DE3839091B4 - Linearbewegungsvorrichtung - Google Patents
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Abstract
a) bei der ein Schlitten (30) längs einer Geraden hin und her bewegbar ist,
b) bei der der Schlitten (30) an Außenflächen (1.1) eines ortsfesten Grundkörpers (1), diesen umgreifend, geführt ist,
c) und wobei zur Führung des Schlittens zwei parallele Stahlzylinder (121, 122) außen am Grundkörper vorgesehen sind, die eine gemeinsame Mittelebene (130) aufweisen
d1) bei der die Führung des Schlittens (30) mit Hilfe von Laufrollen, die im Schlitten räumlich verteilt sind, geschieht
d2) und wobei drei Laufrollen in Längsrichtung eines Stahlzylinders so in Bewegungsrichtung verteilt sind, daß die eine Rolle (132) zwischen den beiden anderen (131, 133) sitzt,
e1) und daß jeweils lediglich drei in dem Schlitten integrierte zylindrische Laufrollen (131, 132, 133) an jedem Stahlzylinder geführt sind,
e2) die auf jedem der Stahlzylinder (121, 122) in gleicher Weise angeordnet, beiderseits der Mittelebene (130) abstützend laufen,
f1) und wobei durch...
Description
- Die Erfindung betrifft eine Linearbewegungsvorrichtung, bei der ein Schlitten längs einer Geraden hin und her bewegbar ist, und bei der der Schlitten an Außenflächen eines stabförmigen Grundkörpers, diesen umgreifend, geführt ist, und wobei zur Führung des Schlittens zwei parallele Stahlzylinder mit einer gemeinsamen Mittelebene außen am Grundkörper vorgesehen sind.
- Die bekannte Lösung nach der DE-OS 3816601 (E1), die einen kompakten „Linearstab" ermöglicht, genügt aber in ihrer Genauigkeit hinsichtlich langzeitiger, exakter Position des Schlittens nicht extremen Anforderungen. Für viele Anwendungsfälle ist auch mäßiger Fertigungsaufwand sehr gefragt.
- Aus der DE-PS 33 36 496 (E2) ist eine Linearbewegungs-Vorrichtung bekannt, bei der hohe Präzision mit einem enormen Aufwand erreicht wird, wenn, wie in der dort repräsentativen
6 an drei Seiten Rollen20 ,20a vorgesehen sind, wobei zu jeder Rolle also eine Verspannrolle, die außerdem auf einem Exzenter24 zu lagern ist, dazu kommt, so daß also die Flächen auf Anschlag an den abrollenden Zylinderflächen liegen. - Die DE-GM 84 31 504 (E3) zeigt einen Führungsrollenträger mit einem an einem Schlitten festlegbaren Tragteil, mit einer 2-Punkt-Auflage für Laufrollen und einen dritten Gegenpunkt, wobei über einen Arm mittels eines Exzenters eine dritte Laufrolle auf Anschlag angelegt und fixiert wird, so daß eine "Dreipunktlage" besteht. Außerdem lehrt dieses Gebrauchsmuster nur eine alternative Verwendung des Führungsrollenträgers gemäß
1 oder2 . Die dort beherrschten Kraftrichtungen liegen zwar in einer (durch die "Dreipunktlage" definirten) Ebene jeweils, was vorteilhaft gegenüber dem dort genannten Stand der Technik ist, aber keineswegs beliebigen (räumlichen) Kraftangriffswirkungen gerecht wird. - Die US-PS 3436 132 (E4) zeigt eine Linearführung, welche in ihrem Schlitten Halbkugelschalen zur Linearbewegung auf zwei Stahlzylindern an Außenflächen eines stabförmigen Grundkörpers aufweist. Diese Lösung ist weniger genau, jedenfalls langzeitig.
