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Die
Erfindung betrifft ein Führungselement mit
einer Zahnstange zum Zusammenwirken mit einer entlang der Zahnstange
verfahrbaren Robotik. Ferner betrifft die Erfindung ein Magazinmodul
mit einem Gehäuse
und mit mindestens einem in einem Schacht des Gehäuses angeordneten
Führungselement
für eine
entlang des Führungselementes
verfahrbare Robotik, wobei in dem Gehäuse mindestens eine Öffnung zum
Ein- und Ausfahren der Robotik angeordnet ist. Weiterhin betrifft
die Erfindung ein Magazin, umfassend mehrere übereinander und/oder nebeneinander
angeordnete Magazinmodule sowie mindestens eine Robotik, die entlang
der Führungselemente
der Magazinmodule durch die Magazinmodule verfahrbar ist.
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Die
US 4,570,542 A zeigt
ein Führungselement,
bestehend aus einer elastisch verformbaren Zahnstange, entlang derer
ein Schweißaggregat
verfahrbar ist. Das Führungselement
eignet sich nicht zur modulartigen Aneinanderreihung.
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Aus
der
US 2004/0056568
A1 ist ein aus mehreren Magazinmodulen gebildetes Magazin
beschrieben. In den einzelnen Magazinmodulen sind dabei Datenträger gelagert,
die mit Hilfe einer Robotik entnehmbar und zu einem Lesegerät für den Datenträger transportierbar
sind. Die Robotik ist innerhalb eines Schachtes des Magazins angeordnet,
wobei der Magazinschacht durch Aneinanderreibung von Teilschächten der
Magazinmodule gebildet ist. In jedem Teilschacht ist ein eine Zahnstange
umfassendes Führungselement
für die
Robotik vorgesehen, wobei die einzelnen Führungselemente in einem aufeinandergestapelten,
ein Magazin bildenden Endmontagezu stand der Magazinmodule in Längsrichtung
miteinander fluchten.
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Nachteilig
bei dem bekannten Magazin ist es, dass es aufgrund von unterschiedlichen
Ausdehnungskoeffizienten zwi schen den starren Führungselementen und den Gehäusen der
Magazinmodule zu Spannungen in den Führungselementen kommen kann.
Damit sich die Spannungen nicht von Modul zu Modul fortsetzen können, sind
die fest in den Modulgehäusen
angeordneten Führungselemente
von benachbarten Magazinmodulen mit Abstand zueinander angeordnet.
Bei sehr großen
Temperaturschwankungen und damit verbundenen großen Längenänderungen der Führungselemente
ist es denkbar, dass eine von einem ersten Führungselement zu einem benachbarten
zweiten Führungselement
wechselnde Robotik nicht mit dem zweiten Führungselement in Eingriff bringbar
ist, da sich der Abstand zwischen den Führungselementen so verändert hat, dass
ein Zahn eines Abtriebsrades der Robotik auf einen Zahn der Zahnstange
trifft und nicht in einer Zahnlücke.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Führungselement
für eine
Robotik in einem aus mehreren Magazinmodulen zusammengesetzten Magazin
vorzuschlagen, das derart ausgebildet ist, dass negative Auswirkungen
von temperaturbedingten Längenänderungen
zumindest weitgehend vermieden werden. Vorzugsweise soll das Führungselement
gleichzeitig geräuschemissionsoptimiert
sein. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein entsprechend verbessertes
Magazinmodul sowie ein aus mehreren Magazinmodulen bestehendes Magazin
vorzuschlagen.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des eingangs erwähnten, gattungsgemäßen Führungselementes
dadurch gelöst,
dass die Zahnstange an zwei in Längsrichtung
der Zahnstange beabstandeten Befestigungsstellen an mindestens einem
Referenzelement festgelegt ist, und dass die Zahnstange in einem
Bereich zwischen den Befestigungsstellen in Längsrichtung der Zahnstange
elastisch ausgebildet ist, derart, dass sich die Zahnstange einer
temperaturbedingten Längenänderung
des Referenzelementes zwanggeführt
anpasst.
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Im
Hinblick auf das Magazinmodul wird die Aufgabe durch das Vorsehen
eines nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Führungselementes
gelöst.
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Hinsichtlich
des Magazins wird die Aufgabe durch das Vorsehen von mindestens
zwei nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Magazinmodulen
gelöst.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Spannungen, die bei
bekannten, starren Zahnstangen auftreten, darauf zurückzuführen sind, dass
die Zahnstange aus einem von dem Gehäusematerial eines Magazinmoduls
unterschiedlichen Material mit einem von dem Gehäusematerial unterschiedlichen
Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet ist. Es wäre also denkbar, Spannungen
in der Zahnstange dadurch zu vermeiden, dass sowohl die Zahnstange,
als auch das Gehäuse
aus dem gleichen Metall ausgebildet werden. Dies hätte jedoch
eine erhöhte
Geräuschsemission
zur Folge, insbesondere dann, wenn auch das mit der Zahnstange kämmende Abtriebszahnrad
der Robotik aus Metall ausgebildet ist. Um also gleichzeitig eine
geringe Geräuschsemission
zu gewährleisten
und Spannungen in der Zahnstange bei Temperaturschwankungen zu vermeiden,
schlägt
die Erfindung vor, der Zahnstange, die aus einem beliebigen Material,
insbesondere Kunststoff, vorzugsweise POM, ausgebildet sein kann
ein Referenzelement zuzuordnen, wobei die Zahnstange an zwei in
Längsrichtung
der Zahnstange beabstandeten Befestigungsstellen an dem Referenzelement
festgelegt ist. Um zu gewährleisten, dass
es bei einer temperaturbedingten Längenänderung des Referenzelementes
nicht zu zu Schäden führenden
Spannungen in der Zahnstange kommt, was der Fall sein könnte, falls
es sich bei der Zahnstange um ein starres Element handeln würde, sieht das
Konzept der Erfindung vor, die Zahnstange in Längsrichtung elastisch auszubilden,
derart, dass die Zahnstange aufgrund der Festlegung an zwei in Längsrichtung
der Zahnstange beabstandeten Befestigungsstellen an dem Referenzelement
einer temperaturbedingten Längenänderung
des Referenzelementes (in Grenzen der Elastizität) folgen kann. Anders ausgedrückt ist
die Zahnstange durch die Festlegung an dem Referenzelement an zwei
in Längsrichtung
der Zahnstange voneinander beabstandeten Befestigungsstellen im
Hinblick auf seine Längenausdehnung
an das Referenzelement gekoppelt. Wesentlich ist, dass sich das
Zahnstangenelement in dem Bereich zwischen den Befestigungsstellen
(frei) relativ zum dem Referenzelement bewegen kann. Um die Längenänderung
der Zahnstange an die Längenänderung
des Gehäuses
eines das Führungselement
aufweisenden Magazinmoduls optimal anzupassen, ist eine Ausführungsform
von Vorteil, bei der entweder das Referenzelement von dem Gehäuse des
Magazinmoduls gebildet wird oder bevorzugt das Referenzelement als
ein von dem Gehäuse separates
Element ausgebildet ist, das aus dem gleichen Material, vorzugsweise
aus dem gleichen Metall, hergestellt ist wie die Zahnstange.
