DE102006059187A1

DE102006059187A1 - Linearführungsmodul umfassend einen Führungswagen

Info

Publication number: DE102006059187A1
Application number: DE102006059187A
Authority: DE
Inventors: Sascha Dipl.-Ing. Moser
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2008-06-19
Also published as: WO2008071617A2; WO2008071617A3

Abstract

Linearführungsmodul, umfassend einen Führungswagen, der auf einer Führungsschiene linearbewegbar gelagert ist und über ein Verbindungselement mit einem Antriebsmotor in Antriebsverbindung steht, wobei das Verbindungselement ein Spreizband (9, 9a, 9b) ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Linearführungsmodul umfassend einen Führungswagen, der auf einer Führungsschiene linear bewegbar gelagert ist, und über ein Verbindungselement mit einem Antriebsmotor in Antriebsverbindung steht.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Linearführungsmodule kommen beispielsweise bei Werkzeug-, Bearbeitungs- oder Montagevorrichtungen zum Einsatz, um Werkzeuge oder Handhabungselemente etc. linear bewegen zu können. Bei bekannten Linearführungsmodulen ist eine Führungsschiene vorgesehen, auf der ein Führungswagen gleit- oder wälzgelagert ist. Der Führungswagen ist mit einem umlaufenden Zahnriemen verbunden, der seinerseits mit dem Antriebsmotor gekoppelt ist. Je nach Drehrichtung des Antriebsmotors kann der Führungswagen in die eine oder andere Richtung entlang der Führungsschiene bewegt werden. Infolge der Umlenkung ist die Führungsschiene relativ aufwändig auszulegen, das Linearführungsmodul baut schienenseitig relativ hoch auf. Denn zur Umlenkung ist ein separater Umlenk- beziehungsweise Rückführkanal im Schienenprofil vorgesehen, der unterhalb des Schienenabschnitts, auf dem der Führungswagen läuft, angeordnet ist. Das heißt, der Zahnriemen läuft unterhalb des Führungswagens und wird am Schienenende einmal über eine Umlenkrolle, zum anderen über den Antriebsmotor umgelenkt und läuft zum Führungswagen, wo er befestigt ist. Für manche Anwendungen ist jedoch eine sehr niedrige Bauhöhe gewünscht. Darüber hinaus ist ein solcher Zahnriemen, bei dem es sich im Hinblick darauf, dass mit dem Linearführungsmodul eine beachtliche Genauigkeit hinsichtlich der Wagenpositionierung erreicht werden soll, auch ein qualitativ hochwertiges Bauteil, mithin also relativ kostenintensiv, da es möglichst verschleißfrei sein sollte.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Linearführungsmodul anzugeben, das niedrig baut und ohne den Einsatz eines Zahnriemens die Wagenbewegung ermöglicht.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Linearführungsmodul der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verbindungselement ein Spreizband ist.
Beim erfindungsgemäßen Linearführungsmodul kommt anstelle eines bekannten Zahnriemenantriebs ein Spreizband zum Einsatz. Unter einem Spreizband versteht man ein in Querrichtung bombiertes Band, das, wenn man es sich selbst überlässt, sich um eine seiner Längsachse parallele Achse wölbt beziehungsweise einrollt. Solche Bänder beispielsweise aus Metall oder Kunststoff bieten infolge der Wölbung eine beachtliche Druck- und Biegesteifigkeit, wie sie auch schubsteif sind, anders als ein flaches Band, das nur auf Zug belastet werden kann.