- Aus der US-PS 3.998.497 (E5) ist eine Anordnung ohne Grundkörper bekannt, bei der auf zwei ortsfesten Stahlstäben
100 eine Art Rollschlitten mit Doppelrollen linear bewegt wird. Auf beiden Stahlstäben100 tragen jeweils zwei Doppelrollen den Rollschlitten. Diese haben auf jedem Stab vier Ablaufpunkte, deshalb muss auch das Gegenlager für die Gegenrolle124 für Spielfreiheit zwischen Rollen und Stab sehr genau angeordnet sein. - Hier liegen also wenigstens fünf Laufpunkte auf dem Stahlstab vor.
- Vorliegender Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine eingangs beschriebene Vorrichtung eine kompakte, spielfreie Längslagerung zu erhalten, die langzeitgenau und preiswert, und die für die Aufnahme von in der Automatisierungstechnik üblichen Kräften beliebiger Raumrichtung auf den Schlitten stabil ist.
- Diese Aufgabe wird mit der Gesamtheit der Mittel des Anspruchs 1 gelöst.
- Die Unteransprüche betreffen weitere Ausgestaltungen.
- Die Zeichnungen zeigen maßstäblich:
-
1 und2 zwei bekannte Profile, welche bei der vorliegenden Erfindung verwendbar sind. - Die
3 -5 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfin dung, teilweise im Schnitt, soweit zum Verständnis nötig, jedoch in 0,8 facher Größe -
3 einen Teilschnitt durch die Mitte eines Schlittens, -
4 einen Längsschnitt senkrecht zum Schnitt gemäß3 , ebenfalls durch die Mitte des Schlittens, -
5 die erweiterte Draufsicht auf eine z.T. geöffnete Anordnung gemäß3 und4 : -
6 ,7 ,8 zeigen Teile des Tragkörpers des Schlittens in natürlicher Größe maßgerecht in drei Ansichten oder Schnitten; bzw. Teil schnitten. - Schnitte oder Ansichten sind durch Pfeile mit römischen Zahlen gekennzeichnet, und zwar so, daß die betreffende römische Zahl, der Figur mit der arabischen gleichen Ziffer entspricht.
-
1 /2 zeigen geeignete Profile für die Erfindung,2 zeigt jedoch ein gegenüber dem in1 oft besser geignetes Profil, da es, als Hochkantträger verwendet; größere Biege- und auch Verdrehsteifigkeit besitzt. In2 ist ein als stranggepreßter Aluminiumprofilstab mit rechteckigem Querschnitt ausgebildeter Grundkörper1 dargestellt, dessen Profil in seiner Außenabmessung durch die Breitseiten11 ,13 und die Schmalseiten12 ,14 bestimmt wird. In der Mitte jeder Seite ist eine Nut6 ,7 ,8 ,9 , die sich nach innen in einen Hohlraum2 ,3 ,4 ,5 nach einer gewissen Nuttiefe15 ,16 verbreitert. Diese Verbreiterungen2 bis5 im Stab bilden eine durchgehende Ausnehmung, welche wesentlich breiter ist als die durchgehenden Nuten6 bis9 in den Seitenmitten. Diese Ausnehmungen sind rechteckig oder halbkreisförmig oder oval usw. - Die Außenflächen des Profilstabes sind vorzugsweise zur besseren Gleitfähigkeit eloxiert oder weisen andere Maßnahmen für eine glatte Oberfläche auf. Außerdem soll diese Oberfläche für einen minimalen Reibungskoeiffizienten gegenüber gleitenden Kunststoff hart sein.
