DE102018102092B4

DE102018102092B4 - Kugelgewindetrieb mit Detektionsfunktion

Info

Publication number: DE102018102092B4
Application number: DE102018102092.9A
Authority: DE
Inventors: Ying-Ju Lin; Chia-Ming Yang; Ping-Huan Hsieh; Min-Hsiu Wu
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2019-11-07
Anticipated expiration: 2038-02-01
Also published as: US20190211905A1; JP2019152290A; US10612632B2; JP6514797B1; DE102018102092A1; KR20190093252A; KR102017412B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb mit Detektionsfunktion, mit einer Spindel (1), die ein Außengewinde (11) aufweist; einer Mutter (2), die auf die Spindel (1) aufgeschraubt wird, entlang der Axialrichtung der Spindel (1) bewegt werden kann und ein Innengewinde (21) aufweist, wobei das Innengewinde (21) der Mutter (2) dem Außengewinde (11) der Spindel (1) gegenüberliegt und mit dem Außengewinde (11) der Spindel (1) einen Laufkanal (T) bildet; einer Kugelgruppe (3), die rollbar im Laufkanal (T) angeordnet ist; und einem Rückführelement (4), das lösbar an der Mutter (2) befestigt ist, einen Mikrocontroller und einen Sensor (45) trägt und den Drehzustand der Spindel (1) in der Mutter (2) erfassen kann, wobei das Rückführelement (4) einen Rückführkanal (47) für die Kugelgruppe (3) besitzt, der mit der Mutter (2) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb, insbesondere einen Kugelgewindetrieb mit Detektionsfunktion.
Ein Kugelgewindetrieb ist ein Lineargetriebe für Hochlast. Wenn die Drehgeschwindigkeit der Spindel zu hoch ist, können die Bauteile (z.B. der Rückführdeckel) durch den Stoß der Stahlkugeln eine große Vibration erzeugen, wodurch die Bauteile beschädigt werden oder die Spindel blockiert wird. Zum Detektieren des Drehzustands der Spindel wird ein Sensor verwendet, wie aus JPA2008144938, JPA 2007225024 und JPB5722365 bekannt ist.
Beim Kugelgewindetrieb gemäß JPA2008144938 wird ein zusätzlicher Sensor verwendet. Dadurch wird die Länge der Mutter vergrößert, so dass die Bewegungsstrecke beeinflusst wird. Zusätzlich ist ein Controller erforderlich. Beim Kugelgewindetrieb gemäß JPA2007225024 weist die Mutter eine Ausnehmung auf, in der der Sensor angeordnet ist. Der Sensor dient zum Detektieren der Stahlkugeln. Der Sensor vergrößert die Länge der Mutter. Zudem ist die magnetische Vorrichtung für die Kugelhaltung zu kompliziert. Beim Kugelgewindetrieb gemäß JPB5722365 sind der Sensor und der Controller extern verbunden. Dadurch müssen die Form und die Größe der Mutter verändert werden.
