DE29818062U1 - Hydrostatic joint - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydrostatisches Gelenk. Insbesondere betrifft die Erfindung ein hydrostatisches Gelenk, das besonders für den Einsatz bei parallelen kinematischen Strukturen für Werkzeugmaschinen geeignet ist.The present invention relates to a hydrostatic joint. In particular, the invention relates to a hydrostatic joint which is particularly suitable for use in parallel kinematic structures for machine tools.
Für den Einsatz bei sogenannten parallelen Kinematiken (parallelen kinematischen Strukturen) für Werkzeugmaschinen und Roboter, wie sie z.B. in "Parallele Kinematik und Linearmotoren, TR Transfer Nr. 25, 1996" beschrieben werden, sind Gelenke erforderlich, die sehr hohe und zum Teil gegensätzliche Anforderungen erfüllen müssen. Wegen den in den meisten Anwendungen erforderlichen mindestens zwei Rotationsfreiheitsgraden der Gelenke wurden bisher bevorzugt Kugelgelenke für parallele Kinematiken eingesetzt.For use in so-called parallel kinematics (parallel kinematic structures) for machine tools and robots, as described in "Parallel Kinematics and Linear Motors, TR Transfer No. 25, 1996", joints are required that must meet very high and sometimes contradictory requirements. Because most applications require at least two degrees of rotational freedom of the joints, ball joints have been preferred for parallel kinematics.
Kugelgelenke werden in der Technik seit langem für die verschiedensten Zwecke überall dort eingesetzt, wo Gelenke mit mehr als einem Rotationsfreiheitsgrad erforderlich sind. Je nach Verwendungszweck wurden verschiedene Kugelgelenktypen entwickelt, die unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, um ganz bestimmte Anforderungen zu erfüllen.Ball joints have long been used in technology for a wide variety of purposes wherever joints with more than one degree of rotational freedom are required. Depending on the intended use, different types of ball joints have been developed that have different properties in order to meet very specific requirements.
Zur Verminderung des Gelenkspiels ist es bekannt, die Kugelgelenke mit Mitteln zum Vorspannen zu versehen. So wird z.B. in der US 3 802 789 (Columbus Auto Parts Company) ein Kugelgelenk für die Aufhängung eines Automobils offenbart, das zur mechanischen Vorspannung des Gelenks kompressible Kunststoffteile zwischen dem Kugelkopf und der Kugelpfanne aufweist. Durch die grosse Elastizität der Kunststoffteile wird einerseits die Vorspannung des Gelenks sogar noch nach einem gewissen Verschleiss (nach langjährigem Gebrauch) gewährleistet, andrerseits aber die Präzision und die Steifigkeit beeinträchtigt.In order to reduce joint play, it is known to provide ball joints with means for pre-tensioning. For example, US 3,802,789 (Columbus Auto Parts Company) discloses a ball joint for the suspension of an automobile, which has compressible plastic parts between the ball head and the ball socket for mechanical pre-tensioning of the joint. The high elasticity of the plastic parts ensures that the joint is pre-tensioned even after a certain amount of wear (after many years of use), but on the other hand this impairs precision and rigidity.
Für Prüfeinrichtungen z.B. bei Achs- und Karosserieprüfständen ist eine grössere Präzision und eine grössere Steifigkeit erforderlich, als sie mit Kugelgelenken gemäss US 3 802 789 erreichbar sind. EP114 327 (Carl Schenck AG) offenbart ein Kugelgelenk, das den Anforderungen an erhöhte Präzision und Steifigkeit für Prüfeinrichtungen im Fahrzeugbau gerecht wird. Durch die Verwendung von Klemmelementen, mit denen zwei Lagerschalen gegeneinander beziehungsweiseFor test equipment, e.g. for axle and body test benches, greater precision and greater rigidity are required than can be achieved with ball joints according to US 3 802 789. EP114 327 (Carl Schenck AG) discloses a ball joint that meets the requirements for increased precision and rigidity for test equipment in vehicle construction. By using clamping elements with which two bearing shells are clamped against each other or
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gegen einen Kugelkopf verspannbar sind, und die zusätzliche Verwendung von Entlastungs- und/oder Loseelementen wird ein relativ steifes und präzises Kugelgelenk mit einer mechanischen Vorspannung erreicht, wobei das Gelenkspiel leicht einstellbar und nachstellbar ist. Das Kugelgelenk gemäss EP 114 327 ist jedoch nicht für einen langen wartungsfreien Betrieb geeignet, da das Gelenkspiel nach einigem Gebrauch jeweils nachgestellt werden muss. Zudem sind die Anfahrkräfte beim Beginn der Gelenkbewegung, insbesondere wenn ein kleines Gelenkspiel eingestellt ist, beträchtlich.can be clamped against a ball head, and the additional use of relief and/or loosening elements, a relatively stiff and precise ball joint with a mechanical preload is achieved, whereby the joint play can be easily set and adjusted. However, the ball joint according to EP 114 327 is not suitable for long, maintenance-free operation, since the joint play must be adjusted after some use. In addition, the starting forces at the beginning of the joint movement, especially if a small joint play is set, are considerable.
