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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer axial spielfreien
Mitnahmeverbindung zwischen mindestens einer linear verschiebbar
geführten
Stange und einer parallel dazu linear verschiebbar geführten Führungseinheit
bei einem Linearantrieb, wobei bei hergestellter Mitnahmeverbindung
ein Koppelglied der Führungseinheit
vor eine Stirnfläche
der Stange ragt und mit der Stange verklebt ist.
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Ein
aus der
EP 0868965
B1 bekannter Linearantrieb verfügt über mindestens eine relativ
zum Gehäuse
des Linearantriebes verschiebbare Antriebsstange, die mit einer
ebenfalls an dem Gehäuse linear
verschiebbar geführten
Führungseinheit
axial spielfrei bewegungsgekoppelt ist. Zur Verbindung mit der Antriebsstange
besitzt die Führungseinheit
ein als Jochteil konzipiertes Koppelglied, das vor die Antriebsstange
ragt und mit dieser axial spielfrei verschraubt ist, um eine Mitnahmeverbindung
herzustellen. Aufgrund von Form- und Lagetoleranzen der einzelnen
Komponenten kann das Aufbringen des Anzugsmoments auf die Befestigungsschraube
Querkräfte
zur Folge haben, die die Parallelität von Antriebsstange und Führungsein heit
beeinträchtigen, was
einen schwergängigeren
Lauf der die Antriebsstange und die Führungseinheit beinhaltenden
Bewegungseinheit zur Folge hat und zu verstärktem Verschleiß sowie
einer Reduzierung der Lebensdauer führen kann.
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Bei
einem aus der
DE 20316693
U1 bekannten Linearantrieb der eingangs genannten Art versucht
man die geschilderte Problematik dadurch in den Griff zu bekommen,
dass auf eine Schraubverbindung verzichtet und stattdessen auf eine
reine Klebeverbindung zurückgegriffen
wird. Vor allem wenn Zugkräfte
zu übertragen
sind, geht dies jedoch zu Lasten der Belastbarkeit des Linearantriebes.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen vorzuschlagen, die
bei Verringerung der Verschleißproblematik
eine sehr belastbare Mitnahmeverbindung innerhalb des Kraftflusses
der Bewegungseinheit eines Linearantriebes ermöglichen.
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Gelöst wird
diese Aufgabe in Verbindung mit einem Verfahren der eingangs genannten
Art dadurch, dass das Koppelglied nach dem Applizieren des Klebstoffes
mittels mindestens einer Befestigungsschraube so axial mit der Stange
verschraubt wird, dass quer zur Verschieberichtung Relativbewegungen
zwischen dem Koppelglied und der Stange möglich bleiben, dass anschließend, noch
vor dem Aushärten
des Klebstoffes, die die Führungseinheit und
die Stange umfassende Bewegungseinheit axial mindestens einmal zwischen
ihren beiden Hubendlagen relativ zum Gehäuse des Linearantriebes verlagert
wird, und dass nach dem anschließenden Aushärten des Klebstoffes das endgültige Festziehen
der Befestigungsschraube erfolgt.
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Auf
diese Weise werden die zu verbindenden Komponenten zunächst durch
eine Klebeverbindung so aneinander fixiert, dass beim anschließenden Festziehen
der mindestens einen Befestigungsschraube keine Auslenkung mehr
zwischen den zu verschraubenden Komponenten auftritt. Man erreicht dadurch
eine in axialer Richtung spielfreie und zugleich hochbelastbare
Verbindung ohne Beeinträchtigung
der Leichtgängigkeit
der vorhandenen Führungen.
Vor dem Aushärten
des Klebstoffes wird durch mindestens einmaliges und vorzugsweise
mehrmaliges Hin- und
Herbewegen der Bewegungseinheit zwischen den Hubendlagen eine exakte
Ausrichtung zwischen der Führungseinheit
und der Stange erreicht, wobei die in diesem Zusammenhang vorgenommene
Vorfixierung durch die mindestens eine Befestigungsschraube die
notwendige axiale Mitnahme gewährleistet,
ohne die relative Querbeweglichkeit der Komponenten zum Zwecke der
gegenseitigen Ausrichtung zu behindern.
