DE102015214890B4

DE102015214890B4 - Lineareinheit und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102015214890B4
Application number: DE102015214890.4A
Authority: DE
Inventors: Martin Rapp; Andreas Braig
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2015-08-05
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2035-08-06
Also published as: DE102015214890A1

Abstract

Lineareinheit, mit einer Hauptbaugruppe (10), die ein erstes Gehäuseteil (2) und ein an dem ersten Gehäuseteil (2) zur Ausführung einer linearen Abtriebsbewegung (15) in Achsrichtung einer Hauptachse (14) linear verschiebbar und zugleich unverdrehbar gelagertes zweites Gehäuseteil (3) enthält, und die außerdem ein Kopplungsglied (4) enthält, das an dem zweiten Gehäuseteil (3) diesbezüglich um die Hauptachse (14) drehbar und zugleich axial unbewegbar gelagert ist und das mit dem ersten Gehäuseteil (2) derart in formschlüssigem Kraftübertragungseingriff steht, dass eine rotative Eingangsbewegung (17) des Kopplungsgliedes (4) eine der rotativen Eingangsbewegung (17) überlagerte lineare Ausgangsbewegung (18) des Kopplungsgliedes (4) und daraus unmittelbar abgeleitet die lineare Abtriebsbewegung (15) des an dem Kopplungsglied (4) angeordneten zweiten Gehäuseteils (3) hervorruft, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptbaugruppe (10) als eine unmittelbar generativ gefertigte, unmittelbar als zusammengefügte Baugruppe aus dem Herstellungsprozess hervorgegangene Sachgesamtheit ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lineareinheit, mit einer Hauptbaugruppe, die ein erstes Gehäuseteil und ein an dem ersten Gehäuseteil zur Ausführung einer linearen Abtriebsbewegung in Achsrichtung einer Hauptachse linear verschiebbar und zugleich unverdrehbar gelagertes zweites Gehäuseteil enthält, und die außerdem ein Kopplungsglied enthält, das an dem zweiten Gehäuseteil diesbezüglich um die Hauptachse drehbar und zugleich axial unbewegbar gelagert ist und das mit dem ersten Gehäuseteil derart in formschlüssigem Kraftübertragungseingriff steht, dass eine rotative Eingangsbewegung des Kopplungsgliedes eine der rotativen Eingangsbewegung überlagerte lineare Ausgangsbewegung des Kopplungsgliedes und daraus unmittelbar abgeleitet die lineare Abtriebsbewegung des an dem Kopplungsglied angeordneten zweiten Gehäuseteils hervorruft.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Lineareinheit, die über eine Hauptbaugruppe verfügt, die ein erstes Gehäusetei und ein an dem ersten Gehäuseteil zur Ausführung einer linearen Abtriebsbewegung in Achsrichtung einer Hauptachse linear verschiebbar und zugleich unverdrehbar gelagertes zweites Gehäuseteil enthält, und die außerdem ein Kopplungsglied enthält, das an dem zweiten Gehäuseteil diesbezüglich um die Hauptachse drehbar und zugleich axial unbewegbar gelagert ist und das mit dem ersten Gehäuseteil derart in formschlüssigem Kraftübertragungseingriff steht, dass eine rotative Eingangsbewegung des Kopplungsgliedes eine der rotativen Eingangsbewegung überlagerte lineare Ausgangsbewegung des Kopplungsgliedes und daraus unmittelbar abgeleitet die lineare Abtriebsbewegung des an dem Kopplungsglied angeordneten zweiten Gehäuseteils hervorruft Aus der DE 39 10 814 C2 ist eine im vorgenannten Sinne ausgebildete und hergestellte Lineareinheit bekannt, die einen ein erstes Gehäuseteil bildenden Stator aufweist, in dem ein von einer Zwischenbüchse gebildetes zweites Gehäuseteil linear verschiebbar geführt ist. Die Zwischenbüchse ist bezüglich des Stators gleichzeitig verdrehgesichert, indem sie mit einer Feder gleitverschieblich in eine Nut eingreift, die am Innenumfang eines Außenrohrs des Stators ausgebildet ist. Zwischen die Zwischenbüchse und den Stator ist ein als Kopplungsglied fungierender Rotor eingegliedert, der drehbar und zugleich