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Die
Erfindung betrifft einen Linearantrieb mit bidirektional selbsthemmender
Wirkung, der insbesondere für
ein- und ausfahrbare Anlagen verwendbar ist, wobei eine Antriebseinrichtung
des erfindungsgemäßen Linearantriebs
beim Stoppen eines die Antriebseinrichtung antreibenden Motors selbsttätig hemmbar
ist, wodurch eine Belastung genau an der Stelle zum Stillstand kommt,
wo der Motor gestoppt ist.
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Herkömmliche
Linearantriebe bestehen aus einem Hauptkörper, einem Motor, einer Abtriebswelle und
einer Antriebswelle. Die Vorgehensweise geschieht in der Weise,
dass das vom Motor erzeugte Drehmoment mittels einer Turbinenwelle
eine Turbine in Drehbewegung versetzt und weiters auf die Abtriebswelle übertragen
wird. Da die Abtriebswelle und die Antriebswelle koaxial angeordnet
sind, wird das Drehmoment der Antriebswelle weiterhin auf die Antriebswelle übertragen.
Eine Spindel ist mit der Antriebswelle verbunden, wobei eine Schraubenmutter an
der Spindel angeschraubt ist. Im Inneren der Schraubenmutter ist
ein inneres Belastungsrohr gelagert. Wird die Spindel mit der Antriebswelle
gedreht, wird das Drehmoment der Spindel von der Schraubenmutter
in lineare Schub- bzw. Zugkraft umgewandelt, wodurch eine Aus- bzw.
Einfahrbewegung des inneren Belastungsrohrs erfolgt. Daher wird
ein zu bearbeitendes Werkstück
in linearer Richtung bewegt.
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Verfügt der herkömmliche
Linearantrieb über keinen
selbsthemmenden Mechanismus, erfolgt die Hemmung mittels der Reibungskraft
zwischen unterschiedlichen Mechanismen, was eine Reduzierung der
Geschwindigkeit des normalen Betriebs des Linearantriebs und eine
Erhöhung
der Belastung auf dem Motor bewirkt. Bei einem mit einem selbsthemmenden
Mechanismus versehenen Linearantrieb übt der selbsthemmende Mechanismus
eine Bremskraft auf die Antriebswelle aus, was ein Abrutschen der Belastung
verhindert, wobei die Belastung an der Stelle gestoppt wird, wo
der Motor zum Stillstand kommt. Zum Stand der Technik wird in diesem
Zusammenhang auf die
EP
0662573 A1 Bezug genommen. Dort ist ein Linearantrieb beschrieben,
der eine Schraubenfeder aufweist, wobei die Schraubenfeder mit einem
Ende in einem Antriebsgehäuse
befestigt ist. Die Schraubenfeder ist so angeordnet, dass sie während der
Vorwärts-/Ausfahrbewegung
freie Drehung der Spindel zulässt,
aber bei der Rückwärts-/Rückzugbewegung
eine Bremskraft auf eine Spindel ausübt, die so ausgewogen ist,
dass die Spindel selbstgehemmt zu sein scheint. Derartiger Linearantrieb
weist jedoch einen Nachteil auf, dass die Spindel nur einseitig
selbstgehemmt werden kann. Wird der Motor gegenläufig gedreht, um die Belastung
einzufahren, muss das Drehmoment des Motors größer sein als das selbsthemmende
Drehmoment der Schraubenfeder, was eine zusätzliche Belastung auf den Motor
bewirkt.
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US
Patent 4246991 hat das Problem der zusätzlichen Kräfte mittels zweier selbsthemmender Federn
verringert.
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Die
Erfindung setzt eine selbsthemmende Feder mit zwei Hakenenden ein,
um einen bidirektionalen Selbsthemmungseffekt zu erzielen, wobei
innerhalb der Feder eine Kraftübertragungseinrichtung eines
Linearantriebs angeordnet ist, und wobei, wenn die Kraftübertragungseinrichtung
des Linearantriebs rotiert, die Feder schrumpft und entlang der Kraftübertragungseinrichtung
rotiert. Dadurch wird keine zusätzliche
Belastung auf den Motor erzeugt. Die Selbsthemmung wird durch das
Ausdehnen der Feder und die Wechselwirkung mit dem an der Innenwandung
mit Ölnuten
versehenen Rohrstutzen erzielt.
