-
Die Erfindung betrifft einen Elektrozylinder gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
-
Aus der
DE 10 2009 007 958 B4 ist eine Spindellagerung bekannt, welche Bestandteil eines Elektrozylinders ist. Die Spindellagerung umfasst eine Spindel, namentlich eine Gewindespindel, die bezüglich einer Längsachse drehbar ist. Die Spindel ist von einem Abstützkörper umgeben, der von einer rohartigen Kolbenstange des Elektrozylinders gebildet wird. Zwischen der Spindel und dem Abstützkörper sind ein gesondertes Drehlager und eine Stützvorrichtung angeordnet. Das Drehlager ist in Form eines Radialrillenkugellagers ausgebildet, dessen Außenring in einer angepassten Bohrung in der Stützvorrichtung gehalten ist. Der genannte Außenring ist sowohl in Längsrichtung als auch quer zur Längsrichtung unbeweglich relativ zur Stützvorrichtung ausgerichtet. An der Außenumfangsfläche der Stützvorrichtung ist ein Federbereich angeordnet, mit dem die Stützvorrichtung innen an dem Abstützkörper anliegt. Durch die Nachgiebigkeit des Federbereichs kann eine exzentrische Lage der Spindel bezüglich des Abstützkörpers ausgeglichen werden.
-
Der Nachteil der bekannten Spindellagerung besteht darin, dass der Federbereich eine hohe Steifigkeit haben muss, damit die biegekritische Drehzahl der Spindel durch die Spindellagerung signifikant erhöht wird. Bei großen toleranzbedingten Exzentrizitäten zwischen Spindel und Abstützkörper kommt es hierdurch zu Radialbelastungen auf das Drehlager, welche dessen Lebensdauer herabsetzen.
-
Aus der
DE 10 2010 054 828 A1 ist eine Drehlagerung bekannt, bei welcher das Drehlager in einer Stützvorrichtung gehalten ist. Gemäß einer Ausführungsform wird es in radialer Richtung von einem Dämpfungselement gehalten. Gemäß einer andere Ausführungsform ist das Drehlager kippbeweglich in der Stützvorrichtung gehalten.
-
Aus der
US 2013/0 121 858 A1 ist eine ähnliche Drehlagerung bekannt, bei welcher in radialer Richtung zwischen dem Drehlager und der Stützvorrichtung eine Wellfeder oder ein anderes elastisches Element eingebaut ist.
-
Aus der
DE 10 2005 018 244 A1 ist eine weitere Drehlagerung bekannt, bei welcher der Außenring aus Blech im Bereich der Laufbahn freitragend ist, wobei er abseits der Laufbahn in radialer Richtung fest in einer Stützvorrichtung gehalten ist.
-
Gemäß dem selbständigen Anspruch wird vorgeschlagen, dass zwischen der Stützvorrichtung und dem Drehlager ein radialer Freiraum vorgesehen ist, wobei das Drehlager quer zur Längsachse beweglich und in Richtung der Längsachse unbeweglich in der Stützvorrichtung gehalten ist. Durch die Beweglichkeit des Drehlagers in der Stützvorrichtung in radialer Richtung können Exzentrizitäten zwischen Spindel und Abstützkörper problemlos ausgeglichen werden, ohne dass es zu zusätzlichen Belastungen auf das Drehlager kommt. Der bekannte Federbereich an der Stützvorrichtung ist nicht mehr erforderlich.
-
Das Drehlager hat vorzugsweise einen Innenring und einen Außenring, zwischen denen höchst vorzugsweise mehrere gesonderte Wälzkörper angeordnet sind. Die Spindel ist vorzugsweise eine Gewindespindel, welche mit einer Mutter in Schraubeingriff steht, höchst vorzugsweise über endlos umlaufende Wälzkörper.
