DE102015205922A1

DE102015205922A1 - Linearantrieb

Info

Publication number: DE102015205922A1
Application number: DE102015205922.7A
Authority: DE
Inventors: Simone Kopp; Ulrich Diener; Jörg Bitzer; Dominik Nowak; Eric Angué
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2016-10-06

Abstract

Es wird ein Linearantrieb (1) vorgeschlagen, der einen mittels einer Wälzführungseinrichtung (4) an einem Antriebsgehäuse (3) zur Ausführung einer Hubbewegung (6) verschiebbar gelagerten Abtriebsschlitten (5) aufweist. Zu der Wälzführungseinrichtung (4) gehören mehrere Wälzelemente (26), die an sich paarweise gegenüberliegenden Führungsbahnen (27, 28) des Antriebsgehäuses (3) und des Abtriebsschlittens (5) abwälzbar anliegen. Die Wälzelemente (26) sind Bestandteile eines Führungswagens (45), der relativ zu dem Antriebsgehäuse (3) und dem Abtriebsschlitten (5) bewegbar ist. Die Wälzelemente (26) sind in einem Käfigkörper (35) des Führungswagens (45) gehalten, wobei an dem Käfigkörper (35) eine Kopplungsrolle (47) drehbar gelagert ist, die gleichzeitig an Abrollflächen (55, 56) des Antriebsgehäuses (3) und des Abtriebsschlittens (5) anliegt. Auf diese Weise wird der Führungswagen (45) bei der Hubbewegung des Abtriebsschlittens (5) zu einer Relativbewegung bezüglich des Antriebsgehäuses (3) und des Abtriebsschlittens (5) mitgenommen. Indem die Mantelfläche (54) der Kopplungsrolle (47) und/oder wenigstens eine der Abrollflächen (55, 56) elastisch nachgiebig von einem gummielastischen Stützkörper (62) abgestützt ist, wird die Kopplungsrolle (47) bei gleichzeitigem Toleranzausgleich mit Vorspannung an die beiden Abrollflächen (55, 56) angedrückt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb, mit einer Antriebseinheit, die über ein eine Längsachse aufweisendes Antriebsgehäuse verfügt, ferner mit einem an dem Antriebsgehäuse zur Ausführung einer in der Achsrichtung der Längsachse orientierten Hubbewegung mittels einer Wälzführungseinrichtung linear verschiebbar geführten Abtriebsschlitten, und mit Antriebsmitteln zur Erzeugung der Hubbewegung des Abtriebsschlittens, wobei die Wälzführungseinrichtung mindestens einen zwischen dem Antriebsgehäuse und dem Abtriebsschlitten angeordneten Führungswagen mit einem Käfigkörper und in dem Käfigkörper drehbar gelagerten Wälzelementen aufweist, wobei die Wälzelemente jeweils gleichzeitig an mindestens einer am Antriebsgehäuse angeordneten Führungsbahn und an mindestens einer am Abtriebsschlitten angeordneten Führungsbahn abwälzbar anliegen, sodass der Führungswagen bei der Hubbewegung des Abtriebsschlittens eine Linearbewegung sowohl relativ zum Antriebsgehäuse als auch relativ zum Abtriebsschlitten ausführt.
Ein aus der EP 0 868 965 B1 bekannter Linearantrieb dieser Art verfügt über eine Antriebseinheit und einen Abtriebsschlitten, wobei der Abtriebsschlitten unter Zwischenschaltung einer Wälzführungseinrichtung an einem Antriebsgehäuse der Antriebseinheit linear verschiebbar gelagert ist. Der Antriebsschlitten ist mittels der Antriebseinheit zu einer linearen Hubbewegung antreibbar, wobei er die zur Ausführung der Hubbewegung erforderliche Stellkraft durch eine aus dem Antriebsgehäuse herausragende Kolbenstange erfährt, die zu Antriebsmitteln der Antriebseinheit gehört. Die Wälzführungseinrichtung verfügt über am Antriebsgehäuse und am Abtriebsschlitten sich paarweise gegenüberliegend angeordnete Führungsbahnen, die jeweils einen Führungskanal definieren, in dem eine Mehrzahl von Wälzelementen angeordnet ist, die gleichzeitig an beiden Führungsbahnen abwälzbar anliegen. Die Wälzelemente sind in mindestens einem Führungswagen zusammengefasst, der einen Käfigkörper aufweist, in dem die Wälzelemente drehbar gelagert fixiert sind. Bei der Hubbewegung des Abtriebsschlittens wälzen sich die Wälzelemente an den mit ihnen in Kontakt stehenden Führungsbahnen ab, sodass sich der zugeordnete Führungswagen im Rahmen einer Linearbewegung sowohl relativ zum Antriebsgehäuse als auch relativ zum Abtriebsschlitten verlagert. Dabei legt der Führungswagen regelmäßig die Hälfte des Hubes des Abtriebsschlittens zurück.
Da sowohl die Führungsbahnen als auch die Wälzelemente üblicherweise aus Metall bestehen, kann ein gewisser Schlupf zwischen den Wälzelementen und den Führungsbahnen nicht vermieden werden. Ein solcher Schlupf kann dazu führen, dass der Führungswagen bei der Bewegung des Abtriebsschlittens nicht synchron mitgenommen wird und/oder dass der Führungswagen bei Erschütterungen oder Stößen seine bezüglich des Antriebsgehäuses und des Abtriebsschlittens eingenommene Relativposition verändert. Dies kann letztlich dazu führen, dass die Hubbewegung des Abtriebsschlittens beeinträchtigt wird, weil der dem Führungswagen zur Verfügung stehende Hubweg nicht mehr mit dem maximalen Hub des Abtriebsschlittens korreliert. Damit kann auch ein nicht unerheblicher Verschleiß an den Führungsbahnen und Wälzelementen einhergehen.
Aus der DE 1 192 462 B ist eine Führungseinrichtung bekannt, die einen zwischen einem Maschinenteil und einem Maschinenbett angeordneten, eine Mehrzahl von Lagerkugeln aufweisenden Führungswagen enthält, der zur schlupffreien Mitnahme mit Zahnrädern versehen ist, die mit an dem Maschinenteil und an dem Maschinenbett angeordneten Zahnstangen in Verzahnungseingriff stehen. Auf diese Weise ergibt sich eine Zwangskopplung des Führungswagens mit der Bewegung des Abtriebsschlittens ohne die Gefahr einer unerwünschten Veränderung der Relativposition zwischen dem Abtriebsschlitten und dem Führungswagen. Allerdings sind die dazu erforderlichen, den Verzahnungseingriff ermöglichenden Maßnahmen relativ aufwendig und verteuern die Herstellung der Führungseinrichtung.
Aus der DE 693 12 588 T2 ist eine Führungseinrichtung für Schubladen bekannt, bei der mehrere Führungsschienen mittels aus Gummi bestehenden Walzen miteinander gekoppelt sind, um eine gesteuerte, sich durch ein progressives Verhalten auszeichnende Öffnungs- und Schließbewegung zu erzielen.
Die DE 10 2006 015 155 A1 offenbart ein Wälzlager mit Käfigzwangsführung, bei dem zwischen einem Schlitten und einer Führungsschiene ein Käfig angeordnet ist, der über Wälzkörper verfügt, die an Führungsbahnen des Schlittens und der Führungsschiene anliegen. Eine Zwangskopplung zwischen der Bewegung des Schlittens und des Käfigs wird dadurch erzielt, dass in einem Querschlitz des Käfigs eine Mitnehmerkugel angeordnet ist, die gleichzeitig in sich kreuzende Längsnuten des Schlittens und der Führungsschiene eingreift.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen vorzuschlagen, mit denen bei einem Linearantrieb eine unerwünschte Veränderung der Relativposition zwischen dem Abtriebsschlitten und dem mit Wälzelementen ausgestatteten Führungswagen verhindert werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass an dem Käfigkörper des Führungswagens mindestens eine Kopplungsrolle um eine zu der Längsachse des Antriebsgehäuses rechtwinkelige Drehachse verdrehbar und zugleich in Achsrichtung dieser Längsachse ortsfest gelagert ist, die mit ihrer peripheren Mantelfläche unter Vorspannung sowohl an einer an dem Antriebsgehäuse angeordneten Abrollfläche als auch an einer an dem Abtriebsschlitten angeordneten Abrollfläche reibschlüssig anliegt, wobei die Mantelfläche der Kopplungsrolle und/oder mindestens eine der beiden sich in Achsrichtung der Längsachse des Antriebsgehäuses erstreckenden Abrollflächen als eine durch einen gummielastischen Stützkörper elastisch nachgiebig abgestützte Andrückfläche ausgebildet ist.