Bei bestimmten Anwendungen ist ein Kugelgelenk erforderlich, das trotz einer grossen Gelenklast bereits im Ruhezustand des Gelenks eine funktionierende Schmierung gewährleistet, damit bei Beginn der Gelenkbewegung weder grosse Anfahrkräfte erforderlich sind noch ein übermässiger Verschleiss des Gelenks stattfindet. Dieses Erfordernis wird am besten durch ein hydrostatisches Kugelgelenk erfüllt, bei dem der Druck des Schmiermittels ausserhalb des Gelenks z.B. mit einer Pumpe erzeugt wird und dem Gelenk das unter Druck gesetzte Schmiermittel zugeführt wird. So wird in "Meerestechnik, Band 12 (1981), Heft 6, s. 151 -156" ein hydrostatisches Kugelgelenk für die gelenkige Befestigung eines Stahlbetonturms an einem Fundament im Meeresboden beschrieben. Der Vorteil der funktionierenden Schmierung unter Last bereits im Ruhezustand muss bei hydrostatischen Gelenken allerdings durch einen konstruktiven Mehraufwand erkauft werden.In certain applications, a ball joint is required that, despite a large joint load, ensures functioning lubrication even when the joint is at rest, so that when the joint begins to move, neither large starting forces are required nor excessive wear occurs on the joint. This requirement is best met by a hydrostatic ball joint, in which the pressure of the lubricant is generated outside the joint, e.g. with a pump, and the pressurized lubricant is fed to the joint. For example, in "Marine Technology, Volume 12 (1981), Issue 6, p. 151 -156" a hydrostatic ball joint is described for the articulated attachment of a reinforced concrete tower to a foundation in the seabed. However, the advantage of functioning lubrication under load even when the joint is at rest must be bought at the cost of additional design effort with hydrostatic joints.
Sämtliche der oben erwähnten bekannten Kugelgelenke mit mechanischer Vorspannung weisen den für bestimmte Anwendungen wesentlichen Nachteil auf, dass ihre Bewegungsfreiheit durch die Konstruktionsbedingungen der mechanischen Vorspanneinrichtungen erheblich eingeschränkt ist. Deshalb werden für Anwendungen, wo eine grosse Bewegungsfreiheit der Kugelgelenke wichtiger ist als eine möglichst grosse Spielfreiheit oder eine optimale Schmierung bereits im Ruhezustand, magnetische Gleitkugelgelenke angewendet. So wird z.B. in "Trudy 19. ctenij, posvijasc. razrab. nauc. nasledija i razvitiju idej K.E. Ciolkovkogo, (1986) 19, 2, 103 -All of the above-mentioned known ball joints with mechanical preload have the disadvantage, which is significant for certain applications, that their freedom of movement is significantly restricted by the design conditions of the mechanical preloading devices. Therefore, for applications where a large freedom of movement of the ball joints is more important than the greatest possible freedom of play or optimal lubrication even in the resting state, magnetic sliding ball joints are used. For example, in "Trudy 19. ctenij, posvijasc. razrab. nauc. nasledija i razvitiju idej K.E. Ciolkovkogo, (1986) 19, 2, 103 -
104" ein magnetisches Kugelgelenk beschrieben, das besonders zur Lösung von Fixierungsproblemen in der Weltraumtechnologie geeignet ist.104" describes a magnetic ball joint that is particularly suitable for solving fixation problems in space technology.
