DE19960932A1

DE19960932A1 - Linearantrieb

Info

Publication number: DE19960932A1
Application number: DE19960932A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Koch
Original assignee: OKIN Gesellschaft fur Antriebstechnik mbH and Co KG
Current assignee: Ilcon GmbH
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2019-12-18
Also published as: DE19960932B4; DE29823115U1

Abstract

Ein Linearantrieb zum Verstellen eines bewegbaren Elements einer Einrichtung umfaßt eine antreibbare Spindel, auf der eine mit einer Schubeinrichtung verbundene Stellmutter und an deren von der Schubrichtung abgewandten Seite eine Sicherheitsmutter angeordnet sind, wobei die Stellmutter unverdrehbar gehaltert ist. Um im Fall des Versagens der Stellmutter die Schubeinrichtung zurückbewegen zu können, ohne daß eine Bewegung der Sicherheitsmutter in Schubrichtung beim Weiterbetrieb möglich ist, sind die Stellmutter (8) und die Sicherheitsmutter (9) so miteinander gekuppelt, daß die Sicherheitsmutter (9) in einer ersten Position, in der sie unter Lastbeaufschlagung an der Stellmutter (8) anliegt, in der einen Drehrichtung, die dadurch definiert ist, daß bei Drehung der Spindel in dieser Richtung die funktionsfähige Stellmutter (8) axial in Lastrichtung (L) bewegt wird, zur Stellmutter (8) festgelegt ist und in der anderen Drehrichtung relativ zur Stellmutter (8) drehbar ist und in einer zweiten, von der ersten axial beabstandeten Position in beiden Drehrichtungen zur Stellmutter (8) festgelegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb zum Verstellen eines bewegbaren Elements einer Einrichtung mit einer antreib baren Spindel, auf der eine mit einer Schubeinrichtung verbun dene Stellmutter und an deren von der Schubrichtung abgewand ten Seite eine Sicherheitsmutter angeordnet sind, wobei die Stellmutter unverdrehbar gehaltert ist.

Bei derartigen Linearantrieben hat die Hintereinanderanordnung der beiden Muttern den Zweck, daß beim Versagen der Stell mutter, z. B. durch Verschleiß der Gewindegänge, die Stell mutter sich unter der Last der vom bewegbaren Element auf die Schubeinrichtung übertragenen Kräfte auf die Sicherheitsmutter absenkt, so daß die Sicherheitsmutter die Last übernehmen kann. Ein abruptes Absenken der Schubeinrichtung über den Verfahrweg der Spindel wird dadurch vermieden.

Es ist wünschenswert, daß im Fall des Versagens der Stell mutter die Schubeinrichtung mit Hilfe der Sicherheitsmutter in Lastrichtung zurückbewegt werden kann, jedoch eine Bewegung der Sicherheitsmutter in Schubrichtung zum Weiterbetrieb des bewegbaren Elements der Einrichtung durch den Linearantrieb vermieden wird. Bei einem solchen Weiterbetrieb würde die Sicherheitsmutter die Funktion der Stellmutter übernehmen und keine weitere Sicherheitseinrichtung aufweisen. Der Benutzer sollte daher gezwungen sein, im Fall des Versagens der Stell mutter diese und die damit verbundene Schubeinrichtung zwar sicher mit Hilfe der Sicherheitsmutter längs der Spindel zu rückzubewegen, vor einem weiteren Betrieb jedoch die Stell mutter auszutauschen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Linearantrieb der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Stellmutter und die Sicherheitsmutter durch eine Kupplungseinrichtung derart miteinander verbunden sind, daß die Sicherheitsmutter in einer ersten Position, in der sie unter Lastbeaufschlagung an der Stellmutter anliegt, in der einen Drehrichtung, die dadurch definiert ist, daß bei Drehung der Spindel in dieser Richtung die funktionsfähige Stellmutter axial in Lastrichtung bewegt wird, zur Stellmutter festgelegt ist und in der anderen Dreh richtung relativ zur Stellmutter drehbar ist und in einer zweiten, von der ersten axial beabstandeten Postion in beiden Drehrichtungen zur Stellmutter festgelegt ist.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion wird bei Versagen der Stellmutter diese in Lastrichtung gegen die Sicherheits mutter bewegt, so daß die erste Position der Sicherheitsmutter relativ zur Stellmutter vorliegt. In dieser Position wird die Stellmutter von der Sicherheitsmutter gehalten und an einer abrupten Bewegung längs des Verfahrweges auf der Spindel in Lastrichtung gehindert. Durch die Kupplung zwischen Sicher heitsmutter und Stellmutter in der einen Drehrichtung ist die Sicherheitsmutter über die unverdrehbare Halterung der Stell mutter ebenfalls unverdrehbar auf der Spindel angeordnet, so daß sie zusammen mit der Stellmutter in Lastrichtung entlang der Spindel bewegbar ist. In der anderen Drehrichtung kann sich jedoch die Sicherheitsmutter relativ zur Stellmutter drehen. Die an der Sicherheitsmutter angreifenden Reibmomente reichen nicht aus, um ein Mitdrehen der Sicherheitsmutter bei Drehung der Spindel in dieser anderen Drehrichtung zu verhin dern. Die Sicherheitsmutter kann daher mit der auf ihr la stenden Stellmutter nicht axial gegen die Lastrichtung ver schoben werden. Erst nach Auswechseln der Stellmutter ist der Linearantrieb zum Verstellen des bewegbaren Elements in Schub richtung wieder funktionstüchtig.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Stell mutter und die Sicherheitsmutter an ihren zueinandergewandten Enden so ausgebildet, daß sie ineinander über eine bestimmte Strecke einsteckbar sind. Die Kupplungseinrichtung weist erste Kupplungselemente an beiden Muttern auf, die in der völlig eingesteckten Position die beiden Muttern in der einen Dreh richtung zueinander festlegen. Weiterhin sind zweite Kupp lungselemente an beiden Muttern vorgesehen, die in einer an fänglich eingesteckten Position der beiden Muttern in beiden Drehrichtungen zusammenwirken.