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Im
Hinblick auf die Gewährleistung
eines passgenauen Übergangs
zwischen zwei in Längsrichtung
benachbarten Zahnstangen, ist vorgesehen die Zahnstange mit daran
festgelegtem Referenzelement längsverschieblich
auf einem Halteelement zu lagern. Anders ausgedrückt ist es von Vorteil die Zahnstange
zusammen mit dem mindestens einen Referenzele ment schwimmend, relativ
zu einem Magazinmodulgehäuse
zu lagern. Bevorzugt handelt es sich bei dem Haltelement dabei um
ein von dem Magazinmodulgehäuse
separates Bauteil. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Haltelement
zur längsverschieblichen
Aufnahme des Zahnstangenelementes von dem Modulgehäuse gebildet
ist. Durch die längsverschiebliche
Anordnung bzw. Lagerung der Zahnstange relativ zu dem Halteelement
ist es möglich, dass
kein Abstand zwischen zwei benachbarten Führungselementen vorgesehen
werden muss, sondern dass zwei, insbesondere in zwei unterschiedlichen benachbarten
Magazinmodulen angeordnete Zahnstangen unmittelbar aneinander anliegen,
so dass ein sauberer, passgenauer Übergang zwischen zwei Führungselementen
sichergestellt ist. Die längsverschiebliche
Anordnung der Zahnstange mit dem Referenzelement relativ zu einem
Gehäuse
eines Magazinmoduls ermöglicht
die Ausbildung der Robotik mit lediglich einem einzigen mit dem
Führungselement
zusammenwirkenden, d. h. mit der Zahnstange kämmenden Abtriebszahnrad. Bedingt
durch den kleinen Abstand, bevorzugt durch den nicht vorhandenen
Abstand, zwischen zwei benachbarten Zahnstangen kann auf ein im
Stand der Technik notwendiges, beabstandetes zweites Abtriebszahnrad
verzichtet werden. Durch die längsverschiebliche
Anordnung der Zahnstange mit dem Referenzelement kann eine Längenänderung
der Zahnstange, ohne dass es zu Verspannungen zwischen zwei benachbarten
Zahnstangen kommt, an die benachbarte Zahnstange weitergegeben werden.
Durch die beschriebene Ausführungsform
ist es erstmals möglich, Modulgehäuse aus
unterschiedlichen Materialien in einem Magazin zu verbauen, insbesondere
sofern das Material der jeweiligen Referenzstange dem Material des
zugehörigen
Modulgehäuses
entspricht. Bei einer extremen Längenänderung
der Zahnstange ist es möglich
und zulässig,
dass sich die Zahnstange bis in ein benachbartes Führungs element
bzw. ein benachbartes Magazinmodul, um wenige Millimeter oder bevorzugt
nur einen Bruchteil von Millimetern (im Rahmen der Elastizität) hinein
erstreckt. Bevorzugt ist das Halteelement aus einem glasfaserverstärktem Kunststoff
ausgebildet, dessen Ausdehnungskoeffizient ähnlich dem von Metall ist.
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Es
liegt im Rahmen der Erfindung, der Zahnstange nicht nur ein einziges
Referenzelement, sondern mehrere Referenzelemente, vorzugsweise
zwei an gegenüberliegenden
Seiten der Zahnstange angeordnete Referenzelemente, zuzuordnen und
an dieser an zwei beabstandeten Befestigungsstellen festzulegen.
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Ferner
liegt es im Rahmen der Erfindung, insbesondere an einem vergleichsweise
langen Führungselement
die Zahnstange zusätzlich
zu den zwei Befestigungsstellen an mindestens einer weiteren, vorzugsweise
in Bezug auf die Längenerstreckung der
Zahnstange mittigen Befestigungsstelle an dem mindestens einen Referenzelement
festzulegen.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie
der nachfolgenden Beschreibung.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das
Referenzelement entlang seiner Längserstreckung
weniger elastisch ist als die Zahnstange. Bevorzugt ist das Referenzelement nicht-elastisch
ausgebildet, so dass eine temperaturbedingte Längenänderung des Referenzelementes vollständig an
die Zahnstange weitergegeben werden kann.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform,
bei der die zwei Befestigungsstellen, an denen die Zahnstange mindestens
an dem mindestens einen Referenzelement festgelegt ist, im Bereich
der freien Enden der Zahnstange angeordnet sind. Vorzugsweise erfolgt
die Befestigung der Zahnstange an dem Referenzelement im Bereich
der in Längsrichtung
am weitesten entfernten Zähne
der Zahnstange. Hierdurch wird ein (wesentlicher) die Befestigungsstellen überragender,
nicht zwangsgeführter
Zahnstangenabschnitt vermieden.
