DE19960932B4

DE19960932B4 - Linearantrieb

Info

Publication number: DE19960932B4
Application number: DE19960932A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Koch
Original assignee: Okin Gesellschaft fur Antriebstechnik Mbh & Co KG; OKIN Gesellschaft fur Antriebstechnik mbH and Co KG
Current assignee: Ilcon GmbH
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2019-12-18
Also published as: DE19960932A1; DE29823115U1

Abstract

Linearantrieb (1) zum Verstellen eines bewegbaren Elements (Tragarm 4) einer Einrichtung (Patientenlifter) mit einer antreibbaren Spindel, auf der eine mit einer Schubeinrichtung (Schubrohr 5) verbundene Stellmutter (8) und an deren von der Schubrichtung abgewandten Seite eine Sicherheitsmutter (9) angeordnet sind, wobei die Stellmutter (8) unverdrehbar gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellmutter (8) und die Sicherheitsmutter (9) durch eine Kupplungseinrichtung derart miteinander verbunden sind, daß die Sicherheitsmutter (9) in einer ersten Position, in der sie unter Lastbeaufschlagung an der Stellmutter (8) anliegt, in der einen Drehrichtung, die dadurch definiert ist, daß bei Drehung der Spindel in dieser Richtung die funktionsfähige Stellmutter (8) axial in Lastrichtung (L) bewegt wird, zur Stellmutter (8) festgelegt ist und in der anderen Drehrichtung relativ zur Stellmutter (8) drehbar ist und in einer zweiten, von der ersten axial beabstandeten Position in beiden Drehrichtungen zur Stellmutter (8) festgelegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb zum Verstellen eines bewegbaren Elements einer Einrichtung mit einer antreibbaren Spindel, auf der eine mit einer Schubeinrichtung verbundene Stellmuttern und an deren von der Schubrichtung abgewandten Seite eine Sicherheitsmutter angeordnet sind, wobei die Stellmutter unverdrehbar gehaltert ist.
Die Stellmutter und die Sicherheitsmutter sind zweckmäßigerweise durch eine Kupplungseinrichtung miteinander verbunden, so dass beim Versagen der Stellmutter, zum Beispiel durch Abnutzung der Mutter oder Verschleiss der Gewindegänge, die Last von der Sicherheitsmutter übernommen werden kann. Ein abruptes Absenken der Schubeinrichtung über den Verfahrweg der Spindel wird dadurch vermieden.

Derartige Linearantriebe sind zum Beispiel aus der DE 196 25 999 A1 , DE 43 33 335 A1 und DE 693 07 228 T2 bekannt.

Durch die Kupplungseinrichtungen der aus den obigen Druckschriften schon bekannten Linearantriebe wird auch erreicht, dass im Falle des Versagens der Stellmutter die Schubeinrichtung mit Hilfe der Sicherheitsmutter in Lastrichtung zurückbewegt werden kann, jedoch eine Bewegung der Sicherheitsmutter in Schubrichtung zum Weiterbetrieb des bewegbaren Elements der Einrichtung durch den Linearantrieb vermieden wird. Der Benutzer ist daher gezwungen, im Fall des Versagens der Stellmutter diese und die damit verbundene Schubeinrichtung zwar sicher mit Hilfe der Sicherheitsmutter längs der Spindel zurückzubewegen, vor einem weiteren Betrieb jedoch die Stellmutter auszutauschen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearantrieb der eingangs genannten Art bereitzustellen, der den vorstehend genannten Sicherheitsanforderungen genügt und eine besonders einfache und sichere Kupplungseinrichtung zwischen der Stellmutter und der Sicherheitsmutter aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Linearantrieb der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Stellmutter und die Sicherheitsmutter durch eine Kupplungseinrichtung derart miteinander verbunden sind, dass die Sicherheitsmutter in einer ersten Position, in der sie unter Lastbeaufschlagung an der Stellmutter anliegt, in der einen Drehrichtung, die dadurch definiert ist, dass bei Drehung der Spindel in dieser Richtung die funktionsfähige Stellmutter axial in Lastrichtung bewegt wird, zur Stellmutter festgelegt ist und in der anderen Drehrichtung relativ zur Stellmutter drehbar ist und in einer zweiten, von der ersten axial beabstandeten Position in beiden Drehrichtungen zur Stellmutter festgelegt ist.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion wird bei Versagen der Stellmutter diese in Lastrichtung gegen die Sicherheitsmutter bewegt, so dass die erste Position der Sicherheitsmutter relativ zur Stellmutter vorliegt. In dieser Position wird die Stellmutter von der Sicherheitsmutter gehalten und an einer abrupten Bewegung längs des Verfahrsweges auf der Spindel in Lastrichtung gehindert. Durch die Kupplung zwischen Sicherheitsmutter und Stellmutter in der einen Drehrichtung ist die Sicherheitsmutter über die unverdrehbare Halterung der Stell mutter ebenfalls unverdrehbar auf der Spindel angeordnet, so dass sie zusammen mit der Stellmutter in Lastrichtung entlang der Spindel bewegbar ist. In der anderen Drehrichtung kann sich jedoch die Sicherheitsmutter relativ zur Stellmutter drehen. Die an der Sicherheitsmutter angreifenden Reibmomente reichen nicht aus, um ein Mitdrehen der Sicherheitsmutter bei Drehung der Spindel in dieser anderen Drehrichtung zu verhindern. Die Sicherheitsmutter kann daher mit der auf ihr lastenden Stellmutter nicht axial gegen die Lastrichtung verschoben werden. Erst nach Auswechseln der Stellmutter ist der Linearantrieb zum Verstellen des bewegbaren Elements in Schub richtung wieder funktionstüchtig.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Stellmutter und die Sicherheitsmutter an ihren zueinandergewandten Enden so ausgebildet, daß sie ineinander über eine bestimmte Strecke einsteckbar sind. Die Kupplungseinrichtung weist erste Kupplungselemente an beiden Muttern auf, die in der völlig eingesteckten Position die beiden Muttern in der einen Drehrichtung zueinander festlegen. Weiterhin sind zweite Kupplungselemente an beiden Muttern vorgesehen, die in einer anfänglich eingesteckten Position der beiden Muttern in beiden Drehrichtungen zusammenwirken.