Aus der JP 2014-114 944 ist ein Kugelgewindetrieb mit Detektionsfunktion bekannt, der aufweist eine Spindel, die ein Außengewinde aufweist, eine Mutter, die auf die Spindel aufgeschraubt wird, entlang der Axialrichtung der Spindel bewegt werden kann und ein Innengewinde aufweist, wobei das Innengewinde der Mutter dem Außengewinde der Spindel gegenüberliegt und mit dem Außengewinde der Spindel einen Laufkanal bildet, eine Kugelgruppe, die rollbar im Laufkanal angeordnet ist, und ein Rückführelement, das lösbar an der Mutter befestigt ist, einen Mikrocontroller und einen Sensor trägt und den Drehzustand der Spindel in der Mutter erfassen kann, wobei das Rückführelement einen Rückführkanal für die Kugelgruppe besitzt, der mit der Mutter verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen weiteren Kugelgewindetrieb zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb mit Detektionsfunktion gelöst, mit einer Spindel, die ein Außengewinde aufweist; einer Mutter, die auf die Spindel aufgeschraubt wird, entlang der Axialrichtung der Spindel bewegt werden kann und ein Innengewinde aufweist, wobei das Innengewinde der Mutter dem Außengewinde der Spindel gegenüberliegt und mit dem Außengewinde der Spindel einen Laufkanal bildet; einer Kugelgruppe, die rollbar im Laufkanal angeordnet ist; und einem Rückführelement, das lösbar an der Mutter befestigt ist, einen Mikrocontroller und einen Sensor trägt und den Drehzustand der Spindel in der Mutter erfassen kann, wobei das Rückführelement einen Rückführkanal für die Kugelgruppe besitzt, der mit der Mutter verbunden ist. Das Rückführelement ist ein Rückführdeckel, der einen Deckelkörper und zwei Ausnehmungen besitzt, wobei der Deckelkörper beispielsweise auf der Mutter angeordnet ist, wobei sich die beiden Ausnehmungen auf der der Planfläche der Mutter zugewandten Seite des Deckelkörpers befinden, wobei in einer Ausnehmung ein Mikrocontroller angeordnet und in der anderen Ausnehmung ein Sensor angeordnet ist.
Insbesondere wird ein Kugelgewindetrieb mit Detektionsfunktion zu schaffen, wobei der Rückführdeckel einen Mikrocontroller und einen Sensor aufnimmt und einen Rückführkanal für die Kugelgruppe bildet, wobei der Rückführdeckel lösbar und raumsparend auf einer Planfläche der Mutter befestigt ist, wodurch der Drehzustand der Spindel direkt erfasst werden kann, wobei das von der Spindel erfasste Signal durch einen Schall (wie Summer) oder ein Licht (wie Leuchtdiode) ausgegeben wird oder durch eine Signalausgabeeinheit drahtlos oder verdrahtet auf eine Empfangseinheit (Computer, Smartphone, Pad usw.) übertragen wird. Dadurch kann der Drehzustand der Spindel detektiert werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Rückführelement durch zwei Enddeckel gebildet, die an den beiden Enden der Mutter angeordnet sind, wobei einer der Enddeckel an der der Mutter zugewandten Seite zwei Ausnehmungen aufweist, wobei in einer Ausnehmung ein Mikrocontroller angeordnet ist, wobei in der anderen Ausnehmung ein Sensor angeordnet ist. An der anderen Seite dieses Enddeckels sind eine erste Aufnahmeausnehmung und eine zweite Aufnahmeausnehmung vorgesehen, in denen eine Batterie und eine Warneinheit angeordnet sind, wobei die Batterie mit dem Mikrocontroller und den Sensor elektrisch verbunden ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Rückführelement durch zwei Endstöpsel gebildet, wobei die Mutter zwei Steckausnehmungen aufweist, in die die beiden Endstöpsel gesteckt werden, wobei einer der Endstöpsel eine Ausnehmung besitzt, in der ein Mikrocontroller und ein Sensor angeordnet sind.
In einem Ausführungsbeispiel weist die Mutter an der dem Rückführdeckel abgewandten Stirnseite eine erste Aufnahmeausnehmung für die Batterie, die mit dem Rückführdeckel elektrisch verbunden ist, und eine zweite Aufnahmeausnehmung für die Warneinheit, die ein Summer oder eine Leuchtdiode ist.
In einem Ausführungsbeispiel besitzt der Deckelkörper des Rückführelements auf der der Mutter zugewandten Seite eine Führungsnut für die elektrische Leitung, die mit dem Mikrocontroller und dem Sensor und dann mit der Batterie verbunden ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Sensor ein Beschleunigungssensor.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

1 eine Explosionsdarstellung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
2 eine weitere Explosionsdarstellung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
3 eine perspektivische Darstellung gemäß 1,
4 eine Schnittdarstellung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
5 eine Blockschaltung der Erfindung,
6 eine Explosionsdarstellung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
7 eine weitere Explosionsdarstellung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
8 eine perspektivische Darstellung gemäß 6,
9 eine Explosionsdarstellung des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
10 eine perspektivische Darstellung gemäß 9.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.