Auf diese Weise ist der die Wälzelemente aufweisende Führungswagen in seiner linearen Relativbewegung mit der zwischen dem Abtriebsschlitten und dem Antriebsgehäuse stattfindenden Relativbewegung zwangsgekoppelt. Es ist sichergestellt, dass der Führungswagen sich stets mit der halben Geschwindigkeit wie der Abtriebsschlitten bewegt, sodass sich die Wälzelemente schlupffrei und mithin äußerst reibungsarm an den ihnen zugeordneten Führungsbahnen abwälzen. Behinderungen und insbesondere Blockierungen der Hubbewegung des Abtriebsschlittens durch eine möglicherweise nicht exakte Folgebewegung des Führungswagens können ausgeschlossen werden. Bedingt dadurch, dass die Zwangskopplungsmaßnahme auf einem Reibschluss basiert, zweckmäßigerweise auf einem auf Formschluss gänzlich verzichtenden reinen Reibschluss, lassen sich die damit verbundenen Maßnahmen sehr kostengünstig realisieren. Führt der Abtriebsschlitten seine Hubbewegung aus, wälzt sich die Kopplungsrolle mit ihrer Mantelfläche gleichzeitig an den Abrollflächen des Abtriebsschlittens und des Antriebsgehäuses ab und nimmt dabei den in der Richtung der Hubbewegung ortsfest an ihr orientierten Käfigkörper, in dem die Wälzelemente gelagert sind, schlupffrei mit. Die schlupffreie Mitnahme ist dadurch gewährleistet, dass die Kopplungsrolle mit ihrer peripheren Mantelfläche unter Vorspannung an den beiden Abrollflächen anliegt. Dass hierbei eine große Reibkraft zwischen den aneinander anliegenden Flächen auftreten kann, ohne die Führungsbahnen und die damit in Kontakt stehenden Wälzelemente übermäßig zu belasten, hängt damit zusammen, dass die Mantelfläche der Kopplungsrolle und/oder mindestens eine der beiden an der Mantelfläche anliegenden Abrollflächen elastisch nachgiebig abgestützt ist, und dadurch eine Andrückfläche bildet, die ständig mit einer gewissen Vorspannung und dennoch nachgiebig an die mit ihr in Kontakt stehende Fläche angedrückt wird. Dabei werden gleichzeitig Abmessungsunterschiede zwischen dem Durchmesser der Mantelfläche der Kopplungsrolle und dem zwischen den Abrollflächen vorhandenen Abstand kompensiert. Zweckmäßigerweise wird als Abstand zwischen den Abrollflächen bewusst ein Maß gewählt, das im unverformten Neutralzustand der nachgiebigen Andrückfläche etwas kleiner ist als der Durchmesser der Mantelfläche, sodass sich im Zusammengebauten Zustand des Linearantriebes automatisch die gewünschte Vorspannung zwischen der Kopplungsrolle und den Abrollflächen einstellt.
Die Nachgiebigkeit der Andrückfläche resultiert aus einem gummielastischen Stützkörper als Träger der Andrückfläche, wobei die Andrückfläche bevorzugt unmittelbar von der Außenfläche des Stützkörpers und mithin einstückig mit dem Stützkörper ausgebildet ist. Allerdings kann die Andrückfläche auch Bestandteil eines bevorzugt folienartig dünnen, flexiblen Andrückflächenkörpers sein, der als Überzug oder Beschichtung auf dem Stützkörper platziert ist. Durch die Einspannung der Kopplungsrolle zwischen den beiden Abrollflächen wird jedenfalls erreicht, dass sich der Stützkörper lokal elastisch verformt, was zum einen unerwünschte Verspannungen zwischen den Führungsbahnen und den Wälzelementen verhindert und zum anderen für eine hohen Flächenpressung und mithin eine hohe Reibkraft im Kontaktbereich zwischen der Mantelfläche der Kopplungsrolle und den beiden Abrollflächen sorgt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Wälzelemente sind in dem Käfigkörper zweckmäßigerweise unter Bildung mindestens einer Wälzelementenreihe in Achsrichtung der Längsachse des Antriebsgehäuses aneinandergereiht. Bevorzugt ist der Käfigkörper mit mehreren solcher Wälzelementenreihen ausgestattet, deren Reihenrichtungen parallel zueinander verlaufen. Als besonders zweckmäßig wird eine Ausstattung des Käfigkörpers mit zwei Wälzelementenreihen angesehen.
Der Käfigkörper verfügt zweckmäßigerweise pro Wälzelementenreihe über einen mehrfach gelochten Käfigabschnitt, in dem die Wälzelemente unter Gewährleistung ihrer freien Drehbarkeit mit zueinander konstantem Abstand gehalten sind. Der Käfigkörper bildet zusammen mit den von ihm gehalten Wälzelementen eine Führungseinheit, wobei der Linearantrieb bevorzugt mehrere und insbesondere genau zwei solcher Führungseinheiten enthält.
Die mehreren Führungseinheiten sind an ihren Käfigabschnitten zweckmäßigerweise starr miteinander verbunden, wobei zur Verbindung insbesondere ein starrer Verbindungssteg vorgesehen ist, an dem die Kopplungsrolle gelagert ist. Bevorzugt ist der daraus resultierende Käfigkörper H-förmig strukturiert, wobei der Verbindungssteg der Querlinie des "H" entspricht und die beiden Käfigabschnitte jeweils einer der beiden Seitenlinien des "H" entsprechen. Auf diese Weise lässt sich ein besonders materialsparender und dennoch stabiler Käfigkörper realisieren.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Kopplungsrolle in einer zu ihrer Drehachse und zu der Längsachse des Antriebsgehäuses rechtwinkeligen Richtung schwimmend an dem Käfigkörper gelagert ist. Diese relative, bevorzugt translatorische Beweglichkeit der Kopplungsrolle bezüglich des Käfigkörpers sorgt dafür, dass sich die Kopplungsrolle zwischen den beiden Abrollflächen selbsttätig so positioniert, dass die im Bereich der beiden Abrollflächen auftretenden Anpresskräfte zumindest im Wesentlichen gleichgroß sind. Dadurch treten im Bereich der beiden Abrollflächen zumindest im Wesentlichen gleichgroße Reibkräfte auf, was für eine gleichmäßige Antriebskrafteinleitung in die Kopplungsrolle sorgt.
Die schwimmende Lagerung an dem Käfigkörper ermöglicht es der Kopplungsrolle insbesondere, sich nicht nur translatorisch in einer zu der Längsachse rechtwinkeligen Ebene zu verlagern, sondern auch sich um eine zu der Längsachse parallele Achse zu verschwenken. Die Translationsbewegung und die Schwenkbewegung können sich bevorzugt überlagern.
Die Kopplungsrolle ist zum Erhalt ihrer schwimmenden Lagerung zweckmäßigerweise linear beweglich an dem Käfigkörper gelagert. Für die schwimmende Lagerung können beispielsweise zylindrische Lagerfortsätze der Kopplungsrolle herangezogen werden, die zur Drehlagerung in je eine Lagerausnehmung am Käfigkörper eingreifen, wobei die Lagerausnehmung so gestaltet ist, dass der Lagerfortsatz unabhängig von der überlagerten Drehbewegung in der erwähnten Richtung relativ zu der Lagerausnehmung verschiebbar ist.