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Fertigungstechnisch
besonders gut beherrschbar ist eine Ausführungsform, bei der die Zahnstange
mit Hilfe von Befestigungsstiften an dem Referenzelement festgelegt
ist. Dabei ist jeder Befestigungsstift, vorzugsweise quer zur Längserstreckung
der Zahnstange sowohl in der Zahnstange als auch in dem Referenzelement
aufgenommen, wodurch eine formschlüssige Verbindung zwischen der Zahnstange
und dem Referenzelement und damit eine Zwangskopplung bzw. Zwangsführung der Zahnstange
an dem Referenzelement sichergestellt ist.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Ausführungsform,
bei der das Referenzelement seitlich an der Zahnstange angeordnet
ist. Unter einer seitlichen Anordnung wird dabei eine Anordnung
an einer Seitenfläche
des Referenzelementes verstanden, die sich in Längsrichtung der Zahnstange
erstreckt und die eine Verzahnungsseite (Oberseite) der Zahnstange
mit einer parallel zu der Verzahnungsseite verlaufenden Unterseite
verbindet. Bevorzugt ist die Seitenfläche dabei rechtwinklig zur
Verzahnungsseite sowie rechtwinklig zur Unterseite angeordnet. Von besonderem
Vorteil ist es eine Ausführungsform,
insbesondere im Hinblick auf eine symmetrische Ausdehnung der Zahnstange,
bei der auf beiden einander gegenüberliegenden Seitenflächen der
Zahnstange jeweils ein Referenzelement angeordnet ist, wobei bevorzugt
beide Referenzelemente an der Zahnstange festgelegt sind. Dabei
sind die jeweiligen Befestigungsstellen vorzugsweise unmittelbar
einander gegenüberliegend
angeordnet. Bei einer derartigen Ausführungsform ist es möglich, dass
zur Festlegung beider Referenzelemente insgesamt lediglich zwei
Befestigungsstifte vorgesehen werden, die die Zahnstange quer zu
ihrer Längserstreckung
durchsetzen, wobei bevorzugt die freien Enden der Befestigungsstifte
in den Referenzelementen aufgenommen sind oder diese in Querrichtung
durchsetzen.
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Insbesondere
für eine
Anwendung des Führungselementes
in Magazinen zur Aufnahme von Datenträgern, ist eine Ausführungsform
des Führungselementes
von Vorteil, bei der das Führungselement eine
Länge aus
einem Bereich zwischen etwa 8,9 cm (2 U = 2 × 1,75 inch) und etwa 26,7
cm (6 U = 6 × 1,75 inch)
aufweist. Insbesondere bei einer Länge der Zahnstange von mehr
als 20 cm kann es vorteilhaft sein, zusätzlich zu den zwei, vorzugsweise
endseitigen, Befestigungsstellen mindestens eine dritte, insbesondere
mittige, Befestigungsstelle vorzusehen, an der die Zahnstange zusätzlich an
dem Referenzelement festgelegt ist.
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Versuche
und Berechnungen der Anmelderin haben ergeben, dass es von Vorteil
ist, insbesondere eine Zahnstange der Länge von etwa 8,9 bis etwa 26,7
cm so elastisch auszubilden, dass eine elastische Längenänderung
der Zahnstange etwa 0,5 mm bis 1,5 mm in einem Bereich zwischen
zwei benachbarten Befestigungsstellen möglich ist.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform,
bei der die Zahnstange etwa 1 mm pro 10 cm bis etwa 25 cm elastisch
relativ zu dem Referenzelement in einem Bereich zwischen zwei Befestigungsstellen
bewegbar ist.
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Zur
Realisierung der Elastizität
der Zahnstange in Längsrichtung
bei gleichzeitiger Gewährleistung
einer ausreichenden Stabilität
ist eine Ausführungsform
von Vorteil, bei der in mindestens einem Zahn der Verzahnung der
Zahnstange, vorzugsweise in mehreren Zähnen, besonders bevorzugt in sämtlichen
Zähnen,
jeweils ein quer zur Längserstreckung
der Zahnstange verlaufender Schlitz vorgesehen ist. Dieser ermöglicht eine
elastische Stauchung bzw. Ausdehnung der Zahnstange entlang ihrer Längserstreckung,
vorzugsweise in den zuvor genannten Grenzen.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform,
bei der der Schlitz bzw. die Schlitze auf der der Verzahnungsseite
gegenüberliegenden
Unterseite der Zahnstange vorgesehen ist/sind. Dabei ist der mindestens
eine Schlitz bevorzugt als in Richtung der Unterseite offene Quernut
ausgebildet und erstreckt sich zum Schlitzgrund hin bevorzugt in
Richtung der Verzahnungsseite der Zahnstange bis in einen Bereich
zwischen zwei gegenüberliegenden
Zahnflanken des zugehörigen
Zahnes und somit eine ausreichende Elastizität der Zahnstange zu realisieren.
Anders ausgedrückt
erstreckt sich der mindestens eine Schlitz soweit in den zugehörigen Zahn
hinein, dass sich in Längsrichtung
der Zahnstange getrennt von dem Schlitz zu beiden Seiten jeweils
eine Zahnlücke befindet.
