DE102014000815A1

DE102014000815A1 - Lineareinheit

Info

Publication number: DE102014000815A1
Application number: DE102014000815.0A
Authority: DE
Inventors: Eric Angué
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2034-01-23
Also published as: DE102014000815B4; WO2015110131A1

Abstract

Es wird eine Lineareinheit (1) vorgeschlagen, die eine Zahnstange (2) und eine daran linear verschiebbar gelagerte Führungseinheit (3) aufweist. Die Zahnstange (2) verfügt über einen einstückigen Zahnstangenkörper (6), der als Rohrkörper (6a) ausgebildet ist und der außer einer Längsverzahnung (18) auch noch mindestens eine verdrehsichernd mit der Führungseinheit (3) zusammenwirkende Führungsfläche (8) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lineareinheit, mit einer Zahnstange und einer an der Zahnstange in deren Längsrichtung linear verschiebbar gelagerten Führungseinheit, wobei die Zahnstange einen im Bereich seines Außenumfanges mit einer Längsverzahnung versehenen einstückigen Zahnstangenkörper aufweist, wobei die Längsverzahnung aus einer Vielzahl von abwechselnd aufeinanderfolgenden Erhebungen und Vertiefungen besteht.
Eine aus der DE 2 249 653 A bekannte Lineareinheit dieser Art ist als Zahnstangenlenkung konzipiert und enthält ein der Führungseinheit entsprechendes Lenkungsgehäuse, in dem eine Zahnstange linear verschiebbar gelagert ist. Die Zahnstange besteht aus einem aus Vollmaterial hergestellten Zahnstangenkörper mit einer am Außenumfang vermutlich eingefrästen Längsverzahnung, die sich aus einer Vielzahl von abwechselnd aufeinanderfolgenden Erhebungen und Vertiefungen zusammensetzt. Ein an dem Lenkungsgehäuse gelagertes Ritzel kämmt mit der Längsverzahnung der Zahnstange und ruft eine lineare Relativbewegung der Zahnstange bezüglich des Lenkungsgehäuses hervor, wenn es rotativ angetrieben wird. Die bekannte Lineareinheit hat Nachteile insbesondere in Bezug auf Herstellungskosten und Gewicht. Außerdem unterliegt der Verzahnungseingriff einem nicht unerheblichen Verschleiß, sofern die relativ zueinander bewegbaren Lenkungskomponenten nicht extern relativ zueinander abgestützt werden. Letzteres ist allerdings mit einem erhöhten baulichen Aufwand verbunden.
Aus der EP 1 979 128 B1 ist eine Handhabungsvorrichtung bekannt, bei der ein Wagen an einem Balken linear verschiebbar geführt ist und die außerdem eine an dem Balken angeordnete Zahnstange enthält, mit der das Zahnrad einer Antriebseinheit kämmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine kostengünstig herstellbare, bei geringem Gewicht präzise arbeitende Lineareinheit zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass der Zahnstangenkörper ein einstückiger Rohrkörper ist, dessen Wandung außen mindestens eine verdrehsichernd mit der Führungseinheit zusammenwirkende Führungsfläche bildet.
Die Ausgestaltung des Zahnstangenkörpers als Rohrkörper verleiht der Lineareinheit insgesamt ein relativ geringes Gewicht und verringert die bewegte Masse in Fällen, in denen die Lineareinheit mit ortsfester Führungseinheit und diesbezüglich bewegbarer Zahnstange ausgestattet ist. Letzteres gilt insbesondere für eine Nutzung der Lineareinheit als Auslegereinheit, die beispielsweise für die Handhabung von Gegenständen nutzbar ist. Dessen ungeachtet lässt die Lineareinheit aber auch eine Betriebsweise mit feststehender und diesbezüglich beweglicher Führungseinheit zu. Auch hier erweist sich die rohrförmige Ausgestaltung der Zahnstange als vorteilhaft, wobei insbesondere der geringe Materialbedarf und die dennoch vorhandene hohe Steifigkeit herauszustellen sind. Ein weiterer Vorteil der Lineareinheit besteht in der Integration mindestens einer Führungsfläche in die Wandung des Rohrkörpers, die eine Verdrehsicherung zwischen der Führungseinheit und der Zahnstange bewirkt und folglich exakt lineare Relativbewegungen zwischen der Zahnstange und der Führungseinheit gestattet, ohne auf externe Abstützmaßnahmen zurückgreifen zu müssen. Die Linearverzahnung ist je nach Ausgestaltung der Lineareinheit für unterschiedliche Zwecke nutzbar, beispielsweise für Antriebszwecke oder für Positionserfassungszwecke.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Als besonders zweckmäßig wird es erachtet, wenn die Wandung des Rohrkörpers zur Bildung der Vertiefungen der Längsverzahnung über eine Lochstruktur verfügt, die sich aus einer Vielzahl von Löchern zusammensetzt, die in der Längsrichtung der Zahnstange mit Abstand zueinander angeordnet sind und die Wandung des Rohrkörpers jeweils durchsetzen. Die Lochstruktur hat den Vorteil, dass in der Regel für die Erzeugung der Erhebungen der Längsverzahnung keine speziellen Arbeitsschritte erforderlich sind, weil sie sich automatisch in Form der Stege ergeben, die nach dem Einbringen der Löcher zwischen den jeweils aufeinanderfolgenden Löchern verbleiben. Als besonders vorteilhaft wird eine Ausgestaltung der Löcher als Stanzlöcher angesehen, wenngleich prinzipiell auch andere Lochherstellungsmaßnahmen zum Einsatz kommen können, beispielsweise Energiestrahl-Schneidverfahren wie Laserschneiden oder Plasmaschneiden.
