-
Die Erfindung betrifft allgemein einen Getriebemechanismus, insbesondere einen solchen mit Bremsfunktion für ein Linearstellglied.
-
Linearstellglieder werden im Allgemeinen unter Verwendung mehrerer Antriebsbaugruppen eingesetzt, beispielsweise Motoren, Schnecken und Schneckenräder, um eine Führungsspindel anzutreiben. Dabei steht ein Teleskoprohr mit der Führungsspindel in Eingriff und wird durch diese angetrieben, um Linearbewegungen eines Ausfahrens und eines Einfahrens auszuführen. Da Linearstellglieder gegenüber Luft- und/oder Öldruckzylindern hinsichtlich der Konstruktion und des Aufbaus einfacher und zweckdienlicher sind, werden sie in weitem Umfang bei Einrichtungen wie Krankenhausbetten und elektrisch angetriebenen Stühlen verwendet, wo Ausfahr- und Einfahrbewegungen benötigt werden.
-
Gemäß dem Stand der Technik muss, um die Effizienz des Mechanismus zu erhöhen oder eine höhere Verstellgeschwindigkeit zu erzielen, der Führungsweg der Führungsspindel im Allgemeinen verlängert werden. Dabei entstehen jedoch zwei Probleme. Zunächst kann sich die Führungsspindel nicht selbst sperren. Zweitens kann die Absenkgeschwindigkeit einer mit der Führungsspindel in Eingriff stehenden Mutter sehr hoch werden, so dass das mit der Mutter verbundene Teleskoprohr sehr schnell eingefahren wird, was für den Anwender unbequem ist.
-
Gemäß einem Stand der Technik, wie er im Dokument
EP 1556630 B1 offenbart ist, verfügt das Linearstellglied über einen umkehrbaren Motor, eine Schnecke-Schneckenrad-Baugruppe, eine einstellbare Baugruppe, einen Zylinderteil und eine Schraubenfeder. Die Schnecke-Schneckenrad-Baugruppe ist mit dem Motor bzw. der einstellbaren Baugruppe verbunden, wodurch sich Betriebmodi ergeben. Die Schraubenfeder ist außen am zylindrischen Teil angeordnet, und sie zeigt eine spezielle Windungsrichtung in solcher Art, dass sie in Bezug auf eine spezielle Bewegungsrichtung einen Bremseffekt auf die einstellbare Baugruppe ausübt, wobei die Schraubenfeder Druck auf die Umgebung des zylindrischen Teils ausübt. Dabei ist die Schraubenfeder mit einer Seite am Schneckenrad fixiert an der Schnecke-Schneckenrad-Baugruppe positioniert, wodurch sie sich um den statisch befestigten zylindrischen Teil dreht.
-
Jedoch entsteht bei dieser Art von Linearstellglied während eines Bremsprozesses zwischen der Schraubenfeder und dem zylindrischen Teil eine Relativbewegung, wodurch Reibungswärme entsteht, die zu einer so hohen Temperatur führen kann, dass der zylindrische Teil schmilzt. Ferner muss die Bremskraft durch die Schraubenfeder größer werden, wenn der Führungsweg der Führungsspindel größer wird. Dann kann es noch leichter zu einem Schmelzen auf Grund stark erhöhter Temperatur kommen. Ein zusätzliches Problem besteht darin, dass die Bremskraft auch dann vorhanden ist, wenn gar keine Belastung vorliegt. Dies bedeutet, dass der Motor auch dann noch den Widerstand der Feder überwinden muss, wenn ein Einziehvorgang auszuführen ist. Dadurch wird Energie verbraucht, obwohl keine Belastung vorliegt.
-
DE 695 02 203 T2 zeigt eine Linearantrieb, mit einem Antriebsgehäuse und einer nicht selbstgehemmten Schraubenspindel, die in beiden Richtungen drehbar ist, einer Antriebsmutter, die auf der Schraubenspindel axial verschiebbar und mit einer Antriebswelle verbunden ist und einem reversierbaren Elektromotor, der die Schraubenspindel über ein Getriebe antreibt und die Antriebswelle abhängig von der Richtung der Drehrichtung der Spindel nach vorn schiebt bzw. zurückbewegt.
-
US 4,246,991 A zeigt eine Vorrichtung zum Wandeln einer Rotationsbewegung in eine Linearbewegung mit einem Gehäuse, einem drehbaren Antriebsmittel, einer Hülse, einem Paar Schraubenfedern und Mitteln, um die Rotationsbewegung der Abtriebswelle in eine Linearbewegung zu wandeln.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Getriebemechanismus mit Bremsfunktion zu schaffen, bei dem es zu keiner Energievergeudung durch die Bremseinrichtung kommt.
