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Die Erfindung betrifft eine Linearbewegungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus der
DE 197 38 988 B4 ist eine Linearbewegungsvorrichtung bekannt. Gemäß der
1 der
DE 197 38 988 B4 umfasst die Linearbewegungsvorrichtung zwei, sich in eine Längsrichtung erstreckende Führungsschienen
18 eines Linearwälzlagers mit endlos umlaufenden Wälzkörpern. Auf den Führungsschienen ist ein Läufer
30 in Längsrichtung beweglich gelagert. Die Führungsschienen sind in ein im Wesentlichen U-förmiges Gehäuse
10 eingebaut, welches aus Aluminium im Strangpressverfahren hergestellt ist. Das Gehäuse umgibt die Linearwälzlager im Wesentlichen dicht, so dass diese vor Umgebungseinflüssen geschützt sind. Darüber hinaus sind die Führungsschienen derart an dem Gehäuse befestigt, dass sich eine Geradheitsabweichung des Gehäuses auf die Führungsschiene überträgt.
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Eine derartige Geradheitsabweichung kann sich beispielsweise durch die Abdeckplatte 72 ergeben, die an den beiden bezüglich der Längsrichtung gegenüberliegenden Enden des Gehäuses derart befestigt ist, dass diese unter Zugspannung gesetzt werden kann, so dass das Abdeckblech in der Art eines Zugankers wirkt. Hierfür sind in der Abdeckplatte Bohrungen 73 vorgesehen, in welche Spannbolzen eingreifen können. Durch das Spannen des Abdeckbleches soll in erster Linie ein Durchhang desselben vermindert werden. Da die entsprechende Zugkraft außerhalb des Biegeschwerpunkts der Linearbewegungsvorrichtung angreift, kann sie eine Verbiegung des Gehäuses bewirken. Dieses Problem tritt insbesondere dann auf, wenn der Läufer an einer übergeordneten Baugruppe befestigt wird, wobei sich das Gehäuse freitragend gegenüber dem Läufer bewegen kann. In diesem Fall kann auch das Eigengewicht der Linearbewegungsvorrichtung zu dessen Verbiegung beitragen. Weiter können auch die Zugkräfte am Zahnriemen 80 eine Verbiegung des Gehäuses bewirken, so dass die Relativbewegung zwischen Gehäuse und Läufer nicht mehr genau in gerader Linie verläuft.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den vorgenannten Verbiegungen des Gehäuses entgegenzuwirken, ohne dass der Bauraum der Linearbewegungsvorrichtung vergrößert wird.
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Gemäß dem selbständigen Anspruch wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass wenigstens ein gesonderter stangenartiger Zuganker vorgesehen ist, welcher in einem Hohlraum des Gehäuses aufgenommen ist, der benachbart zu einer Außenoberfläche des Gehäuses angeordnet ist. Demnach soll ein besonderer Zuganker vorgesehen sein, dessen Aufgabe ausschließlich darin besteht, einer Verbiegung des Gehäuses entgegenzuwirken. Dieser Zuganker ist stangenartig ausgebildet, so dass er besonders wenig Bauraum benötigt, wobei er gleichzeitig große Zugkräfte übertragen kann. Unter einer Stange soll dabei ein im Wesentlichen massiver Körper verstanden werden, dessen Länge wenigstens 10-Mal so groß ist wie dessen Querabmessungen, wobei alle Querabmessungen im Wesentlichen in der gleichen Größenordnung liegen.
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Der Zuganker ist benachbart zu einer Außenoberfläche des Gehäuses angeordnet, damit seine Zugkraft besonders weit entfernt vom Biegeschwerpunkt des Gehäuses angreift. Damit können auch kleine Zugkräfte eine nennenswerte Verbiegung des Gehäuses bewirken. Der Zuganker ist überdies in einem Hohlraum angeordnet, damit er vor Umgebungseinflüssen geschützt ist. Bei dem Hohlraum kann es sich wahlweise um einen geschlossenen Hohlraum handeln, wie er bei Linearbewegungsvorrichtungen häufig zur Materialeinsparung verwendet wird. Es kann sich aber auch um einen offenen Hohlraum handeln, der beispielsweise in Form einer hinterschnittenen, T-förmigen Befestigungsnut ausgeführt ist.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Es können wenigstens zwei, im Wesentlichen identische Zuganker vorgesehen sein, die beabstandet zueinander angeordnet sind. Die beiden Zuganker können unterschiedlich stark gespannt werden, so dass die Richtung der Biegungskompensation beliebig eingestellt werden kann. Vorzugsweise sind vier Zuganker vorgesehen, die in den vier Eckbereichen eines im Querschnitt betrachtet rechteckigen Gehäuses angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine Verbiegung des Gehäuses in jeder beliebigen Richtung ausgeglichen werden.