Die 1 bis 5 zeigen das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs mit Detektionsfunktion, der eine Spindel 1, eine Mutter 2, eine Kugelgruppe 3 und ein Rückführelement 4 umfasst.
Die Spindel 1 weist ein Außengewinde 11 auf.
Die Mutter 2 wird auf die Spindel 1 aufgeschraubt, kann entlang der Axialrichtung der Spindel 1 bewegt werden und weist ein Innengewinde 21 auf. Das Innengewinde 21 der Mutter 2 liegt dem Außengewinde 11 der Spindel 1 gegenüber und bildet mit dem Außengewinde 11 der Spindel 1 einen Laufkanal T. Die Mutter 2 weist einen Rohrteil 22 und einen Außenflansch 23 auf. Der Außenflansch 23 erstreckt sich von einem Ende des Rohrteils 22 radial nach außen. Das Innengewinde 21 befindet sich an der Innenseite des Rohrteils 22. Der Rohrteil 22 besitzt eine Planfläche 221, zwei Schraubenlöcher 222 und zwei Rückführlöcher 223.
Die Kugelgruppe 3 beinhaltet eine Vielzahl von Kugeln und sind rollbar im Laufkanal T angeordnet.
Das Rückführelement 4 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Rückführdeckel, der lösbar an der Mutter 2 befestigt ist und den Drehzustand der Spindel 1 in der Mutter 2 erfassen kann. Der Rückführdeckel besitzt einen Rückführkanal 47. Die Kugelgruppe 3 fließt durch die beiden Rückführlöcher 223 in und aus dem Rückführkanal 47. D.h. der Rückführdeckel besitzt einen Deckelkörper 40, zwei Durchgangslöcher 41 und zwei Ausnehmungen 42, 43. Die beiden Durchgangslöcher 41 erstrecken sich von der der Planfläche 221 der Mutter 2 abgewandten Seite des Deckelkörpers 40. Die beiden Schrauben 9 werden durch die beiden Durchgangslöcher 41 geführt und in die beiden Schraubenlöcher 222 gedreht, um den Deckelkörper 40 auf der Planfläche 221 des Rohrteils 22 zu befestigen. Die beiden Ausnehmungen 42, 43 befinden sich auf der der Planfläche 221 der Mutter 2 zugewandten Seite des Deckelkörpers 40. In einer Ausnehmung 42 ist ein Mikrocontroller 44 angeordnet. In der anderen Ausnehmung 43 ist ein Sensor 45 angeordnet. Der Sensor 45 ist ein Beschleunigungssensor. Darauf ist die Erfindung nicht beschränkt.
Der Außenflansch 23 der Mutter 2 besitzt eine erste Aufnahmeausnehmung 24 und eine zweite Aufnahmeausnehmung 25. In der ersten Aufnahmeausnehmung 24 ist eine Batterie 5 angeordnet. Die Batterie 5 ist mit dem Mikrocontroller 44 und den Sensor 45 im Deckelkörper 40 elektrisch verbunden. In der zweiten Aufnahmeausnehmung 25 ist eine Warneinheit 6 angeordnet. Die Warneinheit 6 kann ein Summer oder eine Leuchteinheit sein. Die Leuchteinheit beinhaltet mindestens eine Leuchtdiode. Darauf ist die Erfindung nicht beschränkt.
Der Mikrocontroller 44 kann das von der Spindel 1 erfasste Signal drahtlos oder verdrahtet durch eine Signalausgabeeinheit 46 (5) auf eine Empfangseinheit übertragen. Die Empfangseinheit kann Computer, Smartphone, Pad usw. sein. Das von der Spindel 1 erfasste Signal kann auch direkt auf die Warneinheit 6 übertragen werden.