- Der Strangpreßprofilstab dient nun in beliebiger Länge z.B. 30 oder 200 oder 300 cm) als Grundkörper
1 für einen Linearpositionsstab. Über und unter der Nut6 gleitet ein i. a. waagrecht liegendes Transport-Band19 mit hin- und zurücklaufenden Teilen17 ,18 . Es wird an den Enden des Stabes über gleiche Umlenkrollen51 und gleiche Nebenrollen52 umgelenkt und durch letztere in eine solche Position gebracht, daß es auf der Fläche11 beiderseits der Nut6 in Längsrichtung gleitet und in dem darunter liegenden Hohlraum2 zurück läuft. Die Höhenposition der Bänderteile17 ,18 wird bestimmt durch die Position der Umlenk- und Nebenrolle. - Das Transportband
19 , das auf der Breitseitenfläche11 gleitet, ist an einem, insgesamt U-förmig profilierten, schienenartigen Schlitten30 an dessen Innenseite symmetrisch befestigt, welcher sich an der Breitseite11 in einem kleinen Abstand von wenigen Millimetern an ihr entlang bewegt, jedoch den Stab, umgreifend, an dessen Schmalseiten12 ,14 geführt wird. Dieser Schlitten30 bildet an seiner geschlossenen Außenfläche des U's selbst eine Arbeitsplatte33 oder weist dort zusätzlich eine mit einer Basisplatte35 verschraubte Arbeitsplatte33 auf, an der weitere Elemente befestigt werden können. Es geht darum, daß diese Arbeitsplatte längs des Stabes zu beliebigen Stellen sehr leicht bewegt werden kann und so schrittartig bestimmte, genaue Positionen einnimmt. Dazu haben die weiter außen liegenden Umlenk rollen51 , je einen als Schrittmotor ausgebildeten Elektromotor zum Antrieb. Bei kurzen Strecken genügt evtl. ein Antrieb an der einen Rolle an einem Ende des Stabes. - Die Basisplatte ist quadratisch oder rechteckförmig mit zwei zur Mittellinie
100 symmetrisch liegenden Schlitzen77 ,78 in die die Enden des Bandes19 eingefädelt werden. Die Basisplatte hat gerundete Einläufe75 ,76' , über die das Band eingezogen wird. Ein keil- oder konus-förmiges Klemmstück74 wird durch Gegenschrauben73 so gegen diese Rundungen gezogen, daß die Enden des Bandes19 somit in der Basisplatte festgeklemmt werden. Die Spannung wird an den Bandenden bei der Montage gemessen und eingestellt, und bei dieser bestimmten Spannung wird die Gegenschraube73 so festgezogen, daß sie den Keil oder das Konusstück74 gegen die Rundungen75 ,76 klemmt. Damit ist das Band für eine bestimmte Längsspannung festgestellt und gleichzeitig ist die Basisplatte35 und damit der ganze Schlitten30 mit dem umlaufenden Transportband19 fest verbunden, so daß er mit der Bandbewegung zwangsläufig transportiert wird. - Im Mittelbereich, also etwa beiderseits der Schnittebene III-III, sind Befestigungsschrauben
185 die die Basisplatte35 und die Arbeitsplatte33 fest miteinan der verbinden. -
3 zeigt die zwei Stahlzylinder121 ,122 , die praktisch als harte Wellen gleichen Durchmessers ausgebildet sind. - Während zum linken Zylinder
121 drei kugelgelagerte Laufrollen131 ,132 ,133 gehören, ist beim rechten Zylinder122 eine Variante angedeutet welche nicht unter die vorliegenden Ansprüche fällt. Die Ausführung wie links ist bei der vorliegenden Erfindung auch beim rechten Zylinder122 vorgesehen. - Die Zylinder sind durch Rhombus-Nutensteine
111 , deren Schrauben112 ganz in diese Stahlzylinder quer eingelassen sind, am Ende der Nuten3 und5 von innen befestigt und so zum Teil in die Nuten eingelassen. Auf den Stahlzylindern121 ,122 laufen jeweils die drei Laufrollen131 bis133 . Durch ihre geometrischen Achsen geht eine gemeinsame Mittelebene130 , und beiderseits von dieser Mittelebene liegen links und rechts je eine bezw. je zwei Laufrollen, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel einfach als Kugellager ausgebildet sind, deren feste Innenringe über Zapfen181 ,182 ,183 in den Schenkeln36 und37 des Schlittenträgers gehaltert sind. - Diese drei Laufrollen pro Stahlzylinder zu beiden Seiten der Mittelebene, werden so in Bewegungsrichtung verteilt, daß die eine Rolle
