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Die Erfindung betrifft eine Linearbewegungsvorrichtung beziehungsweise einen Linearantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Herkömmliche Linearbewegungsvorrichtungen sind als Spindeltriebe ausgebildet und haben eine in einem Gehäuse um eine Längsachse drehbar gelagerte Gewindespindel, die im Gehäuse mit einer in Richtung der Längsachse verschieblichen Spindelmutter in Eingriff ist. An der Spindelmutter ist eine das Gehäuse durchsetzende Hubstange befestigt, in die die Gewindespindel je nach Betriebszustand der Linearbewegungsvorrichtung mehr oder weniger tief eintaucht. Die Hubstange wird über einen von der Gewindespindel entfernten Anlenkpunkt an eine andere zu bewegende oder abzustützende Vorrichtung gekoppelt.
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Derartige Linearbewegungsvorrichtungen werden auch als Elektrozylinder bezeichnet, da mit Blick auf die Nutzbarkeit und auf die äußere Erscheinung das Gehäuse einem Hydraulikzylinder und die Hubstange der Kolbenstange ähnlich ist. Statt Druckmittel muss der Linearbewegungsvorrichtung allerdings elektrischer Strom zur Versorgung eines Elektromotors zugeführt werden, um die Gewindespindel rotatorisch anzutreiben.
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Bei der gattungsgemäßen Linearbewegungsvorrichtung ist die verschiebliche Spindelmutter drehfest im Gehäuse angeordnet, so dass sie mit der Drehung der Gewindespindel lediglich die gewünschte Hubbewegung ausführt. Dazu muss ein von der Gewindespindel über den Eingriff auf die Spindelmutter übertragenes Drehmoment am Gehäuse abgestützt werden.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2007 043 391 A1 zeigt zwei diametral am Außenumfang der Spindelmutter angeordnete Gleitstücke bzw. Gleitsteine, die am Außenumfang der Spindelmutter über Schrauben befestigt sind. Die Gleitstücke sind in einer jeweiligen Nut verschiebbar, die an inneren Wandungen des Gehäuses vorgesehen sind. Die Gleitstücke weisen zwei dachförmig gegeneinander angestellte Gleitflächen auf, die mit entsprechenden Gegenflächen der jeweiligen Nut des Gehäuses in Anlage gebracht sind. Zudem ist ein Radialspiel der beiden Gleitflächen mit Bezug zu den beiden Gegenflächen über eine zwischen dem Führungselement und der Spindelmutter angeordnete Keilleiste einstellbar. Dies geschieht über Verschiebung der Keilleiste parallel zur Längsachse.
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Nachteilig an derartigen Linearbewegungsvorrichtungen ist, dass die Einstellung des Radialspiels über die Verschiebung der Keilleiste nur vergleichsweise grob erfolgen kann, und dass zwischen einer Positionierung der Keilleiste durch einen Monteur und einer Fixierung des Gleitstücks mit einer Schraube die Position wieder verloren gehen kann.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Linearbewegungsvorrichtung zu schaffen, bei der die genannten Nachteile vermieden sind.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Linearbewegungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Die beanspruchte Linearbewegungsvorrichtung hat ein Gehäuse, in dem eine Gewindespindel bezüglich einer Längsachse drehbar gelagert ist, wobei ein Ausleger (z.B. eine Hubstange) in Richtung der Längsachse aus dem Gehäuse – je nach Betriebszustand unterschiedlich weit – herausragt. Der Ausleger ist an einer Spindelmutter befestigt, die (z.B. über eine Vielzahl von umlaufenden Kugeln) in Eingriff mit der Gewindespindel ist, die z.B. von einem Elektromotor angetrieben werden kann. Am Außenumfang der Spindelmutter ist als Verdrehsicherung für die Spindelmutter wenigstens ein Gleitstück befestigt, das eine sich parallel zur Längsachse erstreckende als Verschleißfläche ausgebildete erste Gleitfläche hat, die an einer sich parallel zur Längsachse erstreckenden ersten Anlagebahn am Innenumfang des Gehäuses verschiebar geführt ist. Zwischen der Spindelmutter