Der Deckelkörper 40 des Rückführelements 4 besitzt auf der der Mutter 2 zugewandten Seite eine Führungsnut 48 für die elektrische Leitung, die durch die elektrische Leitung mit dem Mikrocontroller 44 und dem Sensor 45 und dann durch die elektrische Leitung in einer Führungsnut 26 mit der Batterie 5 elektrisch verbunden ist. Der Mikrocontroller 44 und der Sensor 45 können auch verdrehtet von einer externen Stromquelle mit Strom versorgt werden.
Dadurch kann der Sensor an der Mutter entfallen. Der Sensor ist direkt an dem Deckelkörper 40 angeordnet. Der Deckelkörper 40 bildet direkt den Rückführkanal 47 für die Kugelgruppe 3 und ist lösbar auf der Planfläche 221 der Mutter 2 befestigt. Dadurch wird eine Raumeinsparung erreicht. Der Drehzustand der Spindel 1 kann direkt erfasst werden. Das von der Spindel 1 erfasste Signal kann auf die Warneinheit 6 übertragen werden, die somit einen Schall (wie Summer) oder ein Licht (wie Leuchtdiode) erzeugt. Oder das von der Spindel erfasste Signal wird durch die Signalausgabeeinheit 46 drahtlos oder verdrahtet auf die Empfangseinheit (Computer, Smartphone, Pad usw.) übertragen. Dadurch kann der Drehzustand der Spindel detektiert werden.
Die 6 bis 8 zeigen das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs mit Detektionsfunktion 100, der wie im ersten Ausführungsbeispiel eine Spindel 1, eine Mutter 2, eine Kugelgruppe 3 und ein Rückführelement 4 umfasst. Der Unterschied ist nur wie folgt:
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Rückführelement 4 durch zwei Enddeckel 40A gebildet, die an den beiden Enden der Mutter 2 angeordnet sind. Einer der Enddeckel 40A weist an der der Mutter 2 zugewandten Seite zwei Ausnehmungen 42, 43 auf. In einer Ausnehmung 42 ist ein Mikrocontroller 44 angeordnet. In der anderen Ausnehmung 43 ist ein Sensor 45 angeordnet. An der anderen Seite dieses Enddeckels sind eine erste Aufnahmeausnehmung 24 und eine zweite Aufnahmeausnehmung 25 vorgesehen, in denen eine Batterie 5 und eine Warneinheit 6 angeordnet sind.
Die 9 bis 10 zeigen das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs mit Detektionsfunktion 100, der wie im ersten Ausführungsbeispiel eine Spindel 1, eine Mutter 2, eine Kugelgruppe 3 und ein Rückführelement 4 umfasst. Der Unterschied ist nur wie folgt:
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Rückführelement 4 durch zwei Endstöpsel 40B gebildet. Die Mutter 2 weist zwei Steckausnehmungen 28 auf, in die die beiden Endstöpsel 40B gesteckt werden. Einer der Endstöpsel 40B besitzt eine Ausnehmung 49, in der ein Mikrocontroller 44 und ein Sensor 45 angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

100: Kugelgewindetrieb mit Detektionsfunktion
1: Spindel
11: Außengewinde
2: Mutter
21: Innengewinde
22: Rohrteil
221: Planfläche
222: Schraubenloch
223: Rückführloch
23: Außenflansch
24: erste Aufnahmeausnehmung
25: zweite Aufnahmeausnehmung
26: Führungsnut
28: Steckausnehmung
3: Kugelgruppe
4: Rückführelement
40: Deckelkörper
40A: Enddeckel
40B: Endstöpsel
41: Durchgangsloch
42: Ausnehmung
43: Ausnehmung
44: Mikrocontroller
45: Sensor
46: Signalausgabeeinheit
47: Rückführkanal
48: Führungsnut
49: Ausnehmung
5: Batterie
6: Alarmeinheit
9: Schraube
T: Laufkanal

Claims