In der WO-A-96/18045 von R.P.S. Bailey wird ein nicht magnetisches Kugelgelenk beschrieben, das zur Vergrösserung der Bewegungsfreiheit eine zweiteilige Gelenkpfanne umfasst, wobei der eine Teil der Gelenkpfanne aus einem Referenzteil besteht, welcher die Gelenkkugel berührt, und der andere Teil aus einem Rückhalteteil, welcher beweglich auf dem Referenzteil angeordnet ist, um eine bewegliche obere Begrenzung der Gelenkpfanne zu schaffen. Das Kugelgelenk gemäss der WO-A-96/18045 weist jedoch für Anwendungen bei hochpräzisen Werkzeugmaschinen Nachteile auf, weil beim Anschlagen des Gelenkkugelteils an das Rückhalteteil und beim anschliessenden Mitbewegen des letzteren zusätzliche Reaktions- und Trägheitskräfte auftreten, welche die Präzision der Gelenkbewegung beeinträchtigen. Zudem ist die Konstruktione eines derartigen Gelenks konstruktiv aufwendig und teuer.In WO-A-96/18045 by R.P.S. Bailey, a non-magnetic ball joint is described, which comprises a two-part joint socket to increase freedom of movement, one part of the joint socket consisting of a reference part which touches the joint ball, and the other part of a retaining part which is movably arranged on the reference part in order to create a movable upper limit of the joint socket. However, the ball joint according to WO-A-96/18045 has disadvantages for applications in high-precision machine tools, because when the joint ball part strikes the retaining part and when the latter then moves along, additional reaction and inertia forces occur which impair the precision of the joint movement. In addition, the design of such a joint is structurally complex and expensive.
Bisher wurde versucht, die gegensätzlichen Anforderungen für die Anwendung bei parallelen Kinematiken mit mechanisch vorgespannten Kugelgelenken oder mit magnetischen Gleitkugelgelenken zu erfüllen, was bei den ersteren aufgrund mangelnder Bewegungsfreiheit und bei den letzteren aufgrund hoher Reibung und Verschleiss nicht zu befriedigenden Resultaten führte. Deshalb wurden auch kardanische Gelenke, bestehend aus einer seriellen Verkettung von mechanisch vorgespannten Wälzlagern, zu diesem Zwecke eingesetzt. Dies hat sich allerdings aufgrund mangelnder Steifigkeit bei gleichzeitig hoher Lebensdauer nicht bewährt.Attempts have been made so far to meet the conflicting requirements for use with parallel kinematics using mechanically preloaded ball joints or magnetic sliding ball joints, which did not lead to satisfactory results with the former due to a lack of freedom of movement and with the latter due to high friction and wear. For this reason, cardan joints, consisting of a serial linkage of mechanically preloaded roller bearings, were also used for this purpose. However, this did not prove successful due to a lack of rigidity and a long service life.
Das Fehlen von geeigneten Gelenken trägt wesentlich dazu bei, dass parallele Kinematiken - trotz den bekannten Vorteilen gegenüber seriellen Kinematiken in Bezug auf Beschleunigungsvermögen und Präzision - bisher im Werkzeugmaschinenbau keine grössere Verwendung gefunden haben.The lack of suitable joints is a major reason why parallel kinematics - despite the known advantages over serial kinematics in terms of acceleration capacity and precision - have not yet found widespread use in machine tool construction.
Darstellung der ErfindungDescription of the invention
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines für parallele Kinematiken geeigneten Gelenks, das sich gleichzeitig durch eine grosse Bewegungsfreiheit, eine hohe Präzision und Steifigkeit, eine hohe Lebensdauer, einen geringen Wartungsaufwand und im wesentlichen Spielfreiheit auszeichnet.The object of the invention is to provide a joint suitable for parallel kinematics, which is simultaneously characterized by a large freedom of movement, high precision and rigidity, a long service life, low maintenance requirements and essentially no play.
Die Lösung der Aufgabe ist Gegenstand des Patentanspruchs 1.The solution to the problem is the subject of patent claim 1.
Zur Lösung der Aufgabe umfasst das erfindungsgemässe Gelenk eine Gelenkpfanne zur gelenkigen Lagerung eines Gelenkzapfens, Mittel zur hydrostatischen Lagerung des Gelenkzapfens in der Gelenkpfanne und zusätzlich Vorspannmittel, welche zum Vorspannen des Gelenks durch magnetischen Kraftschluss Mittel für eine magnetische Erregung aufweisen, um eine im wesentlichen spielfreie hydrostatische Lagerung des Gelenkzapfens (1) in der Gelenkpfanne (12) zu erreichen. Die magnetischen Vorspannmittel gewähren eine hohe Präzision und Steifigkeit sowie im wesentlichen Spielfreiheit und die Mittel zur hydrostatischen Lagerung sorgen für eine hohe Lebensdauer und einen geringen Wartungsaufwand für das erfindungsgemässe Gelenk.To solve the problem, the joint according to the invention comprises a joint socket for the articulated mounting of a joint pin, means for hydrostatic mounting of the joint pin in the joint socket and additional preloading means, which have means for magnetic excitation for preloading the joint by magnetic force connection in order to achieve a substantially play-free hydrostatic mounting of the joint pin (1) in the joint socket (12). The magnetic preloading means ensure high precision and rigidity as well as substantially play-free mounting and the means for hydrostatic mounting ensure a long service life and low maintenance costs for the joint according to the invention.