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Der Zuganker kann von dem Hohlraum gegen Durchbiegung abgestützt sein. Eine Verbiegung des Zugankers durch Querkräfte verursacht große Zugkräfte in dem Zuganker. Diese verbiegen wiederum das Gehäuse der Linearbewegungsvorrichtung. Durch die vorgeschlagene Abstützung des Zugankers am Gehäuse kann dieser Effekt vermieden werden. Der Zuganker kann dabei unmittelbar an der Wand des Hohlraums anliegen. Es können jedoch auch gesonderte Abstützstücke vorgesehen sein, die an den Zuganker und den Hohlraum angepasst sind, so dass der Zuganker im Wesentlichen spielfrei in dem Hohlraum gehalten wird.
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Der Zuganker ist vorzugsweise außerhalb des Biegeschwerpunkts des Gehäuses angeordnet, damit keine Zugkräfte nennenswerte Verbiegungen am Gehäuse der Linearbewegungsvorrichtung bewirken können.
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Die Länge des Zugankers kann verstellbar sein, so dass der Zuganker eine in Längsrichtung wirkende Kraft auf das Gehäuse ausüben kann. Damit ist die von dem Zuganker verursachte Zugkraft verstellbar. Vorzugsweise ist eine stufenlose Verstellbarkeit der Länge des Zugankers vorgesehen.
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Der Zuganker kann eine kreisrunde Stange umfassen, die wenigstens an ihren Enden mit einem Gewinde versehen ist, wobei das Gewinde und die Stange eine gemeinsame Mittelachse aufweisen. Hierdurch kann eine stufenlose Verstellbarkeit der Länge des Zugankers auf besonders einfache Weise realisiert werden. Bei dem Gewinde kann es sich wahlweise um ein Außen- oder ein Innengewinde handeln. Vorzugsweise erstreckt sich ein Außengewinde über die gesamte Länge der kreisrunden Stange, da derartige Gewindestangen kostengünstig am Markt eingekauft werden können. Die entsprechenden Halbzeuge müssen nur nach auf die passende Länge abgeschnitten werden, um den erfindungsgemäßen Zuganker bereitzustellen.
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Der Zuganker kann über seine gesamte Länge mit einem Gewinde versehen sein, wobei wenigstens eine Zwischenmutter vorgesehen ist, die auf das Gewinde aufgeschraubt ist, wobei sie zwischen den beiden Enden des Zugankers formschlüssig in das Gehäuse eingreift. Mit der Zwischenmutter kann die Zugspannung zu beiden Seiten derselben unterschiedlich eingestellt werden, um ungleichförmige Verbiegungen des Gehäuses zu kompensieren. Hierfür wird die Zwischenmutter so verdreht, dass der Formschluss mit dem Gehäuse verspannt wird.
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Es kann ein Aktor vorgesehen sein, der die Länge des Zugankers während des Betriebs der Linerbewegungsvorrichtung verstellen kann. Hierdurch können zeitlich veränderliche Verbiegungen des Gehäuses, wie sie beispielsweise durch wechselnde Stellungen des Läufers oder durch wechselnde äußere Belastungen verursacht werden, ausgeglichen werden.
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Der Aktor ist vorzugsweise ein Gewindetrieb, beispielsweise ein Kugel-, ein Planeten- oder ein Trapezgewindetrieb. Ein derartiger Aktor kann besonders einfach von einem Elektromotor angetrieben werden, um die gewünschte Längenverstellung zu bewerkstelligen.
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Die vorliegende Erfindung entfaltet ihre Wirkung insbesondere in solchen Einsatzfällen der Linearbewegungsvorrichtung in denen der Läufer an einer übergeordneten Baugruppe befestigt ist, wobei sich das Gehäuse freitragend gegenüber dem Läufer bewegen kann.
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Die Steifigkeit des Gehäuses kann so gering ausgeführt sein, dass der Aktor eine Verbiegung des Gehäuses quer zur Längsrichtung bewirken kann, wobei die maximale Querverlagerung eines Endes des Gehäuses wenigstens 0,1% der Länge des Gehäuses beträgt. Damit erhält die Linearbewegungsvorrichtung einen zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrad quer zur Hauptbewegungsrichtung, die in Längsrichtung verläuft.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
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1 einen grobschematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Linearbewegungsvorrichtung;
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2 eine grobschematische Seitenansicht der Linearbewegungsvorrichtung nach 1; und
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3 eine Teilschnittansicht der Linearbewegungsvorrichtung nach 1 in dem Bereich, in dem der Zuganker an einem Ende des Gehäuses befestigt ist.
