-
Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb für ein linear geführtes Maschinenteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
-
Ein solcher Linearantrieb, der nahezu vollständig dem Oberbegriff des Anspruches 1 entspricht ist aus der Druckschrift
DE 40 19 859 A1 bekannt. Hierin ist ein Linearantrieb für ein Maschinenteil, wie beispielsweise den Scanningtisch eines Mikroskops gezeigt, das über eine Linearführung in einer Bewegungsrichtung beweglich geführt ist. Der Linearantrieb umfasst einen Drehantrieb in Form eines Motors, sowie eine Antriebswelle, die vom Motor um ihre Längsachse rotiert wird und eine Art Vorschubelement, das mit dem beweglichen Maschinenteil verbunden ist und das durch die Rotation der Antriebswelle in Richtung der Längsachse der Welle bewegt werden kann. Dieses Vorschubelement umfasst ein Bauteil, das starr mit einem Führungsschlitten und damit mit dem Maschinenteil verbunden ist und zwei Rollen, die mit ihrer Lauffläche jeweils in einem Berührpunkt jeweils gegen die Antriebswelle gepresst werden und deren Drehachsen schräg zur Längsachse der Antriebswelle stehen. Über die ganz konkrete Anordnung der Rollen ist nichts ausgesagt. Allerdings scheinen die Berührpunkte der beiden Rollen in einer gemeinsamen Ebene zu liegen, die lotrecht zur Längsachse der Antriebswelle steht. Auf jeden Fall jedoch weisen die Berührpunkte der beiden Rollen zumindest von einer gemeinsamen Ebene, die lotrecht zur Längsachse der Antriebswelle steht, einen maximalen Abstand von der Hälfte des Durchmessers der Welle auf. Das Vorschubelement umfasst hierbei einen ersten Gehäuseabschnitt und einen zweiten Gehäuseabschnitt, die über zwei Federn gegeneinander gespannt sind. Der erste Gehäuseabschnitt ist hierbei ein Lagerbock, der über eine Blattfeder gelenkig mit dem besagten Bauteil verbunden ist, welches starr mit dem Maschinenteil verbunden ist. Die Drehachse dieser Blattfeder ist hierbei parallel zur Längsachse der Antriebswelle ausgerichtet. An diesem ersten Gehäuseabschnitt ist eine Rolle befestigt. Der zweite Gehäuseabschnitt ist in einer ersten Ausführungsform eines Linearantriebes dieser Druckschrift ein weiterer Lagerbock, der über eine weitere Blattfeder gelenkig mit dem besagten Bauteil verbunden ist, welches starr mit dem Maschinenteil verbunden ist. Die Drehachse dieser zweiten Blattfeder ist hierbei ebenfalls parallel zur Längsachse der Antriebswelle ausgerichtet. In einer zweiten Ausführungsform eines Linearantriebes hingegen ist der zweite Gehäuseabschnitt das besagte Bauteil selber, welches starr mit dem Maschinenteil verbunden ist. An dem besagten zweiten Gehäuseabschnitt ist ebenfalls eine Rolle befestigt.
-
Durch die besagte Blattfeder oder die besagten Blattfedern wird ein Gelenk gebildet, durch das der erste Gehäuseabschnitt und der zweite Gehäuseabschnitt gelenkig miteinander verbunden sind, wobei dieses Gelenk eine Rotation des ersten Gehäuseabschnitts relativ zum zweiten Gehäuseabschnitt um eine Achse ermöglicht, die parallel zur Längsachse der Antriebswelle liegt.
-
Damit entspricht der Linearantrieb der Druckschrift
DE 40 19 859 A1 nahezu vollständig dem Oberbegriff des Anspruches 1 mit Ausnahme der Tatsache, dass beim Linearantrieb gemäß der Druckschrift am zweiten Gehäuseteil nur eine Rolle befestigt ist, während am zweiten Gehäuseteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 wenigstens zwei Rollen befestigt sind.
-
Komponenten eines anderen Linearantriebes, der die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruches 1 nur teilweise verwirklicht, werden von der Firma „Nippon Bearing Co., Ltd., Japan” unter der Produktbezeichnung „Slide Screw” angeboten. Dieser Antrieb umfasst ein Vorschubelement mit zwei Gehäusehälften, die über Federn gegeneinander gespannt sind, wobei in Richtung der Längsachse der Welle an beiden Enden des Vorschubelementes jeweils drei Laufrollen befestigt sind, die mit ihrer Lauffläche jeweils in einem Berührpunkt gegen die Welle gepresst werden und deren Drehachsen schräg zur Längsachse der Welle stehen. Zwei der drei Laufrollen sind hierbei an einem Gehäuseabschnitt befestigt und die dritte Laufrolle an dem jeweils anderen Gehäuseabschnitt. Damit sind die Laufrollen so angeordnet, dass die besagten Berührpunkte der drei Laufrollen, die an dem einen Ende des Gehäuses des Vorschubelements befestigt sind, sich in einer Ebene befinden und die Berührpunkte der drei Laufrollen, die an dem anderen Ende des Gehäuses des Vorschubelements befestigt sind, sich in einer zweiten gemeinsamen Ebene befinden. Der Abstand dieser beiden besagten Ebenen wird im Wesentlichen durch die Länge des Vorschubelementes bestimmt. Die Ebenen stehen im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Welle.