-
Diese Aufgabe ist durch die Getriebemechanismen gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und 2 gelöst. Bei den erfindungsgemäßen Mechanismen wird zwischen Lagernadeln und einem Zwischenring eine Reibungskraft erzeugt, wodurch die Drehung der Führungsspindel in einer speziellen Richtung behindert wird, so dass es zur gewünschten Bremsfunktion nur in einer Richtung kommt.
-
Auf Grund seines Aufbaus entsteht beim Getriebemechanismus gemäß der Erfindung nur wenig Reibungswärme, so dass keine Gefahr eines Schmelzens von Bauteilen besteht. Der Zwischenring kann sich leicht im Isolierelement drehen, wodurch der Getriebemechanismus eine hervorragende Getriebefunktion zeigt. Wenn die Führungsspindel nach hinten geschoben wird, entsteht keine Relativverschiebung zwischen dem Zwischenring, jeder Lagernadel, der passiven Laufbüchse und der Führungsspindel, wodurch die Letztere sicher festgehalten wird und vermieden werden kann, dass in Bezug auf sie und die Mutter ein Selbstverschiebeeffekt auftritt. Bei einer Lasterhöhung nimmt die Reibungskraft zwischen den jeweiligen Getriebekomponenten zu, wodurch keine überflüssige Reibungskraft erzeugt wird und keine Energie verbraucht wird, wenn keine Last vorliegt. Die Einfahrgeschwindigkeit des Teleskoprohrs ist auch bei verschiedenen Belastungen praktisch gleich. So kann die Absenkgeschwindigkeit konstant gehalten werden, wodurch der Komfort für den Benutzer deutlich verbessert wird.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.
-
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Getriebemechanismus gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
-
2 und 3 sind eine perspektivische Explosionsansicht bzw. eine Darstellung des Getriebemechanismus gemäß der Ausführungsform in zusammengebautem Zustand bei Anwendung in einem Linearstellglied;
-
4 ist eine Schnittansicht der 3 entlang der Schnittlinie 4-4;
-
5 ist eine Schnittansicht der 2 entlang der Schnittlinie 5-5 während einer Benutzung der Ausführungsform;
-
6 ist eine Schnittansicht der 2 entlang der Schnittlinie 6-6 während einer Benutzung der Ausführungsform;
-
7 ist eine Schnittansicht der 2 entlang der Schnittlinie 7-7 während einer Benutzung der Ausführungsform; und
-
8 und 9 sind eine perspektivische Explosionsansicht bzw. eine Ansicht eines Getriebemechanismusses im zusammengebauten Zustand gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
-
Der in der 1 dargestellte Getriebemechanismus 1 stellt eine Laufbüchse zur Verfügung. Er verfügt im Wesentlichen über eine Führungsspindel 10, eine Schneckenrad-Baugruppe 20, ein Zwischenring 30, ein Isolierelement 40, eine passive Laufbüchse 50 sowie mehrere Lagernadeln 60.
-
Die Führungsspindel 10 verfügt über einen Gewindeabschnitt 11 und einen sich von diesem ausgehend erstreckenden axialen Abschnitt 12, an dessen einer Seite eine Außenebene 13 ausgebildet ist. Abhängig von den im jeweiligen Fall erforderlichen Übertragsbedingungen kann die Führungsspindel für eine Rotationsrichtung nach links oder rechts ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform ist die Führungsspindel 10 für die Rotationsrichtung nach rechts ausgebildet.
-
Die Schneckenrad-Baugruppe 20 besteht beim Ausführungsbeispiel aus Kunststoffmaterial (z. B. POM), und sie ist auf den axialen Abschnitt 12 der Führungsspindel 10 aufgesetzt. Die Schneckenrad-Baugruppe 20 verfügt über ein Schneckenrad 21 sowie mehrere sich ausgehend von einer Seite desselben erstreckende Klemmarme 22. Zwischen jeweils zwei benachbarten Klemmarmen 22 ist ein Abstandsschlitz 23 ausgebildet. Am Umfang des Schneckenrads 21 sind mehrere Schneckenradzähne 211 ausgebildet. Abhängig von den Übertragungserfordernissen der Praxis sind diese Schneckenradzähne 211 für die Rotationsrichtung nach links oder nach rechts ausgebildet. Bei der Ausführungsform sind sie für dieselbe Rotationsrichtung wie die Führungsspindel 10 ausgebildet.
-
Der Zwischenring 30 ist ein zylindrischer Körper aus Metall, und er ist auf den Umfangsrand jedes Klemmarms 21 so aufgesetzt, dass er mit jeder dieser Umfangsflächen in Kontakt steht.