-
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
-
Es ist bevorzugt, dass das Drehlager in Richtung der Längsachse unter Vorspannung in der Stützvorrichtung gehalten ist. Dies hat zur Folge, dass bei der erfindungsgemäßen Querbewegung des Drehlagers in der Stützvorrichtung Reibkräfte auf das Drehlager einwirken. Durch die Reibkräfte werden Biegeschwingungen der Spindel gedämpft, welche durch die Drehung der Spindel angeregt werden. Darüber hinaus wird ausgenutzt, dass erst die Haftreibung überwunden werden muss, ehe sich das Drehlager überhaupt gegenüber der Stützvorrichtung bewegen kann. In der Folge erhöht sich die biegekritische Drehzahl der Spindel.
-
Hierbei ist anzumerken, dass eine Verschiebung zwischen Drehlager und Stützvorrichtung normalerweise nur einmalig bei der Montage der Spindellagerung zwecks Toleranzausgleich stattfindet. Allenfalls bei sehr langen Spindeln findet eine elastische Verlagerung des Spindelendes nach unten aufgrund von Gewichtskräften statt. Diese Verlagerung ist abhängig vom Abstand zwischen der erfindungsgemäßen Spindellagerung und der Gewindemutter. Sie ändert sich also bei jedem Hub des Gewindetriebs. Die daraus folgende reibungsbedingte Abnutzung ist aber so gering, dass sie nicht stört. Eine radiale Gleitverlagerung bei jeder Umdrehung der Spindel findet nicht statt, soweit die Schwingungsdämpfung groß genug ist
-
Es ist bevorzugt, dass die Stützvorrichtung eine erste Hülse aufweist, welche quer zur Längsachse unbeweglich an dem Abstützkörper oder der Spindel abgestützt ist, wobei das Drehlager quer zur Längsachse unbeweglich am jeweils anderen Teil, Spindel oder Abstützkörper, abgestützt ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass der radiale Toleranzausgeleich ausschließlich durch eine radiale Relativbewegung zwischen Drehlager und Stützvorrichtung geschieht. Zwischen den übrigen Teilen finden keine radialen Relativbewegungen statt, welche die biegekritische Drehzahl der Spindel beeinflussen könnten.
-
Die erste Hülse besteht vorzugsweise aus Kunststoff, höchst vorzugsweise aus Polyoxymethylen (POM) oder Polytetrafluorethylen (PTFE). Die erste Hülse ist vorzugsweise ringartig ausgebildet. Die erste Hülse ist vorzugsweise in Richtung der Längsachse gleitbeweglich an dem Abstützkörper abgestützt. Die entsprechende Gleitfläche ist vorzugsweise kreiszylindrisch bezüglich der Längsachse ausgebildet. Das Drehlager liegt vorzugsweise unmittelbar an dem genannten anderen Teil an. Das Drehlager ist höchst vorzugsweise an einem Zapfen am Ende der Spindel befestigt.
-
Es ist bevorzugt, dass die Stützvorrichtung eine von der ersten Hülse gesonderte zweite Hülse aufweist, wobei die erste Hülse eine erste Längsstirnfläche aufweist, welche einer zweiten Längsstirnfläche an der zweiten Hülse gegenüberliegt, wobei das Drehlager quer zur Längsachse gleitbeweglich an der ersten und der zweiten Längsstirnfläche anliegt. Hierdurch wird die vorgeschlagene Beweglichkeit zwischen Drehlager und Stützvorrichtung quer zur Längsachse ermöglicht.
-
Es ist bevorzugt, dass die erste und/oder die zweite Längsstirnfläche aus einem Elastomer bestehen. Elastomere haben typischerweise einen hohen Reibungskoeffizienten, so dass sie eine besonders gute Schwingungsdämpfung bewirken. Weiter wird hierdurch eine Abdichtung des radialen Freiraums erzielt, so dass eine darin befindliche Flüssigkeit nicht austreten kann. Bei dem Elastomer handelt es sich vorzugsweise um einen Fluorkautschuk, insbesondere um den Typ FKM nach DIN ISO 1629.
