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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zur Begrenzung von Lasten und ist zur
Begrenzung der axialen Kraft vorgesehen, die ausgeübt werden
kann, um Bedienteile zu bewegen.
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Bisheriger Stand der Technik
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Derzeit sind bereits verschiedene
Vorrichtungen bekannt, die der axialen Verschiebung von Bedienteilen
(beispielsweise Wellen) dienen.
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Diese Vorrichtungen umfassen axial
konzentrische Getriebeelemente, die an einem vorgegebenen Punkt
einer Welle über
eine unter Umständen
regelbare Vorrichtung zur Begrenzung von Lasten verbunden sind.
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Durch die Begrenzungsvorrichtung
kann ein Grenzwert für
die angewendete Last festgelegt werden. Wird dieser Wert überschritten,
so wird die Welle aus der Begrenzungsvorrichtung ausgekuppelt, um eine Überlast,
die die Struktur beschädigen
könnte, zu
verhindern.
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Es ist auch bekannt, dass die Verbindung zwischen
der Welle und dem Getriebeelement, nachdem die Begrenzungsvorrichtung
ihre Funktion einmal erfüllt
hat, automatisch wiederhergestellt werden können muss, damit der weitere
Betrieb wieder einsetzen kann, ohne dass eine manuelle Wartung erforderlich
ist.
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Um diese Art von Problem zu lösen, ist
es möglich,
die Begrenzungsvorrichtung so auf der Welle zu installieren, dass
sie vor der Stelle, an der ebendiese Welle ausgekuppelt werden kann,
angeordnet ist. So wird die Begrenzungsvorrichtung von der Welle
getragen und kann koaxial gleiten, ohne dass sie nach der Relativbewegung,
die dem Auskuppeln folgt, die Welle verlässt.
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Im Falle von Wellen, die sich in
beide Richtungen bewegen, macht die letztere Lösung leider eine Welle erforderlich,
deren Länge
wenigstens das Doppelte des Betriebshubs beträgt. Diese Einschränkung ist
häufig
konstruktionsbedingt nicht akzeptabel.
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Das Patent
DE 33 22 566 , das die in der Vorbemerkung
zu Anspruch 1 erwähnten
Merkmale umfasst, beschreibt einen Sicherheits-Leitspindel-Antrieb
für eine
Werkzeugmaschine und Werkstückschlitten,
der eine Einkerbung umfasst, durch die eine erste umlaufende Nut
definiert ist, in die eine Ringfeder über eine Kupplung mit abgeschrägter Fläche eingreift.
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Die Einkerbung befindet sich auf
einem Werkstückschlitten.
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Die Ringfeder greift über zwei
abgeschrägte Flächen noch
in eine zweite umlaufende Nut ein, die durch die Mutter der Leitspindel
und eine gleitend über
die Leitspindel gelegte röhrenförmige Muffe
definiert ist.
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Unter normalen Betriebsbedingungen überträgt die Ringfeder
die Antriebskräfte
von der Triebschraube auf den Werkstückschlitten.
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Trifft der Werkzeugschlitten auf
ein Hindernis oder wird seine axiale Bewegung auf andere Weise durch
eine Kraft behindert, die den Grenzwert übersteigt, so kommt die Ringfeder
durch eine radiale Verschiebung aus der ersten umlaufenden Nut heraus
und koppelt den Werkstückschlitten
von der Triebschraube ab.
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Nichtsdestoweniger kann sich aufgrund
von Reibungseffekten das Verhalten dieses Mechanismus in den beiden
axialen Richtungen unterscheiden.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu
Grunde, die Begrenzungen und Nachteile der bereits bekannten Begrenzungsvorrichtungen
unter besonderer Berücksichtigung
der Unterschiede im dynamischen Verhalten in den beiden axialen
Richtungen zu überwinden.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung
besteht darin, eine Lastbegrenzungsvorrichtung hoher Zuverlässigkeit
verfügbar
zu machen, die in der Lage ist Betätigungseinrichtungen in einer
für den
bidirektionalen Betrieb geeigneten Weise zu verschieben.
