DE10106598A1 - Linearmanipulatoreinheit - Google Patents

Linearmanipulatoreinheit

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Linearmanipulatoreinheit, die einen ersten Körper (11) umfaßt, der zwei Linearlager (16) trägt. Letztere sind frontal gegenüber einem fluidbetätigten Linearaktuator (19) angeordnet. Ein zweiter Körper (12) trägt longitudinal zwei Führungsstäbe (29), die mit den Linearlagern (29) gekoppelt sind und die Bewegungen des einen Körpers auf dem anderen ermöglichen. Der Linearaktuator (19) ist mit dem zweiten Körper (12) verbunden. Die Führungsstäbe (29) befinden sich am Rand von zwei parallelen elastisch aufspreizbaren Schenkeln (26), die an den zweiten Körper (12) angeformt sind und die Führungsstäbe (29) tragen. Zwischen den Führungsstäben (29) ist eine Einstellstange (31) angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Linearmanipulator­ einheit mit einem feststehenden Körper, einem beweglichen Körper, der auf dem Gehäuse geführt und hin- und herbeweg­ bar ist, wobei Lager zwischengeschaltet sind, mit minde­ stens einem fluidgespeisten Linearaktuator, welcher die Hin- und Herbewegung des beweglichen Körpers auf dem feststehenden Körper erzeugt, und mit einem Greifmittel, welches an einer endständigen Fläche des beweglichen Körpers angebracht ist.
Es sind Linearmanipulatoreinheiten der oben angesprochenen Art bekannt, auch solche, wie sie in einem früheren Patent der Anmelderin beschrieben sind und welche extrudier­ te Profilteile aufweisen, die leicht sind und einfach zusammenzubauen sind. Diese Manipulatoren haben die Vorzüge, daß sie kompakt sind, zuverlässig arbeiten, sowohl in horizontaler Ausrichtung als auch in verti­ kaler Ausrichtung eingesetzt werden und daß sie zum Einsatz mit einer Einheit verbunden werden können, welche unter­ schiedliche Geometrien und Leistungen aufweisen kann.
Die vorliegende Erfindung ist generell darauf gerichtet, eine neue, fortschrittliche Linearbewegungseinheit zu schaffen, die verbessert ist bezüglich der Verbindung ihrer Bauteile, bezüglich der Führung und des Laufens des beweglichen Körpers bezüglich des feststehenden Körpers und bezüglich der Vorgabe und/oder Korrektur und/oder des Wiedererreichens der Spiele.
Die Erfindung betrifft auch die Schaffung von Linearlagern mit Kugelumlauf, welche eine neue Geometrie aufweisen und nicht nur vorteilhaft in Linearmanipulatoreinheiten verwendbar sind sondern auch in anderen Anwendungen.
Die erfindungsgemäßen Ziele und die ersichtlichen Vorteile, welche sich daraus ergeben, werden durch eine Linearmani­ pulatoreinheit erhalten, die aufweist: Einen feststehenden Körper und einen beweglichen Körper, die komplementär zueinander angeordnet sind und übereinander angeordnet sind, von denen der eine der Körper die Linearlager, die einander frontal gegenüber liegen, und einen Antriebsmotor tragen, und von denen der andere Körper in Längsrichtung verlaufend zwei laterale Stäbe aufweist, die zur Führung und zur Kopplung mit den Linearlagern dienen, wobei die genannten Stäbe am Rand von flexibel aufspreizbaren Schenkeln angeordnet sind, und zwar unter Zwischenschaltung einer Einstellstange, an welcher Druckschrauben angreifen, um die Aufspreizung der genannten Flügel zu variieren und das Spiel einzustellen, welches zum jeweils betrach­ teten Augenblick zwischen dem Stab und den jeweils zuge­ ordneten Lagern herrscht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 Eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemä­ ßen Lineareinheit;
Fig. 2 Eine ebene Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Einheit, gesehen von der Seite des feststehenden Körpers her;
Fig. 3 Eine ebene Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Einheit, gesehen von der Seite des beweglichen Körpers her;
Fig. 4 und 5 Zwei Ansichten der in Fig. 1 gezeigten Einheit von den beiden einander gegenüberliegenden Seiten her;
Fig. 6 Einen longitudinalen Schnitt durch die Einheit, der in Höhe einer Aktuatoreinrichtung verläuft;
Fig. 7 und 8 Zwei transversale Schnitte durch die Einheit längs der Schnittlinien VII-VII bzw. VIII-VIII von Fig. 5;
Fig. 9 Einen transversalen Schnitt längs der Schnitt­ linie IX-IX von Fig. 5;
Fig. 10 Eine Explosionsdarstellung der Komponenten eines Linearlagers;
Fig. 11 Eine Darstellung des Linearlagers in zusammenge­ bautem Zustand; und
Fig. 12 Einen Spalt des Lagers von Fig. 11.
