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Die Erfindung betrifft eine Sicherungsvorrichtung für Verstellantriebe mit einer antreibbaren Spindel enthaltend einen Gewindegang mit einer Mehrzahl von Windungen und mit einer in Gewindeeingriff mit der Spindel bringbaren Spindelmutter, wobei der Spindelmutter ein Sicherungselement zugeordnet ist, das in einem den Gewindeeingriff beeinträchtigenden Ausfallzustand der Spindelmutter die axiale Lage derselben relativ zu der Spindel sichert.
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Aus der
EP 1 134 454 B1 ist eine Sicherungsvorrichtung für Verstellantriebe bekannt, wobei die Verstellantriebe eine Hebe- und Senkbewegung von Zahnarztstühlen, Krankenhausbetten und dergleichen ermöglichen. Diese Verstellantriebe umfassen üblicherweise einen Elektromotor, ein Gewinde sowie eine mit dem Gewinde gekoppelte Spindel sowie eine in Gewindeeingriff mit der Spindel stehende Spindelmutter. Durch Alterung oder Überbeanspruchung kann die Spindelmutter in einen Ausfallzustand geraten, in dem beispielsweise eine Gewindeerhebung der Spindelmutter ausgeschlagen ist, und somit das Risiko eines schlagartigen Absinkens des Zahnarztstuhls bzw. der Spindelmutter relativ zu der Spindel besteht. Im Fall eines solchen Versagens der Spindelmutter weist die bekannte Sicherungsvorrichtung ein Sicherungselement auf, das in dem Ausfallzustand der Spindelmutter die axiale Lage derselben relativ zu der Spindel sichert. Das Sicherungselement ist als eine Sicherungsmutter ausgebildet, die vollständig in die Spindelmutter eingreift und formschlüssig in derselben gehalten ist. In dem Ausfallzustand der Spindelmutter brechen die Formverbindungsmittel zwischen der Sicherungsmutter und der Spindelmutter, so dass die aus einem Metallmaterial bestehende Sicherungsmutter die Funktion der Spindelmutter übernimmt. Nachteilig an der bekannten Sicherungsvorrichtung ist, dass die Spindelmutter Radialflächen aufweisen muss, die sich im Ausfallzustand an der Sicherheitsmutter abstützen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sicherungsvorrichtung für Verstellantriebe derart weiterzubilden, dass bei einem Ausfall einer Spindelmutter auf einfache Weise eine sichere axiale Festlegung der Spindelmutter relativ zu einer antreibbaren Spindel gewährleistet ist.
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Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement als ein an mindestens einen Teil einer Windung des Gewindegangs anliegendes Sicherungsschlingelement ausgebildet ist, das in dem Ausfallzustand der Spindelmutter die axiale Relativbewegung der Spindelmutter zu der Spindel blockiert.
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Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch ein Sicherungsschlingelement, das teilweise an einer Windung einer Spindel unter Umschlingung derselben angeordnet ist, in einem Ausfallzustand der Spindelmutter auf einfache Weise eine Blockierung bzw. Verklemmung der Spindelmutter zu der Spindel erzielt wird. Grundgedanke der Erfindung ist es, ein zusätzliches Sicherungsschlingelement vorzusehen, das zumindest entlang eines Bogens in einem spitzen oder stumpfen oder überstumpfen Winkel um die Achse der Spindel gelegt ist und sich im Ausfallzustand der Spindelmutter einkeilt zwischen dem Gewinde der Gewindespindel einerseits und einem infolge eines Bruchs eines Gewindes der Spindelmutter übriggebliebenen Gewindestumpf derselben andererseits. Eine axiale Relativbewegung in einer Belastungsrichtung wird hierdurch sicher verhindert, während durch einfaches Anheben eines zu verstellenden Gegenstandes, der mit der Spindelmutter fest verbunden ist, die defekte Spindelmutter gegen eine Spindelmutter ausgetauscht werden kann.