Die ersten Kupplungselemente können aus den zur Anlage aneinander dienenen Stirnseiten der Muttern bestehen. Die Reibung zwischen den beiden unter Lastbeaufschlagung aneinander liegenden Stirnseiten muß so bemessen sein, daß sie in der einen Drehrichtung ausreicht, um beide Muttern zueinander festzulegen, und in der anderen Drehrichtung ein Mitdrehen der Sicherheitsmutter mit der Spindel relativ zur unverdrehbar angeordneten Stellmutter gestattet.

Zur Verminderung der Reibung können zwischen den Stirnseiten eine oder zwei Unterlegscheiben (aus Metall) oder ein Lagerkörper (z. B. ein Kugellager) angeordnet sein.

Die zweiten Kupplungselemente können z. B. durch einen Reibschluß zusammenwirken.

Andererseits können die zweiten Kupplungselemente auch durch einen Formschluß zusammenwirken.

Dieser kann z. B. durch radial ineinandergreifende Elemente, die eine Vielkeilverzahlung herstellen, ausgebildet sein.

Zum gegenseitigen Einstecken kann eine der beiden Muttern, z. B. die Sicherheitsmutter, an ihrem der anderen Mutter zugewandten Ende eine radiale, sich axial über eine bestimmte Strecke ausdehnende Erweiterung aufweisen, die in ihrem Inneren die Stirnseite zur Anlage an die Stirnseite der anderen Mutter aufweist. Die zweiten Kupplungselemente können an der radialen Innenseite des freien Endes der Erweiterung bzw. an der radialen Außenseite des zugewandten Endes der anderen Mutter angeordnet sein.

Die Muttern bestehen vorzugsweise aus Kunststoff, z. B. aus Polyoxymethylen, und sind durch Spritzguß hergestellt.