Aufgrund dieser ziehharmonikaartigen Ausbildung der Zahnstange wird
eine ausreichende Elastizität
in Längsrichtung
bei gleichzeitiger Gewährleistung
einer ausreichenden Stabilität
realisiert, insbesondere dann, wenn die Zahnstange aus Kunststoff, vorzugsweise
aus POM ausgebildet ist.
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Die
relative Längsverschieblichkeit
zwischen der Zahnstange und dem Halteelement kann auf unterschiedlichste
Weise realisiert werden. Bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform,
bei der die Längsverschieblichkeit
durch eine Nut-Federverbindung realisiert ist, wobei eine Ausführungsform
bevorzugt ist, bei der die Nut an der Unterseite der Zahnstange
und die Feder an dem Haltelement realisiert ist. Selbstverständlich ist
auch eine umgekehrte Anordnung realisierbar.
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Von
besonderem Vorteil ist es, die Zahnstange trotz ihrer Längsverschieblichkeit
quer zu ihrer Längserstreckung
unverlierbar an dem Halteelement gehalten ist. Dies kann durch eine
schwalbenschwanzförmige
Ausbildung der Nut-Federverbindung
zwischen der Zahnstange und dem Haltelement realisiert werden. Die
Nut-Federverbindung muss nicht zwangsläufig zwischen dem Halteelement
und der Zahnstange vorgesehen werden. Es ist auch eine Ausführungsform
möglich,
bei der die Nut-Federverbindung zwischen dem Referenzelement und
dem Halteelement realisiert ist.
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Insbesondere
im Hinblick auf eine Geräuschminimierung
ist eine Ausführungsform
bevorzugt, bei der das Halteelement und/oder das Referenzelement
flächig
an einem akustischen Dämmelement
anliegen/anliegt. Bevorzugt handelt es sich bei dem akustischen
Dämmelement
um ein Dämmelement
aus Gummi.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn das Referenzelement, insbesondere durch Vulkanisation,
an dem Dämmelement festgelegt
ist. Das Dämmelement
bzw. die Verbindung zwischen dem Dämmelement und dem Referenzelement
muss dabei eine Längenänderung
des Referenzelements zulassen. Die Verbindung muss also in gewissen
Grenzen elastisch sein, was durch Vulkanisation realisierbar ist.
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Mit
Vorteil ist vorgesehen, dass das akustische Dämmelement als Sandwich zwischen
dem Halteelement und einer Trägerplatte
aufgenommen ist, wobei eine Ausführungsform
bevorzugt ist, bei der das akustische Dämmelement an der Trägerplatte
und/oder an dem Halteelement und/oder dem Referenzelement, beispielsweise
durch Verkleben oder Aufvulkanisieren elastisch festgelegt ist.
Dabei bildet das Dämmelement
ein Verbindungselement, das vorzugsweise sowohl mit der Trägerplatte
als auch mit dem Halteelement sowie mit dem Referenzelement verbunden
ist.
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Die
Trägerplatte
dient dazu, das Führungselement,
insbesondere an einem Gehäuse
eines Magazinmoduls festzulegen. Bevorzugt besteht die Trägerplatte
dabei aus dem gleichen Material wie das Modulgehäuse und/oder das Referenzelement.
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Die
Trägerplatte
ermöglicht
eine ortsfeste Fixierung des Führungselementes
an dem Magazinmodulgehäuse,
wobei jedoch eine Relativverschieblichkeit zwischen der Zahnstange
und dem Modulgehäuse
durch die längsverschiebliche
Anordnung der Zahnstange auf dem Halteelement sichergestellt ist.
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Die
Erfindung führt
auch auf ein Magazinmodul. Bevorzugt handelt es sich dabei um ein
Magazinmodul zur Aufnahme einer Vielzahl von Datenträgern und/oder
mindestens einem Laufwerk für
die Datenträger.
Alternativ handelt es sich beispielsweise um ein Magazinmodul zur
Lagerung von Medikamenten. Die Datenträger bzw. die Medikamente können dabei mittels
einer innerhalb des Magazinmoduls verfahrbaren Robotik entnommen
bzw. eingelegt und transportiert werden. Die Robotik wirkt dabei
mit einem Führungselement
zusammen, derart, dass mindestens ein Abtriebszahnrad mit der Zahnstange
des Führungselementes
kämmt.
Bevorzugt ist das Magazin mit mindestens einer, vorzugsweise mit
zwei gegenüberliegenden Öffnungen
versehen, so dass die Robotik entlang des Führungselementes in ein benachbartes
Magazinmodul verfahren kann, wobei die Führungselemente in Längsrichtung
des sich ergebenden Schachtes miteinander fluchtend angeordnet sind.
Das Magazinmodul ist gekennzeichnet durch mindestens ein nach dem
Konzept der Erfindung ausgebildetes Führungselement mit einer Zahnstange,
die an zwei in Längsrichtung
der Zahnstange beabstandeten Befestigungsstellen an dem Referenzelement
festgelegt ist. Bevorzugt ist das Gehäuse des Magazinmoduls dabei
aus dem gleichen Material ausgebildet, vorzugsweise aus dem gleichen
Metall, wie das Referenzelement des Führungselementes um somit eine
gleiche Längenänderung
der Zahnstange und des Magazinmodulgehäuses zu realisieren.
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Es
liegt im Rahmen der Erfindung innerhalb eines Magazinmoduls mehrere,
vorzugsweise zwei Führungselemente
parallel zueinander anzuordnen, wobei die Robotik vorzugsweise gleichzeitig
mit den parallelen Führungselementen
in Eingriff ist. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung innerhalb
eines Magazinmoduls mindestens zwei Führungselemente in Längsrichtung
benachbart zueinander anzuordnen, wobei jedoch eine Ausführungsform
bevorzugt ist, bei der innerhalb eines Magazinmoduls nicht zwei in
Längsrichtung
benachbarte Führungselemente, sondern
lediglich ein entsprechend lang ausgebildetes Führungselement vorgesehen ist,
wobei es bei einer (sehr) langen Ausbildung des Führungselementes
von Vorteil sein kann, die Zahnstange nicht nur an zwei Befestigungsstellen
sondern beispielsweise an drei Befestigungsstellen mit dem Referenzelement zu
verbinden.
