DE69715683T2

DE69715683T2 - Linearantriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE69715683T2
Application number: DE69715683T
Authority: DE
Inventors: Sune Andreasson
Original assignee: WARNER ELECTRIC KRISTIANSTA AB
Current assignee: Tollo Linear AB
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2017-07-10
Also published as: US6301983B1; EP0993568A1; DE69715683D1; EP0993568B1; WO1999002892A1; AU3871797A

Description

Die vorliegende Erfindung, wie sie in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche 1 bzw. 3 definiert ist, betrifft eine Vorrichtung in Linearantrieben vom Typ mit einer offenen oder einer Hohlprofil-Schiene, auf der bzw. in der ein Schlitten zwecks einer Bewegung in Richtung der Längsachse der Schiene mit Hilfe einer drehbaren Gewindespindel geführt ist, die in Gewindeeingriff mit dem Schlitten steht.
Im Speziellen betrifft die Erfindung eine Vorrichtung in Linearantrieben vom Typ mit einer Schraubenstütze auf wenigstens einer Seite des Schlittens, wobei die Schraubenstütze derart ausgebildet ist, dass sie ein Lager zum Stützen der Spindel zwischen den Stützpunkten an den Spindelenden darstellt.
Eine solche Vorrichtung in Linearantrieben in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3 ist aus DE 41 20 500 C1 bekannt.
Eine derartige Schraubenstütze ist vorgesehen, um zu verhindern, dass die Gewindespindel, für gewöhnlich eine kugelgelagerte Schraube, sich beim Erreichen einer sogenannten kritischen Drehzahl verbiegt oder nach außen krümmt. Eine derartige Auswärtskrümmung hängt von der Länge und der Drehgeschwindigkeit der Spindel ab. Der kritische Wert wird früher erreicht, wenn die Spindel besonders lang und/oder die Drehgeschwindigkeit hoch ist verglichen mit dem Fall einer kurzen Spindel oder geringer Drehgeschwindigkeit.
In Linearantrieben von beträchtlicher Länge, die eine lange Spindel aufweisen, die bei relativ hohen Drehzahlen betrieben wird, ist es möglich, die angesprochene Auswärtskrümmung der Spindel zu verhindern, indem ein oder mehrere Stützlager in Form der genannten Schraubenstützen verwendet werden. Um Bewegungen des Schlittens von einem Ende des Linearantriebs zum anderen Ende zuzulassen, sind verschiedene technische Lösungen vorgeschlagen worden, bei denen der Schlitten im Verlauf seiner Bewegung eine Schraubenstütze von einer ausgewählten Stützstelle längs der Spindel mitführt und diese anschließend bei seiner Rückbewegung freigibt und an derselben Stützstelle zurücklässt. Bislang bekannte Verriegelungsmittel zum Verbinden von Schlitten und Schraubenstützen leiden jedoch unter dem Nachteil unnötiger Kompliziertheit und unterliegen darüber hinaus unnötig starker Abnutzung während der Translationsbewegungen der Schraubenstütze durch den Schlitten, was oft zu einer unbefriedigenden Zuverlässigkeit beim Betrieb des Linearantriebs führt. Normalerweise sind die Raumerfordernisse der Verriegelungsmittel auf einer oder beiden Seiten des Linearantriebs derart gegeben, dass die Gefahr besteht, dass die Schraubenabstützung sich an den Einrichtungen in der Nähe des Linearantriebs verkeilt, wobei eine derartige Situation ebenfalls die Zuverlässigkeit beim Betrieb des Linearantriebs beeinträchtigt und in der Folge zu Betriebsstörungen führen kann.
