CN101839279B - 具有制动装置的线性引导装置 - Google Patents

Abstract

线性引导装置，该线性引导装置具有可纵向移动地布置在导轨(2)上且优选u形的引导滑车(1)，以及具有有效地布置在导轨(2)与引导滑车(1)之间的制动装置(3)，其中，设置有用于操作制动装置(3)的致动器(9)，其中，致动器(9)具有用于操作制动装置(3)的电活性聚合物(11)，该电活性聚合物(11)有效地布置在线性引导装置的纵轴上且包围导轨(2)。

Description

具有制动装置的线性引导装置

技术领域

本发明涉及一种具有制动装置的线性引导装置。如果例如由于停电或者为了将机械零件固定在确定的位置上而要对可纵向移动地布置在导轨上的引导滑车进行制动，则可以使用这种线性引导装置。

背景技术

长久以来就公知依据分类的类型的带有制动装置和/或夹紧装置的线性引导装置。因此EP0936366A2和DE102004053390A1公开了带有基本上呈H形的基体的线性引导装置，该基体的臂可以借助外部的力彼此远离弯曲或彼此收缩，以便结果产生用于邻接的夹紧块的夹紧力。

就这方面来说，EP0936366A2描述了一种用于线性引导装置的制动装置，该制动装置为了施加夹紧力一方面具有可被施加弹力的楔形滑件，该楔形滑件在其一方在基体的导轨上被引导并且可以借助于可液压或气动操作的活塞再次松开。另一方面，在该专利公开中，为了施加夹紧力而以压力致动器的形式提出电子机械的力变换器。最后，为了施加夹紧力而利用所谓的曲杆，该曲杆在一个调整方向上由蓄能器且在另一调整方向由能液压或气动操作的用于撤销夹紧力的工作活塞在制动块上施加作用或能在该制动块上施加作用，其中，蝶形弹簧、螺旋弹簧或充气弹簧可以应用作为蓄能器。

此外，作为夹紧装置，DE102004053390A1描述了一种磁性驱动的机械操作元件，该操作元件作用于夹紧元件。

此外公知线性引导装置，该线性引导装置具有基本上呈U形的基体(也称为承载体)，在该基体中，导轨被轴向地引导(DE29505080U1、DE19715014A1、DE102004044052A1、DE102006008403A1)。还是在该线性引导装置中，为了向布置在导轨两侧的制动块和夹紧块施加压力或者为了产生与借助夹紧弹簧施加到制动块或夹紧块上的预紧力相反的力，优选气动、液压、电磁和电动作用的系统。

在针对线性引导装置上的夹紧装置和/或制动装置的公知的技术解决方案具有如下共同点，即，这些解决方案在生产中相当复杂且成本高昂以及基于大量的单个构件而易发生故障并且因此需要密集维护。该夹紧装置和/或制动装置的结构大小也是问题，这是因为传统的制动装置和/或夹紧装置在线性引导装置上作为附加的构件添建在引导装置上或者旁边，并且因此需要附加的结构空间。如果例如将额外的夹紧座放置在导轨上，那么该夹紧座也许会限制能够使用的线性行程的长度。此外，在多数情况下，这种夹紧座的尺寸超过标准化的引导滑车的外部尺寸限界，并且因此不能或者仅在外围件的匹配很昂贵的情况下集成到系统中。通常由于结构空间给定条件(例如受限制的结构高度)根本不可能实现集成化。

此外，带有可气动或液压操作的制动装置和/或夹紧装置的线性引导装置不是针对每个使用领域都可应用的，因为例如以诸如压缩空气或者液压油的介质的必需供应是不能实现的或者不被期望的，例如针对在医疗设备(如X光机或电脑断层X光摄影装置)上可轴向移动的病人平躺装置(Patientenliegen)就是这种情况。

