DE19903718C1 - Linear drive e.g. for robot, has threaded spindle for connection at one end to object to positioned and at other to electric geared motor for drive purposes and telescopically screwed in/out of threaded nut - Google Patents

Linear drive e.g. for robot, has threaded spindle for connection at one end to object to positioned and at other to electric geared motor for drive purposes and telescopically screwed in/out of threaded nut

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Abstract

The drive has a threaded spindle (10) that can be connected at one end to an object to positioned and at the other end to an electric geared motor (3A) for drive purposes and that can be telescopically screwed in and out of a threaded nut (7). The nut is attached at the end to a spindle holder (4) and at the other end to a reference object for the object to be positioned so as not to rotate with respect to it. The motor is axially movably mounted and rotationally fixed with a drive axle (3B) coaxially connected to the spindle.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb, der aus der WO 97/34356 bekannt ist, mit einer Gewindespindel, die (mittelbar) an ein zu positionierendes Objekt anschließbar ist und die mit einem Elektrogetriebemotor antriebsmäßig verbunden ist und in einer Gewindemutter, die endseitig an einer Spindelaufnahme festgelegt ist, teleskopierend schraubbar ist, die anderenends an einem Bezugsobjekt festlegbar ist. Der Getriebemotor in der Spindelaufnahme ist axialverschieblich drehfest gelagert und mit einer Abtriebsachse in an der Gewindspindel axial und radial fixiert koaxial verbunden. Nachteilig ist, daß der Kraftfluß von der Mutter-Spindelverbindung über das Motorlager geführt ist.The invention relates to a linear drive, which from the WO 97/34356 is known with a threaded spindle which (indirectly) can be connected to an object to be positioned and with an electric geared motor is drivingly connected and in a threaded nut on the end of a spindle holder is fixed, is telescopically screwable, the other ends a reference object can be determined. The gear motor in the Spindle receptacle is axially displaceably and rotatably mounted an output axis in on the threaded spindle axially and radially fixed coaxially connected. The disadvantage is that the power flow from the nut-spindle connection is guided over the motor mount.

Weiterhin ist aus der DE 43 22 133 C2 eine motorisch getriebene Spindel bekannt, bei der der Elektromotor in einer Spindelaufnahme angeordnet ist. Auch hierbei ist das Motorlager axial belastet.Furthermore, DE 43 22 133 C2 describes a motor-driven one Known spindle, in which the electric motor in a spindle holder is arranged. The motor bearing is also axially loaded here.

Weiterhin ist es aus der DE 35 78 710 C1 bekannt, mit einem in einem Linearantrieb koaxial angeordneten Elektromotor eine Hohlspindel anzutreiben, die innen und außen ein gegenläufiges Gewinde trägt, die jeweils mit auf einem inneren und einem äußeren Spindelrohr aufgebrachten komplementären Gewinden zusammenwirkt. Die vom Elektromotor angetriebenen Getriebezahnräder greifen in eine sich axial längs der Hohlspindel erstreckende Innenverzahnung ein die das Innengewinde durchsetzt. Nur wenn eine axiale Verzahnung gewählt ist, wird keine Axialkraft auf den Motorlager übertragen.Furthermore, it is known from DE 35 78 710 C1, with an in a linear drive coaxially arranged electric motor To drive the hollow spindle, the inside and outside a counter-rotating Thread carries, each with an inner and an outer Spindle tube applied complementary threads cooperates. The gearwheels driven by the electric motor engage an internal toothing extending axially along the hollow spindle one that penetrates the internal thread. Only if an axial Toothing is selected, there is no axial force on the motor bearing transfer.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Linearantrieb ohne Axialbelastung des Motors unter Vermeidung einer Überlagerung von einem Gewinde mit einer Verzahnung zu offenbaren. Die Lösung ist im Hauptanspruch angegeben.It is an object of the invention to provide a linear drive without Axial load on the motor while avoiding an overlay of to reveal a thread with a toothing. The solution is stated in the main claim.