Die Form des Lochquerschnittes der einzelnen Löcher ist in Abhängigkeit vom Einsatzzweck der Lineareinheit wählbar. Als besonders zweckmäßig wird eine Ausgestaltung als Langlöcher angesehen, deren Längsachse sich quer und insbesondere rechtwinkelig zur Längsachse der Zahnstange erstreckt. Es empfiehlt sich insbesondere ein länglich-rechteckiger Lochquerschnitt für die die Verzahnungsvertiefungen bildenden einzelnen Löcher.
Anstatt in Form von Löchern, also in Form von Wanddurchbrechungen können die Vertiefungen der Längsverzahnung auch vorzugsweise durch eine plastische Verformung der Wandung des Rohrkörpers hergestellt sein. In diesem Fall sind die Vertiefungen insbesondere muldenförmig gestaltet und haben den Effekt, dass die Wandung des Rohrkörpers im Bereich der Längsverzahnung geschlossen sein kann. Auf diese Weise kann auch ohne spezielle Abdeckmaßnahmen ein Eindringen von Verunreinigungen ins Innere des Rohrkörpers verhindert werden. Besonders zweckmäßig wird eine Herstellung der eingeformten Vertiefungen durch ein Prägeverfahren angesehen, so dass die Vertiefungen der Längsverzahnung aus von außen her in die Wandung eingeprägten Wandabschnitten der Wandung des Rohrkörpers bestehen.
Der Umriss der eingeformten Vertiefungen ist zweckmäßigerweise ein länglicher Umriss, wobei die Vertiefungen insbesondere so ausgerichtet sind, dass ihre Querschnittslängsachsen quer und insbesondere rechtwinkelig zur Längsachse der Zahnstange bzw. des Rohrkörpers der Zahnstange ausgerichtet sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Längsverzahnung vom Boden einer in die Wandung des Rohrkörpers eingeformten Längsnut gebildet, indem in diesen Boden die Vertiefungen der Längsverzahnung eingebracht sind, beispielsweise in Form einer Lochstruktur oder in Form von Einprägungen. Unabhängig von ihrer Ausgestaltung ist die Längsverzahnung hier an ihren beiden Längsseiten von jeweils einer Nutflanke der Längsnut flankiert. Vorteilhaft bei einer solchen Ausführungsform ist insbesondere auch der Umstand, dass eine mit der Längsverzahnung kooperierende Komponente der Lineareinheit in die Längsnut eintauchen und von deren Nutflanken seitlich stabilisiert werden kann. Dies gilt beispielsweise in Fällen, in denen die Lineareinheit mit einem der Längsverzahnung zugeordneten Zahnriemen und/oder Abdeckband ausgestattet ist.
Der Rohrkörper ist außen im Querschnitt gesehen vorzugsweise unkreisförmig profiliert. Auf diese Weise kann durch entsprechende Profilierung mindestens eine Führungsfläche bereitgestellt werden, die eine Linearführung zwischen der Zahnstange und der Führungseinheit und gleichzeitig eine relative Verdrehsicherung zwischen diesen beiden Komponenten bewirkt. Die mindestens eine Führungsfläche ist zweckmäßigerweise zusätzlich zu der Längsverzahnung vorhanden, wobei sie vorzugsweise in einem anderen Außenumfangsbereich des Rohrkörpers als die Längsverzahnung angeordnet ist. Zweckmäßigerweise liegt in der Umfangsrichtung des Rohrkörpers, also in der Richtung um die Längsachse des Rohrkörpers herum, ein Abstand zwischen der Längsverzahnung und der mindestens einen zusätzlichen Führungsfläche vor.