-
Bei dieser Ausführungsform ist das Isolierelement 40 eine Schraubenfeder, wobei jedoch keine Einschränkung hierauf besteht. Das Isolierelement 40 dient dazu, den Zwischenring 30 so zu hemmen, dass er sich nur in einer Rotationsrichtung dreht. Dieses Isolierelement 40 verklemmt elastisch mit dem Umfangsrand des Zwischenrings 30. Die Rotationsrichtung des Isolierelements 40 ist dieselbe wie die des Schneckenradzahns 211. Von der rechten Seite des Isolierelements 40 aus erstreckt sich ein Positionierungsabschnitt 41 nach unten.
-
Eine in der passiven Laufbüchse 50 angeordnete Innenebene 51 steht mit der Positionierungsebene 13 der Führungsspindel 10 in Kontakt, und die Laufbüchse 50 kann nach dem Zusammensetzen mit der Führungsspindel 10 gemeinsam gedreht werden. Am Umfangsrand der passiven Laufbüchse 50 sind mehrere V-förmige Vertiefungen 52 voneinander getrennt ausgebildet. Nachdem die passive Laufbüchse 50, alle Klemmarme 21 und der Zwischenring 30 zusammengebaut sind, ist zwischen der Vertiefung 52, dem Abstandsschlitz 23 und der Innenwandfläche des Zwischenrings 30 ein Aufnahmeraum gebildet.
-
In diesem Aufnahmeraum ist die Lagernadel 60, ein massiver, zylindrischer Körper, untergebracht, die in Wälzkontakt mit dem Klemmarm 21, dem Zwischenring 30 und der passiven Laufbüchse 50 steht.
-
Außerdem verfügt der Getriebemechanismus 1 dieser Ausführungsform über eine Begrenzungsblockabdeckung 70, die an eine Seite der passiven Laufbüchse 50 angesetzt ist und sich nach außen so erstreckt, dass sie die Lagernadeln 60 in solcher Weise abdeckt, dass die Bewegungsposition derselben eingegrenzt werden.
-
Aus den 2 bis 4 ist es erkennbar, dass dieser Getriebemechanismus 1 bei einem Linearstellglied 8 angewandt werden kann, das hauptsächlich aus einem unteren Sitzkörper 81, einem Motor 82, einem Außenrohr 83, einem Teleskoprohr 84, mehreren Lagern 85 und einem oberen Sitzkörper 86 besteht. In diesem Fall ist der Motor 82 im unteren Sitzkörper 81 untergebracht, und von seinem Zentrum aus erstreckt sich eine Schnecke 82, die für eine Kraftübertragung mit dem Schneckenrad 21 in Eingriff steht. Außerdem ist im unteren Sitzkörper 81 ein eingebetteter Schlitz 811 ausgebildet, der dazu dient, den Positionierabschnitt 41 des Isolierelements 40, das darin eingebettet wird, zu fixieren. Eine Seite des Außenrohrs 83 ist im unteren Sitzkörper 81 fixiert, während das Teleskoprohr 84 in diesem Außenrohr 83 angeordnet ist. An einer Seite des Teleskoprohrs 84 ist eine mit der Führungsspindel 10 in Eingriff stehende Mutter 841 angeordnet, wie es aus der 4 erkennbar ist, so dass das Teleskoprohr 84 in Bezug auf das Außenrohr 83 mittels der Drehung der Führungsspindel 10 eine Linearbewegung eines Ausfahrens oder Einfahrens ausführen kann. Andererseits sind die Lager gesondert an die Führungsspindel 10 und das Schneckenrad 21 angesetzt, und sie sind im unteren Sitzkörper 81 montiert. Dabei ist der untere Sitzkörper 81 so untergebracht, dass er unter dem ihm entsprechenden oberen Sitzkörper 86 abgedeckt vorliegt, wodurch ein Linearstellglied 8 aufgebaut ist.
-
Wie es aus der 5 erkennbar ist, drückt, wenn das Schneckenrad 21 durch die Schnecke 82 in der Vorwärtsrichtung so angetrieben wird, dass sie sich in der Uhrzeigerrichtung dreht, d. h., wenn das Teleskoprohr 84 durch die Führungsspindel 10 so angetrieben wird, dass es in das Außenrohr 83 eingezogen wird, jeder Klemmarm 22 auf den Zwischenring 30 und jede Lagernadel 60, damit eine Drehung ausgeführt wird. Mittels der Schraubenfeder ist die Rotationsrichtung des Isolierelements 40 dieselbe wie die des Schneckenrads 21, wobei der Positionierabschnitt 41 des Isolierelements 40 in den Einbettungsschlitz 811 des unteren Schlitzkörpers 81 eingesetzt ist, so dass der Zwischenring 30 durch Verklemmung durch das Isolierelement 40 angezogen wird, wobei er umfasst wird und sich nicht mehr drehen kann. In diesem Fall nehmen die Reibungskräfte zu, wie sie durch jeden Klemmarm 22 auf jede Lagernadel 60 und den Zwischenring 30 ausgeübt werden, so dass die Drehgeschwindigkeiten der passiven Laufbüchse 50 und der Führungsspindel 10 verlangsamt werden. Daher wird, wenn das Linearstellglied 8 an einem elektrisch betriebenen Bett oder Stuhl angebracht ist, die Geschwindigkeit des Teleskoprohrs 84 verlangsamt, wenn es in das Außenrohr 83 eingezogen wird, wodurch der Komfort für den Benutzer erhöht ist.