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Darstellung
der Erfindung
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch
eine Lastbegrenzungsvorrichtung für axiale Lasten gelöst, die
folgende Merkmale umfasst:
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- – eine
selbsttragende axiale Übertragungsanordnung,
die geeignet ist, axiale Bewegungen, erzeugt durch eine Antriebsgruppe,
in beide axiale Richtungen zu übertragen;
- – ein
Kupplungsglied, ausgestattet mit einer Nut, das geeignet ist eine
Betätigungseinrichtung
anzutreiben;
- – eine
Lastbegrenzungsgruppe, die geeignet ist, die genannte selbsttragende Übertragungsanordnung und
das genannte Kupplungsglied aneinander anzukuppeln und zu voneinander
trennen, wobei die genannte Lastbegrenzungsgruppe in die genannte selbsttragende Übertragungsanordnung
integriert ist und einen oder mehrere radiale Einsätze in Form
von Pyramidenstümpfen
umfasst, die geeignet sind, durch seitliche abgeschrägte Flächen elastisch
in die genannte Nut einzugreifen. Der eine Pyramidenkeil ist/die
Pyramidenkeile sind zwischen zwei seitlichen abgeschrägten Flächen eingeschlossen,
von denen die erste Teil eines ersten Rings ist, der axial auf einer
Mufte gleiten kann, die in die genannte selbsttragende axiale Übertragungsanordnung
integriert ist;
elastische Bauteile, die eine oder mehrere
Federn umfassen und geeignet sind, einen Grenzwert der Last zu bestimmen
und einzustellen, der erforderlich ist, um eine Freigabe zwischen
der genannten Nut (68) und den genannten einen oder mehreren
Pyramidenkeilen zu veranlassen. Die genannten elastischen Bauteile
umfassen eine erste Feder, die geeignet ist, den besagten ersten
Ring gegen den genannten Einsatz/die genannten Einsätze zu drücken.
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Die Lastbegrenzungsvorrichtung entsprechend
des Grundgedankens der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die genannte Lastbegrenzungsgruppe einen zweiten Ring umfasst,
der auf der genannten Muffe befestigt ist, wobei die genannte zweite
seitliche abgeschrägte
Fläche Teil
des genannten zweiten Rings ist und die genannten elastischen Bauteile
eine zweite Feder umfassen, die geeignet ist, den genannten zweiten
Ring gegen den genannten Einsatz/die genannten Einsätze zu drücken.
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Erfindungsgemäß kann das Kupplungsglied von
der Lastbegrenzungsgruppe getrennt werden, wenn es in einer der
beiden axialen Richtungen zu einer axialen Überlast auf die Antriebselemente kommt,
und es ist möglich,
die Gefahren zu vermeiden, die von durch Reibungseffekte verursachten
erheblichen Unterschieden im dynamischen Verhalten der Vorrichtung
in den beiden axialen Richtungen ausgehen. Wesentlich ist eine wechselseitige Ausrichtung
der Endlosschraube (und weiter der Lastbegrenzungsgruppe) und des
Kupplungsglieds, das dann mit dem folgenden axialen Hub der Mutter
die Eingriffslage wieder erreichen kann.
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Weiter ist die Vorrichtung mit einem
Mechanismus für
die Positionsreferenz und mit geeigneten externen elektromechanischen
und/oder elektronischen Kontakten ausgestattet.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand
der beigefügten
Zeichnungen ohne Beschränkung
des allgemeinen der Beschreibung und den Ansprüchen entnehmbaren Erfindungsgedankens
beschrieben, wobei:
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1 schematisch
die Ansicht einer Vorrichtung zeigt, die Gegenstand der abhängigen Ansprüche ist;
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2 ein
Detail der Lastbegrenzung der Vorrichtung aus 1 zeigt;
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3 schematisch
die Ansicht einer möglichen
Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Die in den 1 und 2 gezeigte
Vorrichtung besteht aus einer Antriebsgruppe 1, die durch
Drehung das eine Ende einer Endlosschraube 2, vorzugsweise
einer Kugelschraube, antreibt und so die axiale Verschiebung einer
auf die Endlosschraube 2 montierten Mutter 5 bestimmt.