-
Wird an einem derartig aufgebauten Linearantrieb ein linear geführtes Maschinenteil befestigt, so wird gerade bei linear geführten Maschinenteilen, die in Präzisionsmaschinen verwendet werden, wie beispielsweise Schlitten von Koordinatenmessgeräten, oftmals noch ein Verbindungselement erforderlich, das die Befestigung des linear geführten Maschinenteils am Vorschubelement ermöglicht und das außerdem Gelenke aufweist, mit denen Unterschiede des linear geführten Maschinenteils und des Vorschubelementes in Koordinatenrichtungen quer zur Längsachse der Welle ausgeglichen werden können. Ein Beispiel für ein derartiges Verbindungselement, über das das linear geführte Maschinenteil an einem Vorschubelement querkraftfrei befestigt werden kann, ist in der Europäischen Patentanmeldung
EP0362627A2 gezeigt. Hierin ist als Verbindungselement ein Rohr vorgesehen, welches die Welle umgibt und welches an zwei axial beanstandenden Stellen kardanisch geschlitzt ist. Befestigt man das eine Ende des Rohres an dem linear geführten Maschinenteil und das andere Ende des Rohres an dem Vorschubelement des Linearantriebes, so findet in Richtung der Längsachse der Welle eine steife Anbindung des linear geführten Maschinenteils an das Vorschubelement statt, während Querkräfte senkrecht zur Längsachse der Welle durch die Materialgelenke, die durch die kardanische Schlitzung des Rohres entstehen, aufgenommen werden.
-
Ein wie eben beschriebener Linearantrieb wurde in der Vergangenheit eingesetzt und hat auch sehr gut funktioniert. Die Besonderheit eines derartigen Linearantriebes ist allerdings darin zu sehen, dass das Vorschubelement ggf. mit dem Verbindungselement relativ lang ist und insbesondere bei Maschinen, die nur relativ kurze Verfahrwege aufweisen, zu einer ungewünschten Einbuße des maximal möglichen Verfahrweges führen.
-
Es ist an dieser Stelle zu bemerken, dass die Kraftübertragung bei derartigen Linearantrieben, wie sie im Zusammenhang mit der der Druckschrift
DE 40 19 859 A1 oder im Zusammenhang mit den Komponenten der Firma „Nippon Bearing Co., Ltd., Japan” unter der Produktbezeichnung „Slide Screw” angeboten werden nur über einen Reibschluss zwischen den Laufrollen und der Welle erfolgt. Dies ist gegenüber Antrieben vorteilhaft, bei denen die Kraftübertragung durch Formschluss erfolgt, wie beispielsweise eine Gewindespindel mit Spindelmutter. Der Grund dafür ist, dass durch den Reibschluss sichergestellt werden kann, dass eine Kraft nur bis zu einem gewissen Maximalbetrag übertragen wird. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Bediener eines Gerätes mit einem entsprechenden Linearantrieb keine ernsthaften Verletzungen erfährt, wenn er beispielsweise ungewollt zwischen dem Linear geführten Maschinenteil und einem feststehenden Teil eingeklemmt wird.
-
Ausgehend von einem Linearantrieb der Druckschrift
DE 40 19 859 A1 als nächstliegender Stand der Technik liegt unserer Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Linearantrieb derart weiterzubilden, dass die Baugröße des Vorschubelementes kompakter gestaltet werden kann.
-
Die Aufgabe wird durch einen Linearantrieb mit sämtlichen Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
-
Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Lösung ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 darin zu sehen, dass der erste Gehäuseabschnitt und der zweite Gehäuseabschnitt über wenigstens ein Gelenk gelenkig miteinander verbunden sind, das eine Rotation des ersten Gehäuseabschnitts relativ zum zweiten Gehäuseabschnitt um eine Achse lotrecht zur Längsachse der Welle ermöglicht.
-
In dem Linearantrieb gemäß dem Anspruch 1 sind hierbei sämtliche Laufrollen derart angeordnet, dass entweder die Berührpunkte aller Laufrollen in einer gemeinsamen Ebene liegen, die lotrecht zur Längsachse der Welle steht, oder aber zumindest die Laufrollen derart angeordnet sind, dass die Berührpunkte aller Laufrollen einen maximalen Abstand von der Hälfte des Durchmessers der Welle zu einer gemeinsamen Ebene aufweisen, die lotrecht zur Längsachse der Welle steht. Damit befinden sich nunmehr alle Berührpunkte sämtlicher Laufrollen entweder alle in einer gemeinsamen Ebene oder aber zumindest im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene, die lotrecht zur Längsachse der Welle liegt und deren Lage natürlich mit der jeweiligen Position des Vorschubelementes variiert.