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Sicherungsschlingelement an der Spindelmutter derart gehaltert, dass das Sicherungsschlingelement im Normalbetriebszustand der Spindelmutter in einer Einkerbung der Spindelwindung geführt gelagert ist, so dass die Spindel zu der Spindelmutter verdrehbar ist. Das Sicherungsschlingelement befindet sich somit teilweise in Eingriff mit der Spindel, wobei sie im Normalbetriebszustand der Spindelmutter lediglich über Gleitreibung an die Spindel angreift, so dass keine nennenswerten zusätzlichen Verstellkräfte aufgebracht werden müssen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Sicherungsschlingelement einen Spindelmutteranlageabschnitt auf, mittels dessen das Sicherungsschlingelement an der Spindelmutter vorzugsweise lösbar befestigt ist. Ferner weist das Sicherungsschlingelement einen Spindelanlageabschnitt auf, der in einer Einkerbung des Gewindegangs der Spindel eingreift und auf den im Ausfallzustand der Spindelmutter im Wesentlichen eine radiale Blockierkraft wirkt, mittels derer die Spindelmutter axialfest zu der Spindel gehalten wird. Die Blockierkraft ist abhängig von einer Axialkraft, die von dem zu verstellenden Gegenstand auf die Spindelmutter ausgeübt wird. Mittels der Spindelmutter wird diese Axialkraft in radialer Richtung umgelenkt und erzeugt dann die radial wirkende Blockierkraft. Das Sicherungsschlingelement wird mit dem Spindelanlageabschnitt zwischen der Spindelmutter und der Spindel eingeklemmt, so dass keine weitere Drehbewegung zwischen der Spindelmutter und der Spindel möglich ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Sicherungsschlingelement derart ausgebildet, dass sich der Spindelmutteranlageabschnitt desselben an einer Umfangsfläche der Spindelmutter abstützt. Vorteilhaft kann hierdurch die Umfangsfläche der Spindelmutter zur Positionierung und Festlegung des Sicherungsschlingelementes eingesetzt werden, was die Montage vereinfacht bzw. die Herstellungskosten der Spindelmutter verringert.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Sicherungsschlingelement an gegenüberliegenden Seiten Endschlaufen auf, die jeweils in einer Windung der Spindel eingreifen. Zwischen den Endschlaufen erstreckt sich ein Mittelabschnitt, der sich auf einer Umfangsfläche der Spindelmutter abstützt. Vorteilhaft wird hierdurch eine Klemmwirkung geschaffen, die in beide Axialrichtungen der Spindel wirken kann. Vorteilhaft kann hierdurch die Montage erleichtert werden, da auf eine korrekte Orientierung der Spindelmutter bzw. des Sicherungsschlingelementes nicht geachtet werden braucht.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Sicherungsschlingelement in Abhängigkeit von einem Durchmesser der Spindel und/oder einem Durchmesser der Spindelmutter vorgespannt ausgebildet, so dass die Spindel im Normalbetriebszustand zu der Spindelmutter verdrehbar und in dem Ausfallzustand an der Spindelmutter drehfest eingespannt ist. Das Sicherungsschlingelement ist somit an die Spindel bzw. an die Spindelmutter angepasst ausgebildet, so dass im Normalbetriebszustand lediglich ein geringes Reibmoment auf die Spindel wirkt, während im Ausfallzustand das Reibmoment so weit ansteigt, dass ein axiales Verschieben der Spindelmutter relativ zu der Spindel nicht mehr möglich ist. Vorzugsweise kann das Spindelsicherungselement Mittel zur Einstellung der Vorspannung aufweisen, so dass eine an den Spindeldurchmesser und/oder Spindelmutterdurchmesser angepasste Reibmomenteinstellung möglich ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Spindelmutter aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, während das Sicherungsschlingelement als ein Seil, insbesondere als ein Drahtseil ausgebildet ist. Auf diese Weise ist das Sicherungsschlingelement auf einfache Weise herstellbar.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1a eine Seitendarstellung einer Sicherungsvorrichtung für Verstellantriebe in einem Normalbetriebszustand nach einer ersten Ausführungsform,
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1b eine Draufsicht auf die Sicherungsvorrichtung gemäß 1a,
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2a eine Seitenansicht der Sicherungsvorrichtung für Verstellantriebe in einem Normalbetriebszustand nach einer zweiten Ausführungsform,
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2b eine Draufsicht auf die Sicherungsvorrichtung gemäß 2a,
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3a eine Seitendarstellung der Sicherungsvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform in einem Normalbetriebszustand,
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3b eine Seitendarstellung der Sicherungsvorrichtung gemäß 3a in Richtung X und
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3c eine Draufsicht der Sicherungsvorrichtung gemäß 3a.