-
Es ist bevorzugt, dass die erste und/oder die zweite Längsstirnfläche jeweils von einem gesonderten Dichtring gebildet werden, welcher fest an der zugeordneten, verbleibenden Hülse gehalten ist. Eine derartige Stützvorrichtung ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Es ist aber genauso denkbar, dass das vorgeschlagene Elastomer einstückig mit der verbleibenden Hülse aus vergleichsweise starrem Kunststoff verbunden ist, beispielsweise mittels Umspritzen in einer Kunststoffspritzgussmaschine.
-
Es ist bevorzugt, dass zwischen der ersten und/oder der zweiten Längsstirnfläche und dem Drehlager eine Tellerfeder oder eine Federscheibe eingebaut ist. Hierdurch können besonders hohe Vorspannkräfte zwischen Drehlager und Stützvorrichtung erreicht werden, die überdies genau eingestellt werden können. Bei dieser Ausführungsform wird vorzugsweise auf das oben vorgeschlagene Elastomer an den Längsstirnflächen verzichtet. Allenfalls kann daran gedacht sein, Dichtringe parallel neben den vorgeschlagenen Federn anzuordnen, um deren Dichtwirkung auszunutzen.
-
Es ist bevorzugt, dass die zweite Hülse mit einem ersten Sicherungsring an der ersten Hülse gehalten ist. Eine entsprechende Stützvorrichtung ist einfach und kostengünstig herstellbar. Weiter ist sie demontierbar, insbesondere im Falle einer Reparatur.
-
Es ist bevorzugt, dass der radiale Freiraum mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, welche vorzugsweise eine Viskosität von mehr als 100 mPa·s aufweist. Beispiele für eine derartige Flüssigkeit sind Schmierfette oder Knetmassen. Hierdurch wird zusätzlich zur oben angesprochenen Festkörperreibung eine Flüssigkeitsreibung bei der radialen Relativbewegung zwischen Drehlager und Stützvorrichtung erzeugt. Um schwingen zu können, muss das Ende der Spindel die zähe Flüssigkeit in dem durch die O-Ringe abgedichteten Freiraum hin und her bewegen. Die entsprechende hydrodynamische Reibung dämpft die genannten Biegeschwingungen der Spindel sehr stark. Es kann auch daran gedacht sein, die Flüssigkeitsreibung so groß auszulegen, dass die oben vorgeschlagene Festkörperreibung demgegenüber vernachlässigbar ist. Hierdurch kann der Verschleiß an dem vorgeschlagenen Elastomer vermindert werden.
-
Es ist bevorzugt, dass an der vom Drehlager abgewandten Umfangsfläche der ersten Hülse wenigstens eine in Richtung der Längsachse verlaufende Längsnut vorgesehen ist. Hierdurch wir erreicht, dass Luft an der Stützvorrichtung und dem Drehlager vorbei strömen kann. Insbesondere, wenn die Spindellagerung in einem Elektrozylinder verwendet wird, wird hierdurch ein Anstieg des Luftdrucks im Inneren des Elektrozylinders aufgrund dessen Hubbewegung vermieden.
-
Es ist bevorzugt, dass die vom Drehlager abgewandte Umfangsfläche der ersten Hülse wenigstens einen ringförmig um die Längsachse umlaufenden Abstützvorsprung aufweist, der unter Vorspannung an dem Abstützkörper oder der Spindel anliegt, wobei er gewünschtenfalls von der wenigstens einen Längsnut unterbrochen ist. Hierdurch kann Spiel in der Spindellagerung sicher vermieden werden. Ein derartiges Spiel kann im Falle von Biegeschwingungen der Spindel zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung führen.
-
Es ist bevorzugt, dass die Vorspannung zwischen der Stützvorrichtung und dem Drehlager so groß eingestellt ist, dass das Reibdrehmoment bei einer Verdrehung zwischen Stützvorrichtung und Drehlager bezüglich der Längsachse größer als das Reibdrehmoment des Drehlagers bei einer Verdrehung bezüglich der Längsachse ist. Hierdurch wird Verschleiß an der Stützvorrichtung vermieden. Das Drehlager kann aufgrund seiner Bauweise die genannte Verdrehung über einen langen Zeitraum nahezu ohne Verschleiß aufnehmen.