-
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die erste Alternative, nämlich dass die Berührpunkte aller Laufrollen in einer gemeinsamen Ebene liegen, die lotrecht zur Längsachse der Welle steht tatsächlich ein Spezialfall der zweiten Alternative ist, nämlich dass die Berührpunkte aller Rollen einen maximalen Abstand von der Hälfte des Durchmessers der Welle zu einer gemeinsamen Ebene aufweisen, die lotrecht zur Längsachse der Welle steht. Ist nämlich der Abstand der Berührpunkte aller Rollen zu der gemeinsamen Ebene gleich Null, so liegen die Berührpunkte genau auf der gemeinsamen Ebene. Insoweit ist die erste Alternative in der zweiten Alternative enthalten und insoweit ein besonderer Fall, der besonders vorteilhaft ist.
-
Die betreffenden Merkmale des Anspruches 1 könnten alternativ also auch so formuliert werden, dass die Berührpunkte aller Laufrollen von einer gemeinsamen Ebene, die lotrecht zur Längsachse der Welle steht, einen maximalen Abstand von der Hälfte des Durchmessers der Welle aufweisen, insbesondere, dass die Berührpunkte aller Laufrollen in einer gemeinsamen Ebene liegen, die lotrecht zur Längsachse der Welle steht.
-
Idealerweise befinden sich nämlich die Berührpunkte aller Laufrollen in einer gemeinsamen Ebene, die lotrecht zur Längsachse der Welle steht, weil sich hierdurch durch das Anpressen der Laufrollen gegen die Welle keine Drehmomente auf das Vorschubelement ergeben. Natürlich funktioniert die Erfindung aber auch dann, wenn die Berührpunkte einen gewissen Abstand von einer solchen gemeinsamen Ebene haben, die lotrecht zur Längsachse der Welle steht. Je höher der Abstand ist, desto größer wird hierdurch allerdings das auftretende Drehmoment. Maximale Abstände der Berührpunkte aller Rollen zu einer solchen gemeinsamen Ebene, bis zu maximal der Hälfte des Durchmessers der Welle sind aber ohne weiteres möglich.
-
Bei der besagten gemeinsamen Ebene handelt es sich natürlich um eine gedachte Ebene, die lotrecht auf die Längsachse der Welle steht und so angeordnet ist, dass möglichst alle Rollenmittelpunkte sich auf dieser Ebene befinden. Falls eine solche Ebene nicht existiert, sollte die Ebene so liegen, dass diese einerseits lotrecht zur Längsachse der Welle steht und dass die Summe der Beträge der Abstände der Berührpunkte zu dieser gemeinsamen Ebene minimal wird.
-
Der besagte Berührpunkt einer Laufrolle befindet sich in radialer Richtung auf dem Umfang der Laufrolle. In axialer Richtung der Drehachse hängt die Lage von der Ausgestaltung der Lauffläche der Laufrolle, sowie ihrer Anordnung ab. Vorteilhaft liegt der Berührpunkt dabei mittig zwischen den beiden Enden der Rolle. Natürlich kann dieser Punkt in axialer Richtung aber auch verschoben sein, wenn die Laufrolle entsprechend ausgeformt ist.
-
Hinsichtlich der Formulierung, dass die Drehachsen der Laufrollen schräg zur Längsachse der Welle stehen, wird an dieser Stelle ausdrücklich angemerkt, dass diese Formulierung der besseren Verständlichkeit halber verwendet wurde. Mathematisch exakter müsste die Formulierung lauten, dass die Drehachsen der Laufrollen windschief zur Längsachse der Welle stehen. Das bedeutet also, dass die Drehachsen der Laufrollen nicht parallel zur Längsachse der Welle ausgerichtet sind, nicht jedoch, dass die Drehachsen der Laufrollen die Längsachse der Welle schneiden.
-
Hinsichtlich der Laufrollen kann es sich hierbei um unterschiedlichste Varianten handeln. Prinzipiell können Laufrollen verwendet werden, bei denen ein Außenring, auf dem die Lauffläche aufgebracht ist, über unterschiedlichste Lagerungen auf dem Innenring drehbar gelagert ist. Beispielsweise könnte der Außenring über ein Luftlager oder über ein Gleitlager drehbar gelagert sein. Bevorzugt wird man jedoch Wälzlager, insbesondere Kugellager verwenden, bei denen der Außenring mit der Lauffläche über Kugeln auf dem Innenring drehbar gelagert ist.
-
Bei dem linear geführten Maschinenteil kann es sich um die unterschiedlichsten Teile handeln, die auf Maschinen linear beweglich geführt sind. Beispielsweise kann es sich um linear geführte Schlitten eines Koordinatenmessgerätes handeln, über die ein Sensor des Koordinatenmessgerätes oder das Werkstück, das hiermit vermessen werden soll, in einer Koordinatenrichtung bewegt werden kann. Beispiele solcher Schlitten sind beispielsweise das in einer horizontalen Richtung verfahrbare Portal eines Portalkoordinatenmessgerätes, das entlang dem Messtisch des Koordinatenmessgerätes bewegt werden kann oder ein Werkstücktisch, der entlang einer Führung in einer Koordinatenrichtung bewegt werden kann. Es sind allerdings auch Maschinenteile anderer Maschinen möglich, beispielsweise der Schlitten zum Verfahren des Werkzeuges einer Drehbank oder ein Schlitten zum Verändern der Position eines zu bearbeitenden Werkstückes in einer Werkzeugmaschine.
