DE102008000666B3

DE102008000666B3 - Linearantrieb

Info

Publication number: DE102008000666B3
Application number: DE102008000666A
Authority: DE
Inventors: Hsin-An Chiang; Tung-Hsin Chen
Original assignee: Hiwin Mikrosystem Corp
Current assignee: Hiwin Mikrosystem Corp
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2028-03-14

Abstract

Linearantrieb, der aufeinanderfolgend ein Außenrohr, ein Mittelrohr und ein Innenrohr aufweist, die als vieleckiger Hohlkörper ausgeführt, ineinandergesteckt und voneinander begrenzt sind. Das Außenrohr ist innen an seinem Boden mit einer Schiebevorrichtung versehen, die eine Gewindespindel und eine an die Gewindespindel angepasste Mutter aufweist. Die Mutter ist ins Mittelrohr eingesteckt, wobei sich eine axiale Verschiebung der Mutter durch die Drehbewegung der Gewindespindel ergibt. Das Mittelrohr kann beweglich mit einem Zugelement zusammenarbeiten, welches das Innenrohr in axiale Verschiebung versetzt. Durch die oben erwähnte Gestaltung werden eine gegenseitige Positionsbegrenzung und eine stabile Auf- und Abbewegung in axialer Richtung erzielt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb, insbesondere eine Antriebsvorrichtung, die eine gegenseitige Positionsbegrenzung in radialer Richtung sowie eine stabile Auf- und Abbewegung in axialer Richtung gestattet.
Herkömmliche Linearantriebe haben breite Anwendungsbereiche. Sie bewirken eine Auf- und Abbewegung von anderen Mechanismen, die vom Motor angetrieben werden. Beschrieben werden die folgenden herkömmlichen Linearantriebe:

1. Aus der US 6880416 B2 ist eine dreistufige Spindelanordnung bekannt, die Nachteile der komplizierten Struktur und der hohen Herstellungskosten aufweist.
2. In der EP 0982018 B1 ist ein Linearantrieb vorgeschlagen, der einen Nachteil der radialen Drehreibung der inneren Struktur aufweist, was zur Beschädigung von inneren Bauteilen führt. Außerdem werden Positionier- und Begrenzungselemente gegenseitig behindert, wenn sie sich bewegen. Auf diese Weise wird der Auf- und Abbewegungsvorgang des gesamten Mechanismus nachteilig beeinflusst.