Vorzugsweise weist die Gelenkpfanne eine kugelkalottenförmige Schalenform und der Gelenkzapfen eine kugelkalottenförmige Kugelkopfform auf, wobei der Gelenkzapfen enganliegend in die Gelenkpfanne passend ausgebildet ist, so dass das Gelenk ein Kugelgelenk bildet, welches Gelenk- oder Kippbewegungen mit mindestens zwei Rotationsfreiheitsgraden zulässt.Preferably, the joint socket has a spherical cap-shaped shell shape and the joint pin has a spherical cap-shaped ball head shape, wherein the joint pin is designed to fit tightly into the joint socket so that the joint forms a ball joint which allows joint or tilting movements with at least two rotational degrees of freedom.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat das Kugelgelenk einen kugelkalottenförmigen freien Oberflächenbereich des Gelenkzapfens, der mindestens die Ausdehnung von einem Drittel der Kugeloberfläche aufweist und der weder von der Gelenkpfanne noch von den Mitteln zur hydrostatischen Lagerung noch von den Vorspannmitteln bedeckt ist, damit das Kugelgelenk über diesen Oberflächenbereich mit mindestens zwei Rotationsfreiheitsgraden frei bewegbar ist. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der kugelkalottenförmige freie Oberflächen bereich des Gelenkzapfens die Grosse von mindestens einer Hälfte der Kugeloberfläche aufweist. Vorzugsweise weist der freie Oberflächenbereich des Geienkzapfens sogar eine Ausdehnung von mindestens zwei Dritteln der Kugeloberfläche auf, damit eine besonders grosse Bewegungsfreiheit des Gelenks erreicht wird.In a preferred embodiment, the ball joint has a spherical cap-shaped free surface area of the joint pin, which has an extension of at least one third of the spherical surface and which is not covered by the joint socket, the means for hydrostatic bearings or the preloading means, so that the ball joint can be freely moved over this surface area with at least two degrees of rotational freedom. A further preferred embodiment of the present invention is characterized in that the spherical cap-shaped free surface area of the joint pin has the size of at least one half of the spherical surface. Preferably, the free surface area of the joint pin even has an extension of at least two thirds of the spherical surface, so that a particularly large freedom of movement of the joint is achieved.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Gelenkpfanne die Form eines Rohrabschnitts mit Längsschlitz und kreisförmigem Querschnitt und der Gelenkzapfen die Form eines kreisförmigen Achsabschnitts auf, wobei der Gelenkzapfen enganliegend in die Gelenkpfanne passend ausgebildet ist, so dass das Gelenk ein Scharniergelenk bildet, welches Gelenk- oder Kippbewegungen mit einem Rotationsfreiheitsgrad zulässt.In another preferred embodiment of the present invention, the articular socket has the shape of a tube section with a longitudinal slot and a circular cross-section and the pivot pin has the shape of a circular axle section, wherein the pivot pin is designed to fit tightly into the articular socket so that the joint forms a hinge joint which allows articulating or tilting movements with one degree of rotational freedom.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Vorspannmittel Mittel für eine magnetische Erregung zum Vorspannen desIn a further preferred embodiment of the present invention, the biasing means comprise means for magnetic excitation for biasing the
Gelenks auf, damit das Gelenk durch magnetischen Kraftschluss vorgespannt wird. Mit den magnetischen Vorspannmitteln wird eine besonders grosse Bewegungsfreiheit des Gelenks erreicht. Vorzugsweise weisen die Mittel für die magnetische Erregung mindestens einen Permanentmagneten auf. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Mittel für die magnetische Erregung mindestens einen Elektromagneten auf.Joint so that the joint is pre-tensioned by magnetic force. With the magnetic pre-tensioning means, a particularly large freedom of movement of the joint is achieved. Preferably, the means for magnetic excitation have at least one permanent magnet. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the means for magnetic excitation have at least one electromagnet.
Als zusätzlicher Vorteil ermöglichen insbesondere die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei denen die kugelkalottenförmige freie Oberfläche des Gelenkzapfens die Grosse von mindestens einer Hälfte der Kugeloberfläche aufweist, eine einfache Konstruktion und Montage des Gelenks.As an additional advantage, in particular the embodiments of the present invention in which the spherical cap-shaped free surface of the pivot pin has the size of at least one half of the spherical surface enable a simple construction and assembly of the joint.