-
Um Unebenheiten der Welle auszugleichen, umfasst das Vorschubelement den besagten ersten Gehäuseabschnitt und den besagten zweiten Gehäuseabschnitt, die über wenigstens eine Feder gegeneinander gespannt sind, wobei an dem ersten Gehäuseabschnitt wenigstens eine Rolle befestigt ist und an dem zweiten Gehäuseabschnitt wenigstens zwei Rollen befestigt sind.
-
Wie bereits oben ausgeführt, sind in erfindungsgemäßer Weise der erste Gehäuseabschnitt und der zweite Gehäuseabschnitt über ein Gelenk gelenkig miteinander verbunden, das eine Rotation des ersten Gehäuseabschnitts relativ zum zweiten Gehäuseabschnitt um eine Achse lotrecht zur Längsachse der Welle ermöglicht. Hierdurch wird eine Beweglichkeit der Laufrollen, die an dem ersten Gehäuseabschnitt angebracht sind gegenüber den Laufrollen, die an dem zweiten Gehäuseabschnitt angebracht sind, ermöglicht. Sofern an dem ersten Gehäuseabschnitt genau eine Laufrolle befestigt ist und an dem zweiten Gehäuseabschnitt genau zwei Laufrollen befestigt sind, ist durch das besagte Gelenk sichergestellt, dass trotz Unebenheiten der Welle jede dieser drei Rollen mit derselben Kraft gegen die Welle gepresst wird.
-
Der Linearantrieb kann gemäß einem der Unteransprüche weitergebildet sein.
-
Alternativ können an dem ersten Gehäuseabschnitt aber auch genau zwei Rollen befestigt sein und am zweiten Gehäuseabschnitt ebenfalls genau zwei Rollen befestigt sein.
-
Um Laufungenauigkeiten der Welle bei einer solchen Ausführungsform mit genau vier Laufrollen auszugleichen und um die Anpresskräfte aller vier Rollen gegen die Welle gleich groß zu halten, sollte ein Parallelogramm, insbesondere ein Federparallelogramm vorgesehen sein, das eine Linearverschiebung des ersten Gehäuseabschnitts relativ zum zweiten Gehäuseabschnitt in einer Richtung ermöglicht, die lotrecht zur Längsachse der Welle steht.
-
Natürlich könnte alternativ auch eine Linearführung oder ein Parallelogramm aus Drehgelenken verwendet werden.
-
Vorteilhaft können der erste Gehäuseabschnitt, der zweite Gehäuseabschnitt, das Gelenk und, sofern vorhanden, das Federparallelogramm des Vorschubelementes monolithisch aus einem Material hergestellt sein.
-
Natürlich können insgesamt auch mehr als zwei Laufrollen an dem ersten Gehäuseabschnitt und/oder mehr als zwei Laufrollen an dem zweiten Gehäuseabschnitt befestigt sein. In diesem Fall müssen zum Ausgleich von Laufungenauigkeiten weitere Gelenke oder Federn vorgesehen werden, die eine Bewegung der jeweils an einem Gehäuseabschnitt befestigten Laufrollen relativ zu den anderen an diesem Gehäuseabschnitt befestigten Laufrollen ermöglichen.
-
An das Gehäuse des Vorschubelementes kann prinzipiell unmittelbar das linear bewegliche Maschinenteil befestigt werden. Hierdurch werden jedoch Querkräfte auf das Maschinenteil übertragen, was bei Präzisionsmaschinen, wie beispielsweise Koordinatenmessgeräten, unerwünscht ist. Vorteilhaft kann sich daher weiterhin ein Verbindungselement anschließen, das dazu eingerichtet ist mit dem linear beweglichen Maschinenteil verbunden zu werden.
-
Damit das linear bewegliche Maschinenteil querkraftfrei an das Vorschubelement angekoppelt werden kann, könnte natürlich, wie in der Druckschrift
EP 0 362 627 A2 gezeigt, als Verbindungselement ein Rohr vorgesehen werden, welches die Welle umgibt und welches an zwei axial beanstandenden Stellen kardanisch geschlitzt ist.
-
Wesentlich vorteilhafter kann zur querkraftfreien Befestigung des linear beweglichen Maschinenteils am Vorschubelement jedoch ein Verbindungselement verwendet werden, das genau zwei Drehgelenke aufweist, die jeweils eine Rotation um eine Achse senkrecht zur Längsachse der Welle erlauben, wobei die beiden Gelenkachsen wiederum senkrecht zueinander sind. Hierdurch kann nämlich die Länge des Verbindungselementes und damit die Gesamtlänge aus Verbindungselement und Vorschubelement noch weiter reduziert werden.