Aus fertigungstechnischen Gründen weist die Mutter mit der radialen Erweiterung und den an deren Ende radial nach innen vorstehenden Keilzählen zwischen diesen und den ersten Kupplungselementen radiale Öffnungen zum Durchgreifen von Formteilen auf.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher dargestellt.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine Seitenansicht eines durch einen Linearantrieb verstellbaren Patientenlifters,
2 einen Längsschnitt durch eine Anordnung von Sicherheitsmutter und Stellmutter mit teilweise dargestelltem Schubrohr,
3 einen Querschnitt durch die Stellmutter längs der Linie III in 2 und
4 einen Querschnitt durch die Sicherheitsmutter längs der Linie IV in 2.
1 zeigt die Verwendung eines Linearantriebs 1 bei einem Patientenlifter. Die Verwendung des nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels eines Linearantriebs 1 ist jedoch nicht auf Patientenlifter beschränkt, sondern erstreckt sich grund sätzlich auf alle Einrichtungen, bei denen ein bewegbares Element gegen eine Last durch einen Antrieb verstellbar ist.
Wie aus 1 hervorgeht, ist der Linarantrieb 1 zwischen einer auf einem Fahrgestell 2 befestigten Säule 3 und einem am oberen Ende der Säule 3 angelenkten Tragarm 4, an dessen freiem Ende eine Patientenaufnahme einhängbar ist, angeordnet. An seinem unteren Ende ist der Antrieb mit einem Gabelkopf mittels eines Fixierbolzens mit einem an der Säule angebrachten Steg gelenkig verbunden. An seinem oberen Ende weist der Linearantrieb einen in ein gabelförmiges Ende auslaufenden Kraftabnahmekopf auf, der ebenfalls mittels eines Fixierbolzens mit einem am Tragarm befestigten Steg gelenkig verbunden ist.
Der Linearantrieb 1 weist eine (in der Zeichnung nicht dargestellte) durch einen Elektromotor angetriebene Spindel auf, auf der eine mit einem Schubrohr 5 verbundene Stellmutter angeordnet ist. Die Stellmutter und teilweise das Schubrohr 5 sind in einem Schaftrohr 6 geführt. Der Elektromotor, der z.B. über ein Schneckenradgetriebe die Spindel antreibt, ist in einem Motorgehäuse 7 angeordnet.
Durch Drehung der Spindel in die eine oder andere Richtung wird das Schubrohr 5 nach oben bzw. nach unten bewegt. Dadurch wird der Tragarm und der daran hängende Patient gehoben bzw. gesenkt.
Um zu verhindern, daß bei Versagen der Stellmutter, z. B. durch Verschleiß der Gewindegänge, das Schubrohr 5 aufgrund der auf ihm lastenden Kraft abrupt in Lastrichtung des Verfahrweges der Spindel bewegt wird und dabei der Tragarm 4 und der daran hängende Patient abrupt abgesenkt werden, ist, wie 2 entnommen werden kann, an der in Lastrichtung L weisenden Seite der Stellmutter 8 eine Sicherheitsmutter 9 angeordnet. während die Stellmutter 8 durch das zwar verschwenkbar aber unverdrehbar mit dem Tragarm 4 verbundene Schubrohr 5 verdrehsicher auf der Spindel angeordnet ist, weist die Sicherheitsmutter 9 nur in der in 2 dargestellten axialen Position zur Stellmutter 8 eine Verdrehsicherung auf, die nachstehend noch näher erläutert wird. Diese gewährleistet, daß bei Drehung der Spindel die Sicherheitsmutter 9 in der in 2 gezeigten Position mit der Stellmutter 8 und dem Schubrohr 5 axial mitgeführt wird.
Bei Verschleiß der Gewindegänge wird die Stellmutter 8 aufgrund der auf ihr lastenden Kraft aus der in 2 dargestellten Position gegen die Sicherheitsmutter 9 bewegt. Die Sicherheitsmutter 9 nimmt in diesem Falle die Last auf und übernimmt, wie nachstehend näher beschrieben wird, teilweise die Funktion der Stellmutter.
Die Verdrehsicherung der Sicherheitsmutter 9 gegenüber der Stellmutter 8 in der in 2 gezeigten Position wird durch die folgende Kupplungseinrichtung bewirkt. Die Stellmutter 8 weist an ihrem zur Sicherheitsmutter 9 gewandten Ende eine Vielzahl von radial nach außen stehenden Vorsprüngen 10 auf, die in Form eines Kranzes um den Umfang der Stellmutter 8 verteilt sind. Die Sicherheitsmutter 9 weist an ihrem der Stellmutter 8 zugewandten Ende eine radiale und sich über einen bestimmten axialen Bereich erstreckende Erweiterung 11 auf, in die das gegenüberliegende Ende der Stellmutter 8 einsteckbar ist. An der radialen Innenseite des freien Endes der Erweiterung 11 ist ebenfalls eine Vielzahl von kranzförmig um den Umfang verteilten Vorsprüngen 12 angeordnet, die mit den Vorsprüngen 10 der Stellmutter 8 eine formschlüssige Verzahnung bilden.