Als besonders zweckmäßig hat sich eine Ausgestaltung erwiesen, bei der die Längsverzahnung an ihren beiden Längsseiten von jeweils mindestens einer bevorzugt beabstandeten Führungsfläche flankiert ist. Die Führungseinheit kann beispielsweise über zwei Führungselemente verfügen, die linear beweglich mit jeweils einer von zwei Führungsflächen zusammenwirken.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass die eine Verdrehsicherung bewirkenden Linearführungsmaßnahmen sowohl als Gleitlagermaßnahmen als auch als Wälzlagermaßnahmen realisiert werden können. Eine Ausgestaltung als Wälzlagerung hat den Vorteil einer hohen Präzision in Verbindung mit einer hohen Tragkraft und einer sehr geringen Verschleißanfälligkeit.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Rohrkörper mit einer rechteckigen und vorzugsweise einer quadratischen Querschnittsform versehen, wobei er über vier Seitenwandabschnitte verfügt, die an bevorzugt abgerundeten Eckenbereichen einstückig ineinander übergehen. Bevorzugt ist einer der Seitenwandabschnitte des Rohrkörpers mit der Längsverzahnung versehen. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die beiden die Längsverzahnung längsseits flankierenden Seitenwandabschnitte des Rohrkörpers jeweils eine Führungsfläche bilden, die mit der Führungseinheit zur Linearführung und gleichzeitigen Verdrehsicherung zusammenwirken können.
Die Lineareinheit ist bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung mit einer zusätzlich zu der Längsverzahnung vorhandenen Verzahnungsstruktur ausgestattet, die bei einer Relativbewegung von Zahnstange und Führungseinheit mit der Längsverzahnung der Zahnstange kooperiert. Eine solche Verzahnungsstruktur besteht beispielsweise aus einem Zahnrad oder aus einem Zahnriemen. Beispielsweise kann die Führungseinheit mit einem rotativ angetriebenen Zahnriemen ausgestattet sein, der durch das Zusammenwirken mit der Längsverzahnung eine lineare Relativbewegung zwischen der Zahnstange und der Führungseinheit hervorrufen kann. Es besteht auch die Möglichkeit, eine Linearbewegung zwischen der Zahnstange und der Führungseinheit mittels eines mit der Linearverzahnung kooperierenden Zahnrades zu überwachen und auf diese Weise beispielsweise eine Positionsüberwachung vorzunehmen.
Als weitere Ausführungsform einer zusätzlichen Verzahnungsstruktur ist ein Zahnriemen hervorzuheben, der sich entlang der Längsverzahnung erstrecken kann. Auch ein solcher Zahnriemen kann als Mittel zum Antreiben und/oder zur Positionserfassung genutzt werden. Ein sich über die Längsverzahnung hinweg erstreckender Zahnriemen ist auch vorteilhaft als Abdeckband nutzbar, das ein Eindringen von Verunreinigungen in den Hohlraum des Rohrkörpers durch die als Lochstruktur konzipierte Längsverzahnung hindurch verhindert.
Bei dem den Zahnstangenkörper bildenden Rohrkörper handelt es sich insbesondere um einen im Querschnitt unkreisförmig profilierten Profilkörper. Der Rohrkörper kann einschließlich der mindestens einen integral mit ihm ausgebildeten Führungsfläche beispielsweise durch Strangpressen oder durch Walzen hergestellt werden.
Vorzugsweise besteht der den Zahnstangenkörper bildende einstückige Rohrkörper aus Metall, insbesondere aus Stahl. Eine Verwendung von Edelstahl hat den Vorteil einer besonders hohen Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 in teilschematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lineareinheit in einer isometrischen Darstellung, wobei die Führungseinheit teils nur strichpunktiert angedeutet ist,
2 einen Längsschnitt durch die Lineareinheit gemäß Schnittlinie II-II aus 1,
3 einen Querschnitt durch die Lineareinheit gemäß Schnittlinie III-III aus 1, und
4 den in 2 umrahmten Ausschnitt IV eines alternativ gestalteten Zahnstangenkörpers, bei dem die Vertiefungen der Längsverzahnung 18 nicht als Durchbrechungen, sondern als lediglich eingedrückte bzw. eingeprägte Wandvertiefungen des Zahnstangenkörpers 6 ausgebildet sind.
Die in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Lineareinheit verfügt als wesentliche Komponenten über eine Zahnstange 2 und eine diesbezüglich separate Führungseinheit 3. Die Führungseinheit 3 ist an der Zahnstange 2 in deren Längsrichtung, also in Achsrichtung der Längsachse 4 der Zahnstange 2, verschiebbar gelagert.
Auf Grund der verschiebbaren Lagerung können die Zahnstange 2 und die Führungseinheit 3 eine durch einen Doppelpfeil angedeutete lineare Relativbewegung 5 ausführen, die im Folgenden auch nur als Linearbewegung 5 bezeichnet wird und die in Achsrichtung der Längsachse 4 orientiert ist.
Je nach Anwendungsfall der Lineareinheit 1 kann die Linearbewegung 5 eine Linearbewegung der Führungseinheit 3 bezüglich der stillstehenden Zahnstange 2 oder eine Linearbewegung der Zahnstange 2 bezüglich der stillstehenden Führungseinheit 3 sein.