Die nachfolgende detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen nur als Beispiel für ein besseres Verständnis der Erfindung und ist nicht als Einschränkung des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen definiert wird, aufzufassen. Für den Fachmann sind aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und der Gesamtheit der Patentansprüche weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen ohne weiteres erkennbar, die jedoch immer noch innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegen.The following detailed description of a preferred embodiment of the present invention, in conjunction with the accompanying drawings, serves only as an example for a better understanding of the invention and is not to be understood as a limitation of the scope of the present invention as defined in the patent claims. The person skilled in the art will readily recognize further advantageous embodiments and combinations of features from the following description in conjunction with the accompanying drawings and the entirety of the patent claims, which, however, still lie within the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
Die Zeichnungen stellen zwei bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Es zeigen:The drawings show two preferred embodiments of the present invention. They show:
Fig. 1 einen Querschnitt durch das Zentrum eines hydrostatischenFig. 1 a cross section through the center of a hydrostatic
Kugelgelenks mit magnetischer Vorspannung gemäss der vorliegenden Erfindung, bei dem die magnetische Erregung durch einenBall joint with magnetic preload according to the present invention, in which the magnetic excitation is provided by a
Permanentmagneten bewirkt wird;permanent magnets;
Fig. 2 einen Querschnitt durch das Zentrum eines hydrostatischenFig. 2 a cross section through the center of a hydrostatic
Kugelgelenks mit magnetischer Vorspannung gemäss der vorliegenden Erfindung, bei dem die magnetische Erregung durch einen Elektromagneten bewirkt wird.Ball joint with magnetic preload according to the present invention, in which the magnetic excitation is caused by an electromagnet.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung In principle, identical parts in the figures are provided with identical reference symbols.
Detailed description of a preferred embodiment of the invention
Figur 1 stellt einen Querschnitt durch das Zentrum eines hydrostatischen Kugelgelenks 14 mit magnetischer Vorspannung gemäss der vorliegenden Erfindung dar, bei dem die magnetische Erregung durch einen Permanentmagneten 2 bewirkt wird. Das Kugelgelenk 14 weist einen kugelkopfförmigen Gelenkzapfen 1 auf, der in einer Gelenkpfanne 12 mit kugelkalottenförmiger Schalenform gelagert ist. Am Gelenkzapfen 1 ist eine erste Verbindungsstange 10 befestigt, um ein am anderen Ende der Verbindungsstange angeordnetes erstes Teil (nicht dargestellt) über das Kugelgelenk 14 gelenkig mit einem zweiten Teil (nicht dargestellt) zu verbinden, das mittels einer zweiten Verbindungsstange (nicht dargestellt) an der Gelenkpfanne 12 befestigt ist. Das dargestellte Kugelgelenk 14 lässt Gelenkbewegungen mit drei Rotationsfreiheitsgraden - Kippbewegungen links/rechts und vorwärts/rückwärts, Drehung um die Verbindungsstange 10 - zu.Figure 1 shows a cross section through the center of a hydrostatic ball joint 14 with magnetic preload according to the present invention, in which the magnetic excitation is caused by a permanent magnet 2. The ball joint 14 has a ball-head-shaped joint pin 1 which is mounted in a joint socket 12 with a spherical cap-shaped shell shape. A first connecting rod 10 is attached to the joint pin 1 in order to connect a first part (not shown) arranged at the other end of the connecting rod via the ball joint 14 to a second part (not shown) which is attached to the joint socket 12 by means of a second connecting rod (not shown). The ball joint 14 shown allows joint movements with three degrees of rotational freedom - tilting movements left/right and forwards/backwards, rotation around the connecting rod 10.