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Die Endlosschraube 2 wird
von zwei Lagern 21, 22 – in der vorliegenden Beschreibung
auch Endlager 21, 22 genannt – getragen, von denen das erste mit
der Antriebsgruppe 1 in Eingriff ist und das zweite am
anderen Ende der Endlosschraube positioniert ist.
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Die Endlosschraube 2 befindet
sich koaxial angeordnet innerhalb einer zylinderförmigen hohlen Welle 6,
die relativ zur Endlosschraube 2 in axialer Richtung gleiten
kann und ist über
eine Lastbegrenzungsgruppe 7 mit der Mutter 5 in
Eingriff ist. Die Gruppe 7 ist mittels eines Gleitreibungsträgerelements 61,
in dem das Endlager 22 angeordnet ist, auf der Schraube
montiert.
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Die axiale Bewegung der hohlen Welle 6 wird durch
die Laufbuchsen 63 eines Trägers 62 geführt, der
an einem äußeren Gehäuse befestigt
ist, in dem auch die Antriebsgruppe 1, die Endlosschraube 2 und
die hohle Welle 6 enthalten sind.
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In 2 wird
nun die Lastbegrenzungsgruppe 7, die die Endlosschraube 2 mit
der hohlen Welle 6 verbindet, beschrieben.
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Eine Muffe 71 mit einer
abgeschrägten
Oberfläche S1 ist
mittels Schraubmaterial 76 auf die Mutter 5 montiert.
Zwei radiale Einsätze
in Form von Pyramidenstümpfen 72 – in der
vorliegenden Beschreibung auch Einsätze 72 genannt – sind ihrerseits
auf die Muffe 71 montiert. Die oberen Seitenflächen der Einsätze haben
die Form abgeschrägter
Oberflächen 78, 79.
Die Einsätze 72 werden
in seitlicher Richtung durch die abgeschrägte Oberfläche S2 eines ersten Rings 77 und
in radialer Richtung furch einen Haltering 75 eingeschlossen.
Auf den ersten Ring 77 übt wenigstens
eine Tellerfeder 73 eine mittels einer Gewindemuffe 74 einstellbare
Kraft aus. Die Muffe 74 greift in ein entsprechendes Außengewinde
der Muffe 71 ein, so dass sie die von der Feder 73 ausgeübte Kraft
reguliert und gleichzeitig in der Lage ist die verschiedenen Komponenten
der Gruppe 7 in axialer Richtung aufzunehmen.
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Die Einsätze 72 sind auf der
Oberseite von einer umlaufenden Nut 68 umgeben, die sich
auf der inneren Oberfläche
der hohlen Welle 6 befindet und die dem Eingriff der Einsätze in der
Welle dient. Die Nut 68 besitzt vorne und hinten abgeschrägte Kanten 66, 67 (die
in 2 der linken bzw.
der rechten Seite entsprechen). Die Einsätze 72 sind gleitend
in Schlitze 81, 82 eingesetzt, die sich jeweils
in den Oberflächen S1, S2 befinden
und als schiefe Ebenen für
die radiale Gleitbewegung der Einsätze 72 dienen. Zwischen
der unteren Oberfläche
der Einsätze 72 und der
Muffe 71 besteht ein freier Zwischenraum 83 der wenigstens
dieselbe Höhe
wie die Nut 68 hat.
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In 2 ist
auch ein Bezugsarm 8 gezeigt, der mittels Schraubmaterial 84 an
der Muffe 71 angebracht ist. Während der Hubbewegung der Welle
berührt
der Arm 8 vordere und hintere Bezugskontakte, die die Enden
der Hubbewegung markieren. Wie im Folgenden eingehender beschrieben
wird, gleitet der Bezugsarm 8, wenn die Lastbegrenzungsgruppe 7 und
die hohle Welle 6 voneinander getrennt werden, entlang
eines axialen Schlitzes in der Welle 6, der sich vom hinteren
Ende 65 der Welle bis zum vorderen Endpunkt der Hubbewegung
erstreckt.