Die ersten Kupplungselemente können aus den zur Anlage anein ander dienenden Stirnseiten der Muttern bestehen. Die Reibung zwischen den beiden unter Lastbeaufschlagung aneinander lie genden Stirnseiten muß so bemessen sein, daß sie in der einen Drehrichtung ausreicht, um beide Muttern zueinander festzule gen, und in der anderen Drehrichtung ein Mitdrehen der Si cherheitsmutter mit der Spindel relativ zur unverdrehbar an geordneten Stellmutter gestattet.

Zur Verminderung der Reibung können zwischen den Stirnseiten eine oder zwei Unterlegscheiben (aus Metall) oder ein Lager körper (z. B. ein Kugellager) angeordnet sein.

Die zweiten Kupplungselemente können z. B. durch einen Reib schluß zusammenwirken.

Andererseits können die zweiten Kupplungselemente auch durch einen Formschluß zusammenwirken.

Dieser kann z. B. durch radial ineinandergreifende Elemente, die eine Vielkeilverzahlung herstellen, ausgebildet sein.

Zum gegenseitigen Einstecken kann eine der beiden Muttern, z. B. die Sicherheitsmutter, an ihrem der anderen Mutter zu gewandten Ende eine radiale, sich axial über eine bestimmte Strecke ausdehnende Erweiterung aufweisen, die in ihrem Inne ren die Stirnseite zur Anlage an die Stirnseite der anderen Mutter aufweist. Die zweiten Kupplungselemente können an der radialen Innenseite des freien Endes der Erweiterung bzw. an der radialen Außenseite des zugewandten Endes der anderen Mutter angeordnet sein.

Die Muttern bestehen vorzugsweise aus Kunststoff, z. B. aus Polyoxymethylen, und sind durch Spritzguß hergestellt.

Aus fertigungstechnischen Gründen weist die Mutter mit der radialen Erweiterung und den an deren Ende radial nach innen vorstehenden Keilzählen zwischen diesen und den ersten Kupp lungselementen radiale Öffnungen zum Durchgreifen von Form teilen auf.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher dargestellt.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines durch einen Linearantrieb verstellbaren Patientenlifters,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Anordnung von Sicher heitsmutter und Stellmutter mit teilweise dargestell tem Schubrohr,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Stellmutter längs der Linie III in Fig. 2 und

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Sicherheitsmutter längs der Linie IV in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt die Verwendung eines Linearantriebs 1 bei einem Patientenlifter. Die Verwendung des nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels eines Linearantriebs 1 ist jedoch nicht auf Patientenlifter beschränkt, sondern erstreckt sich grund sätzlich auf alle Einrichtungen, bei denen ein bewegbares Element gegen eine Last durch einen Antrieb verstellbar ist.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der Linearantrieb 1 zwischen einer auf einem Fahrgestell 2 befestigten Säule 3 und einem am oberen Ende der Säule 3 angelenkten Tragarm 4, an dessen frei em Ende eine Patientenaufnahme einhängbar ist, angeordnet. An seinem unteren Ende ist der Antrieb mit einem Gabelkopf mit tels eines Fixierbolzens mit einem an der Säule angebrachten Steg gelenkig verbunden. An seinem oberen Ende weist der Line arantrieb einen in ein gabelförmiges Ende auslaufenden Kraft abnahmekopf auf, der ebenfalls mittels eines Fixierbolzens mit einem am Tragarm befestigten Steg gelenkig verbunden ist.