-
Die Verwendung von genau zwei Gelenken in dem Verbindungselement anstelle von vier Gelenken macht davon Gebrauch, dass sich die Berührpunkte aller Laufrollen erfindungsgemäß im Wesentlichen in einer Ebene befinden. Genau hierdurch kann aber das Vorschubelement selber in kleinen Winkelbereichen relativ zur Welle um Drehachsen rotiert werden, die senkrecht zur Längsachse der Welle stehen. Die hierdurch möglichen Rotationen des Vorschubelementes gegenüber der Welle ermöglichen damit auch Rotationen um zwei Drehachsen, die parallel zu den Drehachsen der beiden Gelenke des Verbindungselementes sind.
-
Vorteilhaft kann dann auch neben dem ersten Gehäuseabschnitt, dem zweiten Gehäuseabschnitt, dem Gelenk und, sofern vorhanden, dem Federparallelogramm des Vorschubelementes zusätzlich auch das Verbindungselement monolithisch aus einem Material hergestellt sein.
-
Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der 1–5. Hierin zeigen:
-
1: Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Linearantriebes 3 zum Antrieb eines linear geführten Maschinenteils 19.
-
2: Das Vorschubelement 6 nebst einem Verbindungselement 5 aus 1 in einer perspektivischen Ansicht von seitlich oben.
-
3: Das Vorschubelement 6 mit Verbindungselement 5 aus 2 in einer perspektivischen Ansicht von seitlich unten.
-
4: Eine rein schematische Ansicht der vier Laufrollen 7a–7d nach 1 bis 3 aus der durch Pfeil 32 in 2 eingezeichneten Richtung nebst der nur in 1 zu sehenden Welle 2 zur Erläuterung der Lage aller Berührpunkte 30a–30d der Laufrollen 7a–7d auf einer gemeinsamen Ebene 24, die lotrecht zur Längsachse 25 der Welle 2 steht
-
5: Eine rein schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels, bei dem die Berührpunkte 30a'–30d' der Laufrollen 7a'–7d' von einer gemeinsamen Ebene 24', die lotrecht zur Längsachse 25' der Welle 2' steht, einen Abstand Aa-Ad aufweisen
-
1 zeigt ein rein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Linearantriebes 3 für ein linear geführtes Maschinenteil 19. Wie aus 1 zu entnehmen ist, weist der Linearantrieb 3 einen Drehantrieb 1 auf, der in diesem speziellen Ausführungsbeispiel einen Elektromotor aufweist, der mit einer Welle 2 gekoppelt ist, die auf zwei Lagerböcken 4a und 4b drehbar gelagert ist. Die Welle 2 wird hierbei durch den Drehantrieb 1 um ihre Langsachse 25 rotiert. Zusätzlich könnte der Drehantrieb 1 auch ein Getriebe aufweisen, das von dem Elektromotor angetrieben wird und an das die Welle 2 gekoppelt ist.
-
Außerdem weist der Linearantrieb 3 ein Vorschubelement 6 auf, das durch die Rotation der Welle 2 in Richtung der Längsachse 25 der Welle 2 bewegt werden kann, wie dies weiter unten noch detailliert im Zusammenhang mit den 2, 3 und 4 erläutert werden wird. Das Vorschubelement 6 enthält ferner ein Verbindungselement 5, über das das linear bewegliche Maschinenelement 19 querkraftfrei mit dem Vorschubelement 6 verbunden ist, wie dies ebenfalls näher im Zusammenhang mit den nachfolgenden 2 und 3 erläutert werden wird. Bei dem besagten linear geführten Maschinenteil 19 kann es sich hierbei um die unterschiedlichsten Bauteile in Werkzeugmaschinen oder Koordinatenmessgeräten handeln. Beispielsweise kann es sich hierbei um ein linear geführtes Portal handelt, das den Messtisch eines Koordinatenmessgerätes überspannt und entlang dem Messtisch geführt ist. Es kann sich aber genauso um die vertikal ausgerichtete Säule eines Horizontalarmmessgerätes handeln, die seitlich am Messtisch eines Koordinatenmessgerätes beweglich geführt ist. Es kann sich auch um einen kleineren Messschlitten handeln, beispielsweise der Schlitten, der entlang der horizontal ausgerichteten Traverse des Portals eines Portalkoordinatenmessgerätes beweglich geführt ist. Ferner kann es sich auch um den Schlitten einer Werkzeugmaschine handeln, über den das zu bearbeitende Werkstück in einer Koordinatenrichtung verstellt werden kann.
-
Der genaue Aufbau und die Funktion des Vorschubelementes 6 und des Verbindungselementes 5 sollen nunmehr näher anhand von 2 und 3 erläutert werden.
-
In 2 ist hierbei das erfindungsgemäße Vorschubelement 6 nebst dem Verbindungselement 5 zur querkraftfreien Befestigung des linear geführten Maschinenteils 19 an dem Vorschubelement 6 aus 1 aus einer Perspektive von seitlich oberhalb dargestellt. In 3 ist dasselbe Vorschubelement 6 nebst dem Verbindungselement 5 in einer perspektivischen Ansicht von seitlich unterhalb dargestellt. Gleiche Bezugszeichen in den 1, 2 und 3 bezeichnen daher jeweils auch dieselben Elemente.