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Dadurch
kann die Erfindung den bidirektionalen Selbsthemmungseffekt unter
Verwendung von nur einer Feder erzielen. Außerdem greifen die zwei Eingriffsarme
der Kraftübertragungseinrichtung
gemäß der Erfindung
in das Verbindungselement von einer Antriebseinrichtung ein, welches
zwei längliche Vorsprünge aufweist,
wobei eine derartige Struktur (zweiseitige Übertragung) die Drehmoment-Übertragung
ermöglichen
kann, wobei die Selbsthemmung und die Selbst-Enthemmung sehr stabil und gleichmäßig durchgeführt wird
und damit effektiv das Vibrationsproblem der einseitigen Übertragung überwunden
wird. Zusätzlich
sind die Ölnuten
geeignet, die Probleme der Schmierung und der Geräusche zu verringern
und die Lebensdauer des Linearantriebs zu verlängern.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearantrieb mit bidirektional
selbsthemmender Wirkung zu schaffen, der beim Stoppen eine selbsthemmende
Funktion hat, egal, ob es sich um eine Rechts- oder Linksdrehung
des Linearantriebs handelt, wobei dessen Leistungseinrichtung nicht
zusätzlich
belastet ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der
erfindungsgemäße Linearantrieb
mit bidirektional selbsthemmender Wirkung zeichnet sich dadurch
aus:
eine Leistungsvorrichtung, die als Antriebsquelle zur Erzeugung
des Drehmoments dient;
eine Kraftübertragungseinrichtung, die
zwei Eingriffsarme besitzt und für
eine Kraftübertragung
des von der Leistungsvorrichtung erzeugten Drehmoments sorgt;
eine
Antriebseinrichtung, die hauptsächlich
ein Verbindungselement, eine Spindel und eine Schraubenmutter umfasst,
wobei die Eingriffsarme und das Verbindungselement zu einer Baueinheit
zusammengefügt
sind, um das von der Leistungsvorrichtung erzeugte Drehmoment in
Linearkraft umzuwandeln und somit eine Belastung in lineare Bewegung
zu versetzen; und
einen selbsthemmenden Mechanismus, der eine selbsthemmende
Feder aufweist, die mit der Kraftübertragungseinrichtung und
der Antriebseinrichtung zusammenwirkt, um eine in zwei Richtungen
selbsthemmende Wirkung zu erreichen, wobei die selbsthemmende Feder
mit einem Vorderhaken und einem Hinterhaken außen an beiden Eingriffsarmen
angebracht ist, während
ein an der Innenwandung mit Ölnuten
versehener Rohrstutzen die selbsthemmende Feder umschließt, so dass
der selbsthemmende Mechanismus eine in zwei Richtungen selbsthemmende Funktion
hat, während
der Leistungsvorrichtung keine zusätzliche Belastung zuführbar ist.
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Hierbei
ist es von Vorteil, wenn der erfindungsgemäße Linearantrieb mit bidirektional
selbsthemmender Wirkung in Überlappungsweise
gestaltet ist, was eine Verringerung der Baugröße bewirkt.
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Des
Weiteren ist es möglich,
eine in zwei Richtungen erfolgende Selbsthemmung des Linearantriebs
zu erreichen, egal, ob der Linearantrieb von Schub- oder Zugkraft
belastet ist. Außerdem
befindet sich dessen selbsthemmende Feder stets im Zustand der Rückzugsbewegung,
wenn sie in Bewegung versetzt wird. Daher ist der Leistungsvorrichtung
keine zusätzliche
Belastung zuführbar.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass zwei Eingriffsarme vorhanden
und jeweils in der Vorder- bzw. Hinternut verlagert sind, was eine
stabilere Positionierung der selbsthemmenden Feder außen an Eingriffsarmen
bewirkt.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Innenwandung
des Rohrstutzens mit Ölnuten
versehen sein kann, um die Reibungskraft zu erhöhen sowie eine geeignete Schmierung
durchzuführen.
Außerdem
wird die Standzeit des erfindungsgemäßen Linearantriebs auch erhöht.
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Diese
und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
beim Lesen der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen deutlich, welche
auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug nehmen; es zeigen:
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1 einen
erfindungsgemäßen Linearantrieb
mit bidirektional selbsthemmender Wirkung in perspektivischer Explosionsansicht;
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2 einen
Schnitt durch den erfindungsgemäßen selbsthemmenden
Mechanismus in Vorderansicht; und
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3 einen
Schnitt durch den erfindungsgemäßen selbsthemmenden
Mechanismus in Hinteransicht.