Die Erfindung schafft eine Vorrichtung, mit der Schraubenstützen durch den bewegten Schlitten mitgeführt und an vorbestimmten Stellen längs der Spindel befestigt werden können, wobei die Vorrichtung eine einfache Struktur aufweist und ein Minimum an Raum beansprucht, wobei gleichzeitig die Bestandteile der Vorrichtung einem Minimum an Verschleiß ausgesetzt sind, wodurch der Vorrichtung ein beachtliches Maß an Zuverlässigkeit im Betrieb verliehen wird. Die kennzeichnenden Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden detaillierter anhand der anliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Schraubenstütze und eines Teils eines Schlittens, die voneinander getrennt dargestellt sind und Verriegelungsmittel aufweisen, die in Übereinstimmung mit einer Ausgestaltung der Erfindung ausgebildet sind;
Fig. 2 eine ebensolche Darstellung dieser Teile in verriegelter Stellung;
Fig. 3-6 schematische Darstellungen der Funktion der Verriegelungsmittel;
Fig. 7 eine abgebrochene Draufsicht auf die Spindel als Bestandteil des Linearantriebs, die außerdem schematisch den Schlitten mit einer Schraubenstütze auf jeder Seite zeigt;
Fig. 8 eine Darstellung vergleichbar der Fig. 7 jedoch mit einem Schlitten, der auf jeder Seite ein Paar Schraubenstützen aufweist;
Fig. 9-11 eine Darstellung des Schlittens und der Schraubenstützen in Übereinstimmung mit Fig. 8 in unterschiedlichen Stellungen und
Fig. 12 eine Fig. 1 vergleichbare Darstellung des Schlittens und einer Schraubenstütze, die jedoch Verriegelungsmittel in Übereinstimmung mit einer anderen Ausgestaltung aufweisen.
Fig. 1 zeigt einen Teil eines Schlittens 1 und einer Schraubenstütze 2. Der Schlitten 1 steht in Gewindeeingriff mit einer Gewindespindel 3, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nur in Fig. 7 und 8, nicht aber in Fig. 1 dargestellt ist. Die Spindel 3 verläuft frei durch die Schraubenstütze 2, die als Lager zum Stützen der Spindel 3 fungiert. Der Schlitten 1 und die Schraubenstütze 2 sind zum Bewegen in einer Hohlprofil-Schiene ausgebildet, die ebenfalls aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
Der Schlitten 1 und die Schraubenstütze 2 weisen zusammenwirkende Verriegelungsmittel auf. Die Verriegelungsmittel des Schlittens bestehen in Übereinstimmung mit einer Ausgestaltung der Erfindung aus einem Verbindungsstab 4, der in Längsrichtung der Spindel 3 aus dem Schlitten 1 hervorspringt und an seinem freien Ende eine Arretierscheibe 5 trägt. Gemäß dieser Ausgestaltung bestehen die Verriegelungsmittel der Schraubenstütze 2 aus einem Kipphebel 6, der an einer Seite der Schraubenstütze 2 angeordnet und schwenkbar mit einem Blockierarm 7 verbunden ist, wobei letzterer in seiner Längsrichtung und quer zur Schraubenstütze 2 beweglich ist und einen Haltebereich 8 aufweist. Aufgrund zweier Druckfedern 9, die jeweils eine Platte 10 in Anlage an den Hebelarm 6 drängen, ist dieser bestrebt, eine seiner Endstellungen, d. h. entweder eine geöffnete Stellung oder eine geschlossene Stellung einzunehmen.
Die Funktion der Verriegelungsmittel wird im folgenden anhand der Fig. 3-6 erläutert. Fig. 3 zeigt eine Stellung, in der die Schraubenstütze 2 mittels eines stationären Widerlagers 11 in einer festen Stellung seitlich der Bewegungsbahn des Schlittens 1 gehalten ist. In diesem Fall befinden sich der Kipphebel 6 und der Blockierarm 7 in der geöffneten Stellung. Der Schlitten 1 wird in Richtung des Pfeils 12 bewegt und nähert sich so der Schraubenstütze 2. Sobald der Schlitten 1 die Schraubenstütze 2 erreicht (vergleiche Fig. 4) tritt die Arretierscheibe 5 durch eine Einkerbung 13 des Blockierarms 7, wie in Fig. 1 und 2 zu sehen. Wenn der Schlitten anschließend die Schraubenstütze 2 bei seiner fortgesetzten Bewegung in dieselbe Richtung mitführt, zwingt das stationäre Widerlager 11 den Kipphebel 6 aus seiner geöffneten in seine geschlossene Stellung. In der Folge nimmt der Haltebereich 8 am Blockierarm 7 eine Stellung hinter der Arretierscheibe 5 in Bewegungsrichtung ein. Auf diese Weise sind der Schlitten 1 und die Schraubenstütze 2 miteinander verbunden.