Kugelgewindetrieb mit Detektionsfunktion, mit einer Spindel (1), die ein Außengewinde (11) aufweist, einer Mutter (2), die auf die Spindel (1) aufgeschraubt wird, entlang der Axialrichtung der Spindel (1) bewegt werden kann und ein Innengewinde (21) aufweist, wobei das Innengewinde (21) der Mutter (2) dem Außengewinde (11) der Spindel (1) gegenüberliegt und mit dem Außengewinde (11) der Spindel (1) einen Laufkanal (T) bildet, einer Kugelgruppe (3), die rollbar im Laufkanal (T) angeordnet ist, und einem Rückführelement (4), das lösbar an der Mutter (2) befestigt ist, einen Mikrocontroller (44) und einen Sensor (45) trägt und den Drehzustand der Spindel (1) in der Mutter (2) erfassen kann, wobei das Rückführelement (4) einen Rückführkanal (47) für die Kugelgruppe (3) besitzt, der mit der Mutter (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführelement (4) ein Rückführdeckel ist, der einen Deckelkörper (40) und zwei Ausnehmungen (42, 43) besitzt, wobei sich die beiden Ausnehmungen (42, 43) auf der einer Planfläche (221) der Mutter (2) zugewandten Seite des Deckelkörpers (40) befinden, wobei in einer Ausnehmung (42) ein Mikrocontroller (44) angeordnet und in der anderen Ausnehmung (43) ein Sensor (45) angeordnet ist.
Der Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (2) eine erste Aufnahmeausnehmung (24) und eine zweite Aufnahmeausnehmung (25) aufweist, in denen eine Batterie (5) und eine Warneinheit (6) angeordnet sind, wobei die Batterie (5) mit dem Mikrocontroller (44) und den Sensor (45) elektrisch verbunden ist.
Der Kugelgewindetrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Warneinheit (6) ein Summer oder eine Leuchtdiode ist.
Der Kugelgewindetrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelkörper (40) des Rückführelements (4) auf der der Mutter (2) zugewandten Seite eine Führungsnut (48) für die elektrische Leitung besitzt, die mit dem Mikrocontroller (44) und dem Sensor (45) und dann mit der Batterie (5) verbunden ist.
Der Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (44) das von der Spindel (1) erfasste Signal drahtlos oder verdrahtet durch eine Signalausgabeeinheit (46) auf eine Empfangseinheit übertragen kann.
Der Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (44) und der Sensor (45) verdrahtet von einer externen Stromquelle mit Strom versorgt werden können.
Der Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführelement (4) durch zwei Enddeckel (40A) gebildet ist, wobei einer der Enddeckel (40A) an der der Mutter (2) zugewandten Seite zwei Ausnehmungen (42, 43) aufweist, wobei in einer Ausnehmung (42) ein Mikrocontroller (44) angeordnet ist, wobei in der anderen Ausnehmung (43) ein Sensor (45) angeordnet ist.
Der Kugelgewindetrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der anderen Seite dieses Enddeckels eine erste Aufnahmeausnehmung (24) und eine zweite Aufnahmeausnehmung (25) vorgesehen sind, in denen eine Batterie (5) und eine Warneinheit (6) angeordnet sind, wobei die Batterie (5) mit dem Mikrocontroller (44) und den Sensor (45) elektrisch verbunden ist.
Der Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführelement (4) durch zwei Endstöpsel (40B) gebildet ist, wobei die Mutter (2) zwei Steckausnehmungen (28) aufweist, in die die beiden Endstöpsel (40B) gesteckt werden, wobei einer der Endstöpsel (40B) eine Ausnehmung (49) besitzt, in der ein Mikrocontroller (44) und ein Sensor (45) angeordnet sind.