Die Zahnstange 2 verfügt über einen einstückigen Zahnstangenkörper 6, der die gleiche Längsachse 4 hat wie die Zahnstange 2 in ihrer Gesamtheit. An dem einstückigen Zahnstangenkörper 6 können zur Bildung der Zahnstange 2 Zusatzteile befestigt sein, insbesondere nicht weiter illustrierte stirnseitige Abschlusskörper, die beispielsweise nutzbar sind, um die Zahnstange 2 an einer nicht weiter illustrierten Tragstruktur zu fixieren. An dem Zahnstangenkörper 6 können beispielsweise auch Anschlagmittel befestigt sein, die durch Zusammenwirken mit der Führungseinheit 3 eine Verfahrwegsbegrenzung der Linearbewegung 5 bewirken.
Seitens der Zahnstange 2 ist für die Linearführung der Führungseinheit 3 der einstückige Zahnstangenkörper 6 verantwortlich. Hierzu ist der Zahnstangenkörper 6 an seinem rechtwinkelig zur Längsachse 4 orientierten Außenumfang 7 mit mindestens einer Führungsfläche 8 ausgestattet, die sich bevorzugt ununterbrochen über die gesamte Länge des Zahnstangenkörpers 6 hinweg erstreckt. Exemplarisch besitzt der Zahnstangenkörper 6 zwei separat zueinander ausgebildete Führungsflächen 8, die an in der Umfangsrichtung 11 des Zahnstangenkörpers 6 zueinander beabstandeten Bereichen am Außenumfang 7 ausgebildet sind. Als Umfangsrichtung 11 wird die durch einen Doppelpfeil orientierte Richtung rings um die Längsachse 4 des Zahnstangenkörpers 6 verstanden.
Eine Besonderheit des Zahnstangenkörpers 6 besteht in seiner Ausgestaltung als einstückiger Rohrkörper 6a. Insofern könnte der Zahnstangenkörper 6 insgesamt auch als Zahnstangenrohr bezeichnet werden. Der den Zahnstangenkörper 6 bildende Rohrkörper 6a hat eine Rohrkörperwandung 12, die in der Umfangsrichtung 11 in sich geschlossen ist und einen den Zahnstangenkörper 6 über seine gesamte Länge hinweg axial durchziehenden und stirnseitig beidseits ausmündenden Hohlraum 13 peripher begrenzt.
Der Außenumfang 7 des Zahnstangenkörpers 6 ist zugleich der Außenumfang 7 des Rohrkörpers 6a. Dementsprechend ist die mindestens eine Führungsfläche 8 von einem Flächenabschnitt des Außenumfanges 7 des Rohrkörpers 6a gebildet.
Die Führungseinheit 3 umgreift den Zahnstangenkörper 6 zumindest teilweise in der Umfangsrichtung 11. Bei einer nicht gezeigten Ausführungsform ist der Zahnstangenkörper 6 bzw. der Rohrkörper 6a von der Führungseinheit 3 komplett umschlossen bzw. umrahmt. Das Ausführungsbeispiel illustriert eine bevorzugte nur partielle Umrahmung des Zahnstangenkörpers 6, wobei hier die Führungseinheit 3 den Zahnstangenkörper 6 von einer Längsseite her reiterartig übergreift.
Die Führungseinheit 3 ist insbesondere so ausgebildet, dass sie den Zahnstangenkörper 6 an einander bezüglich der Längsachse 4 diametral gegenüberliegenden Längsseiten mit jeweils einem Führungsabschnitt 14 flankiert. Beim Ausführungsbeispiel sind die beiden Führungsabschnitte 14 Bestandteile zweier Führungsschenkel 19 der Führungseinheit 3, zwischen die der Zahnstangenkörper 6 eintaucht.
Jede Führungsfläche 8 des rohrförmigen Zahnstangenkörpers 6 kooperiert mit mindestens einer an der Führungseinheit 3 ausgebildeten Gegenführungsfläche 15. Jedes Paar bestehend aus einer Führungsfläche 8 und einer zugeordneten Gegenführungsfläche 15 ist so aufeinander abgestimmt, dass eine präzise linear geführte Linearbewegung 5 zwischen dem Zahnstangenkörper 6 und der Führungseinheit 3 gewährleistet ist, wobei eine Verdrehsicherung zwischen der Führungseinheit 3 und dem Zahnstangenkörper 6 gegeben ist. Die Verdrehsicherung verhindert ein Verdrehen der Führungseinheit 3 bezüglich des Zahnstangenkörpers 6 um die Längsachse 4. Ist also beispielsweise die Führungseinheit 3 an einer nicht weiter abgebildeten Tragstruktur ortsfest fixiert, wird durch das verdrehsichernde Zusammenwirken der Führungsflächen 8 und Gegenführungsflächen 15 sichergestellt, dass sich der Zahnstangenkörper 6 selbst dann nicht um seine Längsachse 4 verdrehen kann, wenn er von außen her mit einem Drehmoment in der entsprechenden Richtung beaufschlagt wird.