In einer bevorzugten Anordnung sind das Antriebsgehäuse, der Führungswagen und der Abtriebsschlitten in der Achsrichtung einer zu der Längsachse des Antriebsgehäuses rechtwinkeligen Hochachse übereinander angeordnet. Die Kopplungsrolle ist in diesem Fall in einem Zwischenraum zwischen dem Antriebsgehäuse und dem Abtriebsschlitten platziert, wobei sie im Falle der schon erwähnten schwimmenden Lagerung in Achsrichtung der Hochachse beweglich am Käfigkörper des Führungswagens gelagert ist.
Die beiden Abrollflächen sind zweckmäßigerweise streifenförmig ausgebildet und erstrecken sich in Achsrichtung der Längsachse des Antriebsgehäuses. Die Streifenebene erstreckt sich dabei zweckmäßigerweise rechtwinkelig zu einer zu der Längsachse des Antriebsgehäuses rechtwinkeligen Hochachse. Wenn die Abrollflächen, was von Vorteil ist, direkt am Antriebsgehäuse und/oder an einem Schlittenkörper des Abtriebsschlittens ausgebildet sind, können sie direkt und ohne Abgrenzung oder Abstufung in benachbarte Flächenabschnitte des Antriebsgehäuses beziehungsweise Schlittenkörpers übergehen.
Der Stützkörper besteht zweckmäßigerweise aus einem Elastomermaterial. Ist er am Antriebsgehäuse und/oder am Abtriebsschlitten angeordnet, hat er bevorzugt eine streifenförmige Formgebung. Wenn der Stützkörper ein Bestandteil der Kopplungsrolle ist, ist er vorzugsweise zylindrisch oder hohlzylindrisch gestaltet, vorbehaltlich möglicher Oberflächenstrukturen zur Realisierung einer besonders vorteilhaft strukturierten Andrückfläche.
Die Andrückfläche kann eine glatte Fläche sein. Als vorteilhafter hat es sich jedoch erwiesen, wenn sie über eine profilierte Oberflächenstruktur verfügt, die sich aus einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Vorsprüngen und Vertiefungen zusammensetzt. Dabei kann die profilierte Oberflächenstruktur beispielsweise verzahnungsartig oder noppenförmig gestaltet sein. Ist die Andrückfläche Bestandteil der Kopplungsrolle, kann eine derartige verzahnungsartige Struktur vorgesehen sein, dass die Kopplungsrolle an ihrer Mantelfläche nach Art eines Zahnrades profiliert ist. Die Vorsprünge verfügen zweckmäßigerweise über gummielastisch verformbare Eigenschaften.
Mit einer profilierten Oberflächenstruktur kann sich die Andrückfläche durch nur geringen Kraftaufwand verformen, sodass ein optimaler Toleranzausgleich zwischen dem Außendurchmesser der Kopplungsrolle und dem zwischen den Abrollflächen vorhandenen Abstand gewährleistet ist.
Wenn sich die Andrückfläche an der Kopplungsrolle befindet, erübrigt sich die Realisierung der beiden Abrollflächen als Andrückflächen. Die Abrollflächen können daher in diesem Fall direkt von Flächenabschnitten der Außenfläche des Antriebsgehäuses und des Abtriebsschlittens bzw. eines Schlittenkörpers des Abtriebsschlittens gebildet sein, was eine kostengünstige Herstellung begünstigt. Selbstverständlich besteht gleichwohl die Möglichkeit, eine oder beide Abrollflächen mittels eines separaten Abrollflächenkörpers zu realisieren, der am Antriebsgehäuse oder am Schlittenkörper des Abtriebsschlittens angebracht wird.
Eine bevorzugte Ausgestaltung einer die Andrückfläche aufweisenden Kopplungsrolle verfügt über einen starren Kernkörper, der peripher von dem Stützkörper umhüllt ist und über den die Kopplungsrolle zweckmäßigerweise auch drehbar am Käfigkörper des Führungswagens gelagert ist. Der starre Kernkörper ist zweckmäßigerweise auch derjenige Bestandteil der Kopplungsrolle, über den die Kopplungsrolle bei einer entsprechenden Ausführungsform zusätzlich schwimmend am Käfigkörper gelagert ist, um sich hinsichtlich ihrer bezüglich des Antriebsgehäuses und des Abtriebsschlittens eingenommenen Relativposition selbständig ausrichten zu können.
Um die gewünschte Vorspannung zwischen den beiden Abrollflächen und der zwischen den Abrollflächen eingespannten Mantelfläche der Kompensationsrolle zu erhalten, wird zweckmäßigerweise auf eine Kopplungsrolle zurückgegriffen, deren Mantelfläche die Andrückfläche bildet und deren Außendurchmesser im nicht installierten Zustand größer ist als im zwischen den beiden Abrollflächen installierten betriebsbereiten Zustand. Die Andrückfläche wird dann im Kontaktbereich zu beiden Abrollflächen durch die Abrollflächen leicht zusammengedrückt, woraus die gewünschte Vorspannung und der die Rotation der Kopplungsrolle hervorrufende hohe Reibschluss resultieren.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine bevorzugte erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Linearantriebes in einer isometrischen Darstellung,
2 den Linearantrieb aus 1 im abgenommenen Zustand des Abtriebsschlittens,
3 einen Längsschnitt des Linearantriebes aus 1 gemäß Schnittlinie III-III aus 1 und 2,
4 einen weiteren Längsschnitt des Linearantriebes in einer bezüglich 3 um 90° verdrehten Schnittebene gemäß Schnittlinie IV-IV aus 3,
5 einen Querschnitt des Linearantriebes gemäß Schnittlinie V-V aus 3, und
6 einen vergrößerten Ausschnitt des Linearantriebes im Längsschnitt gemäß Schnittlinie VI-VI aus 4.
Der insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Linearantrieb verfügt über eine Antriebseinheit 2 mit einem Antriebsgehäuse 3 und ferner über einen mittels einer Wälzführungseinrichtung 4 an dem Antriebsgehäuse 3 diesbezüglich linear verschiebbar gelagerten Abtriebsschlitten 5. Die bezüglich des Antriebsgehäuses 3 ausführbare Linearbewegung des Abtriebsschlittens 4 sei als Hubbewegung 6 bezeichnet und ist in der Zeichnung durch einen Doppelpfeil angedeutet.
Der Linearantrieb 1 hat eine Längsachse 7, die auch die Längsachse der Antriebseinheit 2, des Antriebsgehäuses 3 und des Abtriebsschlittens 5 bildet. Die Hubbewegung 6 verläuft in der Achsrichtung dieser Längsachse 7. Der Abtriebsschlitten 5 kann sich dabei bezüglich des Antriebsgehäuses 3 in einander entgegengesetzten Bewegungsrichtungen bewegen.
Der Abtriebsschlitten 5 ist längsseits benachbart zu dem Antriebsgehäuse 3 angeordnet. Er kann ganz oder teilweise versenkt in dem Antriebsgehäuse 3 angeordnet sein, liegt jedoch zweckmäßigerweise, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft, komplett außerhalb des Antriebsgehäuses 3.
Der Linearantrieb 1 hat eine zu der Längsachse 7 rechtwinkelige Hochachse 8, die auch die Hochachse der Antriebseinheit 2, des Antriebsgehäuses 3 und des Abtriebsschlittens 5 bildet. Des Weiteren verfügt der Linearantrieb 1 über eine zu der Längsachse 7 und zu der Hochachse 8 rechtwinkelige Querachse 12, die in einer Breitenrichtung verläuft und die auch gleichzeitig die Querachse 12 der Antriebseinheit 2, des Antriebsgehäuses 3 und des Abtriebsschlittens 5 bildet. Der Linearantrieb 1 kann mit beliebiger räumlicher Ausrichtung seiner Hochachse 8, Längsachse 7 und Querachse 12 betrieben werden.