Beim Erreichen einer Endstellung auf dem Linearantrieb kehrt sich die Bewegungsrichtung des Schlittens 1 um, so dass sich dieser in Richtung des Pfeils 14 bewegt (vergleiche Fig. 5) und folglich die Schraubenstütze 2 bei seiner umgekehrten Bewegung mittels des Verbindungsstabs 4 und der Arretierscheibe 5 mitführt. Sobald der Schlitten 1 und die Schraubenstütze 2 erneut das stationäre Widerlager 11 passieren (vergleiche Fig. 6), zwingt ihre Vorbeibewegung den Kipphebel 6 zurück in die geöffnete Stellung. Die Arretierscheibe 5 kann sich erneut durch die Einkerbung 13 bewegen, und der Schlitten 1 setzt seine Bewegung in Richtung des Pfeils 14 fort, wohingegen die Schraubenstütze 2 durch das Widerlager 11 gehalten wird und in dieser festen Stellung erneut als Stützlager für die Spindel 3 fungiert, bis der Schlitten erneut seine Bewegung umkehrt und der vorstehend beschriebene Ablauf sich wiederholt.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde vorstehend durch Beschreibung des Zusammenwirkens des Schlittens 1 mit lediglich einer Schraubenstütze 2 erläutert. Fig. 7 und 8 zeigen dagegen Ausgestaltungen, die für Anwendungen in der Praxis geeignet sind. So zeigt Fig. 7 die Spindel 3, die sich zwischen den Lagerpunkten 15, 16 an den beiden Spindelenden erstreckt, sowie den Schlitten 1 mit zwei Schraubenstützen 17, 18, die jeweils auf einer Seite des Schlittens 1 angeordnet sind. In diesem Fall weist auch der Schlitten 1 auf beiden Seiten einen Verbindungsstab 4 mit einer Arretierscheibe 5 auf. Ein einzelnes stationäres Widerlager 19, das vorzugsweise mittig bezüglich der Spindel 3 angeordnet ist, wirkt mit beiden Schraubenstützen 17, 18 zusammen. Eine der Sdhraubenstützen - Schraubenstütze 18 in der Stellung gemäß Fig. 7 - ist jeweils am Widerlager 19 festgelegt, wohingegen die andere Schraubenstütze - im vorliegenden Fall Schraubenstütze 17 - durch den Schlitten 1 mitgeführt ist. Sobald der bewegte Schlitten 1 mit der Schraubenstütze 18 in Kontakt tritt, wird diese vom Widerlager 19 freigegeben, und sobald der Schlitten 1 das Widerlager 19 passiert hat, wird die Schraubenstütze 17 durch das Widerlager gefangen, vom Schlitten 1 gelöst und festgelegt, wohingegen der Schlitten 1 seine Bewegung fortsetzt und dabei die Schraubenstütze 18 vor sich herbewegt. In jeder Stellung des Schlitten 1 längs der Spindel 3 besitzt diese folglich ein mittig angeordnetes Stützlager, das ein Auswärtskrümmen der Spindel verhindert.
Im Fall langer Spindeln kann es angebracht sein, ein Paar Schraubenstützen 20, 21 bzw. 22, 23 auf beiden Seiten des Schlittens 1 vorzusehen, wie in Fig. 8 gezeigt. Wie der Schlitten 1 sind auch die Schraubenstützen 21, 22, die dem Schlitten 1 am nächsten sind, mit Verbindungsstäben 24 bzw. 25 und Arretierscheiben 26 bzw. 27 ausgestattet. Nach dieser Ausgestaltung sind Widerlager 28, 29 vorgesehen, von denen sich jeweils eins auf einer Seite der Spindel 3 befindet.