正是在可轴向移动的病人平躺装置中，越来越多地优选线性电气直接驱动装置，与常规的具有齿形皮带或者螺纹驱动装置的解决方案相比，该直接驱动装置具有动力学优点、结构空间优点和噪声优点，但是不具有在所选择的调整位置的自动制动。然而，既是出于安全原因也是出于操作原因(精确性)，在这种病人平躺装置中有必要存在驱动装置的自动制动方法和/或阻止该平躺装置继续运动的可能方案。因为在医疗领域，压缩空气和液压油的供应是不能实现的或不被希望的，于是有必要出现针对所述线性引导装置的电气操作的制动系统和/或夹紧系统。然而上述类型的现有电气系统复杂并且昂贵。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种依据权利要求1前序部分的特征的线性引导装置，该线性引导装置能够实现简单的结构。

根据本发明，通过根据权利要求1所述的线性引导装置来解决该任务。通过如下方式可以实现特别简单地构造的线性引导装置，即，致动器具有用于操作制动装置的电活性聚合物，该电活性聚合物有效地布置在线性引导装置的的纵轴上、呈u形地包围导轨。

在期刊“ThemaForschung2/2008”中出版的论文中对电活性聚合物做了详细的报告：

不带电动机的无声驱动装置可以通过固态致动器来实现，在该固态致动器中，功能材料通过电刺激而变形。不同于压电，电活性聚合物(EAP)可以实现约35％的延伸率。因此该电活性聚合物在调节行程和力上相应于自然的肌肉组织。用于大变形所需要的力通过静电场由电介质材料形成。借助于新型多层工艺技术，能够以针对各种应用(如触摸屏和流体运输系统)的任意形成的致动器布置生产可操作的叠式致动器。

数十年来，针对很小的行程运动使用逆压电效应(压电驱动装置)：通过将电压接到压电陶瓷的控制电极上使该压电陶瓷变形。虽然延伸率最大仅为材料厚度的0.1％，但对此具有非常高的力。与刚性的压电陶瓷相比，合成材料(聚合物)轻得多、更具柔性并且允许自由成型。同压电驱动装置一样，电活性聚合物通过电信号改变其形状。电活性聚合物依据其作用方式分为电子型和离子型电活性聚合物。

在第一类EAP中，通过电子传输实现变形。铁电聚合物如聚偏氟乙烯(PVDF)依据压电效应算作此类。嵌入长链的聚合物实现类似的效果，该聚合物的“阶梯式梁状结构(Leitersprossen)”通过电场来收缩。电介质的聚合物致动器形成非常鲁棒的等级，提供高效率和微秒范围的快速反应时间并且被静电激发。静电的弹性体致动器由在两个柔性电极之间的弹性电介质组成。通过将电压接到电极上，电介质由于彼此吸引的电荷而被压紧。迄今将两种材料种类用于电介质层：由丙烯酰基或者有机硅形成的软弹性聚合物膜。柔性电极可以在由石墨粉形成的薄层中实现。由于很小的可压缩性可以将弹性体的体积视为几乎恒定。基于弹性体的粘弹特性，致动器的控制特征曲线显示出滞后现象。弹性体可以直至约35％的厚度延伸变形，这相应于压电的50至100倍。与晶体和陶瓷相比，弹性体显示出非常高的击穿场强，比空气的30倍还要多，从而可以建立直至100kPa的高静电压。

为了限制电压，电介质的层厚度可以处于微米范围，从而尽管有很大的延伸率，仍然可以只实现很小的绝对偏移量。为了产生更大的运动或力，可以使用特殊的致动器布置。在滚动致动器(Rollenaktor)以及弯曲致动器中，充分利用垂直于电场的延伸。

替式致动器可以由很多彼此相叠地布置的致动器薄膜组成，致动器薄膜的电极可以交替平行地连接。致动器的面积确定可实现的力而层数确定绝对调节行程，从而致动器行程能够在毫米范围内。能够实现将很多单个叠式致动器集成在一个共同的联合体中。

本发明利用在该论文中所描述的电活性聚合物的特性，据此可以尤其在电介质的聚合物致动器中实现非常好的成型。通过使电活性聚合物呈u形地构造的方式，能够实现：用电活性聚合物覆盖线性引导装置的根据DIN(德国工业标准)标准化的引导滑车的完整横截面轮廓。这意味着，可以提供致动器的非常大的面积和因此非常高的操作力。尤其当大量的这种电介质的聚合物致动器一个接一个地连接时，即作为所谓的叠式致动器，也可以实现很高的调节行程。因此可以提供在引导滑车的纵向上非常有效的致动器，更确切地说是在标准化的引导滑车的横截面轮廓的内部。