Der Abtriebsschlitten 5 ist in Achsrichtung der Hochachse 8 neben dem Antriebsgehäuse 3 angeordnet und verfügt über einen Schlittenkörper 13, der bevorzugt einstückig ausgebildet ist. Der Schlittenkörper 13 besitzt vorzugsweise einen sich längsseits entlang des Antriebsgehäuses 3 erstreckenden ersten Schlittenkörperabschnitt 13a und einen ausgehend von dem ersten Schlittenkörperabschnitt 13a vor eine Vorderseite 14 des Antriebsgehäuses 3 ragenden zweiten Schlittenkörperabschnitt 13b. Der Schlittenkörper 13 hat zweckmäßigerweise eine Lförmige Gestalt, wobei die beiden Schlittenkörperabschnitte 13a, 13b jeweils einen der beiden L-Schenkel definieren.
Die Wälzführungseinrichtung 4 ist in Achsrichtung der Hochachse 8 zwischen dem Antriebsgehäuse 3 und dem Abtriebsschlitten 5 angeordnet. Exemplarisch liegt sie zwischen dem Antriebsgehäuse 3 und dem ersten Schlittenkörperabschnitt 13a des Schlittenkörpers 13. Sie sorgt dafür, dass der Abtriebsschlitten 5 bezüglich des Antriebsgehäuses 3 rechtwinkelig zu der Längsachse 7 abgestützt und gleichzeitig zur Ausführung der Hubbewegung 6 linear geführt ist.
Zu der Antriebseinheit 2 gehören außer dem Antriebsgehäuse 3 auch noch Antriebsmittel 15, die mit dem Abtriebsschlitten 5 zur Übertragung der die Hubbewegung 6 hervorrufenden Antriebskräfte antriebsmäßig gekoppelt sind. Diese Antriebsmittel 15 sind zweckmäßigerweise zumindest teilweise im Innern des Antriebsgehäuses 3 untergebracht.
Bevorzugt enthalten die Antriebsmittel 15 mindestens einen relativ zum Antriebsgehäuse 3 in Achsrichtung der Längsachse 7 beweglichen Antriebsabschnitt 16, der außerhalb des Antriebsgehäuses 3 an dem Abtriebsschlitten 5 angreift und an dem Abtriebsschlitten 5 insbesondere befestigt ist. Er kann durch externen Energieeintrag zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Antriebsbewegung 17 veranlasst werden, wobei aus dieser Antriebsbewegung 17 die Hubbewegung 6 des mit dem Antriebsabschnitt 16 kraftübertragend gekoppelten Abtriebsschlittens 5 resultiert.
Beim Ausführungsbeispiel ist der Antriebsabschnitt 16 von einer Kolbenstange 16a gebildet, die an der Vorderseite 14 aus dem Antriebsgehäuse 3 herausragt und dort an dem zweiten Schlittenkörperabschnitt 13b angebracht ist. Innerhalb des Antriebsgehäuses 3 ist an der Kolbenstange 16a ein Antriebskolben 18 befestigt, der zwei Antriebskammern 22a, 22b axial voneinander abteilt, die über von außen zugängliche Steuerkanäle 23a, 23b gesteuert mit fluidischem Druckmedium beaufschlagbar sind, um den Antriebskolben 18 und folglich die Kolbenstange 16a zu der Antriebsbewegung 17 anzutreiben. Bevorzugt wird der Linearantrieb 1 mit Druckluft als Druckmedium betrieben.
Die Antriebskammern 22a, 22b können unmittelbar von dem Antriebsgehäuse 3 begrenzt sein. Beim Ausführungsbeispiel befinden sie sich in einem bezüglich des Antriebsgehäuses 3 separaten Gehäuserohr 24, das in das Antriebsgehäuse 3 eingebaut ist. Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn das Antriebsgehäuse 3 ein aus Metall bestehendes Blechbiegeteil ist, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft.
Während exemplarisch die Antriebsmittel 15 von mit Fluidkraft betätigbarer Bauart sind, sind sie bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel zusätzlich oder alternativ elektrisch betätigbar ausgebildet. In diesem Fall kann die Kolbenstange 16a beispielsweise eine elektromotorisch zu der Antriebsbewegung 17 antreibbare Abtriebsstange sein.
In einer aus der Zeichnung ersichtlichen eingefahrenen Grundstellung erstreckt sich der Abtriebsschlitten 5 längsseits neben dem Antriebsgehäuse 3 entlang zumindest eines Großteils der Länge des Antriebsgehäuses 3, wobei er sich in diese Grundstellung zweckmäßigerweise über die gesamte Länge des Antriebsgehäuses 3 erstreckt. Bei der Hubbewegung 6 kann der Abtriebsschlitten 5 mehr oder weniger weit über die Vorderseite 14 des Antriebsgehäuses 3 hinaus ausfahren. An dem Abtriebsschlitten 5 angeordnete Befestigungsschnittstellen 25, beispielsweise Befestigungsbohrungen, erlauben die Befestigung von zu bewegenden und/oder zu positionierenden externen Komponenten, beispielsweise eines Maschinenteils oder einer Greifvorrichtung.
Die zur Linearführung des Abtriebsschlittens 5 dienende Wälzführungseinrichtung 4 enthält eine Mehrzahl von Wälzelementen 26 sowie mehrere am Antriebsgehäuse 3 angeordnete gehäuseseitige Führungsbahnen 27 und mehrere am Abtriebsschlitten 5 und dabei insbesondere an dem Schlittenkörper 13 angeordnete schlittenseitige Führungsbahnen 28. Die Führungsbahnen 27, 28 erstrecken sich in Achsrichtung der Längsachse 7 und sind einander derart zumindest paarweise zugeordnet, dass sie in dem sich axial überlappenden Längenabschnitt des Antriebsgehäuses 3 und des Abtriebsschlittens 5 jeweils einen Führungskanal 32 längsseits begrenzen, in dem mehrere der Wälzelemente 26 unter Bildung einer Wälzelementenreihe 33 mit Abstand zueinander aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Der Linearantrieb 1 des Ausführungsbeispiels verfügt über zwei Führungskanäle 32, die spiegelsymmetrisch auf einander entgegengesetzten Seiten einer durch die Längsachse 7 und die Hochachse 8 aufgespannten Mittelebene 34 platziert sind. Bevorzugt sind die gehäuseseitigen Führungsbahnen 27 von der Mittelebene 34 wegweisend außen am Antriebsgehäuse 3 ausgebildet, während die schlittenseitigen Führungsbahnen 28 an dem Antriebsgehäuse 3 zugewandten Innenflächen des bevorzugt einen U-förmigen Querschnitt aufweisenden ersten Schlittenkörperabschnittes 13a ausgebildet sind. Eine Anordnung mit umgekehrter Ausrichtung der Führungsbahnen 27, 28 ist allerdings ebenfalls möglich.
Die Wälzelemente 26 liegen jeweils gleichzeitig an der den zugeordneten Führungskanal 32 begrenzenden gehäuseseitigen Führungsbahn 27 und schlittenseitigen Führungsbahn 28 an. Bei der Hubbewegung 6 wälzen sie sich dadurch gleichzeitig an beiden Führungsbahnen 27, 28 ab, sodass eine reibungsarme und gleichzeitig hochbelastbare Wälzführung realisiert ist.
Um unkontrollierte Relativbewegungen zwischen den im gleichen Führungskanal 32 befindlichen Wälzelementen 26 zu verhindern, sind die Wälzelemente 26 in einem Käfigkörper 35 gefangen. In jedem Führungskanal 32 befindet sich ein Käfigabschnitt 36, der leistenförmig ausgebildet ist und der über eine Mehrzahl von in Achsrichtung der Längsachse 7 mit Abstand aufeinanderfolgenden Lagertaschen 37 verfügt, in denen jeweils eines der Wälzelemente 26 frei drehbar gelagert ist. Die Lagertaschen 37 durchsetzen den Käfigabschnitt 36, sodass die Wälzelemente 26 beidseits über den Käfigabschnitt 36 hinausragen und an der jeweils gegenüberliegenden Führungsbahn 27, 28 anliegen können.