Die Lösung wird insbesondere dadurch erreicht, daß der Getriebe­ motor in der Spindelaufnahme axialverschieblich drehfest gelagert ist und mit einer Abtriebsachse an der Gewindespindel axial und radial fixiert koaxial verbunden ist.The solution is achieved in particular in that the gear motor in the spindle holder is axially displaceably and non-rotatably is and with an output axis on the threaded spindle axially and is connected radially fixed coaxially.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments are in the subclaims specified.

Bevorzugt ist der Motor in einem Teleskoprohr und die Li­ nearführung in oder an diesem angeordnet. Die Linearfüh­ rung kann aus Rippen am Rohr oder Stangen. ggf. im Rohr, mit zugehörigen Gleitstücken oder -buchsen am Motor beste­ hen. Auch eine Längsfräsung im Rohr und Paßstifte im oder am Motorgehäuse sind für viele Anwendungsfälle eine einfache und preiswerte Lösung der Linearführung. Das Ka­ bel zur Speisung des Motors und zur Weiterleitung der Po­ sitioniersignale ist in Wendelform geschützt im Rohr ge­ halten und hochflexibel ausgebildet oder mit einer Gleitführung durch den Linearführungsschlitz geführt. Die Kabeldurchführung ist zweckmäßig als Gleitbuchse ausgebil­ det, um eine Knickbelastung beim Verfahren des Motors zu vermeiden.The motor is preferably in a telescopic tube and the Li Guide arranged in or on this. The linear guide tion can consist of ribs on the pipe or rods. possibly in the pipe, best with associated sliders or bushings on the engine hen. Also a longitudinal milling in the tube and dowel pins in or on the motor housing are one for many applications simple and inexpensive solution of the linear guide. The Ka bel to feed the motor and to forward the Po The positioning signal is protected in the form of a spiral in the pipe hold and trained highly flexible or with a Slideway guided through the linear guide slot. The Cable entry is expediently designed as a sliding bush det to a kink load when moving the motor avoid.

Die Gewindespindel ist als teleskopierende Dop­ pelspindel mit jeweils gegenläufigen Gewinden ausgebildet. Dadurch ist zwischen den beiden Endstellungen ein Längen­ verhältnis der Spindelanordnung incl. der Motor- und Getriebelänge von erheblich über 2/1 zu erreichen.The threaded spindle is a telescopic dop pel spindle with opposite threads. This is a length between the two end positions ratio of the spindle arrangement including the motor and Achieve gear length of considerably over 2/1.

Um eine Leichtgängigkeit und eine hohe Positionierungsge­ nauigkeit zu erbringen, werden vorzugsweise Kugelumlauf- Gewindespindeln verwandt.For smooth operation and a high positioning to provide accuracy, preferably recirculating ball Threaded spindles related.

Das Motorgetriebe ist für viele Anwendungen zweckmäßig selbsthemmend ausgebildet. Dadurch bleibt auch ohne eine Motorbestromung eine jeweilig eingestellte Spindellänge auch unter Zug- oder Drucklast erhalten.The motor transmission is useful for many applications trained self-locking. This leaves you without one  Motor current supply a spindle length set in each case preserved even under tensile or compressive load.

Zum Schutz gegen ein unzulässiges Ausfahren und ein zu tiefes Einfahren der teleskopierenden Teile sind elasti­ sche Anschläge vorgesehen und ein Überlastdetektor mit richtungsabhängigen Abschaltervorrichtungen in dem Ansteu­ erkreis des Motors eingebaut.To protect against an inadmissible extension and a too deep retraction of the telescopic parts are elastic cal stops and an overload detector with directional cut-off devices in the control circle of the motor installed.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist in den Fig. 1a bis 1c dargestellt und im folgenden beschrieben.An advantageous embodiment is shown in FIGS. 1a to 1c and described below.

Die einzige Figur zeigt einen teleskopie­ renden Linearantrieb, wobei einzelne Bereichsab­ schnitte verkürzt gezeigt sind.The only figure shows a telescope renden linear actuator, where individual areas cuts are shown shortened.

Die Enden der Linearantriebseinheit sind als Aufnahme­ zapfen 1, 2 ausgebildet, die drehfest und gewöhnlich auch axial gesichert in beabstandet zu positionierenden Teilen festlegbar sind.The ends of the linear drive unit are designed as receptacles 1 , 2 , which can be fixed in a rotationally fixed and usually also axially secured manner in parts to be positioned at a distance.

Der zylindrische Elektromotor 3 ist stirnseitig mit einem selbsthemmenden Getriebe 3A in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Der Getriebeausgang, die Achse 3B, ist un­ mittelbar mit dem Spindelende der ersten Gewindespindel 10 koaxial verbunden. Das Gehäuse des Getriebes 3A ist vor­ zugsweise mit einer Führungsbuchse 6, im Inneren des Tele­ skoprohres 4 geführt. Dieses weist einen Längsschlitz 40 auf, in den radiale Paßstifte 5, ragen, die in der Führungsbuchse 6 fixiert sind, so daß eine spielarme Dreh­ sicherung und Längsführung der Motor-Getriebeeinheit 3, 3A ausgebildet ist. Die Führungsbuchse 6 und die Paßstifte 5 werden bezüglich der Gleitflächen am Teleskoprohr 4 und dem Führungsschlitz 40 durch einen Schmierfilz 16 mit ei­ nem Schmiermittel versorgt.The cylindrical electric motor 3 is housed on the front side with a self-locking gear 3 A in a common housing. The gearbox output, axis 3 B, is uniaxially connected coaxially to the spindle end of the first threaded spindle 10 . The housing of the transmission 3 A is preferably before with a guide bush 6 , inside the telescopic tube 4 out. This has a longitudinal slot 40 in which radial dowel pins 5 protrude, which are fixed in the guide bush 6 , so that a low-play rotation protection and longitudinal guidance of the motor-gear unit 3 , 3 A is formed. The guide bush 6 and the dowel pins 5 are supplied with egg nem lubricant with respect to the sliding surfaces on the telescopic tube 4 and the guide slot 40 by a lubricating felt 16 .

Das Teleskoprohr 4 weist endseitig einen Abschlußflansch mit dem Aufnahmezapfen 2 auf. Der anschließende Raum bis zum Motor 3 dient der Aufnahme eines Kabelwendels W (sche­ matisch dargstellt), das durch einen Kabeldurchlaß 18 nach außen geführt ist.The end of the telescopic tube 4 has an end flange with the receiving pin 2 . The adjoining room to the motor 3 serves to accommodate a cable coil W (shown mathematically), which is guided through a cable passage 18 to the outside.

In einer Variante ist die Kabeldurchführung 18 in einer Kabelführung 13 angebracht, die am Motorgehäuse mitfahrend festgelegt ist und den Führungsschlitz 40 des Teleskoproh­ res 4 durchsetzt. Auch daran ist ein Schmierfilz 17 vorgesehen, um eine Abnutzung zu minimieren.In a variant, the cable bushing 18 is mounted in a cable duct 13 , which is attached to the motor housing and passes through the guide slot 40 of the telescopic tube 4 . A lubricating felt 17 is also provided thereon in order to minimize wear.

Die Gewindespindel 10 ist eine Hohlspindel. An einem Ende derselben befindet sich ein Hohlspindeldeckel 9, der in einer zentralen Bohrung mit der Getriebeausgangsachse 3B verbunden ist. Die Kugelgewindemutter 7 der Hohlspindel 10 ist stirnseitig an dem Teleskoprohr 4 mit einer Gehäuse­ muffe 8 axial- und drehfest verbunden. Das äußere Ende der Hohlspindel trägt, über eine Muffe 11 festverbunden, eine Kugelspindelmutter 12, in der die Innengewindespindel 22 läuft, die endseitig den Aufnahmezapfen 1 trägt. Die Ge­ winde der Hohlspindel 10 und der Innengewindespindel 22 sind gegenläufig ausgebildet. Dreht also der Motor 3 über die Getriebeachse 3B die Hohlspindel 10 so schraubt sich diese aus dem Rohr 4 heraus, und es schraubt sich im glei­ chen Maß, wenn die Aufnahmeenden 1, 2 drehfest zueinander an den linear zueinander zu positionierenden Objekten ge­ halten sind, die Innengewindespindel 22 aus der Hohlgewin­ despindel 10 heraus. Es findet also eine um den Faktor 2 übersetzte Längenänderung statt, falls beide Gewinde glei­ che Steigung haben, und die Summe beider verstellbaren Spindellängen ergibt die vorteilhaft große Gesamtlängenänderung zwischen den Endeinstellungen.The threaded spindle 10 is a hollow spindle. At one end thereof there is a hollow spindle cover 9 which is connected to the transmission output axis 3 B in a central bore. The ball screw nut 7 of the hollow spindle 10 is axially and non-rotatably connected to the end of the telescopic tube 4 with a housing sleeve 8 . The outer end of the hollow spindle carries, fixedly connected via a sleeve 11 , a ball screw nut 12 , in which the internally threaded spindle 22 runs, which carries the receiving pin 1 at the end. The Ge thread of the hollow spindle 10 and the internal thread spindle 22 are designed in opposite directions. So the motor 3 rotates via the gear axis 3 B, the hollow spindle 10 so it screws out of the tube 4 , and it screws to the same extent if the receiving ends 1 , 2 are rotatably fixed to one another on the objects to be positioned linearly to one another , the internally threaded spindle 22 out of the hollow thread despindel 10 . So there is a change in length translated by a factor of 2 if both threads have the same pitch, and the sum of both adjustable spindle lengths results in the advantageously large total length change between the end settings.

Der Motor 3 mit dem Getriebe 3A liegt in dem Teleskoprohr 4 vor äußeren Einwirkungen weitgehend geschützt, insbeson­ dere wenn die Axialführung im Inneren des Rohres (nicht dargestellt) ausgebildet ist und die Kabeldurchführung 18 hermetisch verschlossen wird.The motor 3 with the gear 3 A is largely protected in the telescopic tube 4 from external influences, in particular if the axial guide is formed inside the tube (not shown) and the cable bushing 18 is hermetically sealed.

Eine Belüftung und damit eine zusätzliche Kühlung des Mo­ tors erfolgt durch einen Luftaustausch durch den Führungs­ schlitz 40 oder durch bekannte Mikrofiltereinsätze, wobei die kolbenartige Ausbildung des Motors 3 und des Führungs­ ringes 6 im Teleskoprohr 4 einen Pumpeffekt erbringt und den Luftaustausch fördert.Ventilation and thus additional cooling of the motor takes place through an air exchange through the guide slot 40 or through known microfilter inserts, the piston-like design of the motor 3 and the guide ring 6 in the telescopic tube 4 providing a pumping effect and promoting the air exchange.

Zur Wegbegrenzung bei einem unkontrollierten Zusammenfah­ ren der Spindeln 10, 22 dient ein elastischer Anschlagring 14, zwischen der Muffe 11 und der Mutter 7, und zur Wegbe­ grenzung beim Ausfahren ist ein Anschlagring 15 zwischen der Mutter 7 und dem Getriebegehäuse 6 als elastischer Puffer vorgesehen.To limit the travel in an uncontrolled collapse of the spindles 10 , 22 is an elastic stop ring 14 , between the sleeve 11 and the nut 7 , and for Wegbe limitation when extending a stop ring 15 between the nut 7 and the gear housing 6 is provided as an elastic buffer.

Außerdem ist die Motoransteuerschaltung mit einer bekann­ ten richtungsabhängigen Überlastabschaltung versehen, d. h. der Motor läßt sich nach einer Überlastabschaltung jeweils nur in die entgegengesetzte Richtung drehend angesteuert wieder einschalten.In addition, the motor control circuit is known with one Provide directional overload cut-off, d. H. the motor can be switched off after an overload shutdown only driven in the opposite direction turn back on.

Durch ihr hohes Längenverhältnis, die schlanke Struktur und die genaue Positionierbarkeit sind derartige Linear-posi­ tionierer besonders für Roboter als Beine und Arme ge­ eignet.Due to their high aspect ratio, the slim structure and the exact positionability is such linear posi especially for robots as legs and arms is suitable.

Claims (15)

1. Linearantrieb mit einer Gewindespindel (10), die einenends an ein zu positionierendes Objekt anschließbar ist und
die andernends mit einem Elektro-Getriebemotor (3, 3A) antriebsmäßig verbunden ist und
die aus einer Gewindemutter (7) teleskopierend heraus und hinein schraubbar ist, wobei die Gewindemutter (7) endseitig an einer Spindelaufnahme (4) festgelegt ist
und die andernends an einem Bezugsobjekt zum positionierenden Objekt drehfest festlegbar ist und
in ihr der Getriebemotor (3, 3A) axialverschieblich drehfest gelagert ist und
mit dieser mit einer Abtriebsachse (3B) an der Gewindespindel (10) axial und radial fixiert koaxial verbunden ist. 1. Linear drive with a threaded spindle ( 10 ) which can be connected at one end to an object to be positioned and
the other is connected to an electric geared motor ( 3 , 3 A) and
which can be screwed telescopically out and in from a threaded nut ( 7 ), the threaded nut ( 7 ) being fixed at the end to a spindle receptacle ( 4 )
and which can be fixed non-rotatably on a reference object to the positioning object and
in it the geared motor ( 3 , 3 A) is axially displaceably and rotatably mounted and
is axially and radially fixedly connected to the latter with an output axis ( 3 B) on the threaded spindle ( 10 ). 2. Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spindelaufnahme (4) ein Teleskoprohr ist, dessen Innenkontur in loser Passung der Außenkontur einer Führung (6) am Getriebemotor (3, 3A) entspricht, der in mindestens einer Axialführung (40) mit Gleitstücken (5) in enger Passung drehfest gelagert ist.2. Linear drive according to claim 1, characterized in that the spindle receptacle ( 4 ) is a telescopic tube, the inner contour of which fits loosely in the outer contour of a guide ( 6 ) on the geared motor ( 3 , 3 A), which in at least one axial guide ( 40 ) with sliding pieces ( 5 ) in a tight fit, fixed against rotation. 3. Linearantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Axialführung (40) aus einem oder mehreren Nu­ ten oder Schlitzen im Teleskoprohr (4) besteht.3. Linear drive according to claim 2, characterized in that the axial guide ( 40 ) consists of one or more nu th or slots in the telescopic tube ( 4 ). 4. Linearantrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gleitzapfen (5) an einem Getriebegehäuse des Getriebemotors (3, 3A) unmittelbar oder an einer im Teleskoprohr (4) laufenden Führungsbuchse (6) verstiftet oder verschraubt sind. 4. Linear drive according to claim 2 or 3, characterized in that the sliding pin ( 5 ) on a gear housing of the geared motor ( 3 , 3 A) directly or on a running in the telescopic tube ( 4 ) guide bushing ( 6 ) are pinned or screwed. 5. Linearantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Getriebemotor (3, 3A) ein Drehmelder angeordnet ist und ein Motor- und Melderka­ bel als eine Kabelwendel (W) im Teleskoprohr (4) oder um dieses herum gelegt ausgebildet ist und mit einer Kable­ durchführung (18) herausgeführt ist.5. Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in that on the geared motor ( 3 , 3 A) a resolver is arranged and a motor and Melderka bel formed as a cable coil (W) in the telescopic tube ( 4 ) or placed around it is and is led out with a cable feedthrough ( 18 ). 6. Linearantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kabeldurchführung (18) mit einem Gleitkörper (13) am Gehäuse des Getriebemotors (3, 3A) festgelegt ist und in dem Führungsschlitz (40) des Teleskoprohres (4) verschieblich geführt ist.6. Linear drive according to claim 5, characterized in that the cable bushing ( 18 ) with a sliding body ( 13 ) on the housing of the geared motor ( 3 , 3 A) is fixed and in the guide slot ( 40 ) of the telescopic tube ( 4 ) is slidably guided . 7. Linearantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitstücke (5) und/oder die Führungsbuchse (6) und/oder der Gleitkörper (13) über Schmierfilze (16, 17) im Gleitkontaktbereich mit einem Gleitmittel versorgt sind.7. Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in that the sliding pieces ( 5 ) and / or the guide bush ( 6 ) and / or the sliding body ( 13 ) via lubricating felts ( 16 , 17 ) in the sliding contact area are supplied with a lubricant. 8. Linearantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (10) eine Hohlspindel ist in der eine innere im Gewinde umgekehrt orientierte Gewindespindel (22) angeordnet ist, die durch eine Gewindemutter (12) telekopierend ausfahrbar ist, die am äußeren Ende der Hohlspindel (10) festgelegt ist.8. Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in that the threaded spindle ( 10 ) is a hollow spindle in which an inner thread reversely oriented in the thread spindle ( 22 ) is arranged, which is telescopically extendable by a threaded nut ( 12 ) which is on the outer End of the hollow spindle ( 10 ) is fixed. 9. Linearantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die innere Gewindspindel (22) mit ihrem äußeren Ende an dem zu positionierenden Objekt insbesondere dreh­ fest festlegbar ist und die Spindelaufnahme (4) an dem Be­ zugsobjekt insbesondere drehfest festlegbar ist.9. Linear drive according to claim 8, characterized in that the inner threaded spindle ( 22 ) with its outer end on the object to be positioned in particular can be fixed in rotation and the spindle receptacle ( 4 ) on the loading object can be fixed in particular in a rotationally fixed manner. 10. Linearantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindemutter(n) (7, 12) Kugelumlaufgewindemuttern sind. 10. Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in that the threaded nut (s) ( 7 , 12 ) are recirculating ball nuts. 11. Linearantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig der Gewindemutter (7) der Hohlspindel (10) elastische Anschlagringe (14, 15) angeordnet sind.11. Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in that elastic stop rings ( 14 , 15 ) are arranged on both sides of the threaded nut ( 7 ) of the hollow spindle ( 10 ). 12. Linearantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (3A) des Getrie­ bemotors (3, 3A) selbsthemmend ausgelegt ist.12. Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in that the gear ( 3 A) of the gear motor ( 3 , 3 A) is designed self-locking. 13. Linearantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde der beiden Gewin­ despindeln (10, 22) eine gleiche Ganghöhe aufweisen.13. Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in that the threads of the two threaded despindeln ( 10 , 22 ) have the same pitch. 14. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß er voll ausgefahren mehr als doppel so lang ist als ganz eingefahren.14. Linear drive according to one of claims 8 to 13, there characterized in that it is fully extended more than is twice as long as fully retracted. 15. Linearantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Motor (3) ein Drehstel­ lungs-Impusgeber angeordnet ist und in der Motoransteu­ erung ein Überlastmelder angeordnet ist, der eine Abschal­ tung des Motors in der jeweiligen Drehrichtung steuert dabei jedoch ein Anfahren in die entgegengesetzte Dreh­ richtung freigibt.15. Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in that on the motor ( 3 ) a rotary position pulse generator is arranged and in the motor control an overload detector is arranged, which controls a shutdown device of the motor in the respective direction of rotation, however, starting releases in the opposite direction of rotation.
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