-
Wie es aus der 6 erkennbar ist, drückt, wenn das Schneckenrad 21 durch die Schnecke 82 rückwärts so angetrieben wird, dass es sich in der Gegenuhrzeigerrichtung dreht, d. h., wenn das Teleskoprohr 84 durch die Führungsspindel 10 so angetrieben wird, dass es aus dem Außenrohr 83 ausgefahren wird, jeder Klemmarm 22 so auf den Zwischenring 30, dass sich jede Lagernadel 60 dreht. Auf Grund der Schraubenfeder ist die Rotationsrichtung des Isolierelements 40 entgegengesetzt zu der des Schneckenrads 21, so dass das Isolierelement 40 auf Grund der Drehung des Zwischenrings 30 einen losen Zustand einnimmt. Daher nehmen die Reibungskräfte zwischen dem Zwischenring 30, dem Isolierelement 40 und jeder Lagernadel 60 ab, wodurch sich der Zwischenring 30 leicht im Isolierelement 40 drehen kann. Dadurch zeigt der Getriebemechanismus 1 hervorragende Getriebeeigenschaften.
-
Wie es aus der 7 erkennbar ist, wird die passive Laufbüchse 50 für einen Betätigungsvorgang angetrieben, wenn die Führungsspindel 10 durch die Mutter 841 des Teleskoprohrs 84 zurückgedrückt wird. Zwei schräge Flächen der V-förmigen Vertiefung 52 der passiven Laufbüchse 50 drücken auf Grund eines Reibungsvorgangs auf jede Lagernadel 60. Da der Zwischenring 30 durch das Isolierelement 40, das mit der Konfiguration einer Schraubenfeder dargestellt ist, verklemmt wird, ist er fest umschlossen und kann sich nicht mehr drehen, wodurch zwischen ihm, jeder Lagernadel 60, der passiven Laufbüchse 50 und der Führungsspindel 10 keine Relativübertragung erzeugt wird. In diesem Zustand wird die Führungsspindel 10 festgehalten, wodurch effektiv verhindert wird, dass sie und die Mutter 841 einen Selbstgleiteffekt zeigen. Demgemäß besteht bei der Ausführungsform ein Selbstklemmeffekt, obwohl keinerlei spezielle Selbstklemmeinrichtung installiert ist.
-
Bei der durch die 8 und 9 veranschaulichten Ausführungsform liegt ein Getriebemechanismus 1' vor, bei dem mehrere Verzahnungsstege 14 und Verzahnungsnuten 53 zwischen der Führungsspindel 10 und der Laufbüchse 50 angeordnet sind, wobei sich die letzteren beiden durch das Zusammenwirken der Verzahnungsstege 50 und der Verzahnungsnuten 53 gemeinsam drehen können. Außerdem kann die Schneckenrad-Baugruppe 20 der vorigen Ausführungsform durch eine passive Baugruppe 20' ersetzt werden, die hauptsächlich über ein passives Rad 21a, eine kurze Achse 24, ein Kupplungselement 25 und einen Klemmring 26 verfügt. In diesem Fall werden mehrere gerade Zähne 211a, die an einem Umfangsrand des passiven Rads 21a ausgebildet sind, durch das aktive Rad 822 des Linearstellglieds 8 so angetrieben, dass sie sich drehen. Die kurze Achse 24 läuft durch das Zentrum des passiven Rads 21a, und das Kupplungselement 25 ist an einer Seite derselben befestigt, so dass sie gekoppelt sind. Zwischen dem Kupplungselement 25 und dem Klemmring 26, die sich beide gemeinsam drehen, sind mehrere hinterschnittene Blöcke 251 und hinterschnittene Schlitze 261, die miteinander zusammenwirken, angeordnet. Ferner erstrecken sich mehrere Klemmarme 262 von einer Seite des Klemmrings 26 ausgehend nach außen. Zwischen jeweils zwei benachbarten Klemmarmen 262 ist auch ein Abstandsschlitz 263 ausgebildet. Abgesehen hiervon sind der Aufbau und die Übertragungsfunktionen der Bauelemente dieser Ausführungsform dieselben wie bei der vorigen Ausführungsform, weswegen die zugehörigen Beschreibungsteile nicht wiederholt werden.