Wird die Stellmutter 8 aus der in 2 gezeigten Position axial gegen die Sicherheitsmutter 9 verschoben, so wird bei Drehung der Spindel in der einen Drehrichtung die Sicherheitsmutter 9 zur Stellmutter 8 aufgrund der durch die Lastbeaufschlagung bewirkten Reibung festgelegt. Die Sicherheitsmutter 9 weist im Innern der Erweiterung 11 eine ringförmige Stirnseite 14 auf, die unter Reibschluß an der ringförmigen Stirnseite 13 des gegenüberliegenden Endes der Stellmutter 8 anliegt. Die Reibmomente zwischen der bei Drehung der Spindel in der anderen Drehrichtung sich mitdrehenden Sicherheitsmutter 9 und der Stellmutter 8 müssen so bemessen sein, daß sie die Sicherheitsmutter 9 gegenüber der Stellmutter 8 nicht festlegen.
Die Drehrichtung, in der die Sicherheitsmutter 9 gegenüber der Verstellmutter 8 durch die Reibung zwischen den Stirnseiten 13 und 14 festgelegt ist, wird dadurch definiert, daß bei Drehung der Spindel in dieser Drehrichtung die funktionsfähige Stellmutter axial in Lastrichtung L bewegt wird. Die Sicherheitsmutter bewegt sich daher mit der Stellmutter 8 in Lastrichtung L. Dies ermöglicht ein Verfahren der Anordnung von Sicherheitsmutter 9, Stellmutter 8 und Schubrohr 5 bei Verschleiß der Stellmutter 8 entlang der Spindel in Lastrichtung L, wodurch bei dem in 1 dargestellten Patientenlifter der Tragarm 4 zusammen mit dem Patienten kontrolliert abgesenkt werden kann.
In Schubrichtung S erfolgt bei entsprechender Drehung der Spindel jedoch keine axiale Bewegung der Anordnung von Sicherheitsmutter 9, Stellmutter 8 und Schubrohr 5, da die Reibmomente zwischen den Stirnseiten der Muttern nicht ausreichen, um die Sicherheitsmutter 9 in Drehrichtung der Spindel gegenüber der Stellmutter 8 festzulegen. Die Sicherheitsmutter 9 dreht sich also mit der Spindel mit, so daß keine axiale Bewegung entgegen der Lastrichtung L erzeugt wird. Um den Linearantrieb weiter benutzen zu können, muß die defekte Verstellmutter 8 gegen eine neue funktionstüchtige Mutter ausgetauscht werden.
Die beiden Muttern 8 und 9 sind aus Kunststoff im Spritzgußverfahren hergestellt. Zum Entformen der Sicherheitsmutter 9 weist diese in Wandbereichen der Erweiterung 11 zwischen der Stirnseite 14 und den Vorsprüngen 12 Öffnungen 15 zum Hindurchführen von Formteilen auf, wie aus 4 hervorgeht.
Die Stellmutter 8 weist an ihren zum Schubrohr 5 gerichteten Ende ein zapfenförmiges Teil 16 auf, das in das Schubrohr 5 eingesteckt und, wie in 3 gezeigt ist, durch eine Vielkeilverzahnung 17 verdrehsicher festgelegt ist. Diese Verbindung eignet sich insbesondere dann, wenn die Stellmutter 8 zwecks Austausches axial vom Schubrohr 5 entfernt werden soll. In einer anderen Ausführung kann der Zapfen 16 auch eine Gewindeverbindung mit dem Schubrohr 5 aufweisen.
Ist das Schubrohr 5 unverdrehbar mit dem zu bewegenden Element der betreffenden Einrichtung, wie z. B. dem Tragarm 4 des Patientenlifters, verbunden, so ist eine Verdrehsicherung an der Stellmutter 8 nicht erforderlich. Dennoch kann die Stellmutter 8 radial nach außen vorstehende Rippen 18 aufweisen, die einerseits eine Zentrierungsfunktion der Stellmutter 8 im Schaftrohr 6 und andererseits eine Schaltfunktion zur Betätigung von (in der Zeichnung nicht dargestellten) Endschaltern haben. Da es wünschenswert ist, die Stellmutter 8 in jeder beliebigen Winkelposition im Schaftrohr 6 anzuordnen, sind die Rippen 18 auf einem in der Außenwandung der Stellmutter 8 drehbar gelagerten Ring 19 angeordnet. Der Ring 19 ist auf einem zur Sicherheitsmutter 9 weisenden stufenförmig im Außendurchmesser verringerten Bereich 20 gelagert und wird zur Sicherheitsmutter 9 hin durch einen O-Ring 21 gehalten.
Bei der vorbeschriebenen Ausführung werden die durch den Antrieb erzeugten Drehmomente auf die Verbindung zwischen Schubrohr 5 und dem bewegbaren Element, z. B. dem Tragarm 4 des Patientenlifters, übertragen. Zur Entlastung dieser Verbindung kann die Stellmutter 8 eine Verdrehsicherung gegenüber dem Schaftrohr 6 aufweisen. In diesem Fall sind die Rippen 18 an der Stellmutter 8 befestigt bzw. einstückig daran angeformt. Sie greifen in entsprechend ausgebildete axiale Nuten an der Innenseite des Schaftrohres 6.