Erfindungsgemäß wird nun ein solches Spreizband verwendet, um die Wagenbewegung zu realisieren, wozu das Spreizband einerseits unmittelbar mit dem Führungswagen verbunden ist, dort also in einer entsprechenden Bandhalterung fest aufgenommen ist, zum anderen mit dem Antriebsmotor gekoppelt ist, wozu bevorzugt der Antriebsmotor mit einer Spreizbandrolle verbunden ist, auf die beziehungsweise von der das Spreizband über den Motor auf- und abwickelbar ist. Auf der Bandrolle ist das Spreizband flach aufgewickelt. Sobald es sich von der Bandrolle löst, wölbt es sich aufgrund der Bombierung ein und weist aufgrund seiner Längswölbung eine beachtliche Biege- und Knick- sowie Schubsteifigkeit auf. Diese Schubsteifigkeit ist derart hoch, dass der Führungswagen über das Spreizband ohne weiteres längs geschoben werden kann, mithin also das Spreizband auf Druck beansprucht werden kann, wenn der Antriebsmotor es von der Spreizbandrolle abwickelt, wie es natürlich auch entsprechend auf Zug beansprucht werden kann, um den Wagen in die andere Richtung zu bewegen.
Das Spreizband selbst bedarf aufgrund seiner Druck- beziehungsweise Schubsteifigkeit keiner Umlenkung, kann also unmittelbar in einer Ebene zwischen dem Wagen und dem Antriebsmotor verlaufen. Das heißt, seitens der Führungsschiene ist kein Umlenk- oder Rückführkanal mehr vorzusehen, so dass insgesamt das Linearführungsmodul deutlich flacher aufbaut. Auch entfällt der kostenintensive Zahnriemen, er wird vorteilhaft durch das wesentlich günstigere Spreizband aus Kunststoff oder Metall ersetzt.
Mit einem solchen Spreizbandantrieb lassen sich beachtliche Bewegungsstrecken von 30 oder 40 cm ohne weitere Unterstützungsmittel realisieren. Für größere Schiebestrecken ist es vorteilhaft, wenn das Spreizband zumindest über einen Teil seiner abgewickelten Länge in Seitenführungen aufgenommen ist. Zwar ist das Spreizband wie beschrieben aufgrund seiner Wölbung relativ knicksteif, bei größeren Längen aber neigt ein Spreizband bei Druckbelastung zum Einknicken, ist also instabil. Dem kann dadurch entgegengewirkt werden, dass das Spreizband in Seitenführungen aufgenommen ist, aus denen es auch bei Druckbeanspruchung und großen abgewickelten Längen nicht herausrutscht. Hierdurch kann das Knickverhalten optimiert und die Leistungsfähigkeit deutlich gesteigert werden, da hierüber problemlos Verschiebelängen von 0,5 m und mehr erreicht werden können.
Die Seitenführungen selbst sind zweckmäßigerweise integral an der Führungsschiene ausgebildet, wobei als Führungsschiene bevorzugt eine im Querschnitt im wesentlichen U-förmige Schiene verwendet wird, in deren Innerem am Querschnittsboden der Schienenabschnitt vorgesehen ist, auf dem der Führungswagen gleit- oder wälzgelagert läuft, wobei sich der Führungswagen aus der Schiene heraus erstreckt und eine Montageplatte für das Werkzeug, den Handhabungsabschnitt etc. aufweist. An den Seitenschenkeln der Führungsschiene sind nun bevorzugt die Seitenführungen als integrale Elemente ausgebildet.
Neben der reinen Funktion als Antriebsverbindung zwischen Führungswagen und Antriebsmotor kann dem Spreizband erfindungsgemäß auch eine Abdeckfunktion für das Schieneninnere zukommen, so dass dieses über die abgewickelte Spreizbandlänge gegen ein allzu starkes Eindringen von Schmutz etc. geschützt ist. Die Führungsschiene weist wie beschrieben zweckmäßigerweise im Querschnitt ein U-Profil auf, wobei der Führungswagen wie beschrieben auf einem im Inneren des U-förmigen Querschnitts vorgesehenen Schienenabschnitt geführt ist. Das Spreizband wiederum läuft oberhalb dieses Schienenabschnitts im Bereich zwischen den Schenkeln des U-förmigen Querschnitts, deckt also zumindest den Schienenabschnitt, auf dem der Wagen läuft, über seine abgewickelte Länge ab. Sind die erfindungsgemäß beschriebenen Seitenführungen vorgesehen, die integraler Bestandteil der U-förmigen Führungsschiene (üblicherweise ein Metallprofil, zumeist aus Aluminium) sind, so befinden sich die Seitenführungen zweckmäßigerweise im Bereich der oberen Schenkelenden, so dass das gesamte Querschnittsinnere über das Spreizband abgedeckt wird, sich mithin also ein seitlich geschlossener Hohlraum ergibt.