在根据本发明的线性引导装置中，电活性聚合物的由于接上的电压而引起的压紧沿着线性引导装置的纵轴来实现，也就是说，电活性聚合物在线性引导装置的纵轴上有效。可看出基本的优点在于，在该轴线上可以在引导滑车的横截面轮廓的内部实现致动器的调节行程。

在纵轴上有效地布置的致动器能够以公知的方式邻接到制动装置上。制动装置能够以公知的方式具有传动机构，该传动机构的输入件可以由致动器来施加作用，而该传动机构的输出件对制动块进行操作，这些制动块有效地布置在引导滑车与导轨之间。

通过合适的传动比可以为根据本发明的致动器的调节行程分配制动块的垂直于导轨的调节行程。

优选实施为叠式致动器的致动器可以既接受压力又接受拉力。致动器优选在被预紧的状态下安装，其中，该预紧力可以通过弹簧的弹力或者还可以通过致动器自身的弹性特性来施加。

在根据本发明的改进方案中，叠式致动器通过大量的沿着线性引导装置的纵轴一个接一个地布置的平面致动器来形成。

在这种情况下，第一平面致动器在该序列中以固定于支架的方式(例如在引导滑车上或在制动装置的壳体上)得到支撑，而该序列的最后一个平面致动器可以作用在制动装置上。平面致动器具有弹性体薄膜，该弹性体薄膜在两侧设有电极。薄膜可以合乎需要地例如呈u形地成型。

在根据本发明的改进方案中，可以设置有用于合上制动装置的蓄能器(例如弹簧)，其中，根据本发明的用于合上制动装置的致动器可以被施加电压。在未施加电压的致动器中，延伸的电活性聚合物将弹簧保持在如下位置中，即，在该位置中例如制动块与导轨的制动轨道间隔开。致动器在这种情况下通过预紧的弹簧的弹力来被预紧。

在可供选择的根据本发明的改进方案中，在作用方向上被预紧的电活性聚合物中利用该电活性聚合物的预紧力来对制动装置进行操作。在这种情况下，依据目的的是，制动装置具有传动机构，该传动机构的输入件由被预紧的电活性聚合物铰接，其中，传动机构的输出件可以操作制动装置的制动块。在预紧力的作用下，制动块于是可以压向导轨的制动面。为了松开制动装置，根据本发明的致动器可以被施加电压，从而电活性聚合物被压紧，因此在导轨的纵向上变短。根据本发明的致动器的该调节行程可以通过合适的传动机构而被利用，以松开制动装置。因此在致动器上接上电压时，制动装置去激活。

代替u形的引导滑车，可以在根据本发明的改进方案中也设置完整地包围导轨的引导滑车，其中，导轨在这种情况下能够以圆柱形的方式构成。滑车在最简单的情况下能够实施为空心圆柱体。具有优点的根据本发明的制动装置也可以在这种改进的线性引导装置中以简单的方法和方式装入。在这种情况下，优选的电介质的聚合物可以呈圆环形地实施并且同样实施为叠式致动器。