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Die
Erfindung führt
auch auf ein Magazin, umfassend mindestens zwei Magazinmodule, wobei die
Magazinmodule derart angeordnet sind, dass die Führungselemente der Magazinmodule
miteinander fluchten, so dass eine Robotik von einem Magazinmodul
entlang der fluchtenden Führungselemente
in ein benachbartes Magazinmodul verfahren kann. Bevorzugt handelt
es sich bei dem Magazin um ein Magazin zur Lagerung von Datenträgern oder
zur Lagerung von Medikamenten. Andere Anwendungen mit der Notwendigkeit
zur Feinpositionierung der Module bzw. der Robotik innerhalb der
Module sind mit der Erfindung ebenfalls realisierbar.
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Von
besonderem Vorteil ist es eine Ausführungsform, bei der die Führungselemente
benachbarter Magazinmodule in dem Magazin passgenau aneinander anliegen,
d. h. eine Ausführungsform,
bei der zwischen zwei benachbarten Zahnstangen kein im Stand der
Technik notwendiger Spalt vorgesehen ist. Dies kann insbesondere
dann realisiert werden, wenn die Zahnstangen der Führungselemente
relativ zu den jeweiligen Modulgehäusen verstellbar sind, d. h.
schwimmend, insbesondere mittels einer Nut-Federverbindung, gelagert
sind. Bei einer Festlegung des Referenzelements an einem Dämmelement
ist die schwimmende Lagerung bzw. die maximale Längenänderung des Refrenzelements
und damit der Zahnstange durch die Elastizitätsgrenzen des Dämmelements bzw.
der Verbingung zwischen dem Dämmelement
und dem Referenzelement begrenzt.
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Um
einen möglichst
exakten Übergang
zweier Führungselemente
ineinander zu gewährleisten, ist
eine Ausführungsform
von Vorteil, bei der jeweils zwei benachbarte Führungselemente formschlüssig miteinander
verbunden sind. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden,
dass an einem Halteelement angeordnete, sich in Längsrichtung
erstreckende Stifte in entsprechende Ausnehmungen eines benachbarten
Führungselementes
eingreifen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben.
Diese sollen die Ausführungsbeispiele
nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen,
vielmehr sind die Zeichnungen, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter
und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen
der aus den Zeichnungen unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf
den einschlägigen
Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen
und Änderungen
betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden
können,
ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in
der Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten
Merkmale der Erfindung können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung
der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung
alle Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den
Zeichnungen und/oder den Ansprüchen
offenbarten Merkmalen. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht
beschränkt
auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und
beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
oder beschränkt
auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den
Ansprüchen
beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch
innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart
und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein.
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Es
zeigen:
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1:
ein fertig montiertes Führungselement
zur Festlegung in einem Magazinmodulgehäuse,
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2a:
eine im Vergleich zu 1 gedrehte perspektivische Ansicht
eines Führungselementes,
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2b bis 2e:
unterschiedliche, klapprichtige, teilweise geschnittene Ansichten
des Führungselementes
gemäß 2a,
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3a:
eine perspektivische Darstellung einer in Längsrichtung elastischen Zahnstange
für ein Führungselement,
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3b:
eine vergrößerte, seitliche
Teilansicht der Zahnstange gemäß 3a,
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3c:
eine um 90° gegenüber 3b gedrehte
Teilansicht der Zahnstange, aus der eine unterseitige, schwalbenschwanzförmige Nut
erkennbar ist,
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4a:
eine perspektivische Ansicht eines Halteelementes für die in 3a gezeigte
Zahnstange,
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4b:
eine Teilansicht einer schwalbenschwanzförmigen Feder des Haltelementes
gemäß 4a zum Zusammenwirken
mit der in 3c gezeigten Nut der Zahnstange,
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5:
eine Seitenansicht eines streifenförmigen Referenzelementes aus
Metall des Führungselementes
und
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6:
eine stark schematisierte Ansicht eines aus mehreren Magazinmodulen
bestehenden Magazins, wobei in jedem Magazinmodul ein Führungselement
angeordnet ist und bei dem die Führungselemente
der Magazinmodule passgenau aneinander anliegen.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist
ein Führungselement 1 dargestellt.
Das Führungselement 1 umfasst
eine Zahnstange 2, mit einer Vielzahl entlang seiner Längserstreckung
auf einer Verzahnungsseite 3 nebeneinander angeordneten
Zähnen 4.
Zwischen jeweils zwei benachbarten Zähnen ist eine Zahnlücke 5 ausgebildet.
Im montierten Zustand kämmt
mit der Zahnstange 2 des Führungselementes 1 ein
Abtriebszahnrad einer nicht gezeigten Robotik.
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Die
Zahnstange 2 ist an zwei in Längsrichtung der Zahnstange 2 beabstandeten
Befestigungsstellen 6, 7 fest mit einem rechteckigen,
flachen, streifenförmigen
Referenzelement 8 verbunden. Aufgrund ihrer in Längsrichtung
elastischen Ausbildung kann die Zahnstange einer Längenän derung
des Referenzelementes 8 folgen, ohne dass es zu unerwünschten
Materialspannungen in der Zahnstange 2 kommt, wodurch eine
Beschädigung
der Zahnstange 2 bei einer Längenänderung innerhalb des Elastizitätsbereichs,
von in diesem Ausführungsbeispiel etwa
0,5 mm, vermieden wird.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Zahnstange 2 an jeder Befestigungsstelle 6, 7 mit
jeweils einem Befestigungsstift 6, 7 formschlüssig mit dem
Referenzelement 8 verbunden, wobei jeder Befestigungsstift 9, 10 in
jeweils einer quer zur Längserstreckung
der Zahnstange 2 verlaufenden Aufnahmeöffnung 11, 12 aufgenommen
ist und sich quer in das Referenzelement 8 hineinerstreckt.