Der Linearantrieb 1 weist eine (in der Zeichnung nicht dar gestellte) durch einen Elektromotor angetriebene Spindel auf, auf der eine mit einem Schubrohr 5 verbundene Stellmutter angeordnet ist. Die Stellmutter und teilweise das Schubrohr 5 sind in einem Schaftrohr 6 geführt. Der Elektromotor, der z. B. über ein Schneckenradgetriebe die Spindel antreibt, ist in einem Motorgehäuse 7 angeordnet.

Durch Drehung der Spindel in die eine oder andere Richtung wird das Schubrohr 5 nach oben bzw. nach unten bewegt. Dadurch wird der Tragarm und der daran hängende Patient gehoben bzw. gesenkt.

Um zu verhindern, daß bei Versagen der Stellmutter, z. B. durch Verschleiß der Gewindegänge, das Schubrohr 5 aufgrund der auf ihm lastenden Kraft abrupt in Lastrichtung des Ver fahrweges der Spindel bewegt wird und dabei der Tragarm 4 und der daran hängende Patient abrupt abgesenkt werden, ist, wie Fig. 2 entnommen werden kann, an der in Lastrichtung L weisen den Seite der Stellmutter 8 eine Sicherheitsmutter 9 angeord net. Während die Stellmutter 8 durch das zwar verschwenkbar aber unverdrehbar mit dem Tragarm 4 verbundene Schubrohr 5 verdrehsicher auf der Spindel angeordnet ist, weist die Si cherheitsmutter 9 nur in der in Fig. 2 dargestellten axialen Position zur Stellmutter 8 eine Verdrehsicherung auf, die nachstehend noch näher erläutert wird. Diese gewährleistet, daß bei Drehung der Spindel die Sicherheitsmutter 9 in der in Fig. 2 gezeigten Position mit der Stellmutter 8 und dem Schub rohr 5 axial mitgeführt wird.

Bei Verschleiß der Gewindegänge wird die Stellmutter 8 auf grund der auf ihr lastenden Kraft aus der in Fig. 2 darge stellten Position gegen die Sicherheitsmutter 9 bewegt. Die Sicherheitsmutter 9 nimmt in diesem Falle die Last auf und übernimmt, wie nachstehend näher beschrieben wird, teilweise die Funktion der Stellmutter.

Die Verdrehsicherung der Sicherheitsmutter 9 gegenüber der Stellmutter 8 in der in Fig. 2 gezeigten Position wird durch die folgende Kupplungseinrichtung bewirkt. Die Stellmutter 8 weist an ihrem zur Sicherheitsmutter 9 gewandten Ende eine Vielzahl von radial nach außen stehenden Vorsprüngen 10 auf, die in Form eines Kranzes um den Umfang der Stellmutter 8 verteilt sind. Die Sicherheitsmutter 9 weist an ihrem der Stellmutter 8 zugewandten Ende eine radiale und sich über einen bestimmten axialen Bereich erstreckende Erweiterung 11 auf, in die das gegenüberliegende Ende der Stellmutter 8 ein steckbar ist. An der radialen Innenseite des freien Endes der Erweiterung 11 ist ebenfalls eine Vielzahl von kranzförmig um den Umfang verteilten Vorsprüngen 12 angeordnet, die mit den Vorsprüngen 10 der Stellmutter 8 eine formschlüssige Verzah nung bilden.

Wird die Stellmutter 8 aus der in Fig. 2 gezeigten Position axial gegen die Sicherheitsmutter 9 verschoben, so wird bei Drehung der Spindel in der einen Drehrichtung die Sicherheits mutter 9 zur Stellmutter 8 aufgrund der durch die Lastbeauf schlagung bewirkten Reibung festgelegt. Die Sicherheitsmutter 9 weist im Innern der Erweiterung 11 eine ringförmige Stirn seite 14 auf, die unter Reibschluß an der ringförmigen Stirnseite 13 des gegenüberliegenden Endes der Stellmutter 8 anliegt. Die Reibmomente zwischen der bei Drehung der Spindel in der anderen Drehrichtung sich mitdrehenden Sicherheits mutter 9 und der Stellmutter 8 müssen so bemessen sein, daß sie die Sicherheitsmutter 9 gegenüber der Stellmutter 8 nicht festlegen.