und jedem Gleitstück ist ein Keil vorgesehen, dessen Dickeänderung etwa entlang der Längsachse verläuft. Dabei hat das Gleitstück eine dem Keil zugewandte innere Anlage, während der Keil eine dem Gleitstück zugewandte äußere Anlage hat. Die beiden Anlagen haben die gleiche Neigung zur Längsachse. Erfindungsgemäß weisen die beiden Anlagen ein jeweiliges Profil auf, über das ein Formschluss zwischen dem Keil und dem Gleitstück etwa in Richtung der Längsachse gebildet ist. Damit kann die Einstellung des Radialspiels der Verdrehsicherung im Gehäuse über die Verschiebung des Leitstücks vergleichsweise fein erfolgen, und zwischen einer Positionierung des Keils und einer Fixierung des Gleitstücks bleiben die vom Monteur gewählten Positionen über den Formschluss erhalten, das der Formschluss auch dann wirkt, wenn das Gleitstück und der Keil noch nicht an der Spindelmutter befestigt sind. Vorzugsweise erfolgt die Befestigung über eine Schraube. Die Profile können vorrichtungstechnisch einfach eine bestimmte Rauhigkeit aufweisen, über die der Formschluss hergestellt wird. Vorzugsweise sind die beiden Profile derart gestaltet und geformt, dass sich ein positives und ein entsprechendes negatives Profil ergeben.
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Vorteilhafter Weise ist das Gleitstück eine Gleitleiste und der Keil eine Keilleiste, die beide eine Erstreckung entlang der Längssachse haben, die größer als ihre jeweilige Breite ist. Damit ist die Montage der Leisten vereinfacht, und die Neigung ihrer beiden Anlagen kann bei unverändertem Einstellungsintervall der Gleitleiste verringert werden, wodurch die Einstellgenauigkeit des Radialspiels erhöht ist.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Profil der inneren Anlage von Stegen gebildet, während das Profil der äußeren Anlage von an die Stege angepassten Ausnehmungen gebildet ist. Damit ergeben sich eine Rasterung der Einstellung des Radialspiels und ein definierter reproduzierbarer Formschluss.
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Vorzugsweise ist die innere Anlage am Boden einer Nut des Gleitstücks gebildet, in die der Keil zumindest abschnittsweise eingesetzt ist. Dabei haben die Nut und der Keil etwa die gleiche Breite. Damit sind eine Positionierhilfe und eine Sicherung in seitlicher Richtung (Umfangsrichtung der Spindelmutter) für den Keil mit Bezug zum Gleitstück gegeben.
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Dabei können die Stege zwei Seitenwände der Nut miteinander verbinden, sich also über die gesamte Breite der inneren Anlage des Gleitstücks erstrecken.
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Wenn die Stege und die Ausnehmungen in gleicher Weise pfeilförmig abgewinkelt sind, ist eine verdrehte Montage des Keils und/oder des Gleitstücks wirksam verhindert.
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Vorzugsweise definieren dabei die Berührstellen zwischen den Stegen und den Ausnehmungen eine Ebene, die geneigt zur Längsachse angeordnet ist. Wenn die Stege und Ausnehmungen pfeilförmig abgewinkelt sind, definieren die Berührstellen vorzugsweise zwei Ebenen, die darüber hinaus auch zueinander geneigt sind.
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Bei den meisten bidirektionalen Anwendungen der erfindungsgemäßen Linearbewegungsvorrichtung ist eine beidseitige Abstützung der Spindelmutter gegenüber dem Gehäuse nötig. Dann wird es bevorzugt, wenn das Gehäuse wenigstens eine sich parallel zur Längsachse erstreckende Nut hat, in die sich das Gleitstück hinein erstreckt. In der Nut sind die erste Anlagebahn und eine zweite Anlagebahn gebildet, wobei an dem Gleitstück entsprechend die erste Gleitfläche und eine als Verschleißfläche ausgebildete zweite Gleitfläche gebildet sind. Bevorzugt sind die beiden Anlagebahnen und die beiden Gleitflächen mit Bezug zu einer Radialrichtung jeweils paarweise symmetrisch und zueinander dachförmig angestellt.