Durch die Erfindung wird ein Linearantrieb geschaffen, der ein als vieleckiger Hohlkörper ausgeführtes Außenrohr aufweist, in das ein Mittelrohr und ein Innenrohr einsteckbar sind. Das Innenrohr weist eine Schiebevorrichtung auf, die eine Gewindespindel und eine an die Gewindespindel angepasste Mutter aufweist. Die Mutter ist am Schiebezapfen befestigt und schwebend und positionsbegrenzend im Endabschnitt des Mittelrohrs vorgesehen. Am Schiebezapfen ist eine Laufrolle angeordnet, über die ein Zugelement geführt wird. Ein Ende des Zugelements ist am Innenrohr befestigt, während das andere Ende mit dem Boden des Außenrohrs verbunden ist. Das Mittelrohr ist unten mit einer Mehrzahl von Laufrollen versehen, über die sich Stahlseile erstrecken. Die beiden Enden des Stahlseils sind an der Innenseite des Außenrohrs bzw. am Ende des Innenrohrs befestigt.
Wird die Mutter von der Gewindespindel so in Bewegung versetzt, dass der Schiebezapfen von der Mutter in axiale Bewegung gebracht wird, wird das Zugelement bewegt, was zur axialen Verschiebung des Innenrohrs führt. Gleichzeitig werden das Mittelrohr und das Außenrohr mit dem Stahlseil teilweise aufwärts und abwärts bewegt. Außerdem werden eine gegenseitige Positionsbegrenzung und eine teleskopische Bewegung mit der Gestaltung der vieleckigen Rohranordnung gewährleistet. Darüber hinaus wird eine leichtgängige Auf- und Abbewegung des Linearantriebs ohne Interferenz erzielt. Ferner werden eine gegenseitige Positionsbegrenzung und eine stabile Verschiebung sichergestellt.
Im Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Linearantrieb;
2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Teilaufbaus des erfindungsgemäßen Linearantriebs;
3 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Linearantrieb gemäß 1, wobei dessen Auf- und Abbewegung gezeigt ist;
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Linearantriebs gemäß 3 in ausgefahrenem Zustand; und
5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Linearantriebs gemäß 3, der bis hin zum oberen Ende ausgefahren ist.
Wie aus den 1 bis 3 ersichtlich, weist ein erfindungsgemäßer Linearantrieb ein als vieleckiger Hohlkörper ausgebildetes Außenrohr 10 auf, in das ein Mittelrohr 20 und ein Innenrohr 30 in gleicher Form wie beim Außenrohr 10 einsteckbar sind. Das Außenrohr 10, das Mittelrohr 20 und das Innenrohr 30 in vieleckiger Form sind in axialer Richtung einander ein- und ausfahrbar und in radialer Richtung voneinander begrenzt, derart, dass ein stabiles Ein- und Ausfahren gewährleistet ist. Das Außenrohr 10, das Mittelrohr 20 und das Innenrohr 30 sind als drei-, vier- oder fünfeckiger Hohlkörper ausgeführt. Das Außenrohr 10 ist mittig an seinem Boden mit einer Schiebevorrichtung 40 versehen, die für die Axialverschiebung des Innenrohrs 30 und des Mittelrohrs 20 sorgt. Im Inneren des Innenrohrs 30 befindet sich ein Zugelement 50, dessen eines Ende starr mit dem Außenrohr 10 verbunden ist und dessen anderes Ende am Boden des Innenrohrs 30 befestigt ist. Der Mittelabschnitt des Zugelements 50 wird von der Schiebevorrichtung 40 geschoben, derart, dass das andere Ende des Zugelements 50 das Innenrohr 30 zieht und das Mittelrohr 20 zur Axialverschiebung schiebt. Durch den erfindungsgemäßen Linearantrieb wird eine radiale Positionsbegrenzung sowie ein stabiles Ein- und Ausfahren der Rohre mit geringster Interferenz sichergestellt.
Das Außenrohr 10 ist als vieleckiges Hohlrohr ausgeführt. Das Außenrohr 10 ist innen an seinem Boden mit einer Schiebevorrichtung 40 versehen, wobei das Außenrohr 10 an einer der Schiebevorrichtung 40 benachbarten Stelle über einen Befestigungszapfen 11 verfügt, der für die Befestigung des Zugelements 50 sorgt. Außerdem werden das Mittelrohr 20 und das Innenrohr 30 aufeinanderfolgend in das Außenrohr 10 eingesteckt.