Um den funktionellen Ablauf möglichst einfach anhand der Ausgestaltung in Fig. 8 zu beschreiben, wird auf Fig. 9-11 verwiesen. Die Spindel 3 ist in drei Drittel unterteilt gedacht, die Widerlager 28, 29 sind dabei in einem Abstand von dem entsprechenden Spindelende angeordnet, der einem Drittel der Länge der Spindel 3 entspricht.
In Übereinstimmung mit Fig. 9 befindet sich der Schlitten in einer linksseitigen Stellung und bewegt sich nach rechts in Richtung des Pfeils 30. Unter diesen Umständen führt der Schlitten die Schraubenstütze 22 bei seiner Bewegung mit, während diese wiederum die Schraubenstütze 23 mitnimmt. Sobald der Schlitten die Schraubenstütze 21 erreicht, wird deren Verbindung mit dem Widerlager 29 gelöst, während zur gleichen Zeit ein Verbinden mit dem Schlitten 1 erfolgt. Die Schraubenstütze 22 passiert das Widerlager 29 ungehindert, wohingegen die Schraubenstütze 23 von der Schraubenstütze 22 gelöst und am Widerlager 29 festgehalten wird. Der Schlitten 1 setzt seine Bewegung in der in Fig. 10 gezeigten Weise fort, d. h. mit einer Schraubenstütze 21 vor und einer Schraubenstütze 22 hinter sich. Sobald der Schlitten 1 das Widerlager 28 erreicht, wird die Schraubenstütze 20 entsprechend von letzterem gelöst, während sie zugleich mit der Schraubenstütze 21 verbunden wird, die das Widerlager 28 ungehindert passiert, und die Schraubenstütze 22 wird vom Schlitten 1 gelöst und am Widerlager 28 festgehalten. Wie anhand von Fig. 11 deutlich wird, setzt der Schlitten 1 anschließend seine Bewegung fort und führt dabei an seiner Vorderseite die Schraubenstützen 20, 21 mit, während die Schraubenstützen 22 bzw. 23 an den Widerlagern 28 bzw. 29 befestigt sind und auf diese Weise Stützlager für die Spindel 3 an der entsprechenden Stelle bilden.
In Fig. 12 sind der Schlitten 1 und die Schraubenstütze 2 mit anders ausgebildeten Verriegelungsmitteln gezeigt. In diesem Fall weist der Schlitten 1 eine Platte 31 auf, die eine Ausnehmung besitzt, durch die ein Kantenbereich 32 mit einer hinteren Kantenfläche 33 gebildet wird, die von der Schraubenstütze 2 weggewandt ist. Die Schraubenstütze 2 besitzt einen Kipphebel 34, der ebenso wie der Kipphebel 6 in Fig. 1 und 2 durch Federmittel 9 vorgespannt ist und eine Platte 10 in Anlage an den Kipphebel 34 drängt. Anders als der Kipphebel 6 weist der Kipphebel 34 ein Hakenteil 35 auf, das bei Betätigung durch die Federmittel 9 hinter der hinteren Kantenfläche 33 einrastet und so den Schlitten 1 und die Schraubenstütze 2 verbindet. Der Kipphebel 34 wirkt außerdem auf die gleiche Weise wie Kipphebel 6 mit einem stationären Widerlager zusammen, das seitlich des Linearantriebs angeordnet ist.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen und gezeigten Ausgestaltungen beschränkt, sondern kann auf vielfältige Weise im Rahmen der beigefügten Ansprüche verändert werden. Beispielsweise muss der Schlitten 1 nach der Ausgestaltung der Fig. 12 nicht mit einer Platte 31 ausgestattet sein, sondern eine seiner Wände kann eine Ausnehmung aufweisen, durch die eine entsprechende hintere Kantenfläche gebildet ist, in die das Hakenteil 35 eingreift. An Stelle einer Ausnehmung kann der Blockierarm 7 einen hervorstehenden (eingedrückten) Bereich aufweisen, der hinter die Arretierscheibe 5 gebracht wird, nachdem diese sich über den Blockierarm 7 hinweg (unter dem Blockierarm 7 hindurch) bewegt hat.