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Das
Verfahren kann sowohl angewendet werden, wenn die mit der Führungseinheit
zu koppelnde Stange eine Führungsstange
ist, als auch wenn es sich dabei um eine Antriebsstange handelt, die
beispielsweise – bei
einem fluidbetätigten
Linearantrieb – mit
einem Antriebskolben oder – bei
einem elektrischen Li nearantrieb – mit elektrisch aktivierbaren
Antriebsmitteln gekoppelt ist.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Der
Klebstoff lässt
sich ohne weiteres an einer der Stange zugewandten Fügefläche des
Koppelgliedes applizieren, die umfangsseitig nicht begrenzt ist.
Als besonders vorteilhaft wird allerdings eine Ausführungsform
angesehen, bei der man die der Stange zugewandte Fügefläche des
Koppelgliedes am Grund einer Vertiefung vorsieht, in die die Stange
ein Stück
weit eintauchen kann und in die man den Klebstoff zuvor einbringt.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In
dieser zeigen:
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1 einen
unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten
Linearantrieb in perspektivischer Darstellung,
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2 den
Linearantrieb aus 1 im Längsschnitt gemäß Schnittlinie
II-II und
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3 den
in 2 bei III markierten Ausschnitt in vergrößerter Darstellung.
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Der
exemplarisch abgebildete Linearantrieb 1 verfügt über ein
Gehäuse 2,
in dem sich mindestens ein sich linear erstreckender Aufnahmeraum 3 befindet,
in dem ein Antriebskolben 4 linear verschiebbar aufgenommen
ist. Eine mit dem Antriebskolben 4 verbundene und beispielsweise
verschraubte Antriebsstange 5 erstreckt sich ausgehend
von dem Antriebskolben 4 in einer axialen Richtung, wobei
sie eine den Aufnahmeraum 3 einenends begrenzende, vorzugsweise
durch einen Deckel realisierte Abschlusswand 6 nach außen hin
durchsetzt. Der Antriebskolben 4 bildet zusammen mit der
Antriebsstange 5 eine Antriebseinheit 7 mit einer
Längsachse 8,
die mit der Längsachse
der Antriebsstange 5 identisch ist.
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Der
Antriebskolben 4 unterteilt den Aufnahmeraum 3 axial
in zwei Arbeitskammern 12a, 12b, in die jeweils
ein das Gehäuse
durchsetzender gesonderter Fluidkanal 13 führt, um
ein Druckmedium, beispielsweise Druckluft, nach Wahl einzuspeisen
oder abzuführen
und dadurch die Antriebseinheit 7 zu einer durch einen
Doppelpfeil angedeuteten ersten Linearbewegung 14 anzutreiben.
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Die
Antriebsstange 5 ist beim Ausführungsbeispiel hohl und daher
rohrförmig
ausgebildet. Sie kann allerdings auch aus Vollmaterial bestehen.
Anstatt in einer durch Fluidkraft antreibbaren Bauweise kann der
Linearantrieb auch elektrisch betätigbar ausgeführt sein.
An dem Gehäuse 2 kann
in diesem Fall beispielsweise ein strichpunktiert angedeuteter Elektro motor 15 angeordnet
sein, der über
Antriebsmittel 16, beispielsweise eine Gewindespindel,
mit der Antriebsstange 5 antriebsmäßig gekoppelt ist.
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Durch
entsprechende Ausgestaltung der Antriebsmittel kann der Linearantrieb
auch als elektrodynamischer Lineardirektantrieb ausgebildet sein.
In diesem Falle werden die Antriebskräfte magnetisch auf die Antriebsstange übertragen.
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Die
Abschlusswand 6 ist mit einer Führungsbüchse 17 ausgestattet,
die von der Antriebsstange 5 durchsetzt wird, um eine leichtgängige Verschiebeführung der
Letzteren zu erzielen. Die Querabstützung der Antriebsstange 5 gegenüber dem
Gehäuse 2 an
ihrem im Aufnahmeraum 3 liegenden inneren Ende übernimmt
der Antriebskolben 4, der am Außenumfang zweckmäßigerweise
mit mindestens einem Führungsring 18 ausgestattet
ist, der am Innenumfang des Aufnahmeraumes 3 entlanggleiten
kann.