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Bezugnehmend
auf 1 umfasst der erfindungsgemäße Linearantrieb mit bidirektional
selbsthemmender Wirkung eine Leistungsvorrichtung 10, eine
Antriebsvorrichtung, eine Antriebseinrichtung und einen selbsthemmenden
Mechanismus. Die Leistungsvorrichtung 10 steht in Verbindung
mit einer Turbine 11, an welcher zwei Eingriffsarme 20 angebracht
sind. Die beiden Eingriffsarme 20 sind der Antriebseinrichtung
zugeordnet, wobei diese Antriebseinrichtung in Abwandlung dieses
Ausführungsbeispiels
gemäß 1 bis 3 auch
aus drei, vier oder noch mehr Eingriffsarmen 20 bestehen
kann. Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung
umfasst hauptsächlich
ein Verbindungselement 50, eine Spindel 60 und
eine nicht dargestellte Schraubenmutter. Außerdem sind die Eingriffsarme 20 und
das Verbindungselement 50 zu einer Baueinheit zusammengefügt, wobei
das Verbindungselement 50 einen oberen und unteren länglichen
Vorsprung 51, 52 aufweist, durch die das Verbindungselement 50 und
die Eingriffsarme 20 zugleich in Drehbewegung versetzbar sind.
Weiterhin wird das Drehmoment auf die am Verbindungselement 50 angeordnete
Spindel 60 übertragen,
was unter Zusammenwirken mit der nicht-dargestellten Schraubenmutter
zur Aktivierung des sämtlichen
Linearantriebs führt.
Eine selbsthemmende Feder 30 mit einem Vorderhaken 31 und
einem Hinterhaken 32 ist außen an beiden Eingriffsarmen 20 angebracht,
wobei ein Rohrstutzen 40 die selbsthemmende Feder 30 umschließt. Um eine
stabilere Positionierung der selbsthemmenden Feder 30 zu
gewährleisten,
sind die Eingriffsarme 20 jeweils mit einer Nut 21, 22 versehen,
in welche die Vorder- bzw. Hinterhaken 31, 32 greift.
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Zur
Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Antriebsweise
wird Bezug auf die 2 und 3 genommen.
Wird der Linearantrieb nach außen
ausgefahren, versetzt die Leistungsquelle die beiden Eingriffsarme 20 in
Drehbewegung im Uhrzeigersinn, woraufhin das die länglichen
Vorsprünge 51, 52 aufweisende
Verbindungselement 50 von den Eingriffsarmen 20 mitgedreht
wird, was eine Übertragung
des Drehmoments und dann ein Hinausschieben einer Belastung bewirkt.
Gleichzeitig wird der innerhalb der vorderen Nut 21 gelagerte
Vorderhaken 31 der selbsthemmenden Feder 30 mitgedreht,
wodurch ein nach innen bewirktes Zurückziehen der selbsthemmenden
Feder 30 stattfindet. Daher kann die selbsthemmende Feder 30 mit
nur sehr geringem Kraftaufwand in Drehbewegung versetzt werden.
Hört die Leistungsvorrichtung
mit der Leistungsabgabe auf, (einschließlich der Situation, dass der Linearantrieb an
der Stelle eines Anschlags deaktiviert wird), führt die gegenläufige Schubkraft
der Belastung unter keiner Krafteinspeisung in die Eingriffsarme 20 zu
einer entgegen dem Uhrzeigersinn gerichteten Drehbewegung des Verbindungselements 50 (siehe 2). Die
Drehungskraft entgegen dem Uhrzeigersinn wirkt sich auf den oberen
länglichen
Vorsprung 51 des Verbindungselements 50 derart
aus, dass der Vorderhaken 31 der selbsthemmenden Feder 30 ebenfalls
entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt wird, wodurch eine Ausdehnung
der selbsthemmenden Feder 30 stattfindet und somit eine
Reibungskraft im Zusammenwirken mit der Innenwandung des Rohrstutzens 40 erzeugt
wird, was dann eine Selbsthemmung bewirkt. Die selbsthemmende Kraft
entspricht genau der Belastung, so dass die Belastung an einer Stelle zum
Stillstand kommt, wo die Leistungsvorrichtung mit der Leistungsabgabe
aufhört.