Die Drehrichtung, in der die Sicherheitsmutter 9 gegenüber der Verstellmutter 8 durch die Reibung zwischen den Stirnseiten 13 und 14 festgelegt ist, wird dadurch definiert, daß bei Drehung der Spindel in dieser Drehrichtung die funktionsfähige Stell mutter axial in Lastrichtung L bewegt wird. Die Sicherheits mutter bewegt sich daher mit der Stellmutter 8 in Lastrichtung L. Dies ermöglicht ein Verfahren der Anordnung von Sicher heitsmutter 9, Stellmutter 8 und Schubrohr 5 bei Verschleiß der Stellmutter 8 entlang der Spindel in Lastrichtung L, wo durch bei dem in Fig. 1 dargestellten Patientenlifter der Tragarm 4 zusammen mit dem Patienten kontrolliert abgesenkt werden kann.

In Schubrichtung 5 erfolgt bei entsprechender Drehung der Spindel jedoch keine axiale Bewegung der Anordnung von Si cherheitsmutter 9, Stellmutter 8 und Schubrohr 5, da die Reib momente zwischen den Stirnseiten der Muttern nicht ausreichen, um die Sicherheitsmutter 9 in Drehrichtung der Spindel gegen über der Stellmutter 8 festzulegen. Die Sicherheitsmutter 9 dreht sich also mit der Spindel mit, so daß keine axiale Bewe gung entgegen der Lastrichtung L erzeugt wird. Um den Linear antrieb weiter benutzen zu können, muß die defekte Verstell mutter 8 gegen eine neue funktionstüchtige Mutter ausgetauscht werden.

Die beiden Muttern 8 und 9 sind aus Kunststoff im Spritzguß verfahren hergestellt. Zum Entformen der Sicherheitsmutter 9 weist diese in Wandbereichen der Erweiterung 11 zwischen der Stirnseite 14 und den Vorsprüngen 12 Öffnungen 15 zum Hin durchführen von Formteilen auf, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Die Stellmutter 8 weist an ihren zum Schubrohr 5 gerichteten Ende ein zapfenförmiges Teil 16 auf, das in das Schubrohr 5 eingesteckt und, wie in Fig. 3 gezeigt ist, durch eine Viel keilverzahnung 17 verdrehsicher festgelegt ist. Diese Verbin dung eignet sich insbesondere dann, wenn die Stellmutter 8 zwecks Austausches axial vom Schubrohr 5 entfernt werden soll. In einer anderen Ausführung kann der Zapfen 16 auch eine Ge windeverbindung mit dem Schubrohr 5 aufweisen.

Ist das Schubrohr 5 unverdrehbar mit dem zu bewegenden Element der betreffenden Einrichtung, wie z. B. dem Tragarm 4 des Patientenlifters, verbunden, so ist eine Verdrehsicherung an der Stellmutter 8 nicht erforderlich. Dennoch kann die Stell mutter 8 radial nach außen vorstehende Rippen 18 aufweisen, die einerseits eine Zentrierungsfunktion der Stellmutter 8 im Schaftrohr 6 und andererseits eine Schaltfunktion zur Betäti gung von (in der Zeichnung nicht dargestellten) Endschaltern haben. Da es wünschenswert ist, die Stellmutter 8 in jeder beliebigen Winkelposition im Schaftrohr 6 anzuordnen, sind die Rippen 18 auf einem in der Außenwandung der Stellmutter 8 drehbar gelagerten Ring 19 angeordnet. Der Ring 19 ist auf einem zur Sicherheitsmutter 9 weisenden stufenförmig im Außen durchmesser verringerten Bereich 20 gelagert und wird zur Sicherheitsmutter 9 hin durch einen O-Ring 21 gehalten.

Bei der vorbeschriebenen Ausführung werden die durch den An trieb erzeugten Drehmomente auf die Verbindung zwischen Schub rohr 5 und dem bewegbaren Element, z. B. dem Tragarm 4 des Patientenlifters, übertragen. Zur Entlastung dieser Verbindung kann die Stellmutter 8 eine Verdrehsicherung gegenüber dem Schaftrohr 6 aufweisen. In diesem Fall sind die Rippen 18 an der Stellmutter 8 befestigt bzw. einstückig daran angeformt. Sie greifen in entsprechend ausgebildete axiale Nuten an der Innenseite des Schaftrohres 6.