Bei den Wälzelementen 26 des Ausführungsbeispiels handelt es sich um kugelförmige Körper. Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Wälzelemente 26 zylindrisch oder tonnenförmig ausgebildet.
Jeder Käfigabschnitt 36 bildet zusammen mit den in ihm gelagerten und auf konstantem Abstand zueinander gehaltenen Wälzelementen 26 eine Führungseinheit 38 der Wälzführungseinrichtung 4. Dementsprechend ist der Linearantrieb 1 des Ausführungsbeispiels mit zwei solcher Führungseinheiten 38 ausgestattet, die rechtwinkelig zu der Längsachse 7 zueinander beabstandet sind. In der Achsrichtung der Längsachse 7 liegen die Führungseinheiten 38 vorzugsweise auf gleicher Höhe.
Prinzipiell könnten die beiden Führungseinheiten 38 unabhängig voneinander ausgebildet sein. Bevorzugt sind sie jedoch bewegungsmäßig miteinander verbunden, sodass sie stets nur einheitlich entlang der Führungsbahnen 27, 28 bewegbar sind. Letzteres wird bevorzugt dadurch erreicht, dass die beiden Käfigabschnitte 36 durch einen starren Verbindungssteg 42 des Käfigkörpers 35 starr miteinander verbunden sind. Der Verbindungssteg 42 ist zwischen dem Antriebsgehäuse 3 und dem Abtriebsschlitten 5 angeordnet, wobei er exemplarisch die der Unterseite 43 des Abtriebsschlittens 5 zugewandte Oberseite 44 des Antriebsgehäuses 3 überquert.
Der Käfigkörper 35 und die Wälzelemente 26 sind gemeinsame Bestandteile eines zwischen dem Antriebsgehäuse 3 und dem Abtriebsschlitten 5 angeordneten Führungswagens 45, der im Rahmen einer in der Achsrichtung der Längsachse 7 orientierten und durch einen Doppelpfeil angedeuteten Linearbewegung 46 sowohl relativ zum Antriebsgehäuse 3 als auch relativ zum Abtriebsschlitten 5 verfahrbar ist. Eine Antriebskraft für diese Linearbewegung 46 resultiert aus dem unmittelbaren Kontakt der Wälzelemente 26 mit den Führungsbahnen 27, 28, der reibungsbedingt einen Mitnahmeeffekt produziert. Bei der Hubbewegung 6 werden die an den schlittenseitigen Führungsbahnen 28 anliegenden Wälzelemente 26 mitgenommen, sodass sie sich nicht nur an den schlittenseitigen Führungsbahnen 28, sondern auch an den gehäuseseitigen Führungsbahnen 27 abwälzen und dabei eine Schubkraft auf die Käfigabschnitte 36 ausüben, die letztlich zu der Linearbewegung 46 führt. Die Geschwindigkeit der Linearbewegung 46 ist halb so groß wie die Geschwindigkeit der Hubbewegung 6. Der Führungswagen 45 legt idealerweise stets die Hälfte des Hubweges des Abtriebsschlittens 5 zurück.
Wie insbesondere aus den 2 und 4 gut erkennbar ist, ist der Käfigkörper 35 bevorzugt H-förmig strukturiert. Die beiden Käfigabschnitte 36 entsprechen dabei den beiden Seitenlinien des "H", während der Verbindungssteg 42 der Querlinie des "H" entspricht. Dementsprechend ist die in Achsrichtung der Längsachse 7 gemessene Breite des Verbindungssteges 42 wesentlich geringer als die in der gleichen Richtung gemessene Länge der Käfigabschnitte 36. Selbige stehen zudem axial beidseits über den Verbindungssteg 42 über.
Der Käfigkörper 35 kann allerdings auch eine andere Struktur haben. Beispielsweise kann der Verbindungssteg 42 schräg und/oder mit abgestufter Längserstreckung zwischen den beiden Käfigabschnitte 36 verlaufen. Wesentlich ist, dass die beiden leistenförmigen Käfigabschnitte 36 starr miteinander verbunden sind. Beispielsweise können diese Käfigabschnitte 36 an einem ihrer Endbereiche durch einen Verbindungssteg 42 verbunden sein, sodass sich für den Käfigkörper 35 eine Uförmige Struktur ergibt.
Aufgrund der Materialhärte der Führungsbahnen 27, 28 und der Wälzelemente 26 ist eine schlupffreie Mitnahme der Wälzelemente 26 bei der Hubbewegung 6 des Abtriebsschlittens 5 nicht ohne weiteres gewährleistet. Der Linearantrieb 1 ist daher mit zusätzlichen Zwangskopplungsmaßnahmen ausgestattet, die eine schlupffreie Mitnahme des Führungswagens 45 unabhängig von dem zwischen den Führungsbahnen 27, 28 und den Wälzelementen 26 vorhandenen Führungskontakt gewährleisten.
Zu diesen Zwangskopplungsmaßnahmen zählt die Ausstattung des Käfigkörpers 35 des Führungswagens 45 mit mindestens einer Kopplungsrolle 47, die durch gleichzeitigen, rein reibschlüssigen Abrollkontakt mit dem Antriebsgehäuse 3 und dem Abtriebsschlitten 5 für die schlupffreie Erzeugung der Linearbewegung 46 des Führungswagens 45 maßgeblich verantwortlich ist. Die Kopplungsrolle 47 ist ein Bestandteil des Führungswagens 45 und macht die Linearbewegung 46 mit.
Die Kopplungsrolle 47 hat eine Längsachse 48 und ist in um ihre Längsachse 48 frei drehbarer Weise an dem Käfigkörper 35 gelagert. Die Längsachse 48 fällt also mit der Drehachse 52 für die durch einen Doppelpfeil angedeutete Drehbewegung 53 der Kopplungsrolle 47 zusammen.
Die Kopplungsrolle 47 ist zweckmäßigerweise an dem Verbindungssteg 42 gelagert. Beim Ausführungsbeispiel sitzt sie an der dem Antriebsgehäuse 3 abgewandten Oberseite des Verbindungsstegs 42, der im Bereich der Kopplungsrolle 47 eine fensterartige Durchbrechung 73 aufweist, durch die die Kopplungsrolle 47 mit demjenigen Umfangsabschnitt hindurchtreten kann, mit dem sie an der gehäuseseitigen Abrollfläche 55 anliegt.
Die Drehachse 52 der Kopplungsrolle 47 erstreckt sich rechtwinkelig zu der Längsachse 7 und ist bevorzugt in der Achsrichtung der Querachse 12 ausgerichtet. Die Kopplungsrolle 47 ist zwischen der Oberseite 44 des Antriebsgehäuses 3 und der Unterseite 43 des sich über die Oberseite 44 des Antriebsgehäuses 3 hinweg erstreckenden Längenabschnittes des Abtriebsschlittens 5 beziehungsweise des Schlittenkörpers 13 angeordnet. Mit ihrer bezüglich der Drehachse 52 radial orientierten peripheren Mantelfläche 54, die insbesondere zylindrisch gestaltet ist, liegt die Kopplungsrolle 47 abrollbar an einer an der Oberseite 44 an dem Antriebsgehäuse 3 angeordneten gehäuseseitigen Abrollfläche 55 und an einer dieser gehäuseseitigen Abrollfläche 55 in Achsrichtung der Hochachse 8 gegenüberliegenden, an der Unterseite 43 an dem Abtriebsschlitten 5 angeordneten schlittenseitigen Abrollfläche 56 an.
Die Abrollflächen 55, 56 sind Flächen, die nur deshalb als Abrollflächen bezeichnet werden, weil die Kopplungsrolle 47 mit ihrer Mantelfläche 54 daran abrollen kann.