axial unbeweglich an der Zwischenbüchse gelagert ist und außerdem über ein an ihm ausgebildetes Außengewinde mit einem Muttergewinde des Stators in Eingriff steht, woraus ein Kraftübertragungseingriff resultiert, der den Effekt hat, dass eine rotative Eingangsbewegung des Rotors eine dieser rotativen Eingangsbewegung überlagerte lineare Ausgangsbewegung des Rotors zur Folge hat, die auf die Zwischenbüchse übertragen wird. Das die rotative Eingangsbewegung des Rotors hervorrufende Drehmoment ist durch eine zu einer Drehbewegung antreibbare Welle einleitbar, die am Außenumfang eine Vielkeilverzahnung aufweist, die in eine komplementäre Vielkeilbohrung des Rotors eingreift.
Die DE 100 18 742 B4 offenbart eine Lineareinheit, die über ein ein erstes Gehäuseteil bildendes Gehäuse verfügt, an dem unter Zwischenschaltung eines Teleskoprohrs ein zweites Gehäuseteil gelagert ist, das sich aus einer Innenspindel und einem weiteren Teleskoprohr zusammensetzt. Das zweite Gehäuseteil ist relativ zu dem ersten Gehäuseteil linear verfahrbar, wobei eine Verdrehsicherung realisierbar ist, indem die beiden Gehäuseteile durch Befestigungseinrichtungen extern fixiert werden. Direkte Verdrehsicherungsmaßnahmen sind zwischen den beiden Gehäuseteilen nicht vorhanden. Eine Gewindehohlspindel ist verdrehbar und dadurch axial verstellbar an einem Schubrohr des ersten Gehäuseteils gelagert und trägt stirnseitig eine Innenmutter, in die die Innenspindel eingeschraubt ist. Ein mittels eines Antriebsmotors realisierbares rotatives Antreiben der Gewindehohlspindel hat zur Folge, dass sich die rotierende Gewindehohlspindel axial verlagert, wobei sie das Teleskoprohr mitnimmt. Bei diesem Vorgang wird die Innenspindel je nach Drehrichtung der Gewindehohlspindel in die Gewindehohlspindel eingeschraubt oder diesbezüglich herausgeschraubt, so dass sich der axiale Abstand zwischen den beiden Gehäuseteilen verändert.
Die WO 2011/146 698 A2 beschreibt eine medizinische Vorrichtung, die eine Plattform aufweist, in der eine Gewindestange drehbar gelagert ist. Ein Schlitten sitzt auf dem Gewindeteil und trägt einen Arm, der an der Nabe eines verschwenkbaren Arms angreift. Die Rotation des Gewindeteils hat eine diesbezügliche axiale Verlagerung des Schlittens zur Folge, woraus eine Schwenkbewegung des verschwenkbaren Arms resultiert. Zur Herstellung der medizinischen Vorrichtung ist unter anderem erwähnt, dass die Plattformen und die Arme durch konventionelle abtragende Verfahren wie Fräsen oder Drehen bearbeitet sein können oder dass diese Bauteile durch additive Methoden, wie sie beispielsweise für rapid prototyping verwendet werden, geformt sein können.
Aus der JP 61-1766 U ist eine Lineareinheit bekannt, die als Betätigungsvorrichtung ausgebildet ist und über ein Abtriebsteil verfügt, das zu einer kombiniert rotativen und linearen Abtriebsbewegung antreibbar ist. Das Abtriebsteil ist linear verschiebbar in einem Gehäuseteil angeordnet und weist einen radial abstehenden Zapfen auf, der eine Längsnut mit bogenförmiger Längserstreckung des ersten Gehäuseteils durchgreift. Ein in dem ersten Gehäuseteil drehbar und zugleich axial ortsfest gelagertes Antriebsteil weist einen Gewindeschaft auf, der mit dem Abtriebsteil in Gewindeeingriff steht. Das Antriebsteil verfügt ferner über eine Krafteinleitungschnittstelle, an der sich ein Drehmoment einleiten lässt. Ein Verdrehen des Antriebsteils führt aufgrund des mit dem Abtriebsteil bestehenden Gewindeeingriffes zu einer kombiniert linearen und rotativen Abtriebsbewegung, mit deren Hilfe sich ein Ventilglied eines Ventils rotativ betätigen lässt.
Die aus der JP 61-1766 U bekannte Lineareinheit ist für die rotative Betätigung externer Strukturen ausgelegt. Zwar kann an dem Abtriebsteil prinzipiell auch eine Linearbewegung abgegriffen werden, deren alleinige