DE19529097C1 - Bewegungselement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bewegungselement, bestehend aus mindestens einer Mutter und einer Gewindespindel, die jeweils vollständig oder teilweise mit in­ einandergreifenden Gewinden versehen sind, wobei die Gewindegänge der entlang der Gewindespindel verfahrbaren Mutter deren gesamte Wandung ra­ dial durchdringen.

Bekannte derartige Bewegungselemente haben den Nachteil, daß die Bewe­ gung der Mutter auf der Gewindespindel durch die beiden Endlager der Gewin­ despindel begrenzt sind, wie z. B. bei einer Drehbankspindel. Für bestimmte Aufgaben, wie z. B. in der Fördertechnik, ist die Verwendung von sehr langen Gewindespindeln wünschenswert. Die Ausführung scheitert bisher daran, daß die Gewindespindel nicht auf großen Längen ohne weitere Halterungen oder Lager auskommt.

Aus der DE-PS 9 22 095 ist ein Bewegungselement bekannt, das aus einer Ge­ windespindel und einer als Spiralfeder ausgebildeten Mutter besteht. Die Spin­ del ist nur an ihren gewindelosen Enden gelagert, so daß auch hier keine belie­ big langen Spindeln verwendet werden können.

Weiterhin ist aus der DE 39 37 997 A1 oder der EP 0281491 A1 bekannt, die Spindel derart abzustützen, daß die nicht rotierende Kugelumlaufmutter über die Abstützungen hinwegfahren kann. Diese Ausführungsarten ermöglichen zwar lange Spindeln, verlangen aber nicht drehbar geführte Muttern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bewegungselement der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine Kombination von beliebig langen Ge­ windespindeln mit mindestens einer Mutter möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Vorteil­ hafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeich­ net.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung gemäß Anspruch 1 besteht darin, daß das Gewinde in der Mutter die gesamte Wandung durchdringt, wodurch weitere Hal­ terungen oder Lager an der Gewindespindel durch die Mutter durchfahren wer­ den können. Es ist somit möglich, Gewindespindeln beliebiger Länge auszufüh­ ren, wobei diese entsprechend den auf sie wirkenden Biegekräften mehrfach gehaltert sein können. Entsprechend Anspruch 2 ist die Gewindespindel an mehreren Stellen in teilbaren Lagerschalen drehbar gelagert, wobei die festen Teile der Lagerschalen mit Halterungen an einer parallel sich zur Gewindespin­ del erstreckenden Struktur befestigt sind und wobei die Lagerschalen und Hal­ terungen eine solche Höhe aufweisen, daß sich beim Drehen der Gewindespin­ del das Gewinde der geführten, sich dabei zwangsweise auf- oder abwärts be­ wegenden Mutter, über die Halterungen und Lagerschalen hinweg drehen kann. Dabei ist nach Anspruch 3 der Außendurchmesser der Lagerschalen gleich dem Kerndurchmesser der Gewindespindel.

Bei einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung entsprechend der An­ sprüche 4 und 5 ist die Gewindespindel an mehreren Stellen am Außendurch­ messer des Gewindes durch Halterungen mit einer parallel zur Gewindespindel sich erstreckenden Struktur fest verbunden, wobei die Halterungen maximal die Höhe eines Gewindesteges aufweisen. Weiterhin weist die mit der Gewinde­ spindel zusammenwirkende Mutter eine Verzahnung auf und ist die Mutter von einem Ritzel angetrieben, wodurch ein Hin- und Herfahren der Mutter entlang der Gewindespindel ermöglicht ist, ohne daß die Halterungen stören.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß das Bewegungselement auch ohne die Eigenschaft einer Mutter zu haben, des­ sen Gewinde die gesamte Wandung durchdringt, ausgeführt sein kann, nämlich gemäß Ansprüche 6 bis 8 mittels einer wendelförmige Ausnehmungen aufwei­ senden Hülse.

Die Erfindung wird nachstehend an von in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsformen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Bewegungselement mit sich drehender Gewindespindel und sich auf- und abwärts bewegender Mutter und

Fig. 2 ein Bewegungselement mit eingespannter Gewindespindel und mit ange­ triebener Mutter.

Fig. 3 ein Bewegungselement mit eingespannter Stange und mit angetriebener Hülse.