Die gehäuseseitige Abrollfläche 55 ist zweckmäßigerweise unmittelbar von einem Flächenabschnitt der Außenfläche 57 des Antriebsgehäuses 3 gebildet. Die schlittenseitige Abrollfläche 56 ist zweckmäßigerweise unmittelbar von einem Flächenabschnitt der dem Antriebsgehäuse 3 zugewandten Außenfläche 58 des Schlittenkörpers 13 gebildet. Beide Abrollflächen 55, 56 sind beim Ausführungsbeispiel unnachgiebige Flächen, was davon herrührt, dass das Antriebsgehäuse 3 und der Schlittenkörper 13 aus einem starren Material und insbesondere aus Metall bestehen.
Beide Abrollflächen 55, 56 haben insbesondere eine streifenförmige Gestalt und erstrecken sich in Achsrichtung der Längsachse 7. Die Ebenen der streifenförmigen Abrollflächen 55, 56 erstrecken sich zweckmäßigerweise rechtwinkelig zu der Hochachse 8. Beide Abrollflächen 55, 56 liegen zweckmäßigerweise jeweils in einer zu der Hochachse 8 rechtwinkeligen Ebene.
Die unmittelbare Realisierung der Abrollflächen 55, 56 durch Flächenabschnitte der Außenflächen 57, 58 des Antriebsgehäuses 3 und des Schlittenkörpers 13 hat den Vorteil, dass die Abrollflächen 55, 56 sehr kostengünstig bereitgestellt werden können. Die Abrollflächen 55, 56 sind bevorzugt glattflächig ausgebildet.
Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist mindestens eine der beiden Abrollflächen 55, 56 Bestandteil eines bezüglich des Antriebsgehäuses 3 und/oder des Schlittenkörpers 13 gesonderten, bevorzugt leistenförmig oder stabförmig ausgebildeten Abrollflächenkörpers, der durch geeignete Befestigungsmaßnahmen am Antriebsgehäuse 3 beziehungsweise am Schlittenkörper 13 fixiert ist.
Die Kopplungsrolle 47 ist unter Gewährleistung ihrer freien Drehbeweglichkeit 53 in Achsrichtung der Längsachse 7 ortsfest an dem Käfigkörper 35 gelagert. Diese axial ortsfeste Lagerung ermöglicht die Übertragung von in Achsrichtung der Längsachse 7 orientierten Antriebskräften zwischen der Kopplungsrolle 47 und dem Käfigkörper 35. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Käfigkörper 35 jede in Achsrichtung der Längsachse 7 orientierte Linearbewegung der Kopplungsrolle 47 mitmacht.
Mit ihrer Mantelfläche 54 liegt die Kopplungsrolle 47 unter gummielastischer Vorspannung rein reibschlüssig an beiden Abrollflächen 55, 56 an. Der Kontakt zwischen der Mantelfläche 54 und den beiden Abrollflächen 55, 56 zeichnet sich dabei durch einen hohen Reibkoeffizienten aus, sodass die Kopplungsrolle 47 schlupffrei zu ihrer Drehbewegung 53 angetrieben wird, wenn der Abtriebsschlitten 5 relativ zum Antriebsgehäuse 3 die Hubbewegung 6 ausführt. Die dabei überlagert stattfindende, in Achsrichtung der Längsachse 7 orientierte Linearbewegung der Kopplungsrolle 47 hat aufgrund des Umstandes, dass die Kopplungsrolle 47 in der Längsrichtung des Antriebsgehäuses 3 ortsfest am Käfigkörper 35 gelagert ist, die schon angesprochene Linearbewegung 46 des gesamten Führungswagens 45 zur Folge.
Um einen schlupffreien Anpresskontakt zwischen der Mantelfläche 54 und den beiden Abrollflächen 55, 56 zu gewährleisten, ohne den Verschleiß im Kontaktbereich zwischen den Wälzelementen 33 und den Führungsbahnen 27, 28 zu vergrößern, ist die Mantelfläche 54 der Kopplungsrolle 47 elastisch nachgiebig, was davon herrührt, dass sie rückseitig durch einen gummielastischen Stützkörper 62 elastisch nachgiebig abgestützt ist. Am einfachsten lässt sich dies dadurch realisieren, dass die Mantelfläche 54 unmittelbar von der Außenfläche des Stützkörpers 62 gebildet ist, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft. Weil die durch den Stützkörper 62 abgestützte Fläche, vorliegend also die Mantelfläche 54 der Kopplungsrolle 47, an die mit ihr in Kontakt stehende Fläche(n) angedrückt wird, sei sie auch als Andrückfläche 63 bezeichnet.
Die Kopplungsrolle 47 ist hinsichtlich ihres Durchmessers bezüglich des zwischen den beiden Abrollflächen 55, 56 gemessenen Abstandes "A" auf Übermaß ausgelegt. Mit anderen Worten ist ihr im nicht montierten und dementsprechend radial unbeaufschlagten Zustand gemessener Nenn-Außendurchmesser größer als der vorgenannte Abstand "A". Im montierten Zustand der Kopplungsrolle 47 führt dies dazu, dass der Außendurchmesser der Kopplungsrolle 47 in denjenigen Bereichen der Mantelfläche 54, die momentan an den Abrollflächen 55, 56 anliegen, aufgrund gummielastischer Verformung des Stützkörpers 62 etwas geringer ist als der Nenn-Außendurchmesser. Diese lokale Durchmesserreduzierung ruft aufgrund der damit einhergehenden gummielastischen Verformung eine Rückstellkraft hervor, sodass die die Andrückfläche 63 bildende Mantelfläche 54 als Reaktion auf diese lokale Verformung mit gummielastischer Vorspannung an die Abrollflächen 55, 56 angedrückt wird.
Gleichzeitig sorgt aber die elastische Verformung des Stützkörpers 62 auch dafür, dass die beiden Abrollflächen 55, 56 in dem gewünschten Abstand "A" zueinander angeordnet werden können, ohne dass die Wälzelemente 26 mit übermäßiger Vorspannung an den Führungsbahnen 27, 28 anliegen. Toleranzbedingte Abweichungen in dem Abstand "A" werden durch den nachgiebigen Stützkörper 62 und folglich die entsprechend nachgiebige Andrückfläche 63 ausgeglichen beziehungsweise kompensiert. Der Stützkörper 62 fungiert also gleichzeitig als ein Kompensationskörper, durch den ein selbsttätiger Ausgleich von toleranzbedingten Abweichungen des zwischen den sich gegenüberliegenden Abrollflächen 55, 56 vorhandenen Abstandes "A" erreicht wird.
Vorteilhaft ist es, wenn die Kopplungsrolle 47 außer ihrer Drehbewegung 53 noch mindestens einen weiteren Bewegungsfreiheitsgrad bezüglich des Käfigkörpers 35 hat, der ihr eine freie Beweglichkeit in einer zu ihrer Drehachse 52 und zu der Längsachse 7 rechtwinkeligen Richtung verleiht. Dies ist beim Ausführungsbeispiel der Fall. Mit dieser Beweglichkeit ist eine schwimmende Lagerung der Kopplungsrolle 47 bezüglich des Käfigkörpers 35 verbunden, wobei die damit verbundene Relativbewegung der Kopplungsrolle 47 bezüglich des Käfigkörpers 35 im Folgenden als Anpassbewegung 64 bezeichnet wird und in der Zeichnung durch einen Doppelpfeil angedeutet ist.
Die Kopplungsrolle 47 ist bevorzugt so am Käfigkörper 35 gelagert, dass ihre Anpassbewegung 64 zumindest eine Linearbewegung in der Achsrichtung der Hochachse 8 ist. Dadurch können unterschiedliche Abstände zwischen den Abrollflächen 55, 56 kompensiert werden. Vorzugsweise ermöglicht die gewählte Lagerung aber auch eine Anpassbewegung 64, bei der es sich um eine Schwenkbewegung um eine zu der Längsachse 7 parallele Achse handelt. Auf diese Weise können auch Schiefstellungen zwischen den Abrollflächen 55, 56 kompensiert werden. Die Linearbewegung und die Schwenkbewegung sind unabhängig voneinander möglich und können sich überlagern.