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Eine Sicherungsvorrichtung wird vorzugsweise für Verstellantriebe eingesetzt, die Gegenstände wie z. B. Zahnarztstühle, Liegen, Röntgengeräte, Deckenträgersysteme verstellen. Alternativ kann die Sicherungsvorrichtung auch für Verstellantriebe von Betten, Sesseln und anderen Möbelteilen oder in Maschinen (Industrieanlagen) eingesetzt werden. Die Verstellantriebe weisen jeweils einen nicht dargestellten Elektromotor, ein Getriebe sowie eine antreibbare Spindel und eine Spindelmutter auf, wobei die Spindelmutter vorzugsweise als Hubmutter fest mit dem zu verstellenden Gegenstand (Bett, Zahnarztstuhl etc.) verbunden ist.
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In den 1a und 1b ist eine erste Ausführungsform einer Sicherungsvorrichtung dargestellt, wobei als Komponenten der Verstellantriebe eine Spindel 1 sowie eine in Gewindeeingriff mit derselben stehende Spindelmutter 2 dargestellt sind. Die Spindel 1 verfügt über ein Trapezgewinde 3. Die Spindelmutter 2 verfügt über ein zu dem Trapezgewinde korrespondierendes Innengewinde.
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Die Spindelmutter 2 weist einen Radialausschnitt 4 auf, vorzugsweise in einem mittleren Axialabschnitt derselben, in den ein schlingenförmiges Sicherungselement 5 der Sicherungsvorrichtung eingebettet ist.
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Das Sicherungselement 5 ist als ein einstückiges Sicherungsschlingelement ausgebildet, das mit einem Spindelanlageabschnitt 6 die Spindel 1 in einer Einkerbung eines Gewindegangs 7 (Teil einer Windung des Gewindegangs 7) derselben anliegt. Ferner weist das Sicherungsschlingelement 5 einen Spindelmutteranlageabschnitt 8 auf, der sich an den Spindelanlageabschnitt 6 anschließt und sich in einem Winkel von etwa 180° an einer Umfangsfläche 9 der Spindelmutter 2 abstützt. Der Spindelmutteranlageabschnitt 8 ist auf einer gegenüberliegenden Seite zu dem Spindelanlageabschnitt 6 angeordnet. Das Sicherungsschlingelement 5 greift über den Spindelanlageabschnitt 6 punktuell an der Spindel 1 an, nämlich auf einer Seite der Spindel 1, die zum Spindelmutteranlageabschnitt 8 abgewandt angeordnet ist. Der Spindelanlageabschnitt 6 und der Spindelmutteranlageabschnitt 8 des Sicherungsschlingelementes 5 erstrecken sich in einer Radialebene R der Spindelmutter 2, wobei sich zwei gleiche Abschnitte des Sicherungsschlingelementes 5 axial versetzt zueinander in dem gemeinsamen Radialausschnitt 4 der Spindelmutter 2 erstrecken und über ein Verbindungsteil 20 miteinander verbunden sind. Die beiden Abschnitte des Sicherungsschlingelementes 5 sind jeweils einer Windung 7 des Gewindegangs der Spindel 1 zugeordnet, die benachbart zueinander angeordnet sind. Die Spindelmutter 2 weist an dieser Angriffsstelle keine ansonsten vorliegende Gewindeerhebung auf, die in die Einkerbung des Gewindegangs der Spindel 1 eingreifen würde. Stattdessen wird dieser Raum durch das Sicherungsschlingelement 5 ausgefüllt.
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Alternativ können in dem Radialausschnitt 4 auch mehrere gleiche Sicherungsschlingelemente 5 axial versetzt zueinander angeordnet sein. In dem Radialausschnitt 4 der Spindelmutter 2 können somit einstückige oder mehrstückige Sicherungsschlingelemente 5 angeordnet sein.