-
Der erfindungsgemäße Elektrozylinder weist ein Gehäuse auf, aus dem ein rohrartiger Abstützkörper in Richtung der Längsachse linearbeweglich herausragt, wobei ein Ende der Spindel in den Abstützkörper hineinragt, wobei das Drehlager und die Stützvorrichtung an dem genannten Ende der Spindel angeordnet sind. In diesem Fall wird der Abstützkörper oft als Kolbenstange oder Pinole bezeichnet.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
- 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Spindellagerung;
- 2 einen Teillängsschnitt der Stützvorrichtung mit dem Drehlager; und
- 3 eine Explosionsansicht der Stützvorrichtung mit dem Drehlager.
-
1 zeigt einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Spindellagerung 10. Die Spindellagerung 10 ist vorzugsweise Bestandteil des in der
DE 20 2011 108 113 U1 beschriebenen Elektrozylinders. Der gesamte Inhalt der
DE 20 2011 108 113 U1 wird in Bezug genommen und zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.
-
Die Spindellagerung 10 hat einen rohrartigen Abstützkörper 20, welcher die Kolbenstange des Elektrozylinders bildet. Der Abstützkörper 20 ist an seiner Innenumfangsfläche 21 kreiszylindrisch ausgebildet. Die entsprechende Außenumfangsfläche kann kreiszylindrisch ausgebildet sein, wobei sie Abflachungen aufweisen kann. Im Wesentlichen konzentrisch zur genannten Innenumfangsfläche 21 ist die Spindel 11 angeordnet, welche bezüglich der Längsachse 13 drehbar ist. Bei der Spindel 11 handelt es sich vorzugsweise um eine Gewindespindel. Am Ende 15 der Spindel 11 ist ein kreiszylindrischer Zapfen 14 vorgesehen, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Gewindes an der Spindel ist. Auf dem Zapfen 14 ist das Drehlager 50 mit einem zweiten Sicherungsring 12 befestigt. Bei dem Drehlager 50 handelt es sich vorzugsweise um ein Radialrillenkugellager. Zwischen dem Außenring des Drehlagers 50 und der Innenumfangsfläche 21 des Abstützkörpers 20 ist die Stützvorrichtung 30 angeordnet.
-
2 zeigt einen Teillängsschnitt der Stützvorrichtung 30 mit dem Drehlager 50. Die Stützvorrichtung 30 ist aus einer ersten und einer gesonderten zweiten Hülse 31; 40 zusammengesetzt. Die Breite der ersten Hülse 31 in Richtung der Längsachse ist etwas größer als die Summe der Breiten der zweiten Hülse 40 und des Drehlagers 50. Die erste und die zweite Hülse 31; 40 bestehen hautsächlich aus einem vergleichsweise harten Kunststoff wie Polyoxymethylen (POM). Im Bereich der ersten bzw. der zweiten Längsstirnfläche 36 bestehen sie dagegen aus einem Elastomer. Die erste und die zweite Längsstirnfläche 36; 42 werden vorliegend von einem gesonderten Dichtring 32 in Form eines O-Rings gebildet, der aus einem Fluorkautschuk besteht. Derartige Materialien sind beispielsweise unter dem Handelsnamen Viton bekannt.
-
Die erste Hülse 31 umgreift den Außenring 52 des Drehlagers 50 seitlich mit einem Bund 37. In diesem Bund 37 ist eine erste Nut 38 angeordnet, in welcher der genannte Dichtring 32 aufgenommen ist, der an einer zugeordneten Seitenfläche des Außenrings 52 anliegt. Die Tiefe der ersten Nut 38 in Richtung der Längsachse ist dabei so klein ausgelegt, dass der Dichtring 32, auch wenn er unter Vorspannung gesetzt ist, aus der ersten Hülse 31 heraus ragt. Der Außenring 52 liegt also in Richtung der Längsachse allein an den Dichtringen 32 an.