Mit der Anpassbewegung 64 ist der Vorteil verbunden, dass die zwischen den beiden Abrollflächen 55, 56 gummielastisch eingespannte Kopplungsrolle 47 gleichmäßig an beide Abrollflächen 55, 56 angedrückt wird. Dies fördert eine präzise Drehmitnahme der Kopplungsrolle 47 bei der Hubbewegung 6 des Abtriebsschlittens 5.
Der Stützkörper 62 besteht aus einem beliebigen Material, das über gummielastische Eigenschaften verfügt. Bevorzugt besteht er aus einem Elastomermaterial.
Bei dem illustrierten vorteilhaften Ausführungsbeispiel hat die Kopplungsrolle 47 einen starren, bevorzugt zylindrisch gestalteten Kernkörper 65, der beispielsweise aus Metall oder aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial besteht. Über diesen Kernkörper 65 ist die Kopplungsrolle 47 an dem Käfigkörper 35 in der schon beschriebenen Weise gelagert. Exemplarisch steht über die beiden axialen Stirnseiten des Kernkörpers 65 jeweils ein zylindrischer Lagerfortsatz 66 vor, der in eine von zwei am Käfigkörper 35 ausgebildeten Lagerausnehmungen 67 drehbar eingreift. In der gewünschten Bewegungsrichtung der Anpassbewegung 64, exemplarisch also in der Höhenrichtung des Führungswagens 45, hat die Lagerausnehmung 67 entweder eine im Vergleich zum Durchmesser des zugeordneten Lagerfortsatzes 66 größere Länge und/oder ist – was beim Ausführungsbeispiel der Fall ist – an der vom Antriebsgehäuse 3 abgewandten Oberseite offen. Auf diese Weise sind die Lagerfortsätze 66 in der jeweils zugeordneten Lagerausnehmung 67 zur Ausführung der Anpassbewegung 64 linear verschiebbar und gleichzeitig in Achsrichtung der Längsachse 7 von den Randflächen der Lagerausnehmung 67 abgestützt, um die in Achsrichtung der Längsachse 7 ortsfeste Abstützung bezüglich des Käfigkörpers 35 zu erhalten.
Die voneinander unabhängige, linear verschiebbare Lagerung der beiden Lagerfortsätze 66 ermöglicht es der Kopplungsrolle 47, sich translatorisch relativ zum Käfigkörper 35 in der Höhenrichtung 8 zu bewegen oder auch sich in einer zu der Längsachse 7 rechtwinkeligen Ebene zu verschwenken. Die Schwenkbewegung äußert sich beispielsweise darin, dass sich die beiden Lagerfortsätze 66 in der Höhenrichtung 8 gleichsinnig um unterschiedlich große Strecken verlagern oder sich in einander entgegengesetzte Richtungen, der eine Lagerfortsatz 66 nach oben und der andere Lagerfortsatz 66 nach unten, bewegen.
Jeder Lagerfortsatz 66 ist in der zugeordneten Lagerausnehmung 67 drehbar. Dies insbesondere dann, wenn der Lagerfortsatz 66 entsprechend dem Ausführungsbeispiel fest und insbesondere einstückig mit dem Kernkörper 65 verbunden ist. Hiervon abweichend können die Lagerfortsätze 66 aber auch von den Endabschnitten eines bezüglich des Kernkörpers 65 separaten Achskörpers sein, der den Kernkörper 65 durchsetzt und auf dem der Kernkörper 65 drehbar gelagert ist. In diesem Fall erübrigt sich eine Drehbeweglichkeit der Lagerfortsätze 66 bezüglich der Lagerausnehmung 67.
Bevorzugt hat die Kopplungsrolle 47 in der radialen Richtung einen Schichtaufbau. In diesem Zusammenhang ist der Kernkörper 65 peripher von dem Stützkörper 62 umhüllt, der in diesem Fall eine im Wesentlichen hohlzylindrische Struktur hat. Bevorzugt ist der Stützkörper 62 durch Spritzgießen an den peripheren Außenumfang des Kernkörpers 65 angeformt. Die periphere Außenumfangsfläche des Stützkörpers 62 definiert beim Ausführungsbeispiel unmittelbar die Mantelfläche 54 und die Andrückfläche 63.
Das Anpassvermögen des Stützkörpers 62 bezüglich der Abrollflächen 55, 56 wird noch weiter verbessert, wenn die Andrückfläche 63 nicht glattflächig und unprofiliert ausgebildet ist – was bei einem nicht illustrierten einfachen Ausführungsbeispiel der Fall ist –, sondern wenn sie über eine profilierte Oberflächenstruktur 68 verfügt, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft.
Die profilierte Oberflächenstruktur 68 der Andrückfläche 63 resultiert insbesondere aus einer Vielzahl von über die Andrückfläche 63 verteilten Vorsprüngen 68a und Vertiefungen 68b. Selbige sind zweckmäßigerweise so gestaltet, dass die Andrückfläche 63 eine verzahnungsartige Struktur hat, vergleichbar einem Zahnrad, insbesondere einem geradverzahnten Zahnrad. Hier wechseln sich rippenförmige Vorsprünge 68a und nutförmige Vertiefungen 68b in der Umfangsrichtung der Kopplungsrolle 47 regelmäßig ab.
Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist die profilierte Oberflächenstruktur 68 genoppt, wobei die Vorsprünge 68a noppenförmig, beispielsweise zylindrisch oder pyramidenförmig oder kegelförmig ausgebildet sind.
In Verbindung mit einer profilierten Oberflächenstruktur 68 reduziert sich der Kontaktbereich zwischen der Kopplungsrolle 47 und den Abrollflächen 55, 56 betragsmäßig, was das Anpassungsvermögen der Andrückfläche 63 begünstigt.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, das in 5 strichpunktiert angedeutet ist, sind Andrückfläche 63 und Stützkörper 62 nicht Bestandteile der Kopplungsrolle 47, sondern sind mindestens einer und zweckmäßigerweise beiden Abrollflächen 55, 56 zugeordnet. Mit anderen Worten fungieren hier mindestens eine oder beide Abrollflächen 55, 56 als Andrückfläche 63, indem an dem Antriebsgehäuse 3 und/oder am Schlittenkörper 13 des Abtriebsschlittens 5 ein streifenförmiger Stützkörper 62 angebracht ist, insbesondere ein aus einem Elastomermaterial bestehender Streifenköper 72. Dieser Streifenkörper 72 ist an das Antriebsgehäuse 3 und/oder den Schlittenkörper 13 beispielsweise angeklebt. Die gewünschte Vorspannung und Toleranzkompensation resultiert bei diesem Ausführungsbeispiel aus dem Verformungsvermögen einer oder beider elastisch nachgiebig abgestützter Abrollflächen 55, 56.
Der Mitnahmeeffekt zwischen der Kopplungsrolle 47 und den Abrollflächen 55, 56 beruht vorzugsweise nicht auf einem Formschluss, sondern ausschließlich auf Reibschluss. Unter einem Reibschluss im Sinne der Erfindung ist allerdings auch eine Maßnahme zu verstehen, bei der die mit der nachgiebigen Andrückfläche 63 in Kontakt stehende Gegenfläche profiliert ist, sodass sich die Andrückfläche 63 reversibel unter Anpassung an die Kontur der Gegenfläche in deren Profilierung hineindrücken kann.
Wenn zumindest eine der aneinander anliegenden Flächen gummiert ist beziehungsweise aus Material mit gummielastischen Eigenschaften besteht, kann auf einfache Weise ein hoher Reibkoeffizient bereitgestellt werden.