Die Führungsabschnitte 14 des Ausführungsbeispiels sind ausgebildet, um zwischen den Führungsflächen 8 und Gegenführungsflächen 15 eine Gleitlagerung zu erhalten. Hier gleiten die Gegenführungsflächen 15 während der Linearbewegung 5 an den Führungsflächen 8 entlang oder umgekehrt. Eine derartige Ausgestaltung von Linearführungsmitteln als Gleitlagereinrichtung ist besonders kostengünstig.
Abweichend hiervon können die Linearführungsmittel auch als Wälzlagereinrichtung konzipiert sein. In diesem Fall enthalten die Führungsabschnitte 14, wie dies strichpunktiert angedeutet ist, jeweils mehrere Wälzelemente 16, die an jeweils einer der Führungsflächen 8 anliegen und bei der Linearbewegung 5 an der jeweils zugeordneten Führungsfläche 8 abrollen. In diesem Fall sind die Gegenführungsflächen 15 von den mit den Führungsflächen 8 in Abrollkontakt stehenden Flächenabschnitten der Wälzelemente 16 gebildet.
Besonders vorteilhaft ist eine Realisierung der Wälzlagereinrichtung als sogenannte Kugelumlaufführung. In diesem Fall verfügt jeder Führungsabschnitt 14 über eine Mehrzahl von kugelförmigen Wälzelementen 16, die in einem oder mehreren Umlaufkanälen aufeinanderfolgend angeordnet sind, entlang denen sie sich im Rahmen einer Umlaufbewegung fortbewegen, wenn sie bei der Linearbewegung 5 an einer zugeordneten Führungsfläche 8 abrollen.
Vorzugsweise sind die Führungsabschnitte 14 als eigenständige, zum Beispiel block- oder leistenförmige Führungselemente ausgebildet, die an einem Grundkörper 17 der Führungseinheit 3 befestigt sind. Der Grundkörper 17 kann insbesondere auch eine Gehäusefunktion übernehmen.
Der rohrförmige Zahnstangenkörper 6 weist eine in ihn einstückig integrierte Längsverzahnung 18 auf, die sich in der Achsrichtung der Längsachse 4 erstreckt, und zwar vorzugsweise über die gesamte Länge des Zahnstangenkörpers 6 hinweg.
Die Längsverzahnung 18 hat einen linearen Längsverlauf, wobei die Verzahnungslängsachse 22 die gleiche Ausrichtung hat wie die Längsachse 4 des Zahnstangenkörpers 6 bzw. Rohrkörpers 6a. Die Längsverzahnung 18 besteht aus einer Vielzahl abwechselnd aufeinanderfolgender Erhebungen 23 und Vertiefungen 24. In der Achsrichtung der Verzahnungsachse 22 folgt auf jede Vertiefung 24 eine Erhebung 23, und umgekehrt. Die Längsverzahnung 18 befindet sich in einem Bereich des Außenumfanges 7 des Zahnstangenkörpers 6, der im Folgenden auch als Verzahnungsbereich 25 bezeichnet sei.
Die Längsverzahnung 18 ist einstückig in dem den Zahnstangenkörper 6 bildenden einstückigen Rohrkörper 6a ausgebildet. Auf diese Weise ist insbesondere bei großen Stückzahlen eine kostengünstige Herstellung mit hoher Präzision möglich.
Die Längsverzahnung 18 ist zweckmäßigerweise zusätzlich zu der mindestens einen Führungsfläche 8 vorhanden. Auf diese Weise ist eine Nutzung der Längsverzahnung 18 unabhängig von der zwischen der Führungseinheit 3 und dem Zahnstangenkörper 6 vorhandenen Linearführung und Verdrehsicherung möglich.
Zweckmäßigerweise ist jede Führungsfläche 8 in einem anderen Außenumfangsbereich des Rohrkörpers 6a angeordnet als die Längsverzahnung 18. Mithin hat der Außenumfang 7 des Rohrkörpers 6a außer dem Verzahnungsbereich 25 auch noch mindestens einen diesbezüglich gesonderten Führungsbereich 26, der mit einer Führungsfläche 8 versehen ist.
Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel verfügt der Zahnstangenkörper 6 über nur einen Führungsbereich 26 und insbesondere auch über nur eine einzige Führungsfläche 8. Als besonders vorteilhaft wird allerdings eine Ausgestaltung angesehen, die im Sinne des Ausführungsbeispiels über zwei Führungsbereiche 26 an dem Zahnstangenkörper 6 verfügt, an denen der Zahnstangenkörper 6 jeweils mindestens eine und bevorzugt genau eine Führungsfläche 8 aufweist. Jede Führungsfläche 8 ist zweckmäßigerweise streifenförmig gestaltet und erstreckt sich über die gesamte Länge des Zahnstangenkörpers 6. Bevorzugt ist sie zumindest partiell eben gestaltet.
Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Verteilung des Verzahnungsbereiches 25 und mehrerer Führungsbereiche 26 in einer Art und Weise, dass die Längsverzahnung 18 in der Umfangsrichtung 11 an ihren beiden Längsseiten von jeweils einer Führungsfläche 8 flankiert ist. Dabei sind der Verzahnungsbereich 25 und die Führungsbereiche 26 jeweils beabstandet zueinander angeordnet. Es ist auch insbesondere eine derartige Anordnung getroffen, dass der Verzahnungsbereich 25 bezüglich der Längsachse 4 in eine andere radiale Richtung weist als jeder Führungsbereich 26.
Letzteres lässt sich besonders vorteilhaft in Verbindung mit einem Rohrkörper 6a realisieren, der über eine rechteckige und bevorzugt quadratische Querschnittsform verfügt, wie dies beim Ausführungsbeispiel der Fall ist. Hier hat die Rohrkörperwandung 12 vier im Wesentlichen rechtwinkelig zueinander ausgerichtete Seitenwandabschnitte 12a, 12b, 12c, 12d, die in der Umfangsrichtung 11 aufeinanderfolgend angeordnet sind und die jeweils mittels eines Eckenbereiches 12e der Rohrkörperwandung 12 einstückig ineinander übergehen. An den Eckenbereichen 12e ist die Rohrkörperwandung 12 außen zweckmäßigerweise abgerundet.
Ein erster Seitenwandabschnitt 12a weist beim Ausführungsbeispiel die Längsverzahnung 18 auf. Die beiden sich über jeweils einen der Eckenbereiche 12e diesseits und jenseits daran anschließenden zweiten und dritten Seitenwandabschnitte 12b, 12c definieren jeweils einen Führungsbereich 26 und weisen jeweils mindestens eine Führungsfläche 8 auf. Ein dem ersten Seitenwandabschnitt 12a gegenüberliegender vierter Seitenwandabschnitt 12d schließt die Rohrstruktur ab.
Damit der unkreisförmig profilierte Rohrkörper 6a über eine besonders hohe Steifigkeit verfügt, kann seine Rohrkörperwandung 12 über eine oder mehrere sich in Achsrichtung der Längsachse 4 erstreckende Sicken 27 verfügen. Beim Ausführungsbeispiel gilt dies für die die Führungsbereiche 26 definierenden zweiten und dritten Seitenwandabschnitte 12b, 12c. Die Sicken 27 rufen in jedem Führungsbereich 26 am Außenumfang 7 eine nutartige Vertiefung 28 hervor, die sich über die gesamte Länge des Rohrkörpers 6a erstreckt. Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die nach außen weisende Begrenzungsfläche jeder nutartigen Vertiefung 28 mindestens eine Führungsfläche 8 bildet. Auf diese Weise greift die Führungseinheit 3 mit jedem Führungsabschnitt 14 in eine der nutartigen Vertiefungen 28 ein, so dass sich in der Umfangsrichtung 11 ein formschlüssiges Zusammenwirken zwischen den Führungsflächen 8 und den Gegenführungsflächen 15 einstellt, woraus beim Ausführungsbeispiel die oben angesprochene Verdrehsicherung resultiert.
Jeder Führungsabschnitt 14 weist zweckmäßigerweise einen Verdrehsicherungsvorsprung 32 auf, der unter Bewirkung der angesprochenen Verdrehsicherung in eine sich über die gesamte Länge des Rohrkörpers 6a erstreckende Verdrehsicherungsvertiefung 33 am Außenumfang 7 eingreift. Die Verdrehsicherungsvertiefung 33 ist zweckmäßigerweise von der oben erwähnten nutartigen Vertiefung 28 gebildet. Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Anordnung des bevorzugt rippenförmig gestalteten Verdrehsicherungsvorsprunges 32 und der Verdrehsicherungsvertiefung 33 vertauscht, so dass sich die Verdrehsicherungsvertiefung 33 an der Führungseinheit und der Verdrehsicherungsvorsprung 32 am entsprechend profilierten Rohrkörper 6a befindet.
Beim Ausführungsbeispiel hat die Rohrkörperwandung 12 zur Bildung der Vertiefungen 24 der Längsverzahnung 18 eine Lochstruktur, die sich aus einer Vielzahl von mit Abstand aneinandergereihten Löchern 24a zusammensetzt. Mit anderen Worten sind die Vertiefungen 24 der Längsverzahnung 18 von Löchern 24a gebildet. Jedes Loch 24a durchsetzt die Rohrkörperwandung 12 und stellt somit eine Verbindung zwischen dem Außenumfang 7 des zahnstangenkörpers 6 und dem Hohlraum 13 her.
Als Erhebungen 23 der Längsverzahnung 18 fungieren Stegabschnitte 23a der Rohrkörperwandung 12, von denen sich jeweils einer zwischen in Achsrichtung der Längsachse 4 jeweils aufeinanderfolgenden Löchern 24a befindet. Es ergibt sich somit insbesondere eine leiterartige Struktur der Längsverzahnung 18.