In Fig. 1 ist eine Gewindespindel 1 dargestellt, die sich in geteilten Lagerschalen 2 drehen kann. Die Lagerschalen 2 sind mit Halterungen 3 fest mit einer Struk­ tur 4 verbunden. Auf der Gewindespindel 1 ist eine Mutter 5 aufgesetzt, deren Gewinde die gesamte Wandung durchdringt. Gewindespindel 1 und Mutter 5 haben ein grobes Flachgewinde. Die Mutter 5 ist mit einem Gleitstück 6 verbun­ den, welches zwischen zwei Schienen 7, von denen nur die hintere dargestellt ist, zwangsgeführt ist. Das Gleitstück 6 ist hier beispielsweise mit Querstücken 8 mit einem Lagerbehälter 9 verbunden. Die Gewindespindel 1 ist in nicht dar­ gestellter Weise mit einem Elektromotor verbunden. Beim Drehen der Gewinde­ spindel 1 in Richtung eines Pfeiles 11 bewegt sich die Mutter 5 mit Gleitstück 6 und Lagerbehälter 9 in Richtung der Pfeile 12 abwärts, wobei sich die Mutter 5 über die Halterungen 3 hinwegdrehen kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist ebenfalls eine Mutter 20, deren Ge­ winde die gesamte Wandung durchdringt, auf eine Gewindespindel 21 ge­ schraubt. Die Gewindespindel 21 ist hier über Halterungen 22 fest mit einer Struktur 23 verbunden. Die Mutter 20 ist rundherum mit Zähnen 20a versehen, die mit Zähnen 24a eines Ritzels 24 zusammenarbeiten. Das Ritzel 24 ist in be­ kannter, nicht dargestellter Weise über ein Wellenstück 24b mit einem Elektro­ motor verbunden. Beim Drehen des Ritzels 24 in Richtung eines Pfeiles 25 be­ wegt es sich zusammen mit der Mutter 20 abwärts in Richtung eines Pfeiles 26.

Dabei dreht sich die Mutter 20 über die Halterungen 22 hinweg. Bei umge­ kehrter Drehrichtung des Ritzels 24 findet eine Aufwärtsbewegung der Mutter 20 statt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist anstatt einer Mutter eine wendelförmige Ausnehmungen aufweisende Hülse 30, auf eine Stange 31 gebracht. Die Stange 31 ist hier über Halterungen 32 fest mit einer Struktur 33 verbunden. Die Hülse 30 ist rundherum mit Zähnen 30a versehen, die mit Zähnen 34a eines Ritzels 34 zusammenarbeiten. Das Ritzel 34 ist in bekannter, nicht dargestellter Weise über ein Wellenstück 34b mit einem Antriebsmotor verbunden. Beim längsgesteuerten, geführten Drehen des Ritzels 34 in Richtung eines Pfeiles 35 bewegt es sich zusammen mit der Hülse 30 abwärts in Richtung eines Pfeiles 36. Dabei dreht sich die Hülse 30 über die Halterungen 32 hinweg. Bei umge­ kehrter Drehrichtung des Ritzels 44 findet eine Aufwärtsbewegung der Hülse 30 statt.

Die Abstände l der Halterungen 32 sind kleiner als die Hülsenlänge L (l < L) und ein ganzzähliges Vielfaches n der Gänge der wendelförmigen Ausnehmungen d ergeben (l = n × d; n = 1, 2, 3. . .) und wobei die axiale Breite b der Halterungen kleiner als der Abstand s der wendelförmigen Ausnehmung d ist (b < s).

Die Hülse kann auch per Hand über die Halterungen hinweg bewegt werden. (z. B. bei kleinen Bewegungselementen).

Für kleinere Bewegungselemente können auch feinere Gewindearten vorgese­ hen sein.

Es gibt vielseitige Einsatzmöglichkeiten für die Erfindung. Die vorstehend ange­ führten Bewegungselemente aus Spindel und Mutter bzw. Stange und Hülse können in der Fördertechnik, Lagertechnik, bei Aufzügen, Schachtanlagen, mechanische Konstruktionselemente, Bauteilverbindungen, Schrauben, Spin­ deln, Stangen, Muttersonderformen und sonstigen Bewegungselementen um­ fassend angewendet werden.

Weitere Einsatzmöglichkeiten:
Bei der Verwendung als Anziehmutter, kann die Spiralmutter gleich als inte­ grierte Feder, Abstands - Beilagscheibe usw. genutzt werden z. B.: als Sechs­ kantmutter mit Sechskant in der Mitte zum Anziehen der Mutter an beiden Sei­ ten der Mutter Material mit Federeffekt einsetzen, oder Anziehsechskant oben und 1 oder unten um das Zwischenstück als Federkonstante zu nutzen.

Weitere Ausführungen:
Um die Reibung an den Auflage-Berührungsflächen Mutter/Schraube noch mehr zu verringern, kann der Einfluß des Magnetismus genutzt werden. Durch die magnetischen Abstoßungskräfte können sich Schraube und Mutter berüh­ rungslos bewegen.

Weitere Möglichkeiten:
Durch einen Linearantrieb einer elektrischen Maschine, die als Abwicklung eines rotierenden Elektromotors arbeitet und elektrische Energie berührungsfrei in mechanische Fortbewegungsenergie umwandelt. Am rotierenden Teil wird durch einen magnetischen Rückfluß gebildeten, magnetischen Kreis ein kon­ stantes Magnetfeld erzeugt. Die Teile können mit Permanent-Weichmagneten entgegengesetzt polarisiert ausgestattet sein.

Es werden Linearmotoren mit asynchroner und synchroner Wirkungsweise unterschieden.

Bei einem asynchronen Kurzstatormotor ist das dem Stator eines rotierenden Motors entsprechende Primärteil in der Mutter. Das dem Rotor entsprechende Sekundärteil, in der durch das Wanderfeld des Primärteils Wirbelströme indu­ ziert werden. Die Geschwindigkeit vom Wanderfeld und Mutter müssen sich zur Erzeugung von Vortriebskräften unterscheiden (asynchroner Antrieb).