Wenngleich von Vorteil, bedarf die Andrückfläche 63 selbst nicht zwingend gummielastischer Eigenschaften. So könnte die Andrückfläche 63 beispielsweise Bestandteil einer dünnen Beschichtung oder eines dünnen Schichtkörpers sein, mit der bzw. mit dem der Stützkörper 62 überzogen ist und die bzw. der, ohne gummielastisch zu sein, lediglich über eine ausreichende Biegeflexibilität verfügt, um im Zusammenspiel mit dem zugeordneten Stützkörper 62 die gummielastische Nachgiebigkeit der Andrückfläche 63 zu gewährleisten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0868965 B1 [0002]
DE 1192462 B [0004]
DE 69312588 T2 [0005]
DE 102006015155 A1 [0006]

Claims

Linearantrieb, mit einer Antriebseinheit (2), die über ein eine Längsachse (7) aufweisendes Antriebsgehäuse (3) verfügt, ferner mit einem an dem Antriebsgehäuse (3) zur Ausführung einer in der Achsrichtung der Längsachse (7) orientierten Hubbewegung (6) mittels einer Wälzführungseinrichtung (4) linear verschiebbar geführten Abtriebsschlitten (5), und mit Antriebsmitteln (15) zur Erzeugung der Hubbewegung (6) des Abtriebsschlittens (5), wobei die Wälzführungseinrichtung (4) mindestens einen zwischen dem Antriebsgehäuse (3) und dem Abtriebsschlitten (5) angeordneten Führungswagen (45) mit einem Käfigkörper (35) und in dem Käfigkörper (35) drehbar gelagerten Wälzelementen (26) aufweist, wobei die Wälzelemente (26) jeweils gleichzeitig an mindestens einer am Antriebsgehäuse (3) angeordneten Führungsbahn (27) und an mindestens einer am Abtriebsschlitten (5) angeordneten Führungsbahn (28) abwälzbar anliegen, sodass der Führungswagen (45) bei der Hubbewegung (6) des Abtriebsschlittens (5) eine Linearbewegung (46) sowohl relativ zum Antriebsgehäuse (3) als auch relativ zum Abtriebsschlitten (5) ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Käfigkörper (35) des Führungswagens (45) mindestens eine Kopplungsrolle (47) um eine zu der Längsachse (7) des Antriebsgehäuses (3) rechtwinkelige Drehachse (52) verdrehbar und zugleich in Achsrichtung dieser Längsachse (7) ortsfest gelagert ist, die mit ihrer peripheren Mantelfläche (54) unter Vorspannung sowohl an einer an dem Antriebsgehäuse (3) angeordneten Abrollfläche (55) als auch an einer an dem Abtriebsschlitten (5) angeordneten Abrollfläche (56) reibschlüssig anliegt, wobei die Mantelfläche (54) der Kopplungsrolle (47) und/oder mindestens eine der beiden sich in Achsrichtung der Längsachse (7) des Antriebsgehäuses (3) erstreckenden Abrollflächen (55, 56) als eine durch einen gummielastischen Stützkörper (62) elastisch nachgiebig abgestützte Andrückfläche (63) ausgebildet ist.
Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzelemente (26) in dem Käfigkörper (35) unter Bildung mindestens einer Wälzelementenreihe (33) in Achsrichtung der Längsachse (7) des Antriebsgehäuses (3) mit Abstand zueinander aneinandergereiht sind.
Linearantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungswagen (45) wenigstens zwei rechtwinkelig zu der Längsachse (7) des Antriebsgehäuses (3) beabstandet zueinander angeordnete Führungseinheiten (38) aufweist, die jeweils einen Käfigabschnitt (36) des Käfigkörpers (35) und mehrere unter Bildung mindestens einer Wälzelementenreihe (33) in diesem Käfigabschnitt (36) drehbar gehaltene Wälzelemente (26) umfassen.
Linearantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigabschnitte (36) wenigstens zweier rechtwinkelig zu der Längsachse (7) des Antriebsgehäuses (3) zueinander beabstandeter Führungseinheiten (38) durch einen starren Verbindungssteg (42) des Käfigkörpers (35) miteinander verbunden sind, an dem die Kopplungsrolle (47) gelagert ist.
Linearantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfigkörper (35) H-förmig strukturiert und über zwei den beiden Seitenlinien des "H" entsprechende, zueinander parallele und jeweils mindestens eine Wälzelementenreihe (33) aufnehmende strangförmige Käfigabschnitte (36) sowie einen der Querlinie des "H" entsprechenden, die beiden Käfigabschnitte (36) miteinander verbindenden Verbindungssteg (42) verfügt.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsrolle (47) in zu ihrer Drehachse (52) und zu der Längsachse (7) des Antriebsgehäuses (3) rechtwinkeliger Richtung schwimmend beweglich an dem Käfigkörper (35) gelagert ist.
Linearantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsrolle (47) derart an dem Käfigkörper (35) gelagert ist, dass sie sowohl translatorisch in einer zu der Längsachse (7) rechtwinkeligen Ebene bewegbar als auch um eine zu der Längsachse (7) parallele Achse verschwenkbar ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsgehäuse (3), der Führungswagen (45) und der Abtriebsschlitten (5) in der Achsrichtung einer zu der Längsachse (7) des Antriebsgehäuses (3) rechtwinkeligen Hochachse (8) übereinander angeordnet sind, wobei die Kopplungsrolle (47) zwischen dem Antriebsgehäuse (3) und dem sich über das Antriebsgehäuse (3) hinweg erstreckenden Längenabschnitt des Abtriebsschlittens (5) platziert und zweckmäßigerweise in Achsrichtung dieser Hochachse (8) schwimmend beweglich am Käfigkörper (35) des Führungswagens (45) gelagert ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abrollflächen (55, 56) streifenförmig ausgebildet sind.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückfläche (63) unmittelbar von der Außenfläche des Stützkörpers (62) gebildet ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (62) aus einem Elastomermaterial besteht.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückfläche (63) eine sich aus einer Vielzahl von Vorsprüngen (68a) und Vertiefungen (68b) zusammensetzende profilierte Oberflächenstruktur (68) aufweist, wobei die profilierte Oberflächenstruktur (68) zweckmäßigerweise verzahnungsartig oder noppenförmig profiliert ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine als eine Andrückfläche (63) ausgebildete Abrollfläche (55, 56) durch einen am Antriebsgehäuse (3) und/oder an einem Schlittenkörper (13) des Abtriebsschlittens (5) angeordneten streifenförmigen Stützkörper (62, 72) elastisch nachgiebig abgestützt ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (54) der Kopplungsrolle (47) als durch einen Stützkörper (62) der Kopplungsrolle (47) elastisch nachgiebig abgestützte Andrückfläche (63) ausgebildet ist, wobei die an dieser Mantelfläche (54) anliegende, am Antriebsgehäuse (3) und am Abtriebsschlitten (5) angeordneten Abrollflächen (55, 56) zweckmäßigerweise unnachgiebig ausgebildet sind und insbesondere aus Metall bestehen.
Linearantrieb nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrollfläche (55) des Antriebsgehäuses (3) unmittelbar von einem Flächenabschnitt der Außenfläche (57) des Antriebsgehäuses (3) gebildet ist und/oder dass die Abrollfläche (56) des Abtriebsschlittens (5) unmittelbar von einem Flächenabschnitt der Außenfläche (58) des Schlittenkörpers (13) des Abtriebsschlittens (5) gebildet ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsrolle (47) über einen starren Kernkörper (65) verfügt, der peripher von dem Stützkörper (62) umhüllt ist und über den die Kopplungsrolle (47) zweckmäßigerweise drehbar und zugleich in Achsrichtung der Längsachse (7) ortsfest am Käfigkörper (35) des Führungswagens (45) gelagert ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (54) der Kopplungsrolle (47) als durch einen Stützkörper (62) der Kopplungsrolle (47) elastisch nachgiebig abgestützte Andrückfläche (63) ausgebildet ist, wobei der Außendurchmesser der Kopplungsrolle (47) in ihrem nicht montierten Zustand größer ist als der zwischen den beiden Abrollflächen (55, 56) gemessene Abstand (A), derart, dass der Stützkörper (62) bei montierter Kopplungsrolle (47) zwischen den beiden Abrollflächen (55, 56) elastisch zusammengedrückt ist.