132 zur Kraftsymmetrierung zwischen den beiden anderen Rollen131 ,133 , und zweckmäßig unten, sitzt. Diese Anordnung ergibt eine vorzügliche stabile und vor allem, hinsichtlich Montageaufwand günstige Möglichkeit, da diese Dreipunktauflage mit den Abrollpunkten171 ,172 ,173 kein Spiel haben muß. - Darüber hinaus wird eine langzeitige hohe Präzisionspositian für den Schlitten gewährleistet, sodaß man hiermit evtl. sogar Arbeiten ausführen kann, welche bisher nicht möglich erschienen sind. Die Schenkel
36 ,37 sind über ihre Länge zwischen je zwei der drei Laufrollen fest an die Tragplatte35 geschraubt (151 ), und diese ist ihrerseite mit der Arbeitsplatte33 verschraubt. - Die Teile
35 ,36 ,37 und33 können im verschraubten Zustand Bohrungen für hochgenaue Paßstifte153 erhalten, sodaß die Montageplatte und der Tragkörper35 bis37 eine genaue Position zueinander nach der Montage haben. Zwischen der Ebene130 und den Rotationsebenen e1, e2 der Laufrollen sind die Winkel ε1, ε2 eingezeichnet, die sich im allgemeinen symmetrisch zur Ebene130 liegen, d. h. ε1 = ε2 und die Achsen der Stahlzylinder auf ihre Länge schneiden. Die Rollwinkel ε1, ε2 kann man z.B. bei großer Gewichtsbelastung des Werkzeugträgers so gestalten, daß der Winkel zum Werkzeugträger hin größer wird, d.h. ε1 > ε2. Zweckmäßigerweise sind die beiden äußeren Kugelgelagerten Laufrollen131 ,132 auf der Seite zum Werkstückträger hin vorzusehen, und die untere dritte Gegenrolle132 wäre dann nur zur genaueren Führung, ohne große Belastung vorgesehen. (Im allgemeinen wird, wie im Ausführungsbeispiel der3 , eine symmetrische Anordnung der Rollenwinkel (ε1 = ε2) zur Ebene130 ausreichen.) Der Profilkörper hat hier eine Nut2 in der das Band läuft. Über ihr befindet sich für das rücklaufende Band keine Ausnehmung im Bereich des Profils, sondern eine Ausnehmung119 in der Tragplatte35 . - Die ganze Linearbewegung wird also auf drei Laufröllen (und zwar über Kugellager) geführt, wobei bei ausreichender Parallelität der Stahlzylinder eine problemlose, hochgenaue Führung erfolgt. Die Parallelität der zwei Stahlzylinder, die in gegenüberliegenden Nuten des profilierten Grundkörpers mindestens teilweise eingelassen sind, ermöglicht aber dort automatisch. ein solches Maß an Parallelität wie es die Genauigkeit des Grundkörpers eben aufweist. Dadurch, daß der ganze Schlit ten auf den Stahlzylindern abrollt, kann das Band oben in der kleinen Ausnehmung
119 des Schlittens30 noch Raum finden, sodaß der nötige Spielfreiraum zwischen dem Grundprofil und dem Tragkörper35 bis37 klein gestaltet werden kann. - Die Befestigungsbolzen
181 ,182 ,183 in den Schenkeln36 und37 weisen feststehenden Innenringe für die Laufrollen auf. - Wenn sehr lange Stäbe gebraucht werden, wird vorteilhaft ein Zahnriemen als Transportband genommen, dessen Zähne, schmäler als das Band, sind und somit nur in der Mitte des Bandes auf seiner Innenseite in der Nut
6 gleiten, wodurch das Band eine zusätzliche Führung erhält. Die Zahnung an sich dient zur exakteren Positionierung bzw. zur Vermeidung von Schlupf und unnötiger Reibung. - Die Umlenkrollen sind in Einheiten an den Enden des Stabes gelagert und gekapselt. Senkrecht zur Umlaufebene ragen koaxiale Antriebswellen aus diesen Kapseln heraus, auf die Motoren aufgesetzt werden können. Die Steuerung des Bandantriebs- und Schrittmotors erfolgt in üblicher Weise.