这里所称的制动块也用于将引导滑车夹紧在导轨上。

附图说明

下面结合两个在共计10张图中绘出的实施例对本发明进行详尽阐述。其中：

图1以透视图示出根据本发明的线性引导装置，

图2示出图1中根据本发明的线性引导装置的截面图，

图3示出图1中根据本发明的线性引导装置的另一截面图，

图4示出根据图1的线性引导装置的纵向剖开的引导滑车的俯视图，

图5和6示出图3和4中的、但具有改变的工作位置的图示，以及

图7至10示出相应于图3至6的图示中的变型的根据本发明的线性引导装置。

具体实施方式

图1以透视图示出根据本发明的线性引导装置。引导滑车1可纵向移动地支承在导轨2上。作为支承可以设置滑动支承，但也可以设置滚动支承。

制动装置3邻接到引导滑车1的端侧上。该制动装置3有效地布置在导轨2与引导滑车1之间。如果制动装置3被激活，那么引导滑车被制动并保持在制动位置上。

呈u形构造的引导滑车1具有一个背部4以及两个臂5，其中，臂5中的每一个邻接到背部4的纵向侧上。引导滑车1以这两个臂5包围导轨2。

制动装置3布置在引导滑车1的外部尺寸限界的内部，更确切地说是在沿着导轨2的方向上。引导滑车的结构在成型轨引导装置中已标准化。根据本发明的制动装置3适应该标准，其中，确保引导滑车的截面轮廓或外部尺寸限界不被制动装置越过。

由图1得知，制动装置3具有呈u形的壳体6，该壳体6具有一个背部7和两个邻接到背部7的纵向侧上的臂8，从而制动装置3以其呈u形的壳体6包围导轨2。

图2示出图1中的制动装置3的截面图。在制动装置3的壳体6的内部设置有用于操作制动装置3的致动器9。致动器9在本实施例中实施为平面致动器10，在该致动器10中以公知的方式通过在两侧装有电极的弹性体薄膜形成电介质的电活性聚合物11。大量的这种电介质的电活性聚合物11沿着引导滑车2一个接一个地布置。

在图2中绘出的平面致动器10呈u形地构造并且具有一个背部14以及两个一体式地邻接到背部14上的臂15。在这里示出所述电介质的电活性聚合物11的优点，该电介质的电活性聚合物11可以在几乎任何轮廓中被提供。在本实施例中，电活性聚合物11的轮廓近似相应于引导滑车1的轮廓，从而电活性聚合物11基本上填满引导滑车1的整个横截面。平面致动器10的面积越大，可以在致动器9的作用方向上施加的力就越大。沿着导轨2一个接一个地布置的平面致动器10的数目越大，致动器9所提供的调节行程就可以越大。在很多应用中，在导轨的纵向上存在足够的空间，从而可以毫无问题地安置制动装置3。

此外在本实施例中，制动装置3具有用于压向制动轨道13的制动块12，该制动轨道13在导轨2上被构造在该导轨2的纵向侧上。

图3和4示出带有松开的制动装置3的根据本发明的线性引导装置。这意味着，制动块12没有压向导轨2的制动轨道13。

在图4中清晰可见的是，致动器9由大量的沿着导轨2一个接一个地布置的平面致动器10形成。第一平面致动器10支撑在制动装置3的壳体6上。致动器9的最后一个平面致动器10邻接到曲杆传动机构16上。曲杆传动机构16的输入件17可以由致动器9来施加作用，其中，输入件17的位移通过曲杆18引起曲杆传动机构16的输出件19的位移。制动块12邻接到输出件19上。

输入件17沿着导轨2的纵轴的调节行程通过曲杆传动机构16转变成制动块12垂直于导轨2的纵轴的调节行程。

图3和4示出带有去激活的制动装置3的根据本发明的线性引导装置。图5和6示出带有激活的制动装置3的根据本发明的线性引导装置。

由图6清楚得知，致动器9被压紧。这种压紧是致动器9被施加电压的结果。由于该电压，单个平面致动器10在导轨2的纵向上被压紧，其中，总的压紧行程通过平面致动器10的数目与这些平面致动器10的相应压紧行程的乘积来形成。

因此，曲杆传动机构16的输入件17也在导轨2的纵向上产生位移，从而通过曲杆18实现曲杆传动机构16的输出件19垂直于导轨2的纵轴的调节行程。输出件19的该调节行程由压力弹簧20的弹力支持，该压力弹簧20一侧支撑在壳体6上而另一侧在朝向导轨2的方向上向着输出件19施加弹力。制动装置3的制动力在本实施例中由压力弹簧20的弹力来确定。

在图4和6的对照中清楚的是，曲杆18在不同偏移的位置上相应地引起输出件19的不同位置。

如果电压从致动器9上去除，那么单个平面致动器10在导轨2的纵轴方向上延伸，更确切地说是与压力弹簧20的弹力相反地延伸。

此外，成序列地一个接一个地布置的平面致动器10的数目取决于致动器9的所期望的调节行程。

在图7至10中绘出的可供选择的根据本发明的实施方式基本上通过如下方式区别于前面描述的实施例，即，制动力由致动器9来施加，而在前面描述的实施例中制动力由压力弹簧来产生。