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Außen am Gehäuse 2 ist
eine beim Ausführungsbeispiel
schlittenartig ausgebildete Führungseinheit 22 linear
verschiebbar geführt.
Die Linearbewegung, die die Führungseinheit 22 relativ
zum Gehäuse 2 ausführen kann,
sei als zweite Linearbewegung 23 bezeichnet und ist in 2 durch
einen Doppelpfeil angedeutet. Ihre Richtung verläuft parallel zur Richtung der
ersten Linearbewegung 14 der Antriebseinheit 7.
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Die
Führungseinheit 22 erstreckt
sich mit einem bevorzugt tischförmig
ausgebildeten Führungsabschnitt 25 längsseits
neben dem Gehäuse 2,
wobei sie das Gehäuse 2 entsprechend
der momentanen Position mehr oder weniger weit axial überlappt.
An einer Stirnseite des Führungsabschnittes 25 ist
ein zweckmäßigerweise
als Jochplatte ausgebildetes Koppelglied 26 angeordnet,
das sich quer zu der Längsachse 8 erstreckt
und vor die Stirnfläche 27 des
außerhalb
des Gehäuses 2 liegenden
Endabschnittes der Antriebsstange 5 ragt.
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Für die verschiebbare
Lagerung der Führungseinheit 22 sorgt
eine zwischen dem Führungsabschnitt 25 und
dem Gehäuse 2 angeordnete
Linearführungseinrichtung 24.
Diese beinhaltet beim Ausführungsbeispiel
eine an der dem Gehäuse 2 zugewandten
Unterseite des Führungsabschnittes 25 befestigte
zentrale Führungsschiene 28,
die randseitig von zwei außen
am Gehäuse 2 angebrachten äußeren Führungsschienen 32 flankiert
ist, wobei zwischen der zentralen Führungsschiene 28 und
einer jeden äußeren Führungsschiene 32 eine
geeignete Anzahl von Gleit- und/oder
Wälzelementen
vorgesehen ist. Die Längsachse 33 der
Linearführungseinrichtung 24 verläuft parallel
zu der mit der Längsachse 8 zusammenfallenden
Längsachse
des Aufnahmeraumes 3.
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Die
Antriebseinheit 7 ist mit der Führungseinheit 22 in
axialer Richtung, also in Richtung der Linearbewegungen 14, 23,
spielfrei bewegungsgekoppelt. Hierzu liegt zwischen der An triebsstange 5 und dem
vor diese ragenden Koppelglied 26 eine axial spielfreie
Mitnahmeverbindung vor. Letztere wird realisiert durch eine Kombination
aus einer Klebeverbindung und einer Schraubverbindung. Näheres hierzu vermittelt
unter anderem die vergrößerte Darstellung der 3.
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Die
Antriebsstange 5 liegt mit ihrer Stirnfläche 27 unter
Zwischenschaltung einer Schicht aus Klebstoff 34 an einem
als Fügefläche 35 bezeichneten
Flächenabschnitt
des Koppelgliedes 26 an. Der Klebstoff 34 sorgt
dabei für
eine stoffschlüssige
Verbindung zwischen den vorgenannten Komponenten.
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Zur
Realisierung der zusätzlichen
Schraubverbindung verfügt
die Antriebsstange 5 über
eine zu ihrer Stirnfläche 27 ausmündende,
insbesondere koaxiale Gewindebohrung 36, in die der Schaft 37 einer Befestigungsschraube 38 eingeschraubt
ist, die eine axial gerichtete Durchbrechung 42 des Koppelgliedes 26 von
der der Antriebsstange 5 entgegengesetzten Seite her durchsetzt.
Dabei stützt
sich die Befestigungsschraube 38 mit ihrem Schraubenkopf 43 an
einer axial von der Antriebsstange 5 wegweisenden Abstützfläche 44 des
Koppelgliedes 26 ab, sodass beim Festziehen der Befestigungsschraube 28 die
Antriebsstange 5 und das Koppelglied 26 fest mit dem
dazwischen angeordneten Klebstoff 34 verspannt werden.
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Die
Abstützfläche 44 befindet
sich zweckmäßigerweise
in einer den Schraubenkopf 43 über seine gesamte Höhe aufnehmenden
Vertiefung des Koppelgliedes 26.