Die dargestellte Manipulatoreinheit umfaßt zwei zueinander komplementäre Körper 11, 12, die übereinander angeordnet sind. Von diesen ist dar eine feststehend und der andere auf dem feststehenden Körper hin- und herbewegbar. Z. B. sei angenommen, daß der Körper 11 der feststehende Körper ist, und daß der Körper 12 der bewegliche Körper ist. Es kann aber auch umgekehrt sein, wobei man auch dann gleich die genannte Ziele erreicht.
Der feststehende Körper 11 und der bewegbare Körper 12 können beide aus extrudierten Profilteilen hergestellt sein. Dabei können die Profilteile aus Metall, z. B. aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen hergestellt sein, oder sie können vorteilhafter Weise auch aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein.
Der feststehende Körper 11 hat einen im wesentlichen U-för­ migen Querschnitt mit einem Basisabschnitt 13 und zwei seitlichen Wänden 14, die senkrecht auf dem Basisabschnitt stehen, parallel zueinander verlaufen und zwischen sich einen Kanal 15 begrenzen, in welchem der bewegliche Körper 12 so angeordnet ist, daß er lineare Bewegungen ausführen kann.
Der feststehende Körper 11 trägt in seinem Basisabschnitt 13 eine Antriebseinrichtung, welche den beweglichen Körper 12 antreibt. Auf der innenliegenden Seite der beiden seitlichen Wände 14 ist eine Anordnung von Linearlagern 16 vorgesehen, welche sich über die Länge des feststehenden Körpers erstrecken und dazu dienen, den beweglichen Körper zu lagern und zu führen.
Auf der außenliegenden Seite der beiden seitlichen Wände ist eine in Längsrichtung verlaufende Nut vorgesehen, die zur Anbringung von Zusatzkomponenten dienen, z. B. zum Anbringen eines Endschalters 18, eines Fühlers oder einer anderen Einrichtung.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt die Antriebs­ einrichtung zwei parallel zueinander angeordnete fluidbeauf­ schlagte Kolben 19, die in zylindrischen Kammern zwangs­ angeordnet und verschiebbar sind, welche symmetrisch in dem Basisabschnitt 13 des feststehenden Körpers ausge­ bildet sind. Die beiden Kolben 19 sind doppelt wirkend und ihre Kolbenstangen 19' sind mit einem Seitenteil 21 verbunden, das am einen Ende des beweglichen Körpers 12 angebracht ist. Zur Erzeugung der Hin- und Herbewegungen des Körpers 12 sind die Kammern so mit unter Druck stehen­ dem Fluid beaufschlagt, daß jeweils eine der beiden einander gegenüberliegenden Endflächen des Kolbens wahl­ weise beaufschlagt ist. Das Druckmittel wird über An­ schlüsse 22 eingespeist, die mit Druckmittelleitungen verbunden sind. Das zugeführte Druckmittel durchquert Bohrungen 23, die in geeigneter Weise in der Basis ausge­ arbeitet sind.
Die Linearlager 16 sind in Sitzen 24 angeordnet und gehalten, die jeweils auf der Innenfläche der beiden seitlichen Wände 14 des feststehenden Körpers 14 ausge­ bildet sind. Dabei sind die Lager paarweise angeordnet und können vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, Kugel­ umlauflager derjenigen Bauart sein, wie sie weiter oben beschrieben wurden.
Der bewegbare Körper 12 ist mit einem zu ihm gehörenden Basisabschnitt 25 gezeigt, der in nur teilweise übereinan­ der liegender Stellung mit den seitlichen Wänden 14 des feststehenden Körpers 11 angeordnet ist. Der bewegliche Körper 12 hat zwei parallele austragende Flügel oder Schenkel 26, die sich in den zwischen den seitlichen Wänden 14 liegenden Kanal 15 bzw. die Linearlager 16, die in diesen Wänden angeordnet sind, erweitern. Die beiden parallelen Schenkel 26 sind in longitudinaler Richtung durch eine Nut 27 getrennt, welche geneigte Seitenflächen 27' aufweist, die in Richtung auf das freie Ende der Schenkel aufeinander zulaufen. Die Schenkel 26 sind darüber hinaus an den Basisabschnitt 25 des beweglichen Körpers 12 angeformt und zwar jeweils über einen verengten Ab­ schnitt 26', wodurch man eine relative Biegbarkeit erhält.