Das Kugelgelenk 14 weist weiter Mittel 5, 7, 8 zur hydrostatischen Lagerung des Gelenkzapfens 1 in der Gelenkpfanne 12 auf. Durch die Zuführungen 7 hindurch wird Hydraulikflüssigkeit, die ausserhalb des Gelenks 14 z.B. mittels einer Pumpe (nicht dargestellt) unter Druck gesetzt wird, in die Taschen 5 und von diesen in den engen Spalt zwischen dem Gelenkzapfen 1 und der Gelenkpfanne 12 hinein gefördert. Die Zuführungen 7 dienen gleichzeitig als Vordrossel für die hydrostatische Lagerung. Die Taschen 5 dienen dazu, dass bei dynamischen Belastungen und unvermeidlichen Leckagen stets genügend Hydraulikflüssigkeit nachströmen kann, um die Flüssigkeitsverluste auszugleichen. Die Hydraulikflüssigkeit wird über die RückführungThe ball joint 14 also has means 5, 7, 8 for hydrostatically supporting the joint pin 1 in the joint socket 12. Hydraulic fluid, which is pressurized outside the joint 14, e.g. by means of a pump (not shown), is fed through the inlets 7 into the pockets 5 and from there into the narrow gap between the joint pin 1 and the joint socket 12. The inlets 7 also serve as a throttle for the hydrostatic bearing. The pockets 5 serve to ensure that sufficient hydraulic fluid can always flow in under dynamic loads and unavoidable leaks in order to compensate for the fluid losses. The hydraulic fluid is fed through the return line
8), die an den weiter hinten erwähnten zylindrischen Luftspalt 6 zwischen den beiden magnetischen Flussleitstücken 3, 4 angeschlossen ist, vom Kugelgelenk 14 zur Pumpe (nicht dargestellt) zurückgeführt. Die unter Druck gesetzte Hydraulikflüssigkeit sorgt dafür, dass stets ein enger, kugelkalottenförmiger Spalt zwischen der Gelenkpfanne 12 und dem Gelenkzapfen 1 aufrechterhalten bleibt, der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, wodurch selbst bei einer grossen Gelenklast bereits im Ruhezustand des Gelenks 14 eine funktionierende Schmierung gewährleistet ist, damit bei Beginn der Gelenkbewegung weder grosse Anfahrkräfte erforderlich sind noch ein übermässiger Verschleiss des Gelenks 14 stattfindet.8), which is connected to the cylindrical air gap 6 mentioned further below between the two magnetic flux guides 3, 4, is returned from the ball joint 14 to the pump (not shown). The pressurized hydraulic fluid ensures that a narrow, spherical cap-shaped gap is always maintained between the joint socket 12 and the joint pin 1, which is filled with hydraulic fluid, whereby even with a large joint load, a functioning lubrication is already guaranteed when the joint 14 is at rest, so that when the joint movement begins, neither large starting forces are required nor excessive wear of the joint 14 occurs.
Das in Figur 1 dargestellte Kugelgelenk 14 weist weiter Mittel 2, 3, 4 zum Vorspannen des Gelenks 14 auf, um eine im wesentlichen spielfreie hydrostatische Lagerung des Gelenkzapfens 1 in der Gelenkpfanne 12 zu erreichen. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird das Vorspannen des Gelenks 14 durch magnetischen Kraftschluss bewirkt. In der Gelenkpfanne 12 ist zu diesem Zweck ein ringförmiger Permanentmagnet 2 angeordnet. Das Magnetfeld wird von den beiden Magnetpolen oben und unten am Ring über getrennte Flussleitstücke 3, 4 aus magnetisch leitfähigem Material, die bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung einen integralen Teil der Gelenkpfanne bilden, zum kugelkalottenförmigen Spalt zwischen der Gelenkpfanne 12 und dem Gelenkzapfen 1 geleitet. Die beiden Flussleitstücke 3, 4 sind durch einen für die magnetische Isolation genügend breiten zylindrischen Luftspalt voneinander getrennt. Das Verhältnis zwischen der Breite des kugelkalottenförmigen Spaltes zwischen der Gelenkpfanne 12 und dem Gelenkzapfen 1 einerseits und der Breite des zylindrischen Luftspaltes zwischen den beiden Flussleitstücken 3, 4 andrerseits muss so gewählt werden, dass einerseits ein Magnetfluss über den kartenförmigen Spalt stattfindet, um den magnetischen Kreis vom einen Pol des Permanentmagneten über das eine Flussleitstück 3, den Gelenkzapfen 1 und das andere Flussleitstück 4 zum anderen Pol des Permanentmagneten zu schliessen, und andrerseits eine ausreichende magnetische Isolation zwischen den beiden Flussleitstücken 3, 4 gewährleistet ist. Für dieThe ball joint 14 shown in Figure 1 further comprises means 2, 3, 4 for pre-tensioning the joint 14 in order to achieve a hydrostatic bearing of the joint pin 1 in the joint socket 12 that is essentially free of play. In the embodiment of the invention shown, the pre-tensioning of the joint 14 is achieved by magnetic force. For this purpose, a ring-shaped permanent magnet 2 is arranged in the joint socket 12. The magnetic field is guided from the two magnetic poles at the top and bottom of the ring via separate flux guide pieces 3, 4 made of magnetically conductive material, which form an integral part of the joint socket in the embodiment of the invention shown, to the spherical cap-shaped gap between the joint socket 12 and the joint pin 1. The two flux guide pieces 3, 4 are separated from one another by a cylindrical air gap that is wide enough for magnetic insulation. The ratio between the width of the spherical cap-shaped gap between the joint socket 12 and the pivot pin 1 on the one hand and the width of the cylindrical air gap between the two flux guide pieces 3, 4 on the other hand must be selected so that on the one hand a magnetic flux takes place across the card-shaped gap in order to close the magnetic circuit from one pole of the permanent magnet via one flux guide piece 3, the pivot pin 1 and the other flux guide piece 4 to the other pole of the permanent magnet, and on the other hand sufficient magnetic insulation between the two flux guide pieces 3, 4 is ensured. For the
dargestellte Ausführungsform hat sich ein Breitenverhältnis in der Grössenordnung von 1/20 als günstig erwiesen. .In the embodiment shown, a width ratio of the order of 1/20 has proven to be advantageous.