不同于上面描述的实施例，在该可供选择的根据本发明的线性引导装置中设置有改变的曲杆传动机构21。输入件22可以由致动器9如同前面已经描述的那样来操作。输入件22的调节行程通过曲杆23传输到翻转杆24上，其中，曲杆23作用于翻转杆24的端部，并且其中，制动块12邻接到翻转杆24的对置的端部上。在这两个端部之间布置翻转杆24的翻转轴。

两个图7和9的对照清楚示出：在致动器9被施加电压的情况下，翻转杆24围绕翻转轴翻转，其中，制动块12从制动轨道13上抬起。图8示出在接上电压的情况下被压紧的致动器9。图10示出未被压紧的、但被预紧的致动器9。

在致动器9未被施加电压的情况中，制动块12向着制动轨道13施加弹力，其中，对此需要的制动力由在导轨2的纵向上被预紧的致动器9产生。在该致动器9的预紧力之下，致动器9压向曲杆传动机构21的输入件22，从而翻转杆24以其承载制动块12的端部向导轨2的制动轨道13翻转。

代替在这两个实施例中描述的曲杆传动机构，也可以设置其它的传动机构，该传动机构将致动器9的调节行程转变成制动块12的调节行程。

在这两个实施例中，平面致动器10也呈u形地构造，从而覆盖尽可能大的横截面积，以便实现由大量的平面致动器10形成的致动器9的尽可能大的力。

附图标记列表：

1引导滑车

2导轨

3制动装置

4背部

5臂

6壳体

7背部

8臂

9致动器

10平面致动器

11电活性聚合物

12制动块

13制动轨道

14背部

15臂

16曲杆传动机构

17输入件

18曲杆

19输出件

20压力弹簧

21曲杆传动机构

22输入件

23曲杆

24翻转杆

Claims (5)

1.线性引导装置，具有以可纵向移动的方式布置在导轨(2)上的截面呈u形的引导滑车(1)，并且具有有效地布置在所述导轨(2)与所述引导滑车(1)之间的制动装置(3)，该制动装置邻接到所述引导滑车(1)的端侧上，制动装置具有呈u形的壳体(6)，其中，壳体(6)内部设置有用于操作所述制动装置(3)的致动器(9)，其特征在于，所述致动器(9)具有用于操作所述制动装置(3)的电活性聚合物(11)，所述电活性聚合物(11)有效地布置在所述线性引导装置的纵轴上且包围所述导轨(2)，其中所述电活性聚合物(11)基本上填满所述引导滑车(1)的横截面，并且所述电活性聚合物被实施为呈u形地构造的平面致动器(10)，在所述平面致动器(10)中，弹性体薄膜在两侧设有电极，

其中，设置有布置在所述引导滑车(1)的两个臂(5)与所述导轨(2)之间的制动块(12)；并且所述制动装置(3)具有传动机构，所述传动机构的输入件(17、22)能够被所述致动器(9)施加作用，并且所述传动机构的输出件(19)操作所述制动块(12)；并且为所述致动器(9)的沿着所述线性引导装置的纵轴的调节行程分配所述制动块(12)的垂直于所述导轨(2)的调节行程。

2.根据权利要求1所述的线性引导装置，其特征在于，大量的平面致动器(10)成序列地沿着所述线性引导装置的所述纵轴布置。

3.根据权利要求2所述的线性引导装置，其特征在于，所述序列的第一个平面致动器(10)以固定于支架的方式得到支撑，并且其中，所述序列的最后一个平面致动器(10)作用在所述制动装置(3)上。

4.根据权利要求1所述的线性引导装置，其特征在于，设置有用于合上所述制动装置(3)的蓄能器和用于打开所述制动装置的所述致动器(9)。

5.根据权利要求1所述的线性引导装置，其特征在于，所述电活性聚合物是电介质。