-
In radialer Richtung ist ein Freiraum 60 zwischen dem Außenring 52 des Drehlagers 50 und der ersten Hülse 31 vorgesehen. Die Höhe dieses Freiraums 60 quer zur Längsachse ist über den Umfang nur dann konstant, wenn die Spindel genau konzentrisch zur Innenumfangsfläche des Abstützkörpers angeordnet ist. Bei einer toleranzbedingten Exzentrizität zwischen Spindel und Abstützkörper ändert sich die Höhe des Freiraums 60 über den Umfang des Außenrings 52. In Extremfällen kann es vorkommen, dass der Außenring 52 an einer Stelle in radialer Richtung an der ersten Hülse 31 anliegt.
-
Der Freiraum 60 kann mit einer zähen Flüssigkeit, wie beispielsweise Schmierfett oder Knetmasse, gefüllt sein, um eine zusätzliche Dämpfung der Biegeschwingungen der Spindel zu bewirken.
-
Die zweite Hülse 40 ist innen in der ersten Hülse 31 mit geringem Spiel oder mit geringer Vorspannung aufgenommen. Sie ist mit einem ersten Sicherungsring 41 in Richtung der Längsachse an der ersten Hülse 31 formschlüssig festgelegt. Die zweite Hülse 40 begrenzt zusammen mit der ersten Hülse 31 eine zweite Nut 43, die spiegelsymmetrisch zur gegenüberliegenden ersten Nut 38 ausgebildet ist. In der zweiten Nut 43 ist der gleiche Dichtring 32 aufgenommen wie in der ersten Nut 38.
-
Weiter sind in 2 der Innenring 51 und die kugelförmigen Wälzkörper 53 des Drehlagers zu erkennen. Darüber hinaus ist der zweite Sicherungsring 12 gezeigt, wobei der zugeordnete Zapfen (Nr. 14 in 1) an der Spindel nicht dargestellt ist.
-
3 zeigt eine Explosionsansicht der Stützvorrichtung 30 mit dem Drehlager 50. An der Außenumfangsfläche der ersten Hülse 31 sind mehrere in Richtung der Längsachse 13 verlaufende Längsnuten 34 vorgesehen, die gleichförmig verteilt über den Umfang der ersten Hülse 31 angeordnet sind. Weiter sind an der Außenumfangsfläche der ersten Hülse 31 zwei ringförmig umlaufende Abstützvorsprünge 33 angeordnet. Die Abstützvorsprünge 33 liegen mit geringer Vorspannung innen an dem Abstützkörper (Nr. 20 in 1) an. Sie werden dabei von den Längsnuten 34 unterbrochen, so dass der oben angesprochene Luftaustausch nicht behindert wird. Die Abstützvorsprünge 33 sind an den beiden gegenüberliegenden Längsenden der ersten Hülse 31 angeordnet.
-
In der ersten Hülse 31 sind darüber hinaus zwei Montageausnehmungen 35 angeordnet. Die Montageausnehmungen 35 sind 180° gegenüberliegend zueinander an dem Längsende der ersten Hülse 31 angeordnet, an dem sich die zweite Hülse 40 befindet. Über die Montageausnehmungen 35 ist der erste Sicherungsring 41 zugänglich, wenn die Stützvorrichtung 30 vollständig montiert ist. Damit kann er außer Eingriff mit der ersten Hülse 31 gebracht werden, um die zweite Hülse 40 zu demontieren.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Spindellagerung
- 11
- Spindel
- 12
- zweiter Sicherungsring
- 13
- Längsachse
- 14
- Zapfen
- 15
- Ende der Spindel
- 20
- Abstützkörper
- 21
- Innenumfangsfläche des Abstützkörpers
- 30
- Stützvorrichtung
- 31
- erste Hülse
- 32
- Dichtring
- 33
- Abstützvorsprung
- 34
- Längsnut
- 35
- Montageausnehmung
- 36
- erste Längsstirnfläche
- 37
- Bund
- 38
- erste Nut
- 40
- zweite Hülse
- 41
- erster Sicherungsring
- 42
- zweite Längsstirnfläche
- 43
- zweite Nut
- 50
- Drehlager
- 51
- Innenring
- 52
- Außenring
- 53
- Wälzkörper
- 60
- Freiraum