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Wird
durch entsprechende Betätigung
die erste Linearbewegung 14 der Antriebseinheit 7 in
der einen oder anderen Richtung hervorgerufen, findet durch Drücken bzw.
Ziehen eine Kraftübertragung auf
die Führungseinheit 22 statt,
die mithin synchron die zweite Linearbewegung 23 ausübt. Letztere
kann an der Führungseinheit 22 abgegriffen
werden, um beispielsweise eine Komponente einer Maschine, einen
zur Handhabung von Teilen eingesetzten Greifer oder ein sonstiges
Bauteil zu verlagern bzw. zu positionieren. Zum lösbaren Anbringen
dieser Bauteile ist die Führungseinheit 22 mit
geeigneten Befestigungsmitteln 45 ausgestattet, beispielsweise
in Gestalt von Gewindebohrungen.
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Um
einen möglichst
verschleißarmen
Betrieb des Linearantriebes 1 zu gewährleisten, sollten die beiden
Linearbewegungen 14, 23 exakt parallel ausgerichtet
sein. Würde
man ohne ergänzende
Maßnahmen
die Schraubverbindung zwischen dem Koppelglied 26 und der
Antriebsstange 5 realisieren, würde das hierbei eingeleitete
Anzugsmoment allerdings erfahrungsgemäß eine Störung der Parallelität der beiden
Linearbewegungen 14, 23 bewirken, was eine Schwergängigkeit
in der Linearführungseinrichtung 24 sowie
im Bereich der Führungsbüchse 17 und
des Führungsringes 18 zur
Folge hätte.
Dadurch ist das Hervorru fen gleichförmiger Bewegungen, vor allem bei
sehr kleinbauenden Linearantrieben, beeinträchtigt. Außerdem läge ein erhöhter Verschleiß vor.
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Der
beispielhafte Linearantrieb ist nun nach einem besonderen Verfahren
hergestellt, das die volle Zugkraftübertragung mit Hilfe einer
Schraubverbindung ermöglicht,
gleichzeitig aber einen leichtgängigen
Betrieb gewährleistet.
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Bei
diesem Herstellungsverfahren kann der Linearantrieb bis auf die
Herstellung der Mitnahmeverbindung zwischen der Antriebsstange 5 und
dem Koppelglied 26 komplett zusammengebaut werden. Nach
einer Reihe von Herstellungsschritten liegt also ein Linearantrieb 1 vor,
bei dem sowohl die Antriebseinheit 7 als auch die Führungseinheit 22 an
dem Gehäuse 2 linear
verstellbar geführt
sind, allerdings noch keine Mitnahmeverbindung aufweisen, sodass sich
eine voneinander unabhängige
Bewegbarkeit ergibt.
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Anschließend wird
auf die Stirnfläche 27 der Antriebsstange 5 und/oder
auf die Fügefläche 35 des Koppelgliedes 26 Klebstoff 34 aufgebracht,
und dann werden die beiden Flächen
durch entgegengesetzt gerichtete Beaufschlagung von Führungseinheit 22 und
Antriebseinheit 7 gegeneinandergedrückt.
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In
einem nächsten
Schritt wird die Befestigungsschraube 38 von außen her
durch die Durchbrechung 42 hindurchgeführt und in die Gewindebohrung 36 eingeschraubt.
Sie wird dann leicht angezogen, sodass der Kontakt zwischen dem
Koppelglied 36 und der Antriebsstange 5 über den
Klebstoff 34 gewahrt bleibt, gleichzeitig aber quer zur
Verschieberichtung von Antriebsstange 5 und Führungseinheit 22 eine
relative Beweglichkeit zwischen diesen beiden Komponenten möglich ist.
Diese Beweglichkeit kann sich, wie dies in 3 durch
Pfeile angedeutet ist, dadurch äußern, dass
die Komponenten relativ zueinander verschiebbar oder auch verkippbar
sind.
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In
diesem durch die leicht angezogene Befestigungsschraube 38 vorfixierten
Zustand wird dann die gesamte aus Führungseinheit 22 und
Antriebseinheit 7 bestehende Bewegungseinheit 46 einmal
oder mehrmals zwischen ihren beiden Hubendlagen relativ zum Gehäuse 2 verlagert.