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Vorzugsweise sind der Keil und das Gleitstück zumindest abschnittsweise in einer Nut aufgenommen, die sich über die gesamte Länge der Spindelmutter erstreckt. Damit sind eine Positionierhilfe und eine Sicherung in Umfangsrichtung der Spindelmutter für das Gleitstück mit Bezug zur Spindelmutter gegeben.
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Wenn das Gleitstück breiter als die Nut ist, so dass das Gleitstück seitlich über die Nut übersteht, können die beiden Verschleißflächen vergrößert werden.
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Zur Abstützung der Spindelmutter in beide Drehrichtungen der Gewindespindel wird es bevorzugt, wenn die spindelmutterseitige Nut zwei Seitenwandungen hat, an denen das Gleitstück mit seinen Seitenflanken anliegt. Vorzugsweise erstrecken sich dabei die Seitenwandungen des Gleitstücks und die Seitenflanken der spindelmutterseitigen Nut parallel zueinander.
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Zur Lagesicherung des Keils – insbesondere in Richtung der Längsachse – wird es bevorzugt, wenn dieser einen inneren radialen Fortsatz hat, der in eine Ausnehmung entsprechender Größe in die Spindelmutter eingesetzt ist.
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Ein optimale Fixierung bei vorheriger einfacher Einstellmöglichkeit des Keils und damit des Radialspiels des Gleitstücks ergibt sich, wenn im Gleitstück ein Langloch und im Keil ein – vorzugsweise kreisrundes – Loch vorgesehen sind. Die beiden Löcher werden von einem Schraubbolzen durchsetzt, der in eine Gewindebohrung der Spindelmutter eingeschraubt ist.
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Vorzugsweise sind zwei gehäuseseitige Nuten und zwei spindelmutterseitige Nuten an gegenüberliegenden Seiten der Spindelmutter vorgesehen, in die jeweils ein Gleitstein eingesetzt ist, der mit zwei symmetrischen Gleitflächen in Anlage mit jeweils zwei symmetrischen Gleitbahnen der beiden gehäuseseitigen Nuten ist.
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Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen
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1 das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Linearbewegungsvorrichtung in einer seitlichen geschnittenen Darstellung;
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2 das Ausführungsbeispiel gemäß 1 in einer quer geschnittenen Darstellung;
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3 eine Spindelmutter des Ausführungsbeispiels gemäß 1 und 2 in einer Explosionszeichnung; und
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4 eine Gleitleiste des Ausführungsbeispiels gemäß den vorhergehenden Figuren in einer perspektivischen Darstellung.
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1 zeigt das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Linearbewegungsvorrichtung in einer seitlichen geschnittenen Darstellung. Sie hat ein im Querschnitt etwa quadratisches längliches Gehäuse 1, das stirnseitig über zwei Kappen 2 verschlossen ist. In der in 1 unteren Kappe 2 ist über ein Wälzlager ein Endabschnitt einer Gewindespindel 4 gelagert, während in der in 1 oberen Kappe 2 ein gegenüber dem Gehäuse 1 verschiebbarer Ausleger 6 gleitgelagert ist. Der in 1 obere Endabschnitt des Auslegers 6 ragt aus dem Gehäuse 1 heraus. An diesen Endabschnitt kann eine (nicht gezeigte) Vorrichtung gekoppelt werden, die entlang einer Längsachse 8 der Linearbewegungsvorrichtung bewegt werden soll.
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Ein in 1 unterer Endabschnitt des Auslegers 6 ist an einer Spindelmutter 10 befestigt, die im Gehäuse 1 gleitgelagert ist. Die Spindelmutter 10 und die Gewindespindel 4 sind über eine endlos umlaufende Reihe von Kugeln (nicht gezeigt) miteinander im Wirkeingriff, so dass über einen Antrieb der Gewindespindel 4 über einen (nicht gezeigten) Elektromotor die Spindelmutter 10 und damit der Ausleger 6 translatorisch bewegt werden kann.