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Wie
aus 1 zu entnehmen ist, ist das Referenzelement 8 auf
einer in der Zeichnungsebene hinteren Seitenfläche der Zahnstange 2 angeordnet. Auf
einer in der Zeichnungsebene vorderen, parallel zu der hinteren
Seitenfläche
verlaufenden Seitenfläche 13 befindet
sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
kein Referenzelement. Bei Bedarf kann auch auf der in der Zeichnungsebene
vorderen Seitenfläche 13 ein
Referenzelement 8 vorgesehen werden. Die hintere Seitenfläche und
die vordere Seitenfläche 13 verlaufen
rechtwinklig zur Verzahnungsseite 3 und zu einer parallel
zur Verzahnungsseite verlaufenden Unterseite 14 der Zahnstange 2.
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Die
Länge der
Zahnstange 2 beträgt
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
2 U, d. h. etwa 8,9 cm. Aus Gründen
der Geräuschminimierung
und zur Gewährleistung
einer ausreichenden Festigkeit ist die Zahnstange 2 in
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
aus POM (Polyoximethylen) ausgebildet.
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Mit
ihrer Unterseite 14 ist die Zahnstange 2 schwimmend
auf einem Halteelement 15 gelagert. Das Halteelement 15 besteht
aus einem glasfaserverstärkten
Kunststoff, dessen Ausdehnungskoeffizient ähnlich dem des Referenzelementes 8 ist.
Das Halteelement ist im Querschnitt im Wesentlich U-förmig ausgebildet, wobei die
schwimmende Lagerung in Längsrichtung
der Zahnstange 2 zwischen einem in der Zeichnungsebene
rechten Schenkel 16 und der Zahnstange 2 realisiert
ist. Die schwimmende Lagerung ist durch das Vorsehen einer Nut-Federverbindung 17 zwischen
der Zahnstange 2 und dem Schenkel 16 des Halteelementes 15 realisiert,
wobei in diesem Ausführungsbeispiel
an dem Schenkel 16, genauer an einer dem in der Zeichnungsebene
linken Schenkel 18 abgewandten Seite des Schenkels 16 eine
schwalbenschwanzförmige
Feder 19 vorgesehen ist, die in eine in 2a gezeigte,
formkongruente Nut 20 in der Unterseite 14 der
Zahnstange 2 eingreift.
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Aus
Gründen
der Geräuschminimierung
liegen das Halteelement 15 und das benachbart zu dieser
angeordnete Referenzelement 18 nicht unmittelbar auf der
Trägerplatte 21 aus
Metall auf. Vielmehr ist in einer Art Sandwichstruktur zwischen
der Trägerplatte 21 einerseits
und dem Halteelement 15 sowie dem Referenzelement 8 andererseits,
ein aus 2a ersichtliches, rechteckiges,
flaches, akustisches Dämmelement 25 angeordnet.
In diesem Ausführungsbeispiel
handelt es sich dabei um eine Gummimatte, die an dem Halteelement 15 und
an dem Referenzelement 8 durch Verkleben oder Aufvulkanisieren,
oder auf sonstige Weise elastisch festgelegt ist. Gleichzeitig ist
das Dämmelement 25 durch
Verkleben oder Vulkanisieren oder auf sonstige Weise an der Trägerplatte 21 festgelegt.
Somit bildet das Dämmelement 25 ein
Verbindungselement zwischen der Trägerplatte 21 einerseits
und dem Referenzelement 8 sowie dem Haltelement 15 andererseits.
Zur Montagehilfe sind in dem Halteelement 15, genauer in
einer zwischen den Schenkeln 16, 18 vorgesehenen
Vertiefung 22, zwei in Längsrichtung beabstandete Öffnungen 23, 24 zur
Aufnahme jeweils eines Stiftes vorgesehen. Mittels der nicht gezeigten
Stifte kann das Halteelement 15 vorläufig, vor dessen endgültiger Montage
an der Trägerplatte 21 (also
beispielsweise vor der Vulkanisation des Dämmelements 25 mit
der Trägerplatte 21 und
dem Halteelement 15) fixiert werden. Nach der Fixierung
können die
nicht gezeigten Stifte wieder entnommen werden.
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Die
Trägerplatte 21,
das Referenzelement 8 und eine nicht gezeigte Modulgehäusewand
sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
aus demselben Material ausgebildet. Das Führungselement 1 kann durch
Festlegen der Trägerplatte 21 innerhalb
eines Gehäuses
eines Magazinmoduls in diesem festgelegt werden. Bevorzugt besteht
dabei eine unmittelbar Verbindung zwischen der Trägerplatte 21 und dem
Gehäuse
des Magazinmoduls.
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Wie
weiterhin aus 1 ersichtlich ist, weist das
Halteelement 15 auf der in der Zeichnungsebene oberen Stirnseite 26 zwei
benachbarte Stifte 27, 28 auf, die in zwei formkongruenten
Ausnehmungen eines nicht gezeigten, benachbarten Halteelementes eines
in einem benachbarten Magazinmodul festgelegten Führungselementes
aufgenommen werden können.
Die Stifte 27, 28 dienen also zur Realisierung einer
formschlüssigen
Verbindung zweier in Längsrichtung
fluchtender, aneinander anliegender Führungselemente.