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Die Bewegung des Arms 8 wird
durch eine Führung 85 geführt, die
parallel zu der Schraube verläuft
und jede eventuelle Drehbewegung der Mutter 5 relativ zur
Schraube verhindert.
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Vorteilhafterweise befindet sich
an der hohlen Welle 6 an dem Eingriffspunkt der Lastbegrenzungsgruppe 7 ein
verdickter Bereich, wodurch die nötige Steifigkeit trotz des
Vorhandenseins der Nut gewährleistet
ist.
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Das Ende 65 der hohlen Welle 6 besitzt
eine konische Form, um, nachdem ein Auskuppeln erfolgt ist, ein
automatisches Eintreten der Lastbegrenzungsgruppe 7 in
die hohle Welle 6 zu erleichtern.
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Im Betrieb verursacht die Antriebsgruppe 1 eine
Drehbewegung der Endlosschraube 2 und bestimmt die axiale
Verschiebung der Mutter 5 und der hohlen Welle 6,
die über
die Lastbegrenzungsgruppe 7 mit ihr verbunden ist. Beginnend
mit dem Endpunkt der Hubbewegung aus 1 bestimmt
die Vorwärtsbewegung
der Mutter 5 die Verschiebung der hohlen Welle 6,
bis sie den zweiten Endpunkt der Hubbewegung erreicht, wo ein geeigneter
Kontakt der Antriebsgruppe 1 zu gegebener Zeit die Anweisung
geben wird die Richtung der nachfolgenden Verschiebung umzukehren.
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Im regulären Betrieb wird die Welle
durch die Mutter 5 vom zweiten zum ersten Endpunkt der
Hubbewegung zurückbewegt.
Es ist jedoch auch möglich,
dass auf die hohle Welle 6 eine Überlast ausgeübt wird.
In diesem Fall wird die auf die Welle ausgeübte Kraft über die abgeschrägten Oberflächen 66 auf
die Einsätze 72 übertragen
und weiter auf den ersten Ring 77 und hierdurch kann die
entgegengerichtete Kraft überwunden
werden, die auf den Ring durch die Feder 73 ausgeübt wird,
welche dann zusammengedrückt
wird. Infolgedessen gleiten die Einsätze in radialer Richtung und
die Welle wird von der Lastbegrenzungsgruppe 7 abgekoppelt.
Wenn die Endlosschraube 2 die Mutter 5 in dieser
Situation zurückbewegt,
kann die Lastbegrenzungsgruppe 7 in der hohlen Welle 6 gleiten
und erreicht ihre Eingriffsposition wieder.
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Eine zweite Möglichkeit des Auskuppelns tritt ein,
wenn die Überlast
auf die hohle Welle ebendiese Welle zwingt sich vorwärts zu bewegen,
während sich die
Lastbegrenzungsgruppe am Ausgangspunkt der Hubbewegung befindet.
In diesem Fall verursacht der Druck der abgeschrägten Oberflächen 67 auf die hinteren
abgeschrägten
Oberflächen 78 der Einsätze, wie
zuvor gesehen, ein Zusammendrücken der
Feder 73 und die radiale Verschiebung der Einsätze, so
dass es zu einer Relativbewegung kommt und die Lastbegrenzungsgruppe 7 von
der hohlen Welle 6 abgekoppelt wird.
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Es ist offensichtlich, dass die Vorrichtung
auf ähnliche
Weise funktioniert, wenn die Überlast
auf ein nicht vorgesehenes Anhalten der hohlen Welle während ihrer
normalen Verschiebung zurückgeht, so
dass die vorbestimmte Lastgrenze überschritten wird.
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Entsprechend einer vorzuziehenden
Ausführung
der vorliegenden Erfindung verhindert der Haltering 75,
dass sich die Einsätze über eine
Strecke, die größer ist
als die Höhe,
auf der dieselben Einsätze
in die Nut 68 eingreifen, nach außen bewegen können. Weiter
stellt der Ring 75 sicher, dass die Einsätze in ihrer
radialen Verschiebung ein freies Spiel haben, das eine Regulierung
des Federdrucks ermöglicht.