Das Mittelrohr 20 ist als vieleckiges Hohlrohr ausgeführt, wobei das Mittelrohr 20 unten mit einer in gleicher Form wie beim Mittelrohr 20 ausgebildeten, dreieckigen Verbindungsplatte 21 versehen ist. Wie aus 2 ersichtlich, besitzt die Verbindungsplatte 21 mittig einen rund ausgesparten Aufnahmeabschnitt 210, in den die Schiebevorrichtung 40 und ein hohler Schiebezapfen 22 einsteckbar sind. Der Aufnahmeabschnitt 210 ist an seinem Innenumfang mit in regelmäßigen Abständen angeordneten, schlitzförmigen Gleitabschnitten 211 versehen, die in Ein- und Ausfahrrichtung verlaufen, wobei die Gleitabschnitte 211 für das Aufstecken und die Positionsbegrenzung der Schiebevorrichtung 40 sorgen. Der hohle Schiebezapfen 22 ist an einem dem Aufnahmeabschnitt 210 zugewandten Ende mit einem Innengewinde 220 versehen, in das die in der Schiebevorrichtung 40 vorgesehenen Bauelemente einschraubbar sind. Ein dreidimensional Y-förmig ausgebildeter Schwenkkörper 23 ist durch Einstecken an einem anderen Ende des hohlen Schiebezapfens 22 befestigt. Der Schwenkkörper 23 ist an seinem einen Ende mit einem zylindrischen Steckabschnitt 230 versehen, der in einen Endabschnitt des hohlen Schiebezapfens 22 einsteckbar ist. Das andere Ende des Schwenkkörpers 23 ist als U-förmiger Schwenkabschnitt 231 ausgebildet, der für eine drehbare Anordnung einer Laufrolle 24 sorgt, über die das Zugelement 50 beweglich geführt wird.
Die Verbindungsplatte 21 ist an ihrem einen Ende mit einer viereckigen Aussparung 212 versehen, durch die der Befestigungszapfen 11 und das Zugelement 50 hindurch verlaufen, wobei die Verbindungsplatte 21 an ihren anderen beiden Enden mit je einer länglichen Einkerbung 213 versehen ist, während jeweils eine Laufrolle 25 drehbar an der Öffnung der Einkerbungen 213 angeordnet ist. Jeweils ein Stahlseil 26 wird beweglich über die Laufrollen 25 geführt, wobei ein Ende des Stahlseils 26 an einer Innenseite des Außenrohrs 10 befestigt ist, während dessen anderes Ende durch die am Boden des Mittelrohrs 20 befindliche Einkerbung 213 der Verbindungsplatte 21 hindurch in das Innenrohr 30 gelangt und dann am oberen Ende des Innenrohrs 30 befestigt ist.
Das Innenrohr 30 ist als vieleckiges Hohlrohr ausgeführt und ins Mittelrohr 20 einsteckbar. Außerdem ist ein Ende des Zugelements 50 am Boden des Innenrohrs 30 angebracht.
Die Schiebevorrichtung 40 weist eine Gewindespindel 41 und eine an die Gewindespindel 41 angepasste Mutter 42 auf, wobei die Gewindespindel 41 drehbar am Boden des Außenrohrs 10 angeordnet ist und dem Antrieb des Motors dient. Die Gewindespindel 41 greift in die Mutter 42 ein, während die Mutter 42 außen über ein Außengewinde 420 verfügt, das ins Innengewinde 220 des hohlen Schiebezapfens 22 eingreift. Nach dem Verschrauben der Mutter 42 befindet sich die Mutter 42 im Inneren des Aufnahmeabschnitts 210 der Verbindungsplatte 21. Die Mutter 42 ist an ihrem Außenumfang in regelmäßigen Abständen mit einer Vielzahl von Gleitabschnitten 421 versehen, die in Aus- und Einfahrrichtung verlaufen und in die Gleitabschnitte 211 der Verbindungsplatte 21 eingreifen.
Das Zugelement 50 wird über die Laufrolle 24 des hohlen Schiebezapfens 22 geführt und besitzt ein erstes Befestigungsende 51 und ein zweites Befestigungsende 52. Das erste Befestigungsende 51 ist am Endabschnitt des Befestigungszapfens 11 befestigt, während das zweite Befestigungsende 52 am Boden des Innenrohrs 30 angebracht ist.
Das Zugelement 50 ist als Riemen, Kette oder Stahlseil ausgeführt.
Wird die Gewindespindel 41 der Schiebevorrichtung 40 vom Motor so angetrieben [siehe 3], dass die Gewindespindel 41 in Drehbewegung versetzt wird, ergibt sich dann eine axiale Schwebebewegung und eine radiale Positionsbegrenzung zwischen den Gleitabschnitten 211 und den Gleitabschnitten 421, indem das Äußere der Mutter 42 im Aufnahmeabschnitt 210 der Verbindungsplatte 21 untergebracht ist. Auf diese Weise kann die Mutter 42 in nicht gedrehtem Zustand gehalten werden, sodass eine relative Bewegung in axialer Richtung gegenüber der Gewindespindel 41 hergestellt wird. Gleichzeitig werden der hohle Schiebezapfen 22 und die Laufrolle 24 so geschoben, dass der Mittelabschnitt des Zugelements 50 verschoben wird, was zur Auf- und Abbewegung des Innenrohrs 30 in axialer Richtung führt.
Nachfolgend wird auf 4 Bezug genommen. Beim Bewegen des Innenrohrs 30 wird das Stahlseil 26 gezogen, so dass die Laufrolle 25 des Mittelrohrs 20 in Bewegung versetzt wird. Eine synchrone Auf- und Abbewegung der Mutter 42 ist nicht notwendig, wenn das Mittelrohr 20 und die Verbindungsplatte 21 gleichzeitig aufwärts steigen. Eine Interferenz wird verhindert, nur wenn die Mutter 42 im Aufnahmeabschnitt 210 gehalten wird. Wird eine höchste Position erreicht [siehe 5], wird die Auf- und Abbewegung des Mittelrohrs 20 nicht von der Mutter 42 behindert. Gleichzeitig wird eine stabile Auf- und Abbewegung in axialer Richtung gewährleistet.