Neben der Anordnung nur eines Antriebsmotors, der mit dem Führungswagen über ein Spreizband gekoppelt ist, ist es selbstverständlich auch denkbar, zwei Antriebsmotoren vorzusehen, die an den jeweiligen Enden der Führungsschiene angeordnet sind und zwischen denen sich der Führungswagen befindet. Der Führungswagen ist in diesem Fall über jeweils ein separates Spreizband mit dem jeweiligen Antriebsmotor bewegungsgekoppelt. Die Funktionsweise dieser Erfindungsausgestaltung liegt darin, dass nur mit auf Zug beanspruchten Spreizbändern gearbeitet wird, das heißt, der Führungswagen wird jeweils nur gezogen, nicht aber über ein Spreizband geschoben. Das heißt, dass nur derjenige Antriebsmotor tätig wird, der zur gewünschten Wagenbewegung das zugeordnete Spreizband aufwickelt, also den Wagen zieht, während der andere Antriebsmotor leer dreht und das mit ihm verbundene Spreizband von der Rolle abgewickelt wird. Bei dieser Erfindungsausgestaltung kommt es mangels Druckbeanspruchung der Spreizbänder auch bei großen abgewickelten Bandlängen nicht zu dem beschriebenen Einknicken, weshalb hier auch keine Seitenführungen vorzusehen sind. Gleichwohl ist es selbstverständlich auch denkbar, bei einer 2-motorigen Ausführung des Linearführungsmoduls derartige Seitenführungen, noch dazu in Verbindung mit der Abdeckfunktion des Schieneninneren durch die Spreizbänder, vorzusehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Linearführungsmoduls einer ersten Ausführungsform in einer Perspektivansicht,
2 eine Schnittansicht in Richtung der Linie II-II aus 1, und
3 eine Prinzipdarstellung eines Linearführungsmoduls einer zweiten Ausführungsmoduls.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Linearführungsmodul 1, umfassend einen Führungswagen 2 sowie eine Führungsschiene 3, wobei der Führungswagen im Inneren der querschnittlichen im Wesentlichen U-förmigen Führungsschiene 3 aufgenommen ist und auf einem Schienenabschnitt 4 über eine Gleit- oder Wälzlagerung 5 längsverschiebbar aufgenommen ist. Am Führungswagen 2 ist eine Tragplatte 6 angeordnet, wozu der Führungswagen 2, siehe 2, das U-Profil der Führungsschiene 3 an ihrer freien Seite etwas durchgreift, so dass die Tragplatte 6 auf dem Führungswagen 2 montiert werden kann.
Zur Längsbewegung des Führungswagens 2 ist ein Antriebsmotor 7 vorgesehen, der eine Spreizbandrolle 8 rotierend antreibt, auf welcher ein Spreizband 9, das von der Spreizbandrolle 8 zum Führungswagen 2 läuft und an diesem befestigt ist, auf- und von welcher es abwickelbar ist, je nach dem, in welche Richtung der Antriebsmotor 7 dreht. Das Spreizband 9 ist ein bombiertes Band, das die Eigenschaft hat, sich um seine Längsachse zu wölben, wenn es sich selbst überlassen ist, siehe hierzu 2. Aus dieser Eigenschaft resultiert eine beachtliche Druck- und Biegesteifigkeit, die es ermöglicht, den Führungswagen 2 über das von der Spreizbandrolle 8 abgewickelte Spreizband 9 zu schieben. Das heißt, über dieses eine Spreizband 9 ist es möglich, den Führungswagen 2 und damit ein auf der Tragplatte 6 montiertes Werkzeug oder sonstiges Handhabungselement in beide Richtungen längs der Führungsschiene 3 zu verschieben.