Wird die Leistungsvorrichtung zum Weiterschieben der Belastung erneut
betätigt,
(abgesehen davon, dass die Belastung vorhin an der Stelle des Anschlags
gestoppt wird), versetzt die Leistungsvorrichtung die beiden Eingriffsarme 20 in
Drehung im Uhrzeigersinn (siehe 2), wobei
der Vorderhaken 31 der selbsthemmenden Feder 30 von
den Eingriffsarmen 20 mitbewegt wird, wodurch die ausgedehnte
selbsthemmende Feder 30 zurückgestellt wird, was dann ein
Loslassen bewirkt. Daher können
die beiden Eingriffsarme 20 wiederum die selbsthemmende
Feder 30 und das Verbindungselement 50 gleichzeitig
in Drehung im Uhrzeigersinn versetzen, damit der Linearantrieb zum
Ausfahren der Belastung weiter aktiviert wird. Wird die Leistungsvorrichtung
zum Einfahren der Belastung erneut betätigt, versetzt die Leistungsvorrichtung
die beiden Eingriffsarme 20 in Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn
(siehe 3), wobei der Hinterhaken 32 der selbsthemmenden
Feder 30 von einem der Eingriffsarme 20 ebenfalls
gegen den Uhrzeigersinn mitgedreht wird, was ein Zurückstellen des
ausgedehnten Außendurchmessers
der selbsthemmenden Feder 30 bewirkt. Dieses zurückziehende
Drehmoment wird dann auf den Vorderhaken 31 ausgewirkt,
wodurch der Außendurchmesser
der ganzen selbsthemmenden Feder 30 nach innen zurückzieht,
was ein automatisches Loslassen bewirkt. Die losgelassenen Eingriffsarme 20 können dann
das Verbindungselement 50 und die selbsthemmende Feder 30 erneut
in Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn versetzen, um die Belastung
einzufahren.
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Wird
der Linearantrieb nach innen eingefahren, dann ist dessen Vorgehensweise
entgegen der oben erwähnten
Vorgehensweise vorgenommen. Die Leistungsvorrichtung versetzt die
beiden Eingriffsarme 20 in Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn
(siehe 3), wodurch die Eingriffsarme 20 den
Hinterhaken 32 der selbsthemmenden Feder 30 derart
bewegen, dass der Hinterhaken 32 nach innen zurückzieht.
Zugleich wird das Verbindungselement 50 mitgedreht, um
die Belastung einzufahren. Hört
die Leistungsvorrichtung mit der Leistungsabgabe auf, befinden sich
dann die beiden Eingriffsarme 20 im Zustand ohne Krafteinspeisung,
wodurch das Verbindungselement 50 unter Einwirkung der
gegenläufigen
Kraft in Drehung im Uhrzeigersinn versetzt wird, was eine Drehung
des oberen länglichen
Vorsprungs 51 des Verbindungselements 50 im Uhrzeigersinn
ermöglicht
und dann der Hinterhaken 32 der selbsthemmenden Feder 30 bewegt
wird. Damit wird dehnt sich der Außendurchmesser der selbsthemmenden Feder 30 nach
außen
aus, was eine Selbsthemmung bewirkt. Das Verfahren vom Loslassen
erfolgt in derselben weise. Solange die Leistungsvorrichtung wiederum
die beiden Eingriffsarme 20 in Drehung im Uhrzeigersinn
(bzw. entgegen dem Uhrzeigersinn) versetzt und somit die Eingriffsarme 20 der
Vorderhaken 31 (bzw. Hinterhaken 32) der selbsthemmenden Feder 30 nach
innen zurückzieht,
wird das zurückziehende
Drehmoment auf den Hinterhaken 32 (bzw. Vorderhaken 31) übertragen,
was ein Zurückziehen der
ganzen selbsthemmenden Feder 30 bewirkt, wodurch ein selbsttätiges Loslassen
erfolgt. Daher können
die Eingriffsarme 20 gleichzeitig die selbsthemmende Feder 30 und
das Verbindungselement 50 in Drehung im Uhrzeigersinn (bzw.
entgegen dem Uhrzeigersinn) versetzen, um die Belastung auszufahren (bzw.
einzufahren). Dadurch wird eine in zwei Richtungen erfolgende Selbsthemmung
des erfindungsgemäßen Linearantriebs
gewährleistet.
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Die
selbsthemmende Wirkung wird mittels der Reibungskraft zwischen der
selbsthemmende Feder 30 und der Innenwandung des Rohrstutzens 40 erreicht.
Daher kann die Innenwandung des Rohrstutzens 40 mit Ölnuten 41 versehen
sein, um die Reibungskraft zu erhöhen sowie eine geeignete Schmierung
durchzuführen.
Außerdem
wird die Standzeit des erfindungsgemäßen Linearantriebs auch erhöht.
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- 10
- Leistungsvorrichtung
- 11
- Turbine
- 20
- Eingriffsarm
- 21
- vordere
Nut
- 22
- hintere
Nut
- 30
- selbsthemmende
Feder
- 31
- Vorderhaken
- 32
- Hinterhaken
- 40
- Rohrstutzen
- 50
- Verbindungselement
- 51
- Vorsprung
- 52
- Vorsprung
- 60
- Spindel