Bei einem synchronen Langstatormotor mit Eisen ist das Primärteil in der Schraube. Als Sekundärteil dienen die Magneten der Mutter deren Magnetfeld als Energiefeld für den Motor verwendet wird. Die Geschwindigkeiten von Wan­ derfeld und Mutter sind gleich (synchroner Antrieb).

Bei einem synchronen Langstatormotor ohne Eisen besteht das Primärteil aus einer Wanderfeldabwicklung. Das Sekundärteil besteht aus zusätzlichen supra­ leitenden Magneten in der Mutter, die die notwendigen starken Energiefelder liefern. Die Geschwindigkeiten von Wanderfeld und Mutter sich gleich (synchroner Antrieb).

Elektrodynamisches Schwebesystem:
Es werden die abstoßenden Kräfte verwendet, die bei der Bewegung von in der Mutter angeordneten Magneten entlang elektrisch gut leitenden Teilen an der Schraube entstehen.

Mit supraleitenden Spulen lassen sich genügend starke Magnetfelder bei niedri­ gen Energieverbrauch erzeugen, in deren ein eingeleiteter Strom nahezu ver­ lustfrei fließt.

Das elektromagnetische Schwebesystem beruht auch auf anziehende Kräfte die zwischen Elektromagneten in der Mutter und ferromagnetischer Schraube wir­ ken.

Die elektrischen Linearmotorvarianten können im Prinzip mit dem elektroma­ gnetischen Schwebesystem kombiniert werden.

Claims (8)

1. Bewegungselement, bestehend aus mindestens einer Mutter und einer Gewindespindel, die jeweils vollständig oder teilweise mit ineinandergreifen­ den Gewinden versehen sind, wobei die Gewindegänge der entlang der Ge­ windespindel verfahrbaren Mutter deren gesamte Wandung radial durchdrin­ gen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (1, 21) an mehreren Stellen über Halterungen (3, 22) derart gehalten ist, daß die Gewindegänge der Mutter (5, 20) beim Verfahren entlang der Gewindespindel (1, 21) über die Halterungen hinwegdrehen können.

2. Bewegungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (1) an mehreren Stellen in teilbaren Lagerschalen (2) dreh­ bar gelagert ist, wobei die festen Teile der Lagerschalen (2) mit Halterungen (3) an einer parallel sich zur Gewindespindel (1) erstreckenden Struktur (4) befestigt sind, und wobei die Lagerschalen (2) und die Halterungen (3) eine solche Höhe aufweisen, daß sich beim Drehen der Gewindespindel (1) das Gewinde der Mutter (5) über die Halterungen (3) und Lagerschalen (2) hin­ wegdrehen kann.

3. Bewegungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Lagerschalen (2) gleich dem Kerndurchmesser der Gewindespindel (1) ist.

4. Bewegungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (21) an mehreren Stellen an ihrem Außendurchmesser durch Halterungen (22) mit einer parallel zur Gewindespindel (21) sich erstrecken­ den Struktur (23) unverdrehbar fest verbunden ist, wobei die Halterungen (22) maximal die Höhe eines Gewindesteges aufweisen, und daß die mit der Gewindespindel (21) zusammenwirkende Mutter (20) Zähne (20a) zu ihrem Antrieb aufweist.

5. Bewegungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mut­ ter (20) von einem mit den Zähnen (20 a) zusammenwirkenden Ritzel (24) angetrieben ist, wodurch ein Hin- und Herfahren der Mutter (20) entlang der Gewindespindel (21) ermöglicht ist, ohne daß die Halterungen (22) stören.

6. Bewegungselement, bestehend aus einer Stange und einer entlang dieser mindestens einer verfahrbaren Hülse, die mit deren gesamten Wandung ra­ dial durchdringenden wendelförmigen Ausnehmungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (31) an mehreren Stellen über Halterungen (32) derart unverdrehbar gehalten ist, daß die wendelförmigen Ausnehmun­ gen d beim Verfahren der Hülse (30) entlang der Stange (31) über die Hal­ terungen (32) hinwegdrehen können, wobei die Abstände l der Halterungen (32) kleiner als die Hülsenlänge L sind (l < L) und ein ganzzähliges Vielfaches n der Gänge der wendelförmigen Ausnehmungen d ergeben (l = n × d; n = 1, 2, 3. . .) und wobei die axiale Breite b der Halterungen kleiner als der Abstand s der wendelförmigen Ausnehmung d ist (b < s).

7. Bewegungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (31) an mehreren Stellen an ihrem Außendurchmesser durch Hal­ terungen (32) mit einer parallel zur Stange (31) sich erstreckenden Struktur (33) fest verbunden ist.

8. Bewegungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (30) Zähne (30 a) aufweist und von einem mit diesen zusammenwir­ kenden Ritzel (34) angetrieben ist, wodurch ein Hin- und Herfahren der Hülse (30) entlang der Stange (31) ermöglicht ist, ohne daß die Halterungen (32) stören.