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Entsprechend einer anderen besonderen Ausführung der
vorliegenden Erfindung kann sich auch die Neigung der abgeschrägten Oberflächen 78 in
vorteilhafter Weise von der Neigung der Oberflächen 79 unterscheiden,
um den unterschiedlichen Bedingungen, die in den beiden beschriebenen
Fällen
herrschen, und der möglichen
dynamischen Asymmetrie, die durch Reibungseffekte verursacht werden
kann, Rechnung zu tragen.
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Im zweiten Fall wird die Schraube 2 von
Lagern 21, 22 getragen, während die hohle Welle 6 von der
Gruppe 62 in ihrer ausgerichteten Lage gehalten wird. Um
die Verbindung zwischen der Lastbegrenzungswelle und der Gruppe 7 wiederherzustellen,
ist es dann hinreichend, dass die Antriebsgruppe 1 die Mutter 5 vorwärts bewegt,
so dass sie in die konische Öffnung 65 eintreten
kann und die Einsätze
wieder in der Nut 68 eingreifen.
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In den oben beschriebenen Ausführungen der
vorliegenden Erfindung wurde ein Kupplungsglied, das aus einer hohlen
zylinderförmigen
Welle besteht, betrachtet, doch lassen sich im Rahmen der Erfindung
auch Kupplungsglieder anderer Form verwenden. Solche Kupplungsglieder
können
auch frei von einer Funktion sein, die in der Führung der Lastbegrenzungsgruppe
besteht.
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In 3 wird
eine vorzuziehende Ausführung
der vorliegenden Erfindung gezeigt, die es erlaubt, die vorstehend
erwähnten
Nachteile, die sich aus dynamischer Asymmetrie ergeben, zu beseitigen.
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In dieser Ausführungsform umfasst die Vorrichtung
eine zweite Feder 73' (oder
eine Gruppe von Federn), die zwischen einer festen Wand einer Muffe 71' und einem zweiten
Ring 77' zusammengedrückt wird.
Wesentlich ist, dass der zweite Ring 77' identisch mit dem ersten Ring 77 ist
und symmetrisch bezüglich
der Einsätze 72,
die zwischen den abgeschrägten
Oberflächen
S1 des zweiten Rings 77' und S2 des
ersten Rings 77 eingeschlossen sind, auf die Muffe 71' montiert ist.
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Vorteilhafterweise wird durch diese
Lösung jede
Gefahr möglicher
Unterschiede im dynamischen Verhalten der Vorrichtung in den beiden
axialen Richtungen verhindert, und es ist nicht mehr erforderlich, die
Oberflächen 78, 79 der
Einsätze
mit unterschiedlichen Neigungen zu versehen.
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Genauer gesagt ist es für die Vorrichtung entsprechend
der Erfindung wesentlich, dass sie eine selbsttragende Struktur
besitzt, die nicht von dem Zustand der Kupplung mit dem zu verschiebenden
Element abhängt.
In der beschriebenen Lösung ist
eine solche selbsttragende Struktur durch das Vorhandensein der
Endlosschraube (die die Ausrichtung der Lage der Lastbegrenzungsgruppe 7 unter
allen Bedingungen gewährleistet)
und des Halterings 75 (der das Funktionieren der Einsätze der
Begrenzungsgruppe sicherstellt) gewährleistet.
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Entsprechend anderen Ausführungen
ist auch eine radiale Anordnung der elastischen Elemente in Betracht
zu ziehen. Allerdings ermöglichen die
axialen Tellerfedern und der Haltering (der innerhalb der radialen
Abmessungen der Einsätze
eingeschlossen ist) in der beschriebenen Lösung, dass die Vorrichtung
in radialer Richtung den kleinstmöglichen Platz beansprucht und
ihrer Größe in axialer
Richtung Grenzen gesetzt sind.