1: Linearantrieb
2: Fahrgestell
3: Säule
4: Tragarm
5: Schubrohr
6: Schaftrohr
7: Motorgehäuse
8: Stellmutter
9: Sicherheitsmutter
10: Vorsprung
11: Erweiterung
12: Vorsprung
13: Stirnseite
14: Stirnseite
15: Öffnung
16: Zapfen
17: Vielkeilverzahnung
18: Rippe
19: Ring
20: Bereich
21: O-Ring

Claims

Linearantrieb (1) zum Verstellen eines bewegbaren Elements (Tragarm 4) einer Einrichtung (Patientenlifter) mit einer antreibbaren Spindel, auf der eine mit einer Schubeinrichtung (Schubrohr 5) verbundene Stellmutter (8) und an deren von der Schubrichtung abgewandten Seite eine Sicherheitsmutter (9) angeordnet sind, wobei die Stellmutter (8) unverdrehbar gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellmutter (8) und die Sicherheitsmutter (9) durch eine Kupplungseinrichtung derart miteinander verbunden sind, daß die Sicherheitsmutter (9) in einer ersten Position, in der sie unter Lastbeaufschlagung an der Stellmutter (8) anliegt, in der einen Drehrichtung, die dadurch definiert ist, daß bei Drehung der Spindel in dieser Richtung die funktionsfähige Stellmutter (8) axial in Lastrichtung (L) bewegt wird, zur Stellmutter (8) festgelegt ist und in der anderen Drehrichtung relativ zur Stellmutter (8) drehbar ist und in einer zweiten, von der ersten axial beabstandeten Position in beiden Drehrichtungen zur Stellmutter (8) festgelegt ist.
Linearantrieb (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellmutter (8) und die Sicherheitsmutter (9) an ihren zueinander gewandten Enden ineinander einsteckbar sind und die Kupplungseinrichtung aus ersten Kupplungselementen (Stirnseiten 13, 14) an beiden Muttern (8 bzw. 9), die in einer völlig eingesteckten Position in der einen Drehrichtung zusammenwirken, und aus zweiten Kupplungselementen (Vorsprüngen 10 und 12) an beiden Muttern (8 bzw. 9) besteht, die in einer anfänglich eingesteckten Position in beiden Drehrichtungen zusammenwirken.
Linearantrieb (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Kupplungselemente aus den zur Anlage aneinander dienenden Stirnseiten (13, 14) der Muttern (8 bzw. 9) bestehen.
Linearantrieb (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stirnseiten (13, 14) der Muttern (8, 9) eine Unterlegscheibe oder ein Lagerkörper zur Verminderung der Gleitreibung angeordnet ist.
Linearantrieb (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Kupplungselemente durch einen Reibschluß zusammenwirken.
Linearantrieb (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Kupplungselemente (Vorsprünge 10, 12) durch einen Formschluß zusammenwirken.
Linearantrieb (1) nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Kupplungselemente in Form von radial ineinandergreifenden Vorsprüngen (10, 12) ausgebildet sind.
Linearantrieb (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (10, 12) als einer Vielzahl von radial ineinandergreifenden Vorsprüngen kranzförmig angeordnet sind.
Linearantrieb (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Muttern (9) an ihrem der anderen Mutter (8) zugewandten Ende eine radiale, sich axial erstreckende Erweiterung (11) aufweist, die in ihrem Inneren die Stirnseite (14) zur Anlage an die Stirnseite (13) der anderen Mutter (8) aufweist, wobei die zweiten Kupplungselemente (Vorsprünge 12) an der radialen Innenseite des freien Endes der Erweiterung (11) ausgebildet sind.
Linearantrieb (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung (11) zwischen den ersten und den zweiten Kupplungselementen (Zähnen 14 bzw. Vorsprüngen 12) radiale Öffnungen (15) zur Spritzguß-Herstellung der Mutter (9) aufweist.