In Längsrichtung haben die außenliegenden Seiten der Schenkel 26 jeweils eine halbzylindrische Ausnehmung 28, in welcher jeweils ein zylindrischer Stab 29 ange­ ordnet ist. Der zylindrische Stab stützt sich auf den Linearlagern 16 ab, so daß sie unmittelbar benachbart sind. Die Stäbe 29 sind aus einem geeigneten Material hergestellt, z. B. vergütetem Stahl, und stellen Führungs­ mittel dar, welche die Bewegbarkeit des bewegbaren Körpers 12 bezüglich des feststehenden Körpers 11 auf seinen Lagern gewährleisten.
Auf dem Boden der halbzylindrischen Ausnehmung 28 ist eine das Material schwächende Ausnehmung 30 vorgesehen, um eine Biegbarkeit der beiden einander gegenüberliegenden Teile des Schenkels zu erhalten, welche Teile die Ausneh­ mung 30 begrenzen. Auf diese Weise können die genannten Teile nach Art einer Zange den entsprechenden Stab 29 aufnehmen und halten.
Aufgrund der Biegbarkeit der beiden Schenkel 26 des Körpers 26 ist in der Nut 27 eine Einstellstange 31 angeordnet, welche sich an den geneigten Seitenflächen 26' der Nut 27 abstützt. In zum Basisabschnitt 25 des Körpers 12 senkrechter Richtung verlaufend sind von außen Einstellschrauben 32 eingeschraubt, welche auf die Ausfluchtstange drücken. Die Einstellschrauben 32 sind bezüglich der Einstellstange 31 in Längsrichtung beabstandet und können, wenn sie in geeigneter Weise verschraubt werden, die Spiele zwischen den Stäben 29 und den Linearbewegungslagern 16 vorgeben, korrigieren und wieder einstellen, und zwar zu dem Zeitpunkt, zu dem die Einheit zusammengebaut wird, oder zu einem belie­ bigen anderen Zeitpunkt, wenn dies durch Funktionsver­ schleiß der miteinander verbundenen Teile notwendig wird. Indem sie über die Einstellschrauben 32 mit Kraft beaufschlagt wird, wirkt die Einstellstange 31 auf die geneigten Seitenflächen 26' der biegbaren Schenkel 26 ein, wobei diese so in einstellbarem Ausmaß aufgespreizt werden, um so die Spiele zwischen dem Stab und den Linear­ lagern gemäß den Erfordernissen fein einzustellen.
Wie weiter oben dargelegt und in den Fig. 10 bis 12 gezeigt, können die Linearlager Kugelumlauflager sein. Bei einer bevorzugten und besonders vorteilhaften Ausfüh­ rungsform besteht jedes Lager 16 aus zwei zueinander komplementären Schalen 33, die eine auf der anderen einander gegenüberliegend eine geschlossene Einheit bildend angeordnet sind. Zu den Lagern 16 gehören ferner Sätze von Kugeln 34 und zwei zylindrische Rollen 35. Die beiden Schalen 33 können durch Formpressen aus einem Kunststoff­ material hergestellt werden, also ohne mechanische Bear­ beitungsgänge, und können in demjenigen Teil, der zur Aufnahme der Kugeln 34 und der Rollen 35 dient, oberflä­ chenbehandelt sein (gehärtet). Die Kugeln und die Rollen sind aus Stahl hergestellt. Wenn die beiden Schalen zusammengebaut sind, bilden sie ein Lagergehäuse mit trapezförmigem Querschnitt, wie aus Fig. 12 ersichtlich und begrenzen zusammen eine endlose Bahn 36, in welcher die Kugeln 34 Aufnahme finden und umlaufen. Die Bahn 36 hat zwei zueinander parallel Züge, die über an den Enden liegende halbkreisförmige Bahnabschnitte verbunden sind. Derjenige Zweig der Bahn 36, der zu dem größeren Basisab­ schnitt des Lagergehäuses gehört, welches durch die zusammengesetzten Schalen 33 gebildet wird, ist nach außen durch einen Schlitz 37 offen, und die Kugeln, die von Mal zu Mal diesen Zweig durchlaufen, stehen aus dem Lagerge­ häuse über, so daß sie zusammen mit dem zu lagernden Element laufen, im hier betrachteten Fall mit dem zuge­ ordneten Stab 29.