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1 zeigt einen grobschematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Linearbewegungsvorrichtung
10. Die Linearbewegungsvorrichtung
10 ist im Wesentlichen gemäß der
EP 340 751 B2 ausgeführt, deren gesamter Inhalt in Bezug genommen und zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Die Erfindung ist jedoch auch für andere Bauformen von Linearbewegungsvorrichtungen verwendbar, wie sie beispielsweise aus der
DE 295 14 245 U1 oder der
DE 201 15 647 U1 bekannt sind. Bei den letztgenannten Bauformen kann der Antriebsmotor am Läufer befestigt werden, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn dieser an einer übergeordneten Baugruppe befestigt ist, wobei sich das Gehäuse freitragend gegenüber dem Läufer bewegen soll.
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Die Linearbewegungsvorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 20 mit einem Hauptkörper 30, der sich mit einer konstanten Querschnittsform entlang einer Längsrichtung 11 erstreckt, die senkrecht zur Zeichenebene der 1 ausgerichtet ist. Die Querschnittsform des Hauptkörpers 30 ist im Wesentlichen U-förmig mit einer Basis 31 und zwei senkrecht davon abstehenden U-Schenkeln 32 ausgebildet. An der Basis ist die Führungsschiene 23 eines Linearwälzlagers mit Wälzkörperumlauf befestigt, welche sich ebenfalls in Längsqrichtung 11 erstreckt. Der U-förmige Führungswagen 41 des Linearwälzlagers bildet zusammen mit dem Verbindungsteil 42 und der Tischplatte 43 den Läufer 40 der Linearbewegungsvorrichtung 10, der gegenüber dem Gehäuse 20 in Längsrichtung 11 beweglich ist.
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Der Läufer kann von einem Zahnriemen 44 in Bewegung versetzt werden. Die beiden Enden des Zahnriemens 44 sind fest mit dem Verbindungsteil 42 des Läufers 40 verbunden, wobei der Zahnriemen 44 zwischen zwei drehbaren Umlenkrollen (Nr. 25; 2) an den beiden Enden des Gehäuses 20 gespannt ist. Oberhalb der Führungsschiene 23 verläuft der Zahnriemen in dem Freiraum zwischen den beiden U-Schenkeln 32 des Hauptkörpers 30. Unterhalb der Führungsschiene 23 verläuft er in einem abgeschlossenen Rückführraum 35 im Hauptkörper 30. Eine der genannten Umlenkrollen kann in Drehantriebsverbindung mit einem (nicht dargestellten) Elektromotor gebracht werden, so dass der Läufer in Bewegung versetzt werden kann.
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Der Hauptkörper 30 ist mit mehreren Hohlräumen 33; 34 versehen. An der Außenoberfläche 22 des Hauptkörpers 30 sind Hohlräume in Form von T-förmigen, hinterschnittenen Nuten 33 vorgesehen, mit denen der Hauptkörper 30 an einer übergeordneten Baugruppe befestigt werden kann. Im Inneren des Hauptkörpers 30 sind abgeschlossene Hohlräume 34 zur Material- und Gewichtseinsparung vorgesehen. In insgesamt vier der genannten Hohlräume 33; 34, die jeweils in einem Eckbereich des im Wesentlichen rechteckigen Hauptkörpers 30 angeordnet sind, ist jeweils ein erfindungsgemäßer Zuganker 50 angeordnet. Die vier Zuganker 50 sind identisch in Form von kreisrunden Stangen ausgeführt, die in Längsrichtung 11 verlaufen. Die Gestaltung der Enden der Zuganker 50 wird mit Bezug auf 3 noch näher erläutert. Die Zuganker sind alle mit Abstand zum Biegeschwerpunkt 13 des Gehäuses 20 in der Nähe dessen Außenoberfläche 22 angeordnet. Der Biegeschwerpunkt 13 des Gehäuses 20 liegt auf dessen Symmetrieebene 12 in der Nähe der Führungsschiene 23. Die beiden in den hinterschnittenen Nuten 33 angeordneten Zuganker 50 werden unmittelbar von diesen gegen Durchbiegung quer zur Längsrichtung 11 abgestützt.