-
Wie aus 2 zu sehen, weist das Vorschubelement 6 mehrere Laufrollen 7a–7d auf, die mit ihren Laufflächen 31a–31d auf der Welle 2 aufliegen, die in 2 und 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Bei den Laufrollen 7a–7d handelt es sich beispielhaft um kugelgelagerte Laufrollen, bei denen der Außenring der Laufflächen über Kugeln drehbar gegenüber einem Innenring gelagert ist. Wie aus 2 und 3 ersichtlich, sind die Laufrollen oder genauer die Innenringe der Laufrollen 7a–7d über Schrauben 8a–8d am Gehäuse des Vorschubelementes 6 befestigt. Der konkrete Aufbau des Vorschubelementes 6 wird weiter unten noch ausführlich beschrieben werden.
-
Details dazu, wie die Laufrollen 7a–7d mit der Welle 2 zusammenwirken, werden an dieser Stelle anhand von 4 erläutert werden, bevor die Beschreibung des Vorschubelementes 6 wieder anhand von 2 und 3 fortgesetzt wird.
-
4 ist eine rein schematische Ansicht aller vier Laufrollen 7a–7d nach 1 bis 3 aus der Richtung, die in 2 durch den Pfeil 32 festgelegt ist, wobei der Pfeil 32 in der in 2 eingezeichneten Ebene 24 liegt. Neben den vier Laufrollen 7a–7d ist in 4 zusätzlich noch die nur in 1 zu sehende Welle 2 eingezeichnet.
-
Wie man aus 4 ersehen kann, weist jede der vier Laufrollen 7a–7d jeweils eine mit den Bezugszeichen 31a–31d bezeichnete Lauffläche auf. Die Laufrollen 7a–7d werden mit ihrer Lauffläche 31a–31d in jeweils einem Berührpunkt 30a–30d gegen die Welle 2 gepresst. Dazu ist die Lauffläche 31a–31d aller Laufrollen 7a–7d ballig ausgeformt, wie dies hier etwas übertrieben dargestellt ist. Natürlich können auch zylindrische Laufrollen verwendet werden, wobei sich auch in diesem Falle zwischen der Lauffläche der betreffenden Laufrolle und der Welle 2 genau ein Berührpunkt ergibt, weil die Drehachse der Laufrolle schräg zur Längsachse der Welle steht.
-
Aus Gründen der Perspektive liegen die eingezeichneten Berührpunkte 30b und 30d hierbei übereinander. Wie man dabei aus der Darstellung sieht, ist die Laufrolle 7b in Blickrichtung auf der Vorderseite der Welle 2 angeordnet, während die Laufrolle 7d in Blickrichtung auf der Rückseite der Welle (2) angeordnet ist, was durch die strichlinierte Darstellung der Laufrolle 7d zum Ausdruck gebracht ist. Wie man insbesondere gut aus den Drehachsen 27b und 27d der Laufrollen 7b und 7d ersehen kann, stehen die Drehachsen 27a–27d aller Laufrollen 7a–7d schräg zur Längsachse 25 der Welle 2. Genau hierdurch entsteht bei einer Rotation der Welle 2 um ihre Längsachse 25 der Vortrieb des Vorschubelementes 6 in Richtung des Pfeils 28, also in Richtung der Längsachse 25 der Welle 2.
-
Wenn an dieser Stelle die Rede davon ist, dass die Drehachsen 27a–27d der Laufrollen 7a–7d schräg zur Längsachse 25 der Welle 2 stehen, so bedeutet dies lediglich, dass die Drehachsen 27a–27d nicht parallel zur Längsachse 25 der Welle 2 ausgerichtet sind, nicht jedoch, dass die Drehachsen 27a–27d der Laufrollen 7a–7d die Längsachse 25 der Welle 2 schneiden, wie man dies unmittelbar aus 4 ersehen kann. Vielmehr sind die Drehachsen 27a–27d der Laufrollen 7a–7d windschief zur Längsachse 25 der Welle 2.
-
Wie man sehr gut sehen kann, sind hierbei sämtliche Laufrollen 7a–7d so angeordnet, dass die Berührpunkte 30a–30d aller Laufrollen 7a–7d in einer gemeinsamen Ebene 24 liegen, die lotrecht zur Längsachse 25 der Welle 2 steht. Wie man unmittelbar erkennen kann, werden hierdurch keine Drehmomente auf das Vorschubelement 6 erzeugt, wenn die vier Laufrollen 7a–7d gegen die Welle 2 gepresst werden.