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2 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß 1 in einem Querschnitt. Dabei sind insbesondere das Gehäuse 1, die darin geführte Spindelmutter 10 und die in der Spindelmutter 10 rotierende Gewindespindel 4 geschnitten dargestellt.
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An zwei einander gegenüberliegenden inneren Seiten des Gehäuses 1 ist jeweils eine Nut vorgesehen, die sich zumindest entlang des gesamten Verfahrweges der Spindelmutter 10 erstreckt (vgl. 1). In 2 ist dargestellt, dass die beiden Nuten jeweils einen Querschnitt in Form eines gleichschenkligen Trapezes haben. Somit hat jede Nut zwei dachförmig und symmetrisch zueinander angestellte seitliche Anlagebahnen 12. In jede Nut ist ein als Gleitleiste 14 ausgebildetes Gleitstück eingesetzt. Die beiden Gleitleisten 14 sind – wie mit Bezug zu 3 erläutert wird – am Außenumfang der Spindelmutter 10 befestigt und dabei über eine jeweilige Keilleiste 16 in ihrem radialen Abstand zur Spindelmutter 10 einstellbar. Damit ist die Eintauchtiefe bzw. die Spannung der jeweiligen Gleitleiste 14 gegenüber der gehäuseseitigen Nut einstellbar.
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3 zeigt die Spindelmutter 10 und die daran montierten Teile des Ausführungsbeispiels gemäß den 1 und 2 in einer Explosionszeichnung. Die Spindelmutter 10 hat an ihrem Außenumfang an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Nut 18, die sich über die gesamte Länge der Spindelmutter 10 erstreckt. Dabei sind die beiden Böden tangential zur Spindelmutter 10 und damit parallel zueinander angeordnet. An jedem Boden sind eine Ausnehmung 20 und eine Gewindebohrung 22 vorgesehen. In die Gewindebohrung 22 wird ein jeweiliger Schraubbolzen 24 eingeschraubt, über den die Gleitleiste 14 und die Keilleiste 16 radial nach innen zur Spindelmutter 10 gespannt werden. Dabei durchdringt der Schraubbolzen 24 ein Langloch 26 der Gleitleiste und ein kreisrundes Loch 28 der Keilleiste 16.
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Als Positionierhilfe und als Lagefixierung erstreckt sich im zusammengebauten Zustand ein Fortsatz 30 der Keilleiste 16 in die Ausnehmung 20 des Bodens der Nut 18. Weiterhin ist die Keilleiste 16 in seitlicher Richtung bzw. in Umfangsrichtung dadurch fixiert, dass sie in eine Nut 32 entsprechender Breite eingesetzt ist, die an einer radial inneren Seite der Gleitleiste 14 ausgebildet ist. Die Gleitleiste 14 wiederum ist über Seitenflanken ihres radial inneren Abschnitts in die Nut 18 der Spindelmutter 10 eingesetzt, wobei der radial innere Abschnitt der Gleitleiste 14 und die Nut 18 gleiche Breite aufweisen. Die Gleitleiste 14 ist somit in Umfangsrichtung über ihre Seitenflanken an den beiden Seitenwandungen 34 der zugeordneten Nut 18 abgestützt.
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In axialer Richtung ist die Keilleiste 16 über den Fortsatz 30 und die Ausnehmung 20 lagefixiert, während die axiale Position der Gleitleiste 14 entlang der Nut 18 und damit parallel zur Längsachse 8 wählbar ist. Der Verstellweg ist über die Länge des Langlochs 26 definiert. Dabei ist die Gleitleiste 14 über den gesamten Verstellweg mit ihrer vollen Länge in der Nut 18 der Spindelmutter 10 aufgenommen. Durch die Positionswahl der Gleitleiste 14 verändert sich somit auch ihre Position relativ zur Keilleiste 16. Da die beiden Keilleisten 16 in ihrem in 3 rechten Bereich in radialer Richtung dicker sind, als in ihrem in 3 linken Bereich, ergibt sich durch die Positionswahl der Gleitleiste 14 ein unterschiedlicher radialer Abstand zur Spindelmutter 10. Damit bei unterschiedlichen Positionen der Gleitleiste 14 gegenüber der Keilleiste 16 die Parallelität ihrer beiden Gleitflächen 36a, 36b zu den jeweils zugeordneten Anlagebahnen 12 (vgl. 2) der gehäuseseitigen Nut erhalten bleibt, ist die radial äußere Anlage der Keilleiste 16 mit der gleichen Steigung versehen, wie die innere Anlage der Gleitleiste 14.
