DE3506497C1 - - Google Patents
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Description
eine Außenverzahnung (20) trägt oder mit einem 25 gleich zu der erwähnten Lineareinheit durch erweiterte
eine Außenverzahnung tragenden koaxialen An- Einsatzmöglichkeit auszeichnet, ohne daß dadurch der
triebselement (12) drehfest verbunden ist und daß in dem Kraftübertragungselement (16) wenigstens ein
mit der Antriebsquelle (21) gekuppeltes Zahnrad (18) drehbar gelagert ist, das durch den Längsschlitz
(3) des Profilrohres (2) greift und mit der Außenverzahnung in Eingriff steht.
3. Linear-Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungselement (16) ein die Gewindespindel (7) wenigstens
teilweise umgreifendes Teil (13) aufweist, das in Achsrichtung beidseitig mit der Spindelmutter (11)
gekuppelt und als ein in der Bohrung (2) des Profilrohres (1) axial geführtes rohrförmiges Gehäuse (13)
ausgebildet ist.
4. Linear-Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der
Gewindespindel (7) wenigstens zwei jeweils eine Gewindemutter (11) aufweisende Kraftübertragungselemente
(16) angeordnet sind, von denen jedes mit einer eigenen Antriebsquelle (21) verbunden
ist.
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Die Erfindung betrifft eine mechanische Linearantriebseinheit zur Erzeugung einer begrenzten Linearbewegung
eines angetriebenen Kraftübertragungselementes an einem Spindeltrieb, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Eine mechanische Linearantriebseinheit mit diesen Merkmalen ist aus der DE-PS 32 05 143 bekannt. Bei
dieser Lineareinheit ist die Gewindespindel in den Lagerflanschen des Profilrohres drehbar gelagert und mit
einem außen auf einen der Lagerflansche aufgesetzten Elektromotor kuppelbar. Diese Lineareinheit zeichnet
sich u. a. dadurch aus, daß das Kraftübertragungselement exakt positionierbar ist und große Antriebskräfte
übertragen werden können. Da die Längsbewegung des Kraftübertragungselementes durch die angetriebene
Gewindespindel zwangsläufig erzeugt wird, ist es grundsätzlich nicht möglich, auf einer Achse mehrere
Platzbedarf wesentlich erhöht oder die Präzision der Positionierung der angetriebenen Teile oder deren Bewegung
beeinträchtigt wären.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die eingangs genannte Linearantriebseinheit erfindungsgemäß die
Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruchs 1 auf.
Dabei ergeben sich besonders einfache konstruktive Verhältnisse, wenn die Spindelmutter eine Außenverzahnung
trägt oder mit einem eine Außenverzahnung tragenden koaxialen Antriebselement drehfest verbunden
ist, wobei in dem Kraftübertragungselement wenigstens ein mit der Antriebsquelle gekuppeltes Zahnrad
drehbar gelagert ist, das durch den Längsschlitz des Profilrohres greift und mit der Außenverzahnung in
Eingriff steht.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Anordnung konstruktiv derart getroffen sein, daß das
Kraftübertragungselement ein die Gewindespindel wenigstens teilweise umgreifendes Teil aufweist, das in
Achsrichtung beidseitig mit der Spindelmutter gekuppelt ist und als ein in der Bohrung des Profilrohres axial
geführtes rohrförmiges Gehäuse ausgebildet ist Dieses rohrförmige Gehäuse ergibt eine sehr exakte Führung
des Kraftübertragungselementes in der Bohrung des Profilrohres, wobei gleichzeitig eine einfache Herstellungsmöglichkeit
gewährleistet ist.
Die Antriebsquelle, die in der Regel von einem Elektromotor gebildet wird und mit dem Kraftübertragungselement
verbunden ist sowie mit diesem mitbewegt wird, eröffnet die Möglichkeit, die Lineargeschwindigkeit
des Kraftübertragungselementes entweder wahlweise durch die mit dem Kraftübertragungselement
mitbewegte erste Antriebsquelle oder durch die die Gewindespindel antreibende zweite Antriebsquelle
zu bestimmen oder aber die Lineargeschwindigkeit aus der Summe oder Differenz der Drehzahlen der beiden
erwähnten Antriebsquellen abzuleiten. Somit ist es bspw. möglich, die Lineargeschwindigkeit des Kraftübertragungselementes
zwischen dem Wert 0 und dem doppelten, von einer der Antriebsquellen allein erzielbaren
Maximalwert zu variieren.