-
In diesem rein beispielhaften Ausführungsbeispiel, in dem die Laufrollen 7a–7d symmetrisch aufgebaut sind, liegen zusätzlich auch die Mittelpunkte 29a–29d der Laufrollen 7a–7d (aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur die Mittelpunkte 29a und 29c bezeichnet) in der besagten gemeinsamen Ebene 24. Wenn hier von Laufrollenmittelpunkten 29a–29d die Rede ist, so ist hiermit ein Punkt auf der Drehachse 27a–27d der jeweiligen Laufolle 7a–7d gemeint, der in axialer Richtung der Drehachse 27a–27d der betreffenden Rolle mittig zwischen den beiden Enden der Rolle liegt.
-
Nachdem nunmehr unter Bezugnahme auf 4 rein exemplarisch Details dazu erläutert wurden, wie die Laufrollen 7a–7d mit der Welle 2 zusammenwirken, wird die Beschreibung des Vorschubelementes 6 im Zusammenhang mit 2 wieder fortgesetzt.
-
Wie man 2 gut entnehmen kann, weist das Vorschubelement 6 einen ersten Gehäuseabschnitt 9 und einen zweiten Gehäuseabschnitt 10 auf, wobei der erste Gehäuseabschnitt 9 und der zweite Gehäuseabschnitt 10 über Spiralfedern 16a und 16b gegeneinander gespannt werden. Dazu sind Schrauben 17a und 17b durch Bohrungen im ersten Gehäuseabschnitt 9 hindurchgeführt und in eine Gewindebohrung im zweiten Gehäuseabschnitt 10 eingeschraubt. Die Spiralfedern 16a und 16b stützen sich nunmehr einerseits mit ihrem ersten Ende gegenüber dem ersten Gehäuseabschnitt 9 ab und mit ihrem zweiten Ende gegenüber dem Kopf der Schrauben 17a und 17b ab und erzeugen hierdurch die Spannkraft. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind hierbei zwei Rollen 7a und 7d an dem ersten Gehäuseabschnitt 9 befestigt, während die beiden anderen Rollen 7b und 7c an dem zweiten Gehäuseabschnitt 10 befestigt sind. Durch die Spannkraft der Spiralfedern 16a und 16b werden damit die am ersten Gehäuseabschnitt 9 befestigten Laufrollen 7a und 7d und die am zweiten Gehäuseabschnitt 10 befestigten Laufrollen 7b und 7c in ihren die Berührpunkten 30a–30d gegen die Welle 2 gepresst, wie dies im Zusammenhang mit 4 bereits erläutert wurde. Damit Unebenheiten an der Welle 2 ausgeglichen werden können, sind der erste Gehäuseabschnitt 9 und der zweite Gehäuseabschnitt 10 zusätzlich über Gelenke gelenkig miteinander verbunden. Zum einen ist im vorliegenden Fall ein Materialgelenk 11 vorgesehen, das eine Rotation (siehe Pfeil 33) des ersten Gehäuseabschnitts 9 relativ zum zweiten Gehäuseabschnitt 10 um eine Drehachse 21, die lotrecht zur Längsachse 25 der Welle 2 liegt, ermöglicht. Außerdem weist das Vorschubelement 6 zur Linearverschiebung des ersten Gehäuseabschnitts 9 relativ zum zweiten Gehäuseabschnitt 10 in Richtung des Pfeils 26, der lotrecht zur Längsachse 25 der Welle 2 steht, ein Federparallelogramm auf, das hier aus zwei blattfederartigen Elemente 12a und 12b umfasst, die besonders gut in 3 zu sehen sind.
-
Damit kann nunmehr durch das Materialgelenk 11 der erste Gehäuseabschnitt 9 relativ zum zweiten Gehäuseabschnitt 10 um die Drehachse 21 rotiert werden. Außerdem kann durch die blattfederartige Elemente 12a und 12b der zweite Gehäuseabschnitt 10 relativ zum ersten Gehäuseabschnitt 9 in Richtung des Pfeils 26 linear verschoben werden.