Das Spreizband 9 geht in eine flache Form über, wenn es auf die Spreizbandrolle 8 aufgewickelt ist beziehungsweise liegt in flacher Form auf der Spreizbandrolle 8 vor. Wenn es von dieser abgewickelt wird, neigt es aufgrund seiner Bombierung zum Einwölben. Um auch über große Abwickellängen den Führungswagen 2 über das Spreizband 9 schieben zu können, ohne dass dieses aufgrund der großen Abwickellänge einknickt, sind zweckmäßigerweise an der Führungsschiene 3 Seitenführungen 10 im oberen Endbereich der Seitenschenkel 11 des U-Profils der Führungsschiene 3 vorgesehen, die, wie in 2 gezeigt, als zum Inneren hin offene Führungsnuten ausgebildet sind. Über diese Nuten wird verhindert, dass das Spreizband 9, auch wenn es bei großer abgewickelter Bandlänge auf Druck beansprucht wird, einknicken kann, da es in den Seitenführungen 10 an seiner Ober- und Unterseite geführt ist. In diese Seitenführungen 10, also die beiden Nuten, wird das Spreizband 9, wenn es von der Spreizbandrolle 8 abgewickelt wird, eingefädelt. Hierzu ist die Spreizbandrolle 8 über geeignete Rollenhalterungen 12, die an der Stirnseite der Führungsschiene 3 befestigt sind, unmittelbar benachbart zu den stirnseitig offenen Seitenführungen 10 angeordnet, so dass das Spreizband 9 unmittelbar nach dem Abwickeln, wenn es bereits in die leicht gewölbte Formhöhe gegangen ist, in die nutartigen Seitenführungen 10 eingeführt wird. Diese nutartigen Seitenführungen 10 erstrecken sich über die gesamte Profillänge der Führungsschiene 3, so dass das Spreizband 9 über seine gesamte abgewickelte Länge in den Seitenführungen 10 aufgenommen ist.
Ersichtlich befinden sich die Seitenführungen 10 in den oberen Endbereichen der Seitenschenkel des U-Profils. Das abgewickelte Spreizband 9 deckt nun den gesamten Innenraum des Führungsschienenprofils ab, soweit das Spreizband 9 abgewickelt ist, bildet also eine Abdeckung für den Schienenabschnitt 4, auf dem der Führungswagen 2 gleit- oder wälzgelagert ist, so dass der Innenraum vor dem Eindringen von Schmutz oder sonstigen Partikeln zumindest dann geschützt ist, wenn das Spreizband 9 entsprechend weit abgewickelt ist.
Zur Befestigung des Spreizbandes 9 am Führungswagen 2 sind entsprechende Befestigungsmittel 13 vorgesehen, umfassend beispielsweise zwei Klemmstücke 14, 15, von denen eines im gezeigten Beispiel am Führungswagen 2 über eine entsprechende Befestigungsschraube 16 befestigt ist, während das zweite Klemmstück 15 über eine Schraubenverbindung 17 im gezeigten Beispiel an der Tragplatte 6 angeschraubt ist. Die beiden Klemmstücke 14, 15 weisen jeweilige Klemmflächen 18, 19 auf, die der gewölbten Form des Spreizbandes 9 entsprechend gekrümmt sind, so dass dort eine flächige Klemmaufnahme ohne nennenswerte Bandverformung gegeben ist. Selbstverständlich kann das Spreizband 9 auch anderweitig als über eine solche Klemmhalterung am Führungswagen befestigt werden.
3 zeigt schließlich in Form einer Prinzipdarstellung ein Linearführungsmodul 1, bei dem zwei Bandrollen 8a, 8b vorgesehen sind, die über jeweils sepa rate Antriebsmotoren 7a, 7b angetrieben werden. Vorgesehen ist ferner ein Führungswagen 2, der an einer Führungsschiene 3 längsverschiebbar aufgenommen ist, wobei 3 die einzelnen Bauteile nur als Prinzipdarstellungen zeigt. Selbstverständlich ist auch hier der Wagen und die Schiene etc. ähnlich wie in 1 und 2 dargestellt ausgeführt.