Die Erfindung ist ebenfalls nicht auf die beschriebenen Ausgestaltungen mit einer, zwei oder vier Schraubenstützen beschränkt, sondern funktioniert ebensogut mit einer größeren Anzahl von Schraubenstützen, beispielsweise mit sechs derartigen Stützen.

Claims

1. Vorrichtung in Linearantrieben mit einer offenen Schiene oder einer Hohlprofil-Schiene, auf bzw. in der ein Schlitten (1) zum Bewegen in Längsrichtung der Schiene mit Hilfe einer drehbaren Gewindespindel (3) geführt ist, die mit dem Schlitten (1) in Schraubeingriff steht, wobei sich die Spindel frei durch eine Schraubenstütze (2, 17, 18, 20, 21, 22, 23) an mindestens einer Seite des Schlittens (1) erstreckt, wobei die Schraubenstütze (2, 17, 18, 20, 21, 22, 23) so angeordnet ist, dass sie als Lager dient, durch das die Spindel (3) zwischen an den Enden der Spindel (3) befindlichen Stützstellen (15, 16) gestützt ist, wobei der Schlitten (1) und die Schraubenstütze (2, 17, 18, 21, 22) mit zusammenwirkenden Verriegelungsmitteln (4, 5, 6, 7, 8) versehen sind, die zum Verbinden des Schlittens (1) und der Schraubenstütze (2, 17, 18, 21, 22) derart angeordnet sind, dass sie miteinander in Eingriff gelangen, sobald der Schlitten (1) während seiner Bewegung aufgrund der Drehung der Spindel (3) die Schraubenstütze (2, 17, 18, 21, 22) erreicht und beginnt, diese in seiner Bewegung mitzuführen, und wobei Mittel (11, 19, 28, 29) so angeordnet sind, dass der Schlitten (1) bei Rückwärtsbewegung des Schlittens (1) und der Schraubenstütze (2, 17, 18, 21, 22) in verriegeltem Zustand von der Schraubenstütze (2, 17 18, 21, 22) lösbar ist, wenn der Schlitten und die Schraubenstütze (2, 17, 18, 21, 22) die Mittel (11, 19, 28, 29) passieren, und dass gleichzeitig die Schraubenstütze (2, 17, 18, 21, 22) in der Stellung sicherbar ist, die sie erreicht hat, nachdem sie durch den Schlitten derart verschoben worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsmittel des Schlittens (1) aus einer Verbindungsstange (4) bestehen, die in Längsrichtung der Spindel (3) aus dem Schlitten (1) herausragt und an ihrem freien Ende eine Arretierscheibe (5) trägt, und dass die Verriegelungsmittel der Schraubenstütze (2, 17, 18, 20, 21, 22, 23) aus einem Schwinghebel (6) bestehen, der an einer Seite der Schraubenstütze angeordnet und mit einem Blockierarm (7) schwenkbar verbunden ist, wobei der Arm in seiner Längsrichtung quer zur Schraubenstütze (2, 17, 18, 20, 21, 22, 23) verschiebbar und mit einem Haltebereich (8) ausgebildet ist, dass die Arretierscheibe (5) der Verbindungsstange (4) zum Verbinden des Schlittens (1) und der Schraubenstütze derart angeordnet ist, dass sie sich bei Bewegung des Schlittens (1) in eine Stellung neben die Schraubenstütze (2, 17, 18, 21, 22) am Haltebereich (8) des Blockierarms (7) vorbei bewegt, und dass der Kipphebel (6) so angeordnet ist, dass er bei der fortgesetzten gleichgerichteten Bewegung des Schlittens (1) und der Schraubenstütze (2, 17, 18, 20, 21, 22, 23) den Blockierarm (7) in dessen Längsrichtung in eine Stellung bewegt, in der der Haltebereich (8) in Bewegungsrichtung gesehen hinter der Arretierscheibe (5) gehalten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein seitlich der Bewegungsbahn des Schlittens (1) angeordnetes und mit dem Kipphebel (6) zusammenwirkendes