- In den Umlenkschalen, die zur Einsteckbefestigung formschlüssige Vorsprünge für Höhlungen des Stabprofils haben und die mit der Abdeckung die Kapsel oder einen Umlenkkasten bilden, sind zentral symmetrisch angeordnete Aus nehmungen mit abgestuften Böden und einer Wand sowie Seitenblöcken
96 und einer Abdeckung vorhanden. Die Umlenkrolle51 und die Nebenrolle52 sind in Linearrichtung in Lagern, die in den Blöcken96 jeweils angeordnet sind, distanziert, wobei die Umlenkrolle auf der Antriebsseite noch eine zusätzliche Ausnehmung aufweist, worin eine Antriebswelle läuft. - Wenn das Transportband
19 eine Innenverzahnung aufweist, wird die Umlenkrolle51 wegen der auf seinem Umfang angeordneten Zahnung im Durchmesser etwas größer, während die Umlenkrolle52 im Durchmesser verringert werden kann. Um das Transportband19 mit einer möglichst kleinen Krümmung laufen zu lassen, sollte der Radius der Umlenkrolle51 und der Radius der Nebenrolle52 zusammen mit dem Abstand ihrer Achsen senkrecht zur Bandtransportebene etwa der Höhe der Nut6 entsprechen, wobei die nötigen Sicherheitsabstände wegen Streifgefahr usw. einzuhalten sind. Ebenso sollte die Umlenkrolle51 inkl. des umlaufenden Bandes19 bis auf den nötigen Streifsicherheitsabstand an die Rückwand99 der Schale nahe herangerückt werden, und die Nebenrolle52 sollte von den stirnseitigen Enden des Grundkörpers1 einen kleinen Abstand einhalten. - Der oben erwähnte Abstand der Achszentren von
51 und52 ist durch den Abstand der Außenfläche11 zum Hohlraum2 im Stab-förmigen Grundkörper1 bestimmt. - Wenn das Transportband
19 durch seine Beschaffenheit eine besonders große Krümmung auf Lebensdauer aushält, können die Zentren der Umlenkrolle51 und der Nebenrolle52 in Stabrichtung mehr zueinander gerückt werden, weil sich dann ein größerer Umschlingungswinkel des Bandes auf der Umlenkrolle51 ergibt und damit die Rutschsicherheit des Bandes auf der Umlenkrolle51 erhöht wird, was insbesondere dann vorteilhaft sein kann, wenn keine Innenverzahnung dort vorgesehen ist.