In jedem Fall ist der Führungswagen 2 über jeweils ein separates Spreizband 9a, 9b mit den jeweiligen Spreizbandrollen 8a, 8b und über diese mit den jeweiligen Antriebsmotoren 7a, 7b antriebsgekoppelt. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt die Wagenbewegung nur durch Zugbeanspruchung des jeweiligen Spreizbandes 9a oder 9b. Soll der Führungswagen ausgehend von der mittigen Darstellung gemäß 3 nach links bewegt werden, wird lediglich der Antriebsmotor 7a angesteuert, so dass das Spreizband 9a auf die Spreizbandrolle 8a aufgewickelt wird, während der Antriebsmotor 7b leer dreht und Spreizband 9b von der Spreizbandrolle 8b abgewickelt wird. Für eine Bewegung in die Gegenrichtung wird der Antriebsmotor 7b betrieben, so dass das Spreizband 9b auf die Spreizbandrolle 8b aufgewickelt wird, während der Antriebsmotor 7a leer dreht und Spreizband 9a von der Spreizbandrolle 8a abgewickelt wird. Infolge der hier gegebenen reinen Zugbeanspruchung der Spreizbänder 9a, 9b ist das Vorsehen entsprechender Seitenführungen 10 in Form der Nuten oder dergleichen, wie in 2 gezeigt, nicht unbedingt erforderlich, da es zum Einknicken, das durch die Seitenführungen 10 verhindert wird, primär nur dann kommt, wenn eine Druckbeanspruchung bei beachtlich großer Abwickellänge des Spreizbandes gegeben ist. Nachdem hier nur eine Zugbeanspruchung erfolgt, kann auf Seitenführungen verzichtet werden, wenngleich diese dennoch vorgesehen werden können.

1: Linearführungsmodul
2: Führungswagen
3: Führungsschiene
4: Schienenabschnitt
5: Gleit- oder Wälzlagerung
6: Tragplatte
7: Antriebsmotor
7a: Antriebsmotor
7b: Antriebsmotor
8: Spreizbandrolle
8a: Spreizbandrolle
8b: Spreizbandrolle
9: Spreizband
9a: Spreizband
9b: Spreizband
10: Seitenführungen
11: Seitenschenkel
12: Rollenhalterungen
13: Befestigungsmittel
14: Klemmstück
15: Klemmstück
16: Befestigungsschraube
17: Schraubenverbindung
18: Klemmfläche
19: Klemmfläche

Claims

Linearführungsmodul umfassend einen Führungswagen, der auf einer Führungsschiene linearbewegbar gelagert ist, und über ein Verbindungselement mit einem Antriebsmotor in Antriebsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement ein Spreizband (9, 9a, 9b) ist.
Linearführungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (7, 7a, 7b) mit einer Spreizbandrolle (8, 8a, 8b) verbunden ist, auf die das Spreizband (9, 9a, 9b) über den Motor (7, 7a, 7b) auf- und abwickelbar ist.
Linearführungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spreizband (9, 9a, 9b) zumindest über einen Teil seiner abgewickelten Länge in, vorzugsweise nutartigen, Seitenführungen (10) aufgenommen ist.
Linearführungsmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenführungen (10) integral an der Führungsschiene (3) ausgebildet sind.
Linearführungsmodul nach eine der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene (3) im Querschnitt im we sentlichen U-förmig ausgebildet ist, wobei der Führungswagen (2) auf einem im Inneren des U-förmigen Querschnitts vorgesehenen Schienenabschnitt (4) geführt ist und das Spreizband (9, 9a, 9b) oberhalb davon im Bereich zwischen den Schenkeln (11) des U-förmigen Querschnitts verläuft.
Linearführungsmodul nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenführungen (10) im Bereich der oberen Schenkelenden angeordnet sind, so dass das Querschnittsinnere über das Spreizband (9, 9a, 9b) abgedeckt ist.
Linearführungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Antriebsmotoren (7a, 7b) vorgesehen sind, zwischen denen der Führungswagen (2) angeordnet und mit jedem über ein separates Spreizband (9a, 9b) in Antriebsverbindung steht.
Linearführungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spreizband (9, 9a, 9b) ein Metall- oder Kunststoffband ist.