Widerlager (11, 19, 28, 29), das durch seine Anordnung bewirkt, dass der Kipphebel (6) den Haltebereich (8) des Blockierarms (7) in eine Verriegelungsstellung hinter der Arretierscheibe (5) verschiebt, wenn sich der Schlitten in Anlage an die Schraubenstütze (2, 17, 18, 20, 21, 22, 23) bewegt und diese in seiner Bewegung mitführt, und dass es bei der gemeinsamen Bewegung des Schlittens (1) und der Schraubenstütze (2, 17, 18, 20, 21, 22, 23) in die entgegengesetzte Richtung und am Widerlager (11, 19, 28, 29) vorbei bewirkt, dass der Kipphebel (6) den Blockierarm (7) in die Freigabestellung verschiebt, d. h. in eine Stellung, die es der Arretierscheibe (5) ermöglicht, sich am Haltebereich (8) vorbei zu bewegen, um den Schlitten (1) von der Schraubenstütze (2, 17, 18, 20, 21, 22, 23) zu lösen, während es gleichzeitig die Schraubenstütze über den Kipphebel (6, 34) festhält und als Anschlagmittel dient, das eine weitere Bewegung dieser verhindert.

3. Vorrichtung in Linearantrieben mit einer offenen Schiene oder einer Hohlprofil-Schiene, auf bzw. in der ein Schlitten (1) zum Bewegen in Längsrichtung der Schiene mit Hilfe einer drehbaren Gewindespindel (3) geführt ist, die mit dem Schlitten (1) in Schraubeingriff steht, wobei sich die Spindel frei durch eine Schraubenstütze (2, 17, 18, 20, 21, 22, 23) an mindestens einer Seite des Schlittens (1) erstreckt, wobei die Schraubenstütze (2, 17, 18, 20, 21, 22, 23) so angeordnet ist, dass sie als Lager dient, durch das die Spindel (3) zwischen an den Enden der Spindel (3) befindlichen Stützstellen (15, 16) gestützt ist, wobei der Schlitten (1) und die Schraubenstütze (2, 17, 18, 21, 22) mit zusammenwirkenden Verriegelungsmitteln (4, 5, 6, 7, 8) versehen sind, die zum Verbinden des Schlittens (1) und der Schraubenstütze (2, 17, 18, 21, 22) derart angeordnet sind, dass sie miteinander in Eingriff gelangen, sobald der Schlitten (1) während seiner Bewegung aufgrund der Drehung der Spindel (3) die Schraubenstütze (2, 17, 18, 21, 22) erreicht und beginnt, diese in seiner Bewegung mitzuführen, und wobei Mittel (11, 19, 28, 29) so angeordnet sind, dass der Schlitten (1) bei Rückwärtsbewegung des Schlittens (1) und der Schraubenstütze (2, 17, 18, 21, 22) in verriegeltem Zustand von der Schraubenstütze (2, 17 18, 21, 22) lösbar ist, wenn der Schlitten und die Stütze die Mittel (11, 19, 28, 29) passieren, und dass gleichzeitig die Schraubenstütze (2, 17, 18, 21, 22) in der Stellung sicherbar ist, die sie erreicht hat, nachdem sie durch den Schlitten derart verschoben worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsmittel des Schlittens (1) durch einen Kantenbereich (32) gebildet sind, der eine hintere Kantenfläche (33) aufweist, die der Schraubenstütze (2) abgewandt ist, und dass die Schraubenstütze (2) mit einem Kipphebel (34) versehen ist, der ein Hakenteil (35) aufweist, das derart angeordnet ist, dass es als Reaktion auf Federbetätigung in eine Stellung hinter der hinteren Kantenfläche (33) einrastet, um den Schlitten (1) und die Schraubenstütze (2) zusammenzuhalten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (1) an seiner der Schraubenstütze (2) zugewandten Seite mit einer Platte (31) ausgebildet ist, die einen die hintere Kantenfläche (33) umfassenden Kantenbereich (32) aufweist.