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In 2a ist
ein dem in 1 gezeigten Führungselement 1 ähnliches
Führungselement 1 gezeigt.
Aus der perspektivischen Ansicht ist besonders gut die Nut-Federverbindung 17 zwischen
der Unterseite 14 der Zahnstange 2 und dem Halteelement 15 erkennbar,
aufgrund deren sich eine Längsverschieblichkeit
der Zahnstange 2 mit dem daran festgelegten Referenzelement 8 ergibt.
Zu erkennen ist auch das akustische Dämmelement 25, das
zwischen der Trägerplatte 21 und
dem Halteelement 15 sowie dem Referenzelement 8 angeordnet
ist. Sowohl die Trägerplatte 21 als
auch das Referenzelement 8 sowie das Halteelement 15 liegen
flächig
an dem akustischen Dämmelement 25 an
und sind mit dieser elastisch verbunden.
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In 2b ist
das Führungselement 1 in
einer Seitenansicht gezeigt. Zu erkennen ist, dass in jeden Zahn 4 ein
Schlitz 29 von der Unterseite 14 der Zahnstange 2 her
in diese eingebracht ist. Dabei erstrecken sich die Schlitze 4 in
der Zeichnungsebene nach oben in Richtung der Verzahnungsseite 3 bis
in einen Bereich hinein, benachbart zu dem seitlich jeweils eine
Zahnlücke 5 vorgesehen
ist. Anders ausgedrückt
erstreckt sich der in Richtung der Unterseite 14 hin offene
und in Querrichtung zur Längserstreckung
der Zahnstange verlaufende Schlitz bis in einen Bereich hinein,
zu dem seitlich jeweils eine, gleich beabstandete Zahnflanke 30, 31 des
zugehörigen
Zahns 4 angeordnet ist. Durch die Vielzahl der nebeneinander
angeordneten, quer zur Längserstreckung
der Zahnstange 2 verlaufenden Schlitze 29 wird
die Elastizität
der Zahnstange 2 in Längsrichtung trotz
des an sich vergleichsweise steifen Materials (POM) der Zahnstange 2 realisiert.
Durch die Kopplung der Zahnstange 2 mit dem Referenzelement 8, d.
h. der Zwangsführung,
an dem Referenzelement 8, aufgrund der Fixierung an den
zwei Befestigungsstellen 6, 7 entspricht die Längenausdehnung
der Zahnstange 2 bei Temperaturschwankungen der Längenausdehnung
des in Längsrichtung
starren Referenzelementes 8 aus Metall. Aufgrund der Ausbildung
des Referenzelementes 8 und der Trägerplatte 21 aus dem
gleichen Material entspricht diese Längenänderung wiederum der Längenänderung
der Trägerplatte 21.
Die Längenänderung
der Trägerplatte 21 entspricht
dabei der Längenänderung
eines nicht gezeigten Gehäuses
eines Magazinmoduls, da die Trägerplatte 21 wiederum
aus dem gleichen Material ausgebildet ist wie das Gehäuse des
Magazinmoduls.
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2c zeigt
einen Schnitt entlang der Schnittlinie A-A gemäß 2b. Zu
erkennen ist das mattenförmige
akustische Dämmelement 25 zwischen
dem im Querschnitt wesentlichen U-förmigen Halteelement 15 bzw.
dem Referenzelement 8 und der Trägerplatte 21, die
an ihrer in der Zeichnungsebene linken Seite Haken 32 zur
Festlegung an einem Gehäuse
eines Magazinmoduls aufweist. Durch das Halteelement 15 durchsetzende
Fixieröffnungen 33 können dabei
zusätzliche
Befestigungsschrauben zur Fixierung an dem Gehäuse durchgeführt werden.
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Besonders
gut ist aus 2c die Nut-Federverbindung 17 zwischen
der Zahnstange 2 und dem Halteelement 15 zu erkennen.
Die Nut 20 der Unterseite 14 der Zahnstange 2 ist
dabei durch wechselseitige Vorsprünge 34, 35 an
der Unter seite 14 der Zahnstange 2 gebildet. Die
Nut 20 ist also durch in Längsrichtung beabstandete, parallele
Querspalte zur Realisierung der Elastizität der Zahnstange 2 unterbrochen.
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Aus
der aus 2e ersichtlichen Schnittdarstellung
entlang der Schnittlinie B-B gemäß 2b ist
wieder das Dämmelement 25 zu
erkennen. Ferner sind die Öffnungen 23, 24 gezeigt,
durch die nicht gezeigte Fixierstifte zur vorläufigen Festlegung an der Trägerplatte 21 geführt werden
können,
wobei sich die Öffnungen
durch das Dämmelement 25 und
die Trägerplatte 21 fortsetzen
(nicht gezeigt).
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In 2d ist
eine Seitenansicht des Führungselementes 1 gezeigt,
aus der besonders gut die Nut-Federverbindung 17 zwischen
der Zahnstange 2 und dem Halteelement 15 erkennbar
ist.
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In 3 ist die Zahnstange 2 in perspektivischer
Weise in Alleinstellung gezeigt. Zu erkennen sind die Aufnahmeöffnungen 11, 12 zur
Aufnahme von nicht gezeigten Befestigungsstiften zur Festlegung
der Zahnstange 2 an dem aus 1 ersichtlichen
Referenzelement 8.