10: Außenrohr
11: Befestigungszapfen
20: Mittelrohr
21: Verbindungsplatte
210: Aufnahmeabschnitt
211: Gleitabschnitt
212: Aussparung
213: Einkerbung
22: hohler Schiebezapfen
220: Innengewinde
23: Schwenkkörper
230: Steckabschnitt
231: Schwenkabschnitt
24: Laufrolle
25: Laufrolle
26: Stahlseil
30: Innenrohr
40: Schiebevorrichtung
41: Gewindespindel
42: Mutter
420: Außengewinde
421: Gleitabschnitt
50: Zugelement
51: erstes Befestigungsende
52: zweites Befestigungsende

Claims

Linearantrieb, aufweisend: ein Außenrohr (10), das als vieleckiges Hohlrohr ausgeführt ist, wobei ein Befestigungszapfen (11) im Inneren des Außenrohrs (10) befestigt ist; ein Mittelrohr (20), das als vieleckiges Hohlrohr ausgeführt und ins Außenrohr (10) einsteckbar ist, wobei das Mittelrohr (20) unten mit einer Verbindungsplatte (21) verbunden ist, die einen Aufnahmeabschnitt (210) aufweist, in den ein hohler Schiebezapfen (22) einsteckbar ist, wobei eine Laufrolle (24) drehbar am oberen Ende des hohlen Schiebezapfens (22) angeordnet ist; ein Innenrohr (30), das als vieleckiges Hohlrohr ausgeführt und ins Mittelrohr (20) einsteckbar ist; eine Schiebevorrichtung (40), die eine Gewindespindel (41) und eine an die Gewindespindel (41) angepasste Mutter (42) aufweist, wobei ein Ende der Gewindespindel (41) drehbar am Boden des Außenrohrs (10) angeordnet ist, und wobei die Mutter (42) am Boden des hohlen Schiebezapfens (22) befestigt ist, und die Gewindespindel (41) in die Mutter eingeschraubt ist, und wobei sich die Mutter (42) im Inneren des Aufnahmeabschnitts (210) der Verbindungsplatte (21) des Mittelrohrs (20) befindet, und wobei der Aufnahmeabschnitt (210) und die Mutter (42) radial ineinander greifende Gleitabschnitte (211, 421) aufweisen; und ein Zugelement (50), das über die Laufrolle (24) des Schiebezapfens (22) geführt wird, wobei ein Ende des Zugelements (50) am Befestigungszapfen (11) des Außenrohrs (10) befestigt ist, während dessen anderes Ende am dem Mittelrohr (20) zugewandten Endabschnitt des Innenrohrs (30) angeordnet ist.
Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hohle Schiebezapfen (22) des Mittelrohrs (20) an seinem einen Ende mit einem Innengewinde (220) versehen ist, in das die Mutter (42) der Schiebevorrichtung (40) einschraubbar ist, wobei der Aufnahmeabschnitt (210) an seinem Innenumfang mit in regelmäßigen Abständen angeordneten Gleitabschnitten (211) versehen ist, die in Ein- und Ausfahrrichtung verlaufen, und wobei die Gleitabschnitte (211) für die Positionsbegrenzung der Mutter (42) der Schiebevorrichtung (40) sorgen, und wobei ein Schwenkkörper (23) durch Einstecken an einem anderen Ende des hohlen Schiebezapfens (22) befestigt ist, während eine Laufrolle (25) drehbar am anderen Ende des Schwenkkörpers (23) angeordnet ist, und wobei das Zugelement (50) über die Laufrolle (24) des hohlen Schiebezapfens (22) geführt wird.
Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsplatte (21) an ihrem einen Ende mit einer Aussparung (212) versehen ist, durch die der Befestigungszapfen (11) des Außenrohrs (10) und das Zugelement (50) hindurch verlaufen, wobei die Verbindungsplatte (21) an ihren anderen beiden Enden mit je einer Einkerbung (213) versehen ist, während jeweils eine Laufrolle (25) drehbar an der Öffnung der Einkerbungen (213) angeordnet ist, und wobei jeweils ein Stahlseil (26) über die Laufrollen (25) geführt wird, und wobei ein Ende des Stahlseils (26) an einer Seite des Inneren des Außenrohrs (10) befestigt ist, während dessen anderes Ende durch das Mittelrohr (20) hindurch am oberen Ende des Innenrohrs (30) befestigt ist.
Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (42) wenigstens einen der Verbindungsplatte (21) zugewandten, in axialer Richtung verlaufenden Gleitabschnitt (211) aufweist.
Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (50) als Riemen, Kette oder Stahlseil ausgeführt ist.
Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (10), das Mittelrohr (20) und das Innenrohr (30) als vieleckiger Hohlkörper ausgeführt sind.
Linearantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (10), das Mittelrohr (20) und das Innenrohr (30) als drei-, vier- oder fünfeckiger Hohlkörper ausgeführt sind.