Dies geschieht zweckmäßigerweise
durch Krafteinwirkung von außen
her auf die Führungseinheit 22,
entweder maschinell oder manuell.
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Diese
als Ausrichtbewegung bezeichnete Bewegung der Bewegungseinheit 46 findet
bei noch nicht ausgehärtetem
Klebstoff 34 statt. Infolgedessen können sich die Führungseinheit 22 und
die Antriebseinheit 7 entsprechend den Richtungen der vorgegebenen
ersten und zweiten Linearbewegungen 14, 23 exakt
zueinander ausrichten.
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Nach
Beendigung der Ausrichtbewegung lässt man das System ruhen, bis
der Klebstoff 34 ausgehärtet
ist. Letzteres kann re lativ schnell geschehen, wenn beispielsweise
ein entsprechender Zweikomponenten-Klebstoff oder ein UV-aushärtbarer
Klebstoff verwendet wird.
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Ist
der Klebstoff 34 letztlich ausgehärtet, übernimmt er die Funktion einer
Füll- bzw.
Ausgleichsmasse, die die Antriebsstange 5 gegenüber der
Führungseinheit 22 abstützt und
unveränderlich in
Position hält,
auch wenn anschließend
die Befestigungsschraube 38 endgültig mit dem für die im
Betrieb gewünschte
Kraftübertragung
erforderlichen Anzugsmoment festgezogen wird. Man kann nun also
die Schraubverbindung vollenden, ohne Gefahr zu laufen, dass die
Antriebsstange 5 und das Koppelglied 26 aufgrund
einer möglichen
Unregelmäßigkeit zwischen
der Stirnfläche 27 und
der Fügefläche 35 ihre
Relativposition ändern.
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Man
erkennt insoweit in 3 einen Endzustand, wobei die
Führungsfläche 35 und
die Stirnfläche 27 leicht
schräg
zueinander verlaufen – was
der für
das beispielhafte System optimalen Ausrichtung entspricht –, wobei
der eingefüllte
Klebstoff diese Ausrichtung gegen die Zugkraft der Befestigungsschraube 38 aufrechterhält.
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Beim
Ausführungsbeispiel
verfügt
das Koppelglied 26 an der der Antriebsstange 5 zugewandten Seite über eine
glattflächige,
bevorzugt durchgehend ebene Gestalt. Die mit der Stirnfläche 27 bzw.
dem Klebstoff 34 zusammenwirkende Fügefläche 35 ist daher umfangsseitig
nicht begrenzt, sodass der applizierte Klebstoff, welcher bei der
Ausrichtbewegung eventuell verdrängt
wird, ungehindert ausfließen kann.
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Andererseits
kann es von Vorteil sein, den Klebstoff 34 in gewisser
Weise nach dem Aufbringen mechanisch zu fixieren. Ist dies gewünscht, kann
das Koppelglied 26 an der der Antriebsstange 5 zugewandten
Seite mit einer zu der Durchbrechung 42 konzentrischen
Vertiefung 47 versehen werden, in die die Stirnseite der
Antriebsstange 5 geringfügig eintauchen kann und deren
Grund die Fügefläche 35 darstellt.
Eine solche alternative Bauform ist in 3 strichpunktiert
angedeutet.
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Das
erläuterte
Verfahren lässt
sich nicht nur einsetzen, um eine Antriebsstange bezüglich einer Führungseinheit 22 auszurichten.
In gleicher Weise könnte
auch eine Führungsstange
mit einer Führungseinheit
verbunden werden, wobei selbst die zu verbindende Führungseinheit
als Führungsabschnitt eine
Führungsstange
aufweisen kann, die dann zweckmäßigerweise über ein
jochartiges Koppelglied mit der anderen Führungsstange und/oder eventuell sogar
einer zusätzlichen
Antriebsstange erfindungsgemäß verbindbar
ist.
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Die
Schraubverbindung kann anstelle nur einer Befestigungsschraube 38 auch
mehrere Befestigungsschrauben aufweisen, wenn dies der Durchmesser
der zu verbindenden Stange zulässt.