Bei konkreten Ausführungsformen gemäss dem in Figur 1 dargestellten Kugelgelenk betrug der Durchmesser des Gelenkzapfens 1 ungefähr 50 mm, die Breite'des zylindrischen Luftspaltes zwischen den beiden Flussleitstücken 3, 4 ungefähr 1 bis 2 mm und die Breite des kugelkalottenförmigen Spaltes zwischen der Gelenkpfanne 12 und dem Gelenkzapfen 1 ungefähr 10 bis 50 &mgr;&eegr;&tgr;&igr;. Die Dicke des ringförmigen Permanentmagneten 2 lag im Bereich von einigen mm. Mit dieser Anordnung wurden ohne Feldverdichtung flächenbezogene Anziehungskräfte im Bereich von 400 bis 600 kN/m2 erreicht.In specific embodiments according to the ball joint shown in Figure 1, the diameter of the pivot pin 1 was approximately 50 mm, the width of the cylindrical air gap between the two flux guide pieces 3, 4 was approximately 1 to 2 mm and the width of the spherical cap-shaped gap between the joint socket 12 and the pivot pin 1 was approximately 10 to 50 μm. The thickness of the ring-shaped permanent magnet 2 was in the range of a few mm. With this arrangement, area-related attractive forces in the range of 400 to 600 kN/m 2 were achieved without field compression.
Mittels Feldverdichtung - d.h., wenn die Konstruktion so gewählt wird, dass die Oberfläche des Permanentmagneten senkrecht zur Flussrichtung grosser als die halbe Oberfläche der Kugelkalotte zwischen der Gelenkpfanne 12 und dem Gelenkzapfen 1 ist - lassen sich bei vertretbarem Aufwand flächenbezogene Anziehungskräfte im Bereich von 1300 bis 2100 kN/m2 erreichen.By means of field compression - ie if the design is chosen such that the surface of the permanent magnet perpendicular to the direction of flow is larger than half the surface of the spherical cap between the joint socket 12 and the joint pin 1 - area-related attractive forces in the range of 1300 to 2100 kN/m 2 can be achieved with reasonable effort.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Kugelgelenk sind sämtliche Konstruktionselemente der Gelenkpfanne 12), der Mittel 5, 7, 8 zur hydrostatischen Lagerung und der Vorspannmittel 2, 3, 4 gegenüber der unteren Kugelhälfte des kugelförmigen Gelenkzapfens 1 angeordnet. Dadurch ist ein kalottenförmiger Bereich der Oberfläche des Gelenkzapfens 1), der etwas grosser ist als die obere Kugelhälfte des Gelenkzapfens 1), frei von jeglichen gegenüberliegenden Konstruktionselementen des Kugelgelenks 14). Somit kann - bei Vernachlässigung des Durchmessers der Verbindungsstange 10 - der Gelenkzapfen 1 mit der daran befestigten Verbindungsstange 10 mit zwei Rotationsfreiheitsgraden frei über einen Raumwinkelbereich gekippt werden, der grosser als 2&pgr; ist. Der bei der dargestellten Ausführungsform vorhandene kugelkalottenförmige freie Oberflächenbereich mit einer Grosse von mindestens der Hälfte der Kugeloberfläche erweist sich insbesondere bei der Konstruktion und Montage des Gelenks 14 als zusätzlicher Vorteil.In the ball joint shown in Figure 1, all structural elements of the joint socket 12), the means 5, 7, 8 for hydrostatic bearing and the preloading means 2, 3, 4 are arranged opposite the lower ball half of the spherical joint pin 1. As a result, a dome-shaped area of the surface of the joint pin 1), which is slightly larger than the upper ball half of the joint pin 1), is free of any opposing structural elements of the ball joint 14). Thus - neglecting the diameter of the connecting rod 10 - the joint pin 1 with the connecting rod 10 attached to it can be freely tilted with two degrees of rotational freedom over a solid angle range that is larger than 2π. The spherical cap-shaped free surface area present in the illustrated embodiment with a size of at least half the sphere surface proves to be an additional advantage, particularly in the construction and assembly of the joint 14.