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Das Sicherungsschlingelement 5 ist an den Durchmesser der Spindel 1 bzw. an den Durchmesser der Umfangsfläche 9 der Spindelmutter 2 angepasst ausgebildet, so dass in einem Normalbetriebszustand das Sicherungsschlingelement 5 mit geringem Spiel an die Spindel 1 und die Spindelmutter 2 angreift. Im Normalbetriebszustand gleitet der Spindelanlageabschnitt 6 des Sicherungsschlingelementes 5 entlang des Gewindeganges der Spindel 1, so dass für die Hubbewegung keine nennenswert höheren Verstellkräfte aufgebracht werden müssen.
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Brechen infolge einer mechanischen Überbeanspruchung die Windungen der Spindelmutter 2 aus, ist der Gewindeeingriff zwischen der Spindel 1 und der Spindelmutter 2 nicht mehr gegeben, was ein schlagartiges unerwünschtes Absinken der Hubspindelmutter 2 relativ zu der Spindel 1 zur Folge hätte. Damit in einem solchen Ausfallzustand der Spindelmutter 2 die axiale Lage derselben relativ zu der Spindel 1 gesichert ist, füllt der Spindelanlageabschnitt 6 den Bereich der abgeschlagenen Gewindeerhebung aus, wobei eine radiale Blockierkraft FB (Klemmkraft) erzeugt wird, die ein weiteres Absinken der Spindelmutter 2 verhindert. Hierbei keilt sich der Spindelanlageabschnitt 6 in den Zwischenraum zwischen der Spindelmutter 2 und der Spindel 1 ein, so dass eine unversehrt gebliebene benachbarte Gewindeerhebung der Spindelmutter 2 sich auf dem Spindelanlageabschnitt 6 abstützt. Eine weitere Relativdrehbewegung der Spindel 1 zu der Spindelmutter 2 ist nunmehr nicht möglich.
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Während die Spindel 1 aus einem Stahlmaterial und die Spindelmutter 2 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sind, ist das Sicherungsschlingelement 5 aus einem Metallmaterial hergestellt. Vorzugsweise ist das Sicherungsschlingelement 5 als ein Drahtseil ausgebildet.
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Nach einer weiteren Ausführungsform einer Sicherungsvorrichtung gemäß den 2a und 2b weist eine Spindelmutter 2' im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel eine Ringnut 10 auf, in der ein Sicherungsschlingelement 5' mit seinem Spindelmutteranlageabschnitt 8 gelagert ist. Vorteilhaft kann hierdurch eine definierte Positionierung des Sicherungsschlingelementes 5' in einer vorgegebenen Höhe der Spindelmutter 2' gewährleistet sein. Darüber hinaus erstreckt sich der Spindelmutteranlageabschnitt 8 des Sicherungsschlingelementes 5' in der Ringnut 10 bündig zu der Umfangsfläche 9 der Spindelmutter 2'. Vorteilhaft kann hierdurch der Raumbedarf der Sicherungsvorrichtung minimiert werden.
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Gleiche Bauteile bzw. Bauteilfunktionen der Ausführungsbeispiele sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Nach einer dritten Ausführungsform der Sicherungsvorrichtung gemäß den 3a bis 3c ist eine herkömmliche schlitzfreie Spindelmutter 12 vorgesehen, die in Gewindeeingriff mit der Spindel 1 steht. Zur Sicherung der axialen Lage der Spindelmutter 12 relativ zu der Spindel 1 in dem Ausfallzustand ist ein zur acht verdrehtes Sicherungsschlingelement 15 vorgesehen. Das Sicherungsschlingelement 15 weist zwei gegenüberliegende Endschlaufen 16 auf, die im Bereich gegenüberliegender Stirnseiten 13 der Spindelmutter 12 in eine Windung 7 (Einkerbung des Gewindegangs) der Spindel 1 eingreifen. Die Endschlaufen 16 sind über einen Mittelabschnitt 17 miteinander verbunden, wobei der Mittelabschnitt 17 des Sicherungsschlingelementes 15 sich auf einer Umfangsfläche 14 der vorzugsweise zylinderförmigen Spindelmutter 12 abstützt. Der Mittelabschnitt 17 weist zwei sich kreuzende Stränge 18, 18' auf, die auf einer Seite der Umfangsfläche 14 anliegen. Das Sicherungsschlingelement 15 verläuft im Normalbetriebszustand symmetrisch zu einer Längsmittelebene L der Spindel 1 und/oder der Spindelmutter 12.