Bezugszeichenliste

1

Linearantrieb

2

Fahrgestell

3

Säule

4

Tragarm

5

Schubrohr

6

Schaftrohr

7

Motorgehäuse

8

Stellmutter

9

Sicherheitsmutter

10

Vorsprung

11

Erweiterung

12

Vorsprung

13

Stirnseite

14

Stirnseite

15

Öffnung

16

Zapfen

17

Vielkeilverzahnung

18

Rippe

19

Ring

20

Bereich

21

O-Ring

Claims

1. Linearantrieb (1) zum Verstellen eines bewegbaren Elements (Tragarm 4) einer Einrichtung (Patientenlifter) mit einer antreibbaren Spindel, auf der eine mit einer Schubein richtung (Schubrohr 5) verbundene Stellmutter (8) und an deren von der Schubrichtung abgewandten Seite eine Si cherheitsmutter (9) angeordnet sind, wobei die Stellmutter (8) unverdrehbar gehaltert ist, dadurch ge kennzeichnet, daß die Stellmutter (8) und die Sicherheitsmutter (9) durch eine Kupplungseinrichtung derart miteinander verbunden sind, daß die Sicherheits mutter (9) in einer ersten Position, in der sie unter Lastbeaufschlagung an der Stellmutter (8) anliegt, in der einen Drehrichtung, die dadurch definiert ist, daß bei Drehung der Spindel in dieser Richtung die funktionsfähige Stellmutter (8) axial in Lastrichtung (L) bewegt wird, zur Stellmutter (8) festgelegt ist und in der anderen Dreh richtung relativ zur Stellmutter (8) drehbar ist und in einer zweiten, von der ersten axial beabstandeten Position in beiden Drehrichtungen zur Stellmutter (8) festgelegt ist.

2. Linearantrieb (1) nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Stellmutter (8) und die Sicherheitsmutter (9) an ihren zueinander gewandten Enden ineinander einsteckbar sind und die Kupplungseinrichtung aus ersten Kupplungselementen (Stirnseiten 13, 14) an beiden Muttern (8 bzw. 9), die in einer völlig eingesteck ten Position in der einen Drehrichtung zusammenwirken, und aus zweiten Kupplungselementen (Vorsprüngen 10 und 12) an beiden Muttern (8 bzw. 9) besteht, die in einer anfänglich eingesteckten Position in beiden Drehrichtungen zusammen wirken.

3. Linearantrieb (1) nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die ersten Kupplungselemente aus den zur Anlage aneinander dienenden Stirnseiten (13, 14) der Muttern (8 bzw. 9) bestehen.

4. Linearantrieb (1) nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen den Stirnseiten (13, 14) der Muttern (8, 9) eine Unterlegscheibe oder ein La gerkörper zur Verminderung der Gleitreibung angeordnet ist.

5. Linearantrieb (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die zweiten Kupplungselemente durch einen Reibschluß zusammenwirken.

6. Linearantrieb (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die zweiten Kupplungselemente (Vorsprünge 10, 12) durch einen Form schluß zusammenwirken.

7. Linearantrieb (1) nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die zweiten Kupplungselemente in Form von radial ineinandergreifenden Vorsprüngen (10, 12) ausgebildet sind.

8. Linearantrieb (1) nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Vorsprünge (10, 12) als einer Vielzahl von radial ineinandergreifenden Vorsprüngen kranzförmig angeordnet sind.

9. Linearantrieb (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß eine der beiden Muttern (9) an ihrem der anderen Mutter (8) zu gewandten Ende eine radiale, sich axial erstreckende Er weiterung (11) aufweist, die in ihrem Inneren die Stirn seite (14) zur Anlage an die Stirnseite (13) der anderen Mutter (8) aufweist, wobei die zweiten Kupplungselemente (Vorsprünge 12) an der radialen Innenseite des freien Endes der Erweiterung (11) ausgebildet sind.

10. Linearantrieb (1) nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Erweiterung (11) zwischen den ersten und den zweiten Kupplungselementen (Zähnen 14 bzw. Vorsprüngen 12) radiale Öffnungen (15) zur Spritzguß- Herstellung der Mutter (9) aufweist.