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Kugelgelenk wird zur Erzeugung des Magnetfeldes anstelle des ringförmigen Permanentmagneten 2 aus Figur 1 ein Elektromagnet 21 eingesetzt. Die Rückführung 8' der Hydraulikflüssigkeit und die Zuführungen 7' der Hydraulikflüssigkeit sind an die veränderte Form des Magneten angepasst, die übrigen Konstruktionselemente des Gelenks 14' sind im wesentlichen gleich wie die entsprechenden Konstruktionselemente des in Figur 1 dargestellten Gelenks 14. Durch die in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung lassen sich ohne Feldverdichtung flächenbezogene Anziehungskräfte im Bereich von 1300 bis 2100 kN/m2 erreichen.In the ball joint shown in Figure 2, an electromagnet 21 is used to generate the magnetic field instead of the ring-shaped permanent magnet 2 from Figure 1. The return 8' of the hydraulic fluid and the feeds 7' of the hydraulic fluid are adapted to the changed shape of the magnet, the other structural elements of the joint 14' are essentially the same as the corresponding structural elements of the joint 14 shown in Figure 1. The embodiment of the invention shown in Figure 2 enables area-related attractive forces in the range of 1300 to 2100 kN/ m2 to be achieved without field compression.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch die vorliegende Erfindung ein Gelenk bereitgestellt wird, das sich gleichzeitig durch eine grosse Bewegungsfreiheit, eine hohe Präzision und Steifigkeit, eine hohe Lebensdauer, einen geringen Wartungsaufwand und im wesentlichen Spielfreiheit auszeichnet und somit für parallele Kinematiken geeignet ist.In summary, it can be stated that the present invention provides a joint that is simultaneously characterized by great freedom of movement, high precision and rigidity, a long service life, low maintenance requirements and essentially free of play and is therefore suitable for parallel kinematics.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010018095A1 (en) * | 2010-04-08 | 2011-10-13 | Böhm GmbH & Co. KG | Parallel kinematics machine |
| DE102010018096A1 (en) * | 2010-04-24 | 2011-10-27 | Böhm GmbH & Co. KG | Hydrostatic and hydrodynamic bearing, particularly swivel bearing, for use in swivel bearing arrangement, is provided with running surface, where running surface has supply opening for fluid |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2431723A (en) * | 2005-07-26 | 2007-05-02 | Makex Ltd | Coordinate measuring machine |
| JP5134920B2 (en) * | 2007-11-16 | 2013-01-30 | 株式会社トプコン | Rotating laser surveying machine |
| TWI491809B (en) * | 2012-03-21 | 2015-07-11 | Intelligence Develop Engineering Aid Ltd | Rotary shaft structure for eliminating clearance by using magnetic adsorption ability |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2144707A1 (en) * | 1971-09-07 | 1973-03-15 | Erwin Junker | AXIAL ADJUSTABLE SPINDLE BEARING FOR MACHINE TOOLS |
| US3802789A (en) | 1972-08-21 | 1974-04-09 | Columbus Auto Parts | Ball joint for suspension |
| US4318572A (en) * | 1980-01-11 | 1982-03-09 | Mts Systems Corporation | Tension-compression swivel joint with hydraulic force reaction |
| EP0114327B1 (en) | 1983-01-19 | 1987-03-18 | Carl Schenck Ag | Play-free ball-joint, in particular for test-equipment and joint assembly comprising such ball-joints |
| DE4142954C2 (en) * | 1991-12-24 | 1995-12-14 | Suck Hans Juergen | Room light |
| JPH10509788A (en) * | 1994-12-05 | 1998-09-22 | ラルフ， ピーター， スティーヴン ベイリー， | Improvement of movable mechanism structure |
-
1997
- 1997-05-01 CH CH102297A patent/CH692055A5/en not_active IP Right Cessation
-
1998
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- 1998-04-30 DE DE29818062U patent/DE29818062U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010018095A1 (en) * | 2010-04-08 | 2011-10-13 | Böhm GmbH & Co. KG | Parallel kinematics machine |
| DE102010018096A1 (en) * | 2010-04-24 | 2011-10-27 | Böhm GmbH & Co. KG | Hydrostatic and hydrodynamic bearing, particularly swivel bearing, for use in swivel bearing arrangement, is provided with running surface, where running surface has supply opening for fluid |
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