Jede der Schalen 33 hat einen Sitz 38 für eine zylindrische Rolle 35. Die Rollensitze sind zum Außenraum des Lagerge­ häuses hin durch eine lange Öffnung 39 offen, die in jeder der geneigten Begrenzungsflächen des trapezförmigen Querschnitts des Lagergehäuses vorgesehen sind. Die Rollen 35 sind in einer Ebene angeordnet, die senkrecht zur Lagerebene der Kugeln 34 verläuft und beide sind sie so angeordnet, daß sie auf die Kugeln drücken, die in der nach außen offenen Bahn des Lagergehäuses umlaufen, und daß sie geringfügig durch die ihnen jeweils zugeordnete Öffnung 39 über das Lagergehäuse überstehen.
Wenn die Lager belastet sind, so erfüllt ihr Gehäuse in vorteilhafter Weise ausschließlich die Funktion eines Käfigs für die Kugeln und die Rollen und ist keinen größeren Belastungen ausgesetzt. In der Tat werden die Lasten nun durch die Kugeln, die mit dem zu tragenden und führenden Bauteil in Berührung stehen, und von den Rollen getragen, die einerseits an den Kugeln abgestützt sind und andererseits auf den Wänden des Sitzes abgestützt sind, in welchem das Lager angeordnet ist. Anders gesagt werden die auf die Kugeln einwirkenden Kräfte in senkrech­ ter Richtung auf die Rollen übertragen und von den letz­ teren auf die Stützwände, die in dem Sitz für das Lager ausgebildet sind.
Die Lager, die ein Körper mit trapezförmiger Gestalt aufweisen, können darüber hinaus auch paarweise verwendet werden, indem man das eine Lager über die geneigte Seite auf dem anderen Lager anbringt, wie dies in den Fig. 7 bis 9 dargestellt ist. Auf diese Weise wird die Einstel­ lung und die Wiederherstellung der Spiele erleichtert, die zwischen den Lagern und dem geführten Bauteil bestehen.

Claims (10)

1. Linearmanipulatoreinheit mit einem feststehenden Körper (11), mit einem beweglichen Körper (12), welcher auf dem feststehenden Körper unter Zwischenschaltung von Lagern (16) geführt und hin- und herbewegbar ist, mit mindestens einem fluidbetätigten Linearaktuator (19), durch welchen die Hin- und Herbewegungen des beweglichen Körpers (12) auf dem feststehenden Körper (11) erzeugt werden, und mit einem Seitenteil (21), das an einem Ende des beweglichen Körpers (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
ein erster (11) der Körper (11, 12) die Linearlager (16) trägt, welche dem fluidbetätigten Linearaktuator (19) frontal gegenüberliegen,
ein zweiter (12) der Körper (11, 12) in Längsrichtung verlaufend zwei seitliche Stäbe (29) trägt, die zum Führen und Koppeln mit den Linearlagern dienen, welche für die Bewegungen des einen Körpers auf dem anderen vorgesehen sind, wobei der Linearaktuator mit dem zweiten Körper verbunden ist,
die beiden Stäbe (29) am Rande zweier parallel flexibel aufspreizbarer Schenkel (26) angeordnet sind, welche mit dem zweiten, die Stäbe (29) tragenden Körper einstückig verbunden sind,
zwischen den elastisch aufspreizbaren Schenkeln (26) eine Einstellstange (31) angeordnet ist, an welcher Druckschrauben (32) angreifen, um das Ausmaß der Aufspreizung der Schenkel (26) zu variieren und das Spiel einzustellen, welches zwischen den Führungsstäben (29) und den zugeordneten Lagern (16) besteht.
2. Linearmanipulatoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Körper (11) und der bewegliche Körper (12) aus extrudierten Profilteilen hergestellt sind, die aus Aluminium oder Aluminiumlegie­ rungen oder Kunststoffmaterialien bestehen, und daß die Führungsstäbe (29) aus vergütetem Stahl bestehen.
3. Linearmanipulatoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Körper (11) U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei ein Basisabschnitt (13), in welchem mindestens eine Kammer (20) für einen fluidbetätigten Linearaktuator vorgesehen ist und welcher zwei seitliche Wände (14) trägt, die zum Basisabschnitt senkrecht verlaufen und zwischen sich einen Kanal (15) begrenzen, in welchem der zweite Körper (12) unter Zwischen­ schaltung der Lager (16) angeordnet und verschiebbar ist, wobei die Lager Kugelumlauflager sind und paarweise in Sitzen angeordnet sind, die auf der Innenseite einer jeden der seitlichen Wände des ersten Körpers (12) angeord­ net sind.
4. Linearmanipulatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Körper (12) eine Basis (25) aufweist, die nur teilweise mit den seitlichen Wänden (14) des ersten Körpers (11) über­ lappt und von der in senkrechter Richtung die beiden flexibel aufspreizbaren Schenkel ausgehen, welche die Führungsstäbe (29) tragen, wobei die beiden Schenkel (26) durch eine Nut (27) voneinander getrennt sind, welche geneigte Seitenflächen (27') aufweist, die zum freien Ende der genannten Schenkel hin aufeinander zulaufen, daß die Einstellstange (31) an den geneigten Seiten­ flächen der Nut (27) abgestützt ist und mit diesen zusammenarbeitet, und daß Einstellschrauben (32) beabstandet in den Basisabschnitt (25) des zweiten Körpers einge­ schraubt sind.
5. Linearmanipulatoreinheit gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der flexibel aufspreizbaren Schenkel (26) mit dem Basisabschnitt (25) des zweiten Körpers (12) über einen geringere Dicke aufweisenden Biegeabschnitt (26') verbunden ist.
6. Linearmanipulatoreinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der elastisch aufspreizbaren Schenkel (26) in seiner den Lagern zuge­ wandten Seite eine halbzylindrische Ausnehmung (28) aufweist, die am Boden mit einer Ausnehmung (30) versehen ist, die zu einer Materialschwächung und zum Herbeiführen von Biegeelastizität führt, wobei jeder der Führungsstäbe (29) in der halbzylindrischen Ausnehmung eines zugeordneten der Schenkel (26) angeordnet und gehalten ist.
7. Linearmanipulatoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kugelum­ lauflager (16) ein Lagergehäuse aufweist, welches durch zwei zueinander komplementäre Schalen (33) gebildet ist, die eine geschlossene Einheit bildend übereinander angeordnet sind, daß ein Satz von Kugeln (34) in einer endlosen Bahn (36) angeordnet ist und umläuft, welche durch die beiden Schalen begrenzt ist, wenn letztere geschlossen sind, und daß zwei Rollen (35) zu einander gegenüberliegenden Seiten der Kugeln in einer Ebene vorgesehen sind, die senkrecht auf derjenigen Ebene steht, in welcher die Kugeln liegen, daß ein Zweig dieser endlosen Bahn (36) zum Außenraum durch ein Fenster (37) hin offen ist, derart, daß die Kugeln (34), wenn sie diesen Zweig durchlaufen, durch diesen Schlitz (37) aus dem Lagergehäuse nach außen überstehen, daß die Rollen (35) beide an den Kugeln (34) abgestützt sind, welche den genannten nach außen offenen Zweig der endlosen Bahn (36) durchlaufen, und über das Lagergehäuse jeweils durch eine gestreckte Öffnung (39) hindurch überstehen.
8. Linearmanipulatoreinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das aus zwei Schalen (33) zusammen­ gesetzte Lagergehäuse trapezförmigen Querschnitt aufweist, daß die Kugeln (34) von der breiteren Basis des Quer­ schnitts überstehen und daß die Rollen (35) von den beiden geneigten Seitenflächen des trapezförmigen Querschnitts überstehen.
9. Lineares Kugelumlauflager, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Gehäuse aufweist, welches durch zwei kom­ plementäre Schalen (33) gebildet ist, die eine ge­ schlossene Einheit bildend übereinander angeordnet sind, daß es einen Satz von Kugeln (34) aufweist, die in einer endlosen Bahn (36) angeordnet sind und umlaufen, welche durch die beiden Schalen (33) gebildet ist, wenn diese zu einer geschlossenen Einheit zusammengesetzt sind, daß zwei Rollen (35) zu einander gegenüberliegenden Seiten der Kugeln (34) in einer Ebene angeordnet sind, die senkrecht auf derjenigen Ebene steht, in welcher die Kugeln liegen, daß ein Zweig der endlosen Bahn (36) zum Außenraum durch einen Schlitz (37) hin offen ist, derart, daß die Kugeln (34) dann, wenn sie diesen Zweig durchlaufen, durch den Schlitz (37) hindurch aus dem Lagergehäuse nach außen überstehen, daß die Rollen (35) beide an den Kugeln (34) abgestützt sind, welche den genannten Zweig der endlosen Bahn (36) durchlaufen, der nach außen hin offen ist, und über das Lagergehäuse jeweils eine gestreckte Öffnung (39) hindurch überstehen.
10. Linearlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Körper aus zwei Schalen (33) mit trapezför­ migem Querschnitt aufgebaut ist, daß die Kugeln (34) über die größere Basisseite des Trapezquerschnitts über­ stehen und die Rollen (35) über die geneigten Seiten des Trapezquerschnitts überstehen.
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