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In 3b ist
ein vergrößerter Endabschnitt der
Zahnstange 2 gezeigt. Zu erkennen sind Zähne 4 und
zwischen diesen befindliche Zahnlücken 5 sowie die seitlichen
Zahnflanken 30, 31 der Zähne 4. Die Zahnlücken 5 weisen
jeweils einen gerundeten Grund auf. Die Schlitze 29, die
von der Unterseite 14 her in jeweils einen Zahn 4 hinein
verlaufen und die sich quer zur Längserstreckung der Zahnstange 2 erstrecken,
reichen in der Zeichnungsebene nach oben bis in einen Bereich des
Zahnes 4 zwischen zwei Zahnflanken 30, 31 hinein.
Auch die Schlitze 4 weisen einen gerundeten Grund 36 auf,
der in einen schmalen Parallelabschnitt 37 mit parallelen
Seitenwänden übergeht.
Dieser geht wiederum in einen sich konisch verbreiterten Mittelabschnitt 38 über, welcher
wiederum endseitig in einen endseitigen Parallelabschnitt 39 mit
parallelen Seitenwänden übergeht,
wobei der Abstand der Seitenwände
im endseitigen Parallelabschnitt 39 etwa doppelt so groß ist wie
der Abstand der Seitenwände
im zu dem Grund 36 benachbarten Parallelabschnitt 37.
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Wie
weiterhin aus 3b ersichtlich ist, befinden
sich die Befestigungsstellen 6, 7 in dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
die Befestigungsstelle 6, bzw. die Aufnahmeöffnung 11 unmittelbar
innerhalb des endseitigen Zahns 4 der Zahnstange 2. Durch
die endseitige Anordnung der Befestigungsstellen 6, 7 wird
eine ungeführte
Verstellung der Zahnstange 2 über das Referenzelement 8 hinaus wirksam
verhindert.
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Wie
sich weiterhin aus 3b ergibt, ist die auf der Unterseite 14 gebildete,
schwalbenschwanzförmige
Nut 20 gebildet von seitlichen, abwechselnd angeordneten
nach unten sowie nach innen weisenden Vorsprüngen 34, 35.
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Ein
Querschnitt der Nut 20 ist aus 3c ersichtlich.
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In 4a ist
das Halteelement 15 perspektivisch in Alleinstellung gezeigt.
Zu erkennen sind stirnseitige Öffnungen 40, 41 zur
Aufnahme der aus 1 erkennbaren stirnseitigen
Stifte 27, 28 eines benachbarten Führungselementes 1.
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Aus 4b ist
die schwalbenschwanzförmige
Feder 19, die mit der in 3c gezeigten
Nut in der Unterseite 14 der Zahnstange 2 führend zusammenwirkt
dargestellt.
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In 5 ist
das streifenförmige
Referenzelement 8 gezeigt. Dieses weist zwei endseitige
Befestigungsöffnungen 42, 43 zum
Festlegen des Referenzelementes 8 an Befestigungsstellen 6, 7 mittels nicht
gezeigter Befestigungsstifte auf.
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Geschachtelt
innerhalb der äußeren Öffnungen 42, 43 befinden
sich weitere Öffnungen 44, 45. Durch
diese können
Stifte zur vorläufigen
Fixierung des Referenzelements 8 an der Trägerplatte 21 geführt werden.
Diese können
nach der Fixierung (Vulkanisation) des Dämmelements 25 sowie
mit der Trägerplatte 21 und
dem Referenzelement 8 wieder entfernt werden.
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In 6 ist
ein Magazin 46, umfassend mehrere Magazinmodule 47, 48, 49, 50 gezeigt.
Jedes Magazinmodul 47, 48, 49, 50 weist
ein Gehäuse 51, 52, 53, 54 auf.
Die Magazinmodule 47 bis 50 sind passgenau in
Hochrichtung aufeinander gestapelt. Innerhalb jedes Magazinmoduls 47 bis 50 ist
ein Schacht 55 bis 58 ausgebildet, wobei die Schächte 56, 57 der
mittleren Magazinmodule 58, 59 jeweils zwei endseitige,
in dem zugehörigen
Gehäuse 51, 53 ausgebildete Öffnungen
aufweisen, so dass sich ein das gesamte Magazin 46 durchsetzender
Schacht ergibt. Innerhalb des Schachtes ist eine nicht gezeigte
Robotik entlang von Führungselementen 1, 59, 60, 61 verfahrbar.
Innerhalb jedes Magazinmoduls 47, 48, 49, 50 sind
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nicht
gezeigte Ablagefächer
für Datenträger angeordnet.
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Wie
aus 6 ersichtlich ist, liegen die Führungselemente 1, 59, 60, 61 in
Längsrichtung
aneinander an und ergeben somit eine durchgehende Zahnstange, mit
der vorzugsweise ein einziges Abtriebszahnrad einer elektromotorisch
angetriebenen Robotik kämmt.
Die Führungselemente 1, 59, 60, 61 und
insbesondere die Zahnstangen dieser Führungselemente 1, 59, 60, 61 liegen
passgenau aneinander an und sind in Längsrichtung gesehen schwimmend in
Längsrichtung
des Magazins 46 an den zugehörigen Halteelementen gelagert,
so dass sich temperaturbedingte Längenausdehnungen, ohne Spannungen
innerhalb der Führungselemente 1, 59, 60, 61 zu verursachen
von Führungselement
zur Führungselement
weitergeben werden. Auf einen Spalt zwischen zwei benachbarten Zahnstangen
kann aufgrund der schwimmenden Lagerung verzichtet werden. Zudem ist
die Längenausdehnung
jeder Zahnstange an die Längenausdehnung
jedes Gehäuses 51, 52, 53, 54 angepasst,
da jede Zahnstange an einem aus 6 nicht
ersichtlichen Referenzelement an zwei in Längsrichtung der jeweiligen
Zahnstange beabstandeten Befestigungsstellen festgelegt ist und
das jeweilige Referenzelement aus demselben Material ausgebildet
ist, wie das zugehörige
Gehäuse 51, 52, 53, 54.