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Im Normalbetriebszustand der Spindelmutter 12 gleiten die Endschlaufen 16 mit ihrem Spindelanlageabschnitt 6 in der Windung 7 der Spindel 1. Wie aus 3c ersichtlich ist, greifen die Endschlaufen 16 in solche Windungen 7 der Spindel 1 ein, dass der Mittelabschnitt 17 mit wenig Spiel oder direkt auf der Umfangsfläche 14 der Spindelmutter 12 anliegt. Bei einer Hubbewegung im Normalbetriebszustand muss lediglich die von dem Sicherungsschlingelement 15 ausgehende Reibkraft an der Spindel 1 bzw. der Spindelmutter 12 überwunden werden.
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Befindet sich die Spindelmutter 12 in Folge eines Ausschlagens des Innengewindes derselben in einem Ausfallzustand, bewegt sich die Spindelmutter 12 relativ zu der Spindel 1 in axialer Richtung, wobei die Endschlaufen 16 des Sicherungsschlingelementes 15 immer noch die gleiche Schlingposition zu der Spindel 1 aufweisen. Infolgedessen wird durch die Stränge 18, 18' des Mittelabschnitts 17 eine Spannkraft (Blockierkraft FB) im Wesentlichen in radialer Richtung ausgeübt, die ein weiteres Absinken der Spindelmutter 12 relativ zu der Spindel 1 verhindert. Das Sicherungsschlingelement 15 zieht sich immer fester zusammen und blockiert somit die Drehbewegung der Spindel 1 und verhindert damit die weitere Bewegung der Spindelmutter 12 (und der daran befestigten Last). Mit Erhöhung der auf die Spindelmutter 12 wirkenden Axialkraft klemmt sich die in Bewegungsrichtung vordere Endschlaufe 16 immer mehr in den Zwischenraum der von dem ausgeschlagenen Gewindeerhebung der Spindelmutter 12 vorgegebenen Zwischenraum zwischen der Spindelmutter 12 und der Spindel 1 ein, so dass eine – wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen – sichere Blockierung der Axialbewegung gewährleistet ist.
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Das Sicherungsschlingelement 15 besteht aus einem Metallmaterial. Es ist vorzugsweise als Drahtseil ausgebildet. Die Spindelmutter 12 ist wie die Spindelmutter 2, 2' aus einem Kunststoffmaterial hergestellt.
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Zur vereinfachten Montage insbesondere in unzugänglichen Bereichen können Enden des Sicherungsschlingelementes 15 über eine Verschlusseinrichtung 19 lösbar miteinander verbunden sein. Insbesondere kann durch die Verschlusseinrichtung 19 (Verschlusselement) die Vorspannung des Sicherungsschlingelementes 15 eingestellt werden, mittels dessen das zwischen dem Sicherungsschlingelement 15 und dem Gewindegang 7 der Spindel 1 wirkende Reibmoment eingestellt wird.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden die Endschlaufen 16 den Spindelanlageabschnitt. Der Mittelabschnitt 17 bildet den Spindelmutteranlageabschnitt.
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Die Endschlaufen 16 umschlingen die Spindel 1 in der Windung 7 in einem Umfangsbereich von ca. 180°.
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Nach einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann das Sicherungsschlingelement 15 auch endlos und einstückig ausgebildet sein.
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Nach einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann das Sicherungselement auch als ein Seil oder ein Band oder eine Kette ausgebildet sein. Wesentlich ist, dass das Sicherungselement dazu geeignet ist, mittels einer Umschlingung an der Spindel 1 und/oder der Spindelmutter 2, 2', 12 so anzuliegen, dass bei einem Ausfall der Spindelmutter 2, 2', 12 eine plötzliche Relativbewegung derselben zu der Spindel 1 aufgefangen wird.
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Gegebenenfalls kann das Sicherungselement 12 die Spindel 1 auch um mehr als 360° umgreifen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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