Die Löcher 24a sind beispielsweise eingestanzte Löcher oder sind durch ein anderes Schneidverfahren aus der Rohrkörperwandung 12 ausgeschnitten, beispielsweise durch Laserschneiden oder ein sonstiges Energiestrahlschneidverfahren.
Vorteilhaft ist es, wenn die Löcher 24a als Langlöcher gestaltet sind, was beim Ausführungsbeispiel der Fall ist. Hier sind die Löcher 24a dann insbesondere so ausgerichtet, dass die Längsachse 34 des Lochquerschnittes quer und insbesondere rechtwinkelig zur Längsachse 4 bzw. zur Verzahnungslängsachse 22 orientiert ist. Als besonders zweckmäßig hat sich eine dahingehende Gestaltung der Löcher 24a erwiesen, dass sich ein länglicher, rechteckiger Lochquerschnitt ergibt. Dies ist beim Ausführungsbeispiel der Fall.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, das in 4 illustriert ist, ist die Rohrkörperwandung 12 im Bereich der Längsverzahnung 18 durchbrechungslos, also geschlossen ausgebildet. Hier resultieren die Vertiefungen 24 der Längsverzahnung 18 aus plastisch verformten Wandbereichen 35 der Rohrkörperwandung 12. Anders als bei der Ausgestaltung als Löcher 24a haben die Vertiefungen 24 bei dieser Ausführungsform nicht nur einen seitlichen Rand, sondern auch einen geschlossenen Boden 35a. Herstellbar sind derartige, plastisch eingeformte Vertiefungen 24 beispielsweise durch ein Prägeverfahren mittels eines geeigneten Prägewerkzeuges.
Ungeachtet der konkreten Realisierungsform der Vertiefungen 24 ist es vorteilhaft, wenn die Längsverzahnung 18, was insbesondere in den 1 und 3 gut zum Ausdruck kommt, vom Boden 36 einer Längsnut 37 gebildet ist, die in den Außenumfang 7 des Rohrkörpers 6a in dem Verzahnungsbereich 25 eingebracht ist. Der Boden 36 weist die Erhebungen 23 und Vertiefungen 24 auf und ist praktisch der Nutgrund der Längsnut 37. Die Längsnut 37 ist beispielsweise durch Kalt- oder Warmverformung des Rohrkörpers 6a oder mittels eines spanabhebenden Verfahrens hergestellt.
Die die Längsnut 37 längsseits begrenzenden Nutflanken 38 sind beispielsweise als Abstützflächen zur Abstützung mindestens einer weiteren Komponente der Lineareinheit 1 nutzbar. Eine solche weitere Komponente ist beispielsweise ein Zahnriemen der Lineareinheit 1, der sich entlang der Längsverzahnung 18 erstreckt und der in die Längsnut 37 eintauchen kann.
Die Längsverzahnung 18 der Lineareinheit 1 ist vielfältig nutzbar. Beim Ausführungsbeispiel ist eine Nutzung als Antriebsmittel illustriert, das dazu beiträgt, die Linearbewegung 5 hervorzurufen.
In diesem Zusammenhang ist die Führungseinheit 3 mit einer beweglichen Verzahnungsstruktur 42 ausgestattet, die hier vorzugsweise aus einem am Grundkörper 17 drehbar gelagerten und insbesondere im Innern des Grundkörpers 17 angeordneten Zahnrad 42a besteht. Das Zahnrad 42a hat eine rechtwinkelig zur Verzahnungslängsachse 22 verlaufende Drehachse 43 und ist mittels eines Antriebsmotors 44 der Führungseinheit 3 zu einer durch einen Doppelpfeil illustrierten rotativen Antriebsbewegung 45 um die Drehachse 43 antreibbar.
Eine Umfangsverzahnung 46 des Zahnrades 42a greift in die Längsverzahnung 18 des Zahnstangenkörpers 6 ein. Wird das Zahnrad 42a durch den Antriebsmotor 44 zu der Antriebsbewegung 45 angetrieben, läuft das Zahnrad 42a in der Längsverzahnung 18 entlang, so dass sich die lineare Relativbewegung 5 zwischen der Führungseinheit 3 und der Zahnstange 2 einstellt.
Der Antriebsmotor 44 ist zweckmäßigerweise ein Elektromotor. Er kann allerdings auch vom fluidbetätigten Typ sein.
Eine alternative Gestaltung der Verzahnungsstruktur 42 ist diejenige des schon erwähnten Zahnriemens. Auch ein Zahnriemen kann durch Zusammenwirken mit der Längsverzahnung 18 zum Hervorrufen der Linearbewegung 5 verwendet werden.