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4 zeigt die innere Anlage der Gleitleiste 14, die sich zwischen den beiden Seitenwandungen 38 der Nut 5 erstreckt. Dort sind gleichmäßig geformte und zueinander gleichmäßig beabstandete Stege 40 ausgebildet, genauer gesagt sind beim gezeigten Ausführungsbeispiel auf jeder Seite des Langlochs 26 jeweils vier Stege 40 angeordnet, die jeweils pfeilförmig abgewinkelt sind. Dabei hat jeder Steg 40 einen mittleren gekrümmten Abschnitt und zwei seitliche gerade Abschnitte, wodurch die beiden geraden Abschnitte jedes Steges 40 zueinander angestellt sind. Diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen gleitleistenseitigen Profils ist keilleistenseitig ein entsprechendes Profil zugeordnet. Dies ist am besten an der in 3 oberen Keilleiste 16 zu erkennen. Das Profil der Keilleiste 16 weist beidseitig des Lochs 28 jeweils vier Ausnehmungen 42 auf, die die geometrisch inverse Form der Stege 40 haben. Damit bieten die beiden Profile eine optische und mechanische Positionierhilfe und dabei eine sichere definierte Verrastung in der vom Monteur gewählten Position der Gleitleiste 14. Diese Verrastung bleibt während der Montage bestehen, bis der Schraubbolzen 24 eingeschraubt wurde und die beiden Leisten 14, 16 endgültig fixiert sind.
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Offenbart ist ein Spindeltrieb mit einem ortsfesten Gehäuse, in dem eine Gewindespindel drehbar gelagert ist, wodurch eine Hubstange aus dem Gehäuse je nach Betriebszustand unterschiedlich weit heraus bewegt werden kann. Die Bewegung erfolgt entlang einer Längsachse des Spindeltriebs. Die Hubstange ist an einer Spindelmutter befestigt, die in Eingriff mit der Gewindespindel ist. Am Außenumfang der Spindelmutter sind zwei Gleitleisten befestigt, die als Verdrehsicherung in einer jeweiligen sich parallel zur Längsachse erstreckenden Nut des Gehäuses verschiebar geführt sind. Zwischen jeder Gleitleiste und der Spindelmutter ist eine Keilleiste eingesetzt, deren Dickeänderung parallel zur Längsachse verläuft. Dabei weisen die Anlagen der beiden Gleitleisten und der beiden zugeordneten Keilleisten eine jeweilige Riffelung auf, über die ein Formschluss zwischen der Keilleiste und der Gleitleiste in Richtung der Längsachse gebildet ist. Damit kann die Einstellung des Radialspiels der beiden Gleitleisten im Gehäuse über die Verschiebung der jeweiligen Keilleiste vergleichsweise einfach und fein(stufig) erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Kappe
- 4
- Gewindespindel
- 6
- Ausleger
- 8
- Längsachse
- 10
- Spindelmutter
- 12
- Anlagebahn
- 14
- Gleitleiste
- 16
- Keilleiste
- 18
- Nut
- 20
- Ausnehmung
- 22
- Gewindebohrung
- 24
- Schraubbolzen
- 26
- Langloch
- 28
- Loch
- 30
- Fortsatz
- 32
- Nut
- 34
- Seitenwand
- 36a
- Erste Gleitfläche
- 36b
- Zweite Gleitfläche
- 38
- Seitenwand
- 40
- Steg
- 42
- Ausnehmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007043391 A1 [0005]