-
Neben dem eigentlichen Vorschubelement 6 ist zusätzlich noch ein Verbindungselement 5 vorhanden, das mit dem linear beweglichen Maschinenteil 19 (siehe 1) verbunden ist. Das Verbindungselement 5 weist hierbei genau zwei Drehgelenke 13 und 14 auf, die im vorliegenden Fall als Materialgelenke ausgeführt sind, wobei das Materialgelenk 13 eine Rotation eines Befestigungsstücks 15 um die Rotationsachse 22 ermöglicht, während das Materialgelenk 14 eine Rotation des Befestigungsstücks 15 um eine Drehachse 23 ermöglicht. Damit ermöglichen die beiden Materialgelenke 13 und 14 jeweils eine Rotation um eine Achse 22, 23 senkrecht zur Längsachse der Welle 2, wobei die besagten Drehachsen 22, 23 der Materialgelenke 13 und 14 senkrecht zueinander stehen. Nachdem die Berührpunkte 30a–30d der Laufrollen 7a–7d sich alle im Wesentlichen in einer Ebene 24 befinden und die an dem ersten Gehäuseabschnitt 9 befestigen Laufrollen 7a, 7d und die am zweiten Gehäuseabschnitt 10 befestigten Laufrollen 7b, 7c sich aufgrund des Materialgelenks 11 und der blattfederartige Elemente 12a, 12b relativ zueinander bewegen können, kann das Vorschubelement 6 relativ zu der Welle 2 ebenfalls Rotationen ausführen, deren Drehachsen parallel zu der Drehachse 22 und der Drehachse 23 sind, sodass das Befestigungsstück 15 relativ zu dem Punkt, an dem die Laufrollen 7a–7d auf der Welle 2 aufliegen in Richtung der Drehachsen 22 und 23 linear beweglich ist, sodass eine querkraftfreie Ankopplung des linear geführten Maschinenteils 19 aus 1 an das Befestigungsstück 15 möglich ist. Das linear geführte Maschinenteil 19 ist im vorliegenden Fall über Schrauben an den Gewindebohrungen 20a, 20b im Befestigungsstück 15 befestigt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist hierbei der erste Gehäuseabschnitt 9, der zweite Gehäuseabschnitt 10, das Gelenk 11, das Blattfederparallelogramm (die blattfederartigen Elemente 12a, 12b) sowie das gesamte Verbindungelement 5 (also mit den hierin enthaltenen Materialgelenken 13 und 14 sowie dem Befestigungsstück 15) monolithisch aus einem Material hergestellt.
-
Wenngleich die in 4 dargestellte Anordnung der Berührpunkte 30a–30d hinsichtlich ihrer Lage zur gemeinsamen Ebene 24 ein Optimum darstellt, sind natürlich auch suboptimale Lösungen möglich, bei denen die Berührpunkte der Laufrollen Abstände von einer gemeinsamen Ebene, die lotrecht zur Längsachse der Welle steht, aufweisen. Hierbei sind Abstände, bis zu einem maximalen Abstand von der Hälfte des Durchmessers der Welle möglich.
-
Eine rein schematische Prinzipdarstellung, die einen solchen Fall veranschaulicht, ist in 5 gezeigt. Wenngleich 5 natürlich nicht die Laufrollen 7a–7d und die Welle 2 der 1 bis 4 zeigt, so kommen hierin dennoch die gleichen Bauteile zum Einsatz. Insofern werden für gleiche Bauteile, wie sie in den 1 bis 4 gezeigt sind gleiche Bezugszeichen verwendet, die jedoch mit einem zusätzlichen Strich versehen sind.
-
5 zeigt nahezu identisch die Darstellung gemäß 4. Insoweit gelten die oben zu 4 gemachten Aussagen natürlich vollkommen analog für 5 mit Ausnahme des Absatzes, in dem Beschrieben ist, dass die Berührpunkte aller Laufrollen in einer gemeinsamen Ebene liegen. Hierin nämlich liegt der wesentliche Unterschied von 5 gegenüber 4. In 5 sind die Berührpunkte 30a'–30d' der Laufrollen 7a'–7d' nicht in einer gemeinsamen Ebene 24' angeordnet. Vielmehr weisen die Berührpunkte 30a'–30d' der Laufrollen 7a–7d von einer gemeinsamen Ebene 24', die lotrecht zur Längsachse 25' der Welle 2' steht, einen Abstand auf, der hier mit den Bezugszeichen Aa-Ad bezeichnet ist. Wie aus 5 zu sehen, entsprechen die Abstände Ab und Ad den maximal zulässigen Werten von der Hälfte des Durchmessers der Welle 2, der hier mit dem Bezugszeichen D bezeichnet ist. Natürlich sind auch die hier gezeigten Abstände Aa-Ad nur rein beispielhaft. Beispielsweise können einer oder zwei der Berührpunkte 30a–30d unmittelbar auf der besagten gemeinsamen Ebene 24' liegen, die lotrecht zur Längsachse 25 der Welle 2 liegt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Drehantrieb
- 2
- Welle
- 3
- Linearantrieb
- 4a, 4b
- Lagerbock
- 5
- Verbindungselement
- 6
- Vorschubelement
- 7a–7d
- Laufrolle
- 8a–8d
- Schraube
- 9
- erster Gehäuseabschnitt
- 10
- zweiter Gehäuseabschnitt
- 11
- Materialgelenk
- 12a, 12b
- Blattfederartige Elemente
- 13
- Materialgelenk
- 14
- Materialgelenk
- 15
- Befestigungsstück
- 16a, 16b
- Spiralfeder
- 17a, 17b
- Schraube
- 19
- linear geführtes Maschinenteil
- 20a, 20b
- Gewindebohrung
- 21
- Drehachse
- 22
- Drehachse
- 23
- Drehachse
- 24
- Ebene
- 25
- Längsachse
- 26
- Pfeil
- 27a–27d
- Drehachsen der Laufrollen
- 28
- Pfeil
- 29a–29d
- Mittelpunkte der Laufrollen
- 30a–30d
- Berührpunkte der Laufrollen
- 31a–31d
- Lauffläche
- D
- Durchmesser der Welle
- 32
- Pfeil
- 33
- Pfeil, der Rotation verdeutlicht