Es besteht auch die. zusätzliche oder alternative Möglichkeit, die Längsverzahnung 18 zur Erfassung mindestens einer Relativposition zwischen der Führungseinheit 3 und der Zahnstange 2 zu nutzen. Beispielsweise kann ein mit der Längsverzahnung 18 kämmendes Zahnrad 42 mit einem Drehgeber gekoppelt sein, der nutzbar ist, um aus der Drehbewegung des Zahnrades 42a die momentane Relativposition zwischen der Führungseinheit 3 und der Zahnstange 2 und/oder die Geschwindigkeit der Linearbewegung 5 zu bestimmen.
Bei einer anderen Art der Positionserfassung ist an der Führungseinheit 3 ein Sensor angeordnet, der bei der Linearbewegung 5 in Achsrichtung der Verzahnungslängsachse 22 neben der Längsverzahnung 18 vorbeibewegt wird und der auf die bevorzugt ferromagnetisch ausgebildeten Erhebungen 23 anspricht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2249653 A [0002]
EP 1979128 B1 [0003]

Claims

Lineareinheit, mit einer Zahnstange (2) und einer an der Zahnstange (2) in deren Längsrichtung linear verschiebbar gelagerten Führungseinheit (3), wobei die Zahnstange (2) einen im Bereich seines Außenumfanges (7) mit einer Längsverzahnung (18) versehenen einstückigen Zahnstangenkörper (6) aufweist, wobei die Längsverzahnung (18) aus einer Vielzahl von abwechselnd aufeinanderfolgenden Erhebungen (23) und Vertiefungen (24) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnstangenkörper (6) ein einstückiger Rohrkörper (6a) ist, dessen Wandung (12) außen mindestens eine verdrehsichernd mit der Führungseinheit (3) zusammenwirkende Führungsfläche (8) bildet.
Lineareinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (12) des Rohrkörpers (6a) zur Bildung der Vertiefungen (24) der Längsverzahnung (18) eine sich aus einer Vielzahl von in der Längsrichtung der Zahnstange (2) zueinander beabstandeten Löchern (24a) zusammensetzende Lochstruktur hat.
Lineareinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Vertiefungen (24) der Längsverzahnung (18) bildenden Löcher (24a) als Stanzlöcher ausgebildet sind.
Lineareinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Vertiefungen (24) der Längsverzahnung (18) bildenden Löcher (24a) als quer zur Längsachse (4) der Zahnstange (2) ausgerichtete Langlöcher gestaltet sind.
Lineareinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Vertiefungen (24) der Längsverzahnung (18) bildenden Löcher (24a) einen rechteckigen, länglichen Lochquerschnitt haben.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (12) des Rohrkörpers (6a) zur Bildung der Vertiefungen (24) der Längsverzahnung (18) plastisch verformt ist.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (24) der Längsverzahnung (18) aus von außen her eingebrachten Einprägungen der Wandung (12) des Rohrkörpers (6a) bestehen.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsverzahnung (18) vom Boden (36) einer in die Wandung (12) des Rohrkörpers (6a) eingeformten Längsnut (37) gebildet und an beiden Längsseiten von jeweils einer Nutflanke (38) dieser Längsnut (37) flankiert ist.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (6a) zumindest außen unkreisförmig profiliert ist.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Führungsfläche (8) zusätzlich zu der Längsverzahnung (18) an dem Rohrkörper (6a) ausgebildet ist.
Lineareinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Führungsfläche (8) in einem anderen Außenumfangsbereich des Rohrkörpers (6a) als die Längsverzahnung (18) angeordnet ist, wobei die Führungsfläche (8) in der Umfangsrichtung (11) des Rohrkörpers (6a) zweckmäßigerweise beabstandet zu der Längsverzahnung (18) angeordnet ist.
Lineareinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsverzahnung (18) zwischen zwei Führungsflächen (8) des Rohrkörpers (6a) ausgebildet ist.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (6a) eine rechteckige und bevorzugt quadratische Querschnittsform hat, wobei er über vier durch Eckenbereiche (12e) einstückig ineinander übergehende Seitenwandabschnitte (12a, 12b, 12c, 12d) verfügt, wobei die Eckenbereiche (12e) zweckmäßigerweise abgerundet sind.
Lineareinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Seitenwandabschnitte (12a) die Längsverzahnung (18) aufweist, wobei zweckmäßigerweise jeder der beiden sich in der Umfangsrichtung (11) des Rohrkörpers (6a) an die Längsverzahnung (18) anschließenden Seitenwandabschnitte (12b, 12c) eine Führungsfläche (8) für die Führungseinheit (3) bildet.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie über mindestens eine zusätzlich zu der Längsverzahnung (18) vorhandene Verzahnungsstruktur (42) verfügt, die bei einer Relativbewegung von Zahnstange (2) und Führungseinheit (3) mit der Längsverzahnung (18) kooperiert oder kooperieren kann.
Lineareinheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungsstruktur (42) ein Zahnriemen oder ein Zahnrad (42a) ist.