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2 zeigt eine grobschematische Seitenansicht der Linearbewegungsvorrichtung 10 nach 1. Die Tischplatte 43 des Läufers 40 ist fest mit einer übergeordneten Baugruppe 14 verbunden, wobei sich das Gehäuse 20 freitragend gegenüber dem Läufer 40 bewegen kann. Das Gehäuse 20 umfasst den bereits angesprochenen Hauptkörper 30 in Form eines Aluminiumstrangpressprofils, an dessen gegenüberliegenden Enden 21 je ein gesonderter Endkopf 24 befestigt ist. In den Endköpfen 24 ist je eine Umlenkrolle 25 für den Zahnriemen drehbar gelagert.
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Ohne die erfindungsgemäßen Zuganker 50 würde sich das Gehäuse 20 aufgrund seines Eigengewichts entsprechend der in 2 als Strichpunktlinie eingezeichneten Biegelinie 15 verformen. Durch Spannen des in 2 oberen Zugankers 50 kann dieser Verbiegung entgegengewirkt werden, so dass das Gehäuse 20 genau gerade verläuft. Sofern man den Zuganker 50 mit einem (nicht dargestellten) Aktor ausstattet, kann die Zugkraft des Zugankers während des Betriebs der Linearbewegungsvorrichtung 10 so angepasst werden, dass das Gehäuse 20 in jeder Stellung der Linearbewegungsvorrichtung 10 exakt gerade verläuft. Es ist dann ebenfalls möglich eine gezielte Querverformung des Gehäuses 20 herbeizuführen. Hierbei muss die Steifigkeit des Gehäuses 20 so gering ausgeführt werden, dass der Aktor eine nennenswerte Querverlagerung des Gehäuses 20 bewirken kann.
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Der Zuganker 50 ist mit symbolisch als Kreuz dargestellten Mutter 54 an beiden Enden mit dem Endkopf 24 des Gehäuses 20 verspannt, was mit Bezug auf 3 noch genauer erläutert wird. Weiter ist zwischen den beiden Enden des Zugankers 50 in Form einer Gewindestange eine Zwischenmutter 56 aufgeschraubt, welche formschlüssig in den Hauptkörper 30 des Gehäuses 20 eingreift, so dass die Zwischenmutter 56 gegen das Gehäuse 20 verspannt werden kann.
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3 zeigt eine Teilschnittansicht der Linearbewegungsvorrichtung nach 1 in dem Bereich, in dem der Zuganker 50 an einem Ende 21 des Gehäuses befestigt ist. Der Zuganker 40 ist in Form einer kreisrunden Stange 52 ausgeführt, wobei deren Enden im Wesentlichen identisch ausgebildet sind. Am Ende des Zugankers 50 ist ein Außengewinde 53 angebracht, wobei das Außengewinde 53 und die Stange 52 eine gemeinsame Mittelachse 51 aufweisen. Das Außengewinde 53 steht in Schraubeingriff mit einer Mutter 54, die sich über eine Scheibe 55 an dem zugeordneten Endkopf 24 abstützt. Damit kann die Länge des Zugankers 50, nämlich der Abstand der beiden Muttern 54 an dessen gegenüberliegenden Enden, verstellt werden. Die Mutter 54 ist in einem Aufnahmefreiraum 26 des Endkopfes 24 derart aufgenommen, dass sie für ein Schraubwerkzeug gut zugänglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Linearbewegungsvorrichtung
- 11
- Längsrichtung
- 12
- Symmetrieebene
- 13
- Biegeschwerpunkt
- 14
- übergeordnete Baugruppe
- 15
- Biegelinie
- 20
- Gehäuse
- 21
- Ende des Gehäuses
- 22
- Außenoberfläche des Gehäuses
- 23
- Führungsschiene
- 24
- Endkopf
- 25
- Umlenkrolle
- 26
- Aufnahmefreiraum
- 30
- Hauptkörper
- 31
- Basis
- 32
- U-Schenkel
- 33
- hinterschnittene Nut
- 34
- abgeschlossener Hohlraum
- 35
- Rückführraum
- 40
- Läufer
- 41
- Führungswagen
- 42
- Verbindungsteil
- 43
- Tischplatte
- 44
- Zahnriemen
- 50
- Zuganker
- 51
- Mittelachse
- 52
- Stange
- 53
- Außengewinde
- 54
- Mutter
- 55
- Scheibe
- 56
- Zwischenmutter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19738988 B4 [0002, 0002]
- EP 340751 B2 [0022]
- DE 29514245 U1 [0022]
- DE 20115647 U1 [0022]