Claims (12)
- Linearbewegungsvorrichtung, a) bei der ein Schlitten (
30 ) längs einer Geraden hin und her bewegbar ist, b) bei der der Schlitten (30 ) an Außenflächen (1.1 ) eines ortsfesten Grundkörpers (1 ), diesen umgreifend, geführt ist, c) und wobei zur Führung des Schlittens zwei parallele Stahlzylinder (121 ,122 ) außen am Grundkörper vorgesehen sind, die eine gemeinsame Mittelebene (130 ) aufweisen d1) bei der die Führung des Schlittens (30 ) mit Hilfe von Laufrollen, die im Schlitten räumlich verteilt sind, geschieht d2) und wobei drei Laufrollen in Längsrichtung eines Stahlzylinders so in Bewegungsrichtung verteilt sind, daß die eine Rolle (132 ) zwischen den beiden anderen (131 ,133 ) sitzt, e1) und daß jeweils lediglich drei in dem Schlitten integrierte zylindrische Laufrollen (131 ,132 ,133 ) an jedem Stahlzylinder geführt sind, e2) die auf jedem der Stahlzylinder (121 ,122 ) in gleicher Weise angeordnet, beiderseits der Mittelebene (130 ) abstützend laufen, f1) und wobei durch zwei Rotationsebenen (e1, e2) der drei Laufrollen (131 ,132 ,133 ) mit der Mittelebene (130 ) auf beiden Seiten der Mittelebene zwei Winkel (Rollwinkel ε1, ε2) gebildet werden; indem eine Rotationsebene (e1) von zwei Laufrollen (131 ,133 ) unter einem Winkel (ε1) zur Mittelebene (130 ) liegt, und die andere Rotationsebene (e2) der dritten Laufrolle (132 ) mit der Mittelebene (130 ) den anderen Winkel (ε2) bildet f2) Und wobei der eine Winkel (ε1) zum Werkzeugträger (Schlitten30 ) hin größer oder gleich dem anderen Winkel (ε2) ist. - Linearbewegungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (
1 ) von rechteckiger oder quadratischer Außenkontur und klappsymmetrischem Profil als stranggepreßter Aluminiumstab ausgebildet ist und die Stahlzylinder in Außenflächen, in Nuten des Profils eingelassen sind. - Linearbewegungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsebenen (e1, e2) Laufrollen (
131 ,132 ,133 ) durch die geometrische Achse jedes Stahlzylinders gehen und wobei ihre festen Achsen am Schlitten gehaltert sind. - Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Laufrolle ein. Kugellager aufweist, das über seinen Innenring auf einer festen Achse gehaltert ist.
- Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (
30 ) einen Tragkörper in einer das Profil des Grundkörpers umgreifenden Form, insbesonders in Form einer U-förmig profilierten Schiene aufweist, wobei die Außenflächen der U-Schiene (35 ,36 ,37 ) unmittelbar oder über zusätzliche Arbeitsplatten (33 ) mittelbar, zur Montage externer Arbeitselemente dienen. - Linearbewegungsvorrichtung, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet – dass an den Enden des stabförmigen Grundkörpers
1 ein flaches Transportband (19 ) über ortsfeste Umlenkrollen (51 ) umgelenkt wird, so dass es in zwei parallelen Ebenen gegensinnig bewegt wird, – und das Transportband an seinen beiden Enden mit dem Schlitten30 fest verbunden ist. - Linearbewegungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (
36 ,37 ) der U-Schiene innen die jeweils drei Laufrollen tragen, welche auf möglichst formschlüssig in gegenüberliegenden Nuten der Schmalseiten des Grundkörpers eintauchenden Stahlzylindern laufen. - Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der U-Schiene des Schlittens die leistenförmigen Schenkel (
36 ,37 ) mit der Basisplatte (35 ) in Längsrichtung so verschraubt sind, daß je eine Schraube zwischen je zwei Laufrollen vorgesehen ist. - Linearbewegungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Paßtifte (
153 ) Basisplatte (35 ) mit ihren Schenkeln (36 ,37 ) und mit der Arbeitsplatte (33 ) in ihrer Position zueinander sichern. - Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß im Grundkörper (
1 ) in der Mitte eine Linearbewegungseinheit (Pneumatikhubzylinder) zum Antrieb des Schlitten (30 ) vorgesehen ist, wobei das an den Enden des Grundkörpers umgelenkte Transportband (19 ) welches durch je eine Dichtung an jedem axialen Ende der Linearbewegungseinheit geführt ist, mit dem Arbeitshubelement der Linearbewegungseinheit an dessen beiden Seiten für bidirektionale Zugkräfte verbunden ist. - Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten auf rechtwinklig zueinanderliegenden Seitenlängsflächen des Grundkörpers geführt wird.
- Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlzylinder in Nuten des Grundkörpers durch Rhombusnutensteine befestigt sind, indem die zugehörigen Schrauben ganz in die Stahlzylinder quer eingelassen sind.
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