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Auf der Gewindespindel können wenigstens zwei jeweils eine Gewindemutter aufweisende Kraftübertragungselemente
angeordnet sein, von denen jedes mit einer eigenen Antriebsquelle verbunden ist. Diese Antriebsquellen
gestatten es, jedes der Kraftübertragungselemente auf der gemeinsamen Bewegungsachse unabhängig
von den anderen Kraftübertragungselementen linear zu bewegen, wodurch sowohl die Abstände zwischen
benachbarten Kraftübertragungselementen wahlweise verändert als auch die Kraftübertragungselemente
mit unterschiedlicher Geschwindigkeit angetrieben werden können. Bis auf die Reihenfolge sind die
Kraftübertragungselemente voneinander völlig unabhängig, wobei die Gewindespindel entweder drehfest
angeordnet oder, wie erwähnt, mit einer eigenen Antriebsquelle gekuppelt sein kann.
Die Linearantriebseinheit kann nach Art einer Baueinheit oder eines Moduls zur Erzeugung einer oder
mehrerer Linearbewegungen bei Maschinen, Vorschubeinheiten, Transfereinrichtungen und dgl. eingesetzt
werden. Sie gestattet es, hohe Lasten mit hoher Geschwindigkeit linear zu bewegen. Wegen der erzielbaren
hohen Positionsierungsgenauigkeit und der exakten zwangsläufigen Abhängigkeit zwischen dem Drehwinkel
und der zugeordneten Position des Kraftübertragungselementes kann die Linearantriebseinheit auch für
hochgenaue Meß-, Positionier- und Anzeigeeinrichtungen verwendet werden, bei denen es bspw. darum geht,
ein elektrisches Signal in eine bestimmte Weglänge oder Position umzusetzen. Es können analoge und elektrische
Signale zur Ansteuerung der Linearantriebseinheit benutzt werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 eine mechanische Linearantriebseinheit gemäß
der Erfindung, in perspektivischer Darstellung, teilweise aufgeschnitten und im Ausschnitt, und
Fig.2 die Linearantriebseinheit nach Fig. 1, geschnitten
längs der Linie H-II der F i g. 1, in einer Seitenansicht.
Die mechanische Linearantriebseinheit weist ein bspw. aus Aluminium stranggepreßtes Profilrohr 1 auf,
das eine zylindrische Längsbohrung 2 enthält und an einer Seite mit einem achsparallelen, in die Längsbohrung
2 führenden Längsschlitz 3 ausgebildet ist. Der Längsschlitz 3 ist parallelflankig begrenzt. Er mündet
auf der Profilrohraußenseite in einer ebenen Fläche 4, der eine entsprechende parallele Fläche 5 auf der gegenüberliegenden
Seite zugeordnet ist. An der Außenwandung des Profilrohres 1 sind vier gleichmäßig verteilt
angeordnete und sich über die Rohrlängsrichtung erstreckende prismatische Längsführungen 6 von etwa
rechtwinkliger Querschnittsgestalt angeordnet.
In der Bohrung 2 ist konzentrisch zu deren Achse 8 eine Gewindespindel 7 angeordnet, die beidenends in
zwei Lagerflanschen gelagert ist, von denen einer bei 9 dargestellt ist, und die beide auf die gegenüberliegenden
Stirnflächen des Profilrohres 1 aufgesetzt sind.
Die Gewindespindel 7 kann in den Lagerflanschen 9 drehfest gehaltert sein. Die Anordnung kann aber auch
derart getroffen sein, daß die Gewindespindel 7 in den Lagerflanschen 9 drehbar gelagert und einenends mit
einem auf einen der Lagerflanschen 9 aufgesetzten Elektromotor 10 gekuppelt ist, der eine eigene Antriebsquelle
für die Gewindespindel 7 bildet.
Auf die Gewindespindel 7 ist eine zweiteilige Spindelmutter 11 aufgesetzt, deren beide Teile lla, iib beidseitig
eines büchsenartigen, ein Antriebselement für die Spindelmutter 11 bildenden Zwischenstückes 12 liegen.
Die beiden Gewindemutterteile lla, 116 sind drehfest
mit dem Zwischenstück 12 verbunden, welches in einem rohrförmigen Gehäuse 13 gemeinsam mit der Spindelmutter
11 drehbar, aber, bezüglich des Gehäuses 13, unverschieblich gelagert ist. Zu diesem Zwecke sind beide
Spindelmutterteile lla, 116 gegen das rohrförmige Gehäuse durch Radial- und Axiallager abgestützt, von
denen eines der Axiallager bei 14 dargestellt ist. Das ίο Axiallager 14 wird axial durch einen auf das Gehäuse 13
aufgesetzten Widerlagerring 15 gehalten, der gleichzeitig, gemeinsam mit einem am anderen Ende des rohrförmigen
Gehäuses 13 angeordneten und in F i g. 1 nicht sichtbaren zweiten gleichgestalteten Widerlagerring,
den beiden Spindelmutterteilen lla, 116 eine axiale gegenseitige Vorspannung erteilt und diese gegen das
Zwischenstück 12 anpreßt. Auf diese Weise wird der von der Gewindespindel 7 und der Spindelmutter 11
gebildete Spindeltrieb spielfrei.
Das rohrförmige Gehäuse 13 ist in der Bohrung 2 des Profilrohres 1 längsverschieblich geführt; es trägt auf
seiner Wandungsaußenseite ein stegartiges Kupplungselement 15, das durch den Längsschlitz 3 ragt und in
diesem seitlich geführt ist. Das stegartige Kupplungselement 15 und das die Gewindespindel 7 umgreifende
Gehäuse 13 bilden gemeinsam ein Kraftübertragungselement 16, das mit nicht weiter dargestellten Einrichtungen,
bspw. Bohrungen etc., zum Anschluß an ein von ihm bewegendes Maschinenteil und dgl. versehen ist.
In einem Lagerteil 17 des Kupplungsteiles 15 des Kraftübertragungselementes 16 ist ein schrägverzahntes
Stirnzahnrad 18 drehbar gelagert, das drehfest auf einer Antriebswelle 19 sitzt und dessen Verzahnung mit
einer ebenfalls als Schrägverzahnung ausgebildeten Außenverzahnung 20 des Zwischenstückes 12 in Eingriff
steht. Das auf diese Weise gebildete Winkelgetriebe gestattet es, eine Drehbewegung der Antriebswelle 19 in
eine entsprechende Linearbewegung des Kraftübertragungselementes 16 längs des Längsschlitzes 3 umzusetzen.
Um diese Linearbewegung zu erzeugen, ist mit dem Kraftübertragungselement 16 eine Antriebsquelle in
Gestalt eines in F i g. 2 bei 21 gestrichelt angedeuteten Elektromotors verbunden, der mit der Antriebswelle 19
gekuppelt ist und eine flexible elektrische Zuleitung 22 aufweist. Der Elektromotor 21 kann an sich beliebiger
Bauart sein. Es kann sich auch um einen Schrittmotor handeln, wie es natürlich auch möglich ist, eine pneumatische
oder hydraulische Antriebsquelle an seiner Stelle
so vorzusehen.
Das stegartige Kupplungsteil 15 ist beidseitig der Antriebswelle 19 mit zwei keilartig zulaufenden, schrägliegenden
Flächen 23 versehen, die zur Führung eines elastischen Abdeckbandes 24 für den Längsschlitz 3 dienen.
Das biegsame Abdeckband 24 ist endseitig in den beiden Lagerflanschen 9 verankert. Es weist zwei seitlich
zusammendrückbare Längsstege 25 auf, mit denen es die Schlitzberandung untergreifend an die Wandungen
des Längsschlitzes 3 elastisch angedrückt ist.
Wie aus F i g. 1 zu ersehen, ist der Längsschlitz 3 beidseitig des Kraftübertragungselementes 16 durch das in
ihn eingedrückte und kraft- sowie formschlüssig in ihm gehaltene Abdeckband 24 verschlossen. Bei einer Bewegung
des Kraftübertragungselementes 16, bspw. nach links (bezogen auf F i g. 1), wird das Abdeckband 24 auf
der linken Seite durch die zugeordnete Führungsfläche 23 kontinuierlich aus dem Längsschlitz 3 ausgehoben,
während auf der rechten Seite das von der anderen
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Führungsfläche 23 ablaufende Abdeckband 24 durch eine mit dem Kraftübertragungselement 16 verbundene
Andrückrolle 26 fortlaufend in den Längsschlitz 3 eingedrückt wird. Die Andrückrolle 26 ist mit dem Kraftübertragungselement
16 über zwei Laschen 27 verbunden, von denen in F i g. 1 lediglich eine dargestellt ist. Außerdem
ist auch auf der anderen Seite des Kraftübertragungselementes 16 eine entsprechend ausgebildete und
gelagerte Andrückrolle vorhanden, die in F i g. 1 der besseren Klarheit wegen weggelassen wurde. ι ο
Das Kraftübertragungselement 16 kann im übrigen nach außen durch eine Haube abgedeckt sein, wie sie in
F i g. 2 bei 30 angedeutet ist. Das Profilrohr 1 ist auf ein Sockelteil 31 aufgesetzt, das mittels Befestigungsschrauben
32 auf einer Unterlage festgeschraubt ist und das Klemmleisten 33 prismatischer Querschnittsgestalt aufweist,
die in die Längsführungen 6 des Profilrohres 1 eingreifen und mit diesem verklemmt sind. Auf dem
gegebenenfalls mehrteiligen Sockelteil 31 ist, parallel zu der Achse des Profilrohres 1 ausgerichtet, eine Führungsschiene
34 befestigt, die eine Führungsbahn für einen Schieber 35 bildet, welcher im Querschnitt im wesentlichen
C-förmig ist und auf der Führungsschiene 34 mittels nicht weiter dargestellter Linearlager längsverschieblich
geführt wird. Der Schieber 34 ist über ein Verbindungselement 36 mit dem Kraftübertragungselement
16 starr verbunden. Er wirkt bspw. mit einem in die Führungsschiene 34 eingelassenen Maßstab 37 zusammen,
mit dem er ein hochpräzises Meßsystem bildet.
Alternativ kann mit dem Schieber 34 oder dem Kraftübertragungselement
16 auch ein anderes Maschinenelement gekuppelt sein, dem von der beschriebenen Linearantriebseinheit
eine Längsbewegung erteilt wird. Diese Längsbewegung kann, wie bereits erläutert, durch
den Antriebsmotor 21 über die Antriebsquelle 19 und/ oder über den Antriebsmotor 10 und die Gewindespindel
7 erzeugt werden.
Auf die Gewindespindel 7 können auch mehrere der in den Fig. 1, 2 dargestellten Kraftübertragungselement
16 aufgesetzt sein, die alle gleichen Aufbau aufweisen und von denen jedes einen eigenen Antriebsmotor
21 trägt Diese den einzelnen Kraftübertragungselementen einzeln zugeordneten verschiedenen Antriebsmotoren 21 gestatten es, den Kraftübertragungselementen
16 und den damit gekuppelten Maschinenelementen eine voneinander unabhängige Linearbewegung zu erteilen,
der gegebenenfalls durch den Antrieb der Gewindespindel 7 eine gemeinsame Linearbewegung überlagert
werden kann.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Teile 11a, 116 der Spindelmutter 11 drehfest mit
dem dazwischenliegenden büchsenartigen Zwischenstück 12 verbunden, welches die Außenverzahnung 20
trägt, die durch eine Wandausnehmung 130 des rohrförmigen Gehäuses 13 im Eingriffsbereich des Zahnrades
18 freiliegt. Alternativ wäre es auch denkbar, die Außenverzahnung 20 unmittelbar auf der Spindelmutter 11
anzuordnen, worauf der Ordnung halber hingewiesen sei.
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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Mechanische Linear-Antriebseinheit zur Erzeugung einer begrenzten Linearbewegung eines angetriebenen
Kraftübertragungselementes an einem Spindeltrieb, dessen Gewindespindel in einem endseitig
durch Lagerflansche abgeschlossenen formstabilen Profilrohr gelagert ist, das einen Längsschlitz
aufweist, durch den das von der Spindelmutter des Spindeltriebes in Rohrlängsrichtung mitgenommene
Kraftübertragungselement aus dem Profilrohr nach außen ragt, wobei dem Spindeltrieb eine
diese längsgerichtete Linearbewegung erzeugende Antriebsquelle zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spindelmutter (11) an dem Kraftübertragungselement (16) drehbar und
axial unverschieblich gelagert ist und daß eine zusätzlich mit dem Kraftübertragungselement verbundene
Antriebsquelle (21) mit der Spindelmutter über ein an dem Kraftübertragungselement angeordnetes
Getriebe (18,20) gekoppelt ist.
2. Linear-Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (11)
Kraftübertragungselemente unabhängig voneinander zu bewegen. Auch ist eine Veränderung der Geschwindigkeit
der Linearbewegung eines Kraftübertragungselementes nur über eine entsprechende Beeinflussung
der Gewindespindeldrehzahl möglich.
Es gibt aber Anwendungsfälle, bei denen eine größere Freizügigkeit hinsichtlich der Antriebsmöglichkeiten
für zu erzeugende Linearbewegungen erwünscht wäre. Dies gilt auch für einen aus dem DE-GM 81 32 113
bekannten Stellantrieb mit einer mit einem Außengewinde versehenen, gegen Drehung gesicherten Stellspindel,
die in ein über eine Schlupfkupplung und ein Getriebe an einen Motor angekuppeltes Mutterstück
eingeschraubt ist, welches axial unverschiebbar in einem Getriebegehäuse gelagert ist und durch Drehung die
Stellspindel axial verschiebt. Bei diesem Stellantrieb kommt noch hinzu, daß die Axialverstellung der Stellspindel
deren Unterbringung in einem sie über ihre gesamte Länge umschließenden und damit gegen äußere
Einflüße schützenden Profilrohr ausschließt. Es besteht keine Möglichkeit, die Stellbewegung von mehr als einer
einzigen Antriebsquelle abzuleiten.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine mechanische Linearantriebseinheit zu schaffen, die sich im Ver
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