinaus ist der Austausch der Mutter nur schwer und aufwendig ausführbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mutter für einen Linearantrieb und einen Linearantrieb zu schaffen, die einfach zu fertigen und kostengünstig sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Mutter nach den in Anspruch 1 und bei dem Linearantrieb nach den in Anspruch 2 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wesentliche Merkmale der Erfindung bei der Mutter sind, dass die Mutter eine Innengewindebohrung für eine Spindel aufweist zur Bildung eines Trapezgewindetriebs,
wobei die Mutter an ihrer Außenseite in mindestens einem axialen Bereich als verdrehsichere axiale Führung in einem weiteren Teil ausgebildet ist,
wobei die Mutter aus Bronze oder einer Bronzelegierung vorgesehen ist und zur Paarung mit weiteren Komponenten aus Stahl vorsehbar ist.

Von Vorteil ist dabei, dass die Mutter in einer Vorrichtung eingebaut ist und die genannten Funktionen der axialen Führung und der Drehmomentenstütze integriert aufweist. Wesentlicher weiterer Vorteil ist, dass die Vorrichtung mit Stahlteilen ausführbar ist, die gepaart sind mit der weicheren Bronze. Die Vorrichtung umfasst relativ zueinander bewegliche Teile. Ein wesentlicher erfinderische Gedanke und ein wesentliches Merkmal ist nun, dass die nicht-verschleißenden oder nur wenig verschleißenden Teile und die Verschleißteile der Vorrichtung derart ausgeführt sind, dass die Mutter die Verschleißfunktion auf sich nimmt und dann derart konstruktiv angeordnet wird, dass sie leicht und schnell austauschbar ist.

Durch Verwendung des Trapezgewindes ist einerseits eine kostengünstige Art von Vorrichtung geschaffen und andererseits der physikalisch unabwendbare Verschleiß auf die Mutter konzentriert. Diese aber ist leicht herausschraubbar und somit leicht austauschbar anordenbar. Außerdem ist sie aus weicher Bronze oder einer Bronzelegierung vorgesehen. Somit ist sie kostengünstig und einfach fertigbar und führt zu geringen Reibwerten, wenn sie mit Stahl gepaart ist. Somit umfasst sie vorteiligerweise gleichzeitig in einem Teil die Funktion des Verschleißteiles, die Funktion des Führungsteiles für die lineare axiale Bewegung und die Funktion der Drehmomentensicherung oder Verdrehsicherung.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Mutter Bohrungen oder Ausnehmungen zur Schmiermittelzufuhr für den Trapez-Verzahnungsbereich auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Schmierung verbessert ist und durch extern angebrachte Vorratsbehälter verbesserbar ist, insbesondere für eine lange Standzeit vorsehbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Spindel und der A-seitige Deckel aus demselben Material gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass die Mutter, also Kolbenmutter, zu beiden Seiten dieselbe Werkstoffpaarung aufweist und somit die Reibwerte wohl bekannt und niedrig sind.

Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Linearantrieb sind, dass er einen Stator und einen eine Rotorwelle umfassenden Rotor umfasst, der beidseitig gelagert ist und abtriebsseitig mit einer Spindel verbunden ist, die zur Bildung eines Trapeztriebs in einer Gewindebohrung einer erfindungsgemäßen Mutter vorgesehen ist.

Von Vorteil ist dabei, dass der Stator und der Rotor, insbesondere deren Wicklungen übernommen werden können von einer bestehenden Baureihe. Außerdem ist der Motor in einfacher Weise bei Wartungen öffenbar und verschließbar sowie mit einer Austausch-Mutter ausstattbar. Insbesondere ist der gesamte Linearantrieb derart ausgeführt, dass die verschleißfesten Teile im Motor angeordnet sind und der Verschleiß auf Verschleißteile konzentriert ist, die leicht austauschbar sind. Dies übernimmt die Mutter! Sie ist am A-seitigen Ende positioniert und kann leicht und schnell nach vorne herausgebracht werden mittels bloßen Dreh-Betriebs des Motors oder mittels Drehen von Hand. Die schnelle und einfache Austauschbarkeit erniedrigt die Betriebskosten. Die Wahl des Materials als Bronzematerial erniedrigt zudem auch die Fertigungskosten. Die Reibwerte sind zusätzlich gering, weil die Bronze mit Stahl gepaart wird. Ein Auseinanderbau des Linearantriebs zum Austausch der Verschleißteile ist nicht notwendig.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen die gehäusebildenden Teile des Linearantriebs vier Teile, insbesondere einen B-seitigen Deckel, ein Statorgehäuse, ein Spindelgehäuse und einen A-seitigen Deckel. Von Vorteil ist dabei, dass Teile der Baureihe von Elektromotoren, insbesondere Statorgehäuse, entnommen werden können und daher nur wenige zusätzliche Teile zur Bildung des Linearantriebs notwendig sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zum Austausch der Mutter ein bloßes Drehen der Rotorwelle des Motors – per Hand oder per Betrieb des Motors – notwendig und die Mutter somit mittels Schrauben entfernbar. Von Vorteil ist dabei, dass ein einfaches und schnelles Austauschen der Mutter ermöglicht ist und somit der kostengünstig hergestellte Linearantrieb auch kostengünstig gewartet werden kann. Außerdem ist kein Abschrauben eines weiteren Teiles notwendig, der Motor muss also nicht auseinandergenommen werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Spindel in die Rotorwelle einschraubbar. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige stabile Verbindung geschaffen ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am B-seitigen Deckel eine Bolzenbefestigung vorsehbar. Von Vorteil ist dabei, dass die Erfindung bei Schweißzangen-Roboter oder ähnlichen Vorrichtungen als Antrieb verwendbar ist, insbesondere zum Ersatz hydraulischer oder pneumatischer Antriebe.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist eine erfindungsgemäße Mutter und ein erfindungsgemäßer Linearantrieb gezeigt.
Der Linearantrieb umfasst einen B-seitigen Gehäusedeckel 1, ein daran passgenau anschließbares Statorgehäuse 2, und ein daran A-seitig anschließbares Spindelgehäuse 3. Das Spindelgehäuse 3 und der B-seitige Gehäusedeckel 1 umfassen einen Lagersitz für die Lager 4 zur Lagerung des Rotors 6. Stator 5 und Rotor 6 sind nach Art eines üblichen Elektromotors einfach und kostengünstig ausgeführt. Dabei ist die Ausführung als Asynchron- oder als Synchron oder als Reluktanzmotor ermöglicht. Somit können Stator und Rotor einer anderen Baureihe von Elektromotoren entnommen werden, wobei nur das A-seitige Spindelgehäuse und der B-seitige Deckel auszutauschen sind und die Rotorwelle A-seitig eine erfindungsgemäße Ausführungsform haben muss.
Der A-seitige Deckel 7 schließt das Gehäuse dicht ab und stellt zusammen mit dem Spindelgehäuse einen Schutz für die Spindel beziehungsweise den gesamten Spindeltrieb dar. Er ist mit Befestigungsschrauben 8 an das Spindelgehäuse 3 angeschlossen.
Die Spindel 10 ist aus Stahl ausgeführt und weist ein Trapezgewinde 11 auf. Die Kolbenmutter 9 umfasst ein entsprechendes Innen-Trapezgewinde und ist aus Bronze oder einer Bronze enthaltenden Legierung ausgeführt. Somit stellt sie ein Verschleißteil dar. Im Gegensatz zu Kugelrollspindeln ist der Verschleiß bei Verwendung von Trapezgewinde erhöht, die Fertigungskosten und Herstellkosten sind jedoch viel niedriger.
Die Spindel 10 ist in die Welle des Rotors 6 eingeschraubt. Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind auch andere Verbindungsarten, lösbare oder nicht-lösbare, insbesondere auch geklebte Ausführungen oder einstückige Ausführungen, vorteilhaft einsetzbar.
Die Kolbenmutter 9 ist durch Formgebung verdrehsicher gelagert im A-seitigen Deckel. Insbesondere ist sie an ihrem größten Außendurchmesser zylindrisch geformt, wobei dieser Zylinder eine Abflachung, also im Querschnitt eine Kreis-Sehne, aufweist. Vorteilhaft ist auch das Anbringen von weiteren Abflachungen. Somit ist die Kolbenmutter 9 mit zwei Funktionen, nämlich der Spindelmutter-Funktion und der Drehmomentensicherung durch Formgebung, ausgestattet. Bei Ausführung der Kolbenmuter 9 aus Bronze ist auf diese Weise ein Verschleißteil geschaffen, das einfach und kostengünstig zu fertigen ist und die Reibungswerte erniedrigt.
Das Austauschen der Kolbenmutter 9 nach Verschleiß ist besonders einfach ausführbar wegen des Aufbaus des gesamten Linearantriebs. Die Mutter muss nämlich nur herausbringbar werden – entweder per Drehen der Rotorwelle mittels Hand oder per Betreiben, also Drehen, des Motors. Das Drehen des Motors ist elektrisch steuerbar und es kann somit in einem zugeordneten Umrichter eine entsprechende Software-Wartungsfunktion vorgesehen werden, die das Austauschen der Mutter sozusagen auf Knopfdruck ermöglicht.
Vorteilhaft ist es, wenn die Kolbenmutter Bohrungen für Schmierstoff umfasst, die von einem am äußeren Umfang angebrachten Schmiernippel Schmierstoff zum Verzahnungsbereich, also zur Trapezverzahnung, führt.
In der 2 ist noch ein erfindungsgemäßes Bohrungsbild symbolisch gezeigt, das die Bohrungen 21 für Schmierstoff in der Kolbenmutter 9 zeigt. Die nicht mit einem Schmiernippel verbundenen Bohrungsöffnungen werden selbstverständlich verschlossen. Es sind auch gleichwirkende andere Bohrungsbilder vorteilig für die Erfindung verwendbar bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist es auch vorsehbar, sogenannte Gleitstreifen zwischen die Kolbenmutter und den A-seitigen Deckel 7 einzubringen. Somit werden die Reibwerte weiter verringerbar und die Lebensdauer erhöhbar.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist auch eine zusätzliche Abdichtung zwischen der Kolbenmutter und dem A-seitigen Deckel 7 vorsehbar. Dies kann durch ein O-Ring-ähnliches Teil vorgesehen werden, das allerdings der Außenform der Kolbenmutter nachgeformt ist. Dieses O-Ring-ähnliche Teil ist auch einlegbar in eine Nut des A-seitigen Deckels. Alternativ können auch eine oder mehrere Nuten in diesem vorgesehen werden und dort Dichtmaterial eingespritzt werden. Auf diese Weise sind kostengünstige Abdichtungen realisierbar. Weitere Alternative ist das Einsetzen eines Wellendichtringähnlichen Teils, das wiederum der Außenform der Kolbenmutter nachgeformt ist und eine oder mehrere Dichtlippen aufweist. Somit ist der Linearantrieb kostengünstig und in hoher Schutzart ausführbar.

1: B-seitiger Gehäusedeckel
2: Statorgehäuse
3: Spindelgehäuse
4: Lager
5: Stator
6: Rotor
7: A-seitiger Deckel
8: Befestigungsschrauben
9: Kolbenmutter
10: Spindel
11: Trapezgewinde

Claims

Mutter, wobei die Mutter eine Innengewindebohrung für eine Spindel aufweist zur Bildung eines Trapezgewindetriebs, wobei die Mutter an ihrer Außenseite in mindestens einem axialen Bereich als verdrehsichere axiale Führung in einem weiteren Teil 7 vorgesehen ist, wobei die Mutter aus Kunststoff, Bronze, einer Bronzelegierung und/oder einer Kupferlegierung vorgesehen ist und zur Paarung mit weiteren Komponenten aus Stahl vorsehbar ist, wobei die Mutter Bohrungen oder Ausnehmungen zur Schmiermittelzufuhr für den Trapez-Verzahnungsbereich aufweist, wobei zwischen weiterem Teil 7 und der Mutter mindestens ein Gleitlagerstreifen vorgesehen ist oder wobei die Spindel und das weitere Teil 7 aus demselben Material gefertigt sind und zwischen weiterem Teil 7 und der Mutter eine Abdichtung vorgesehen ist.
Linearantrieb, umfassend einen Stator und einen eine Rotorwelle umfassenden Rotor, der beidseitig gelagert ist und abtriebsseitig mit einer Spindel verbunden ist, die zur Bildung eines Trapeztriebs in einer Gewindebohrung einer Mutter vorgesehen ist, wobei die Mutter eine Innengewindebohrung für eine Spindel aufweist zur Bildung eines Trapezgewindetriebs, wobei die Mutter an ihrer Außenseite in mindestens einem axialen Bereich als verdrehsichere axiale Führung in einem weiteren Teil 7 vorgesehen ist, wobei die Mutter gehäusebildende Funktion aufweist, insbesondere A-seitig außen ist und somit leicht austauschbar angeordnet ist.
Linearantrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wobei die Mutter Bohrungen oder Ausnehmungen zur Schmiermittelzufuhr für den Trapez-Verzahnungsbereich aufweist.
Linearantrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter aus Kunststoff, Bronze, einer Bronzelegierung und/oder einer Kupferlegierung vorgesehen ist und zur Paarung mit weiteren Komponenten aus Stahl vorsehbar ist.
Linearantrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gehäusebildenden Teile des Linearantriebs zumindest vier Teile, insbesondere einen B-seitigen Deckel, ein Statorgehäuse, ein Spindelgehäuse und einen A-seitigen Deckel, umfassen.
Linearantrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Austausch der Mutter diese mittels bloßem Schrauben der Rotorwelle entfernbar ist, insbesondere ohne dass weitere Teile zu entfernen sind.
Linearantrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel in die Rotorwelle einschraubbar ist.
Linearantrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am B-seitigen Deckel eine Bolzenbefestigung vorsehbar ist.
Linearantrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen A-seitigem Deckel und Kolbenmutter ein oder mehrere Gleitlagerstreifen angeordnet sind.
Linearantrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen A-seitigem Deckel und Kolbenmutter eine Abdichtung angeordnet ist.
Linearantrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung eine in mindestens eine Nut eingespritzte Dichtung und/oder eine Wellendichtring-ähnliche Dichtung mit mindestens einer Dichtlippe ist und/oder ein in eine Nut eingelegter O-Ring ist.
Linearantrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb elektrisch von einem Umrichter versorgt ist, der Eingabemittel umfasst, die mittels deren Betätigung, insbesondere bei Wartung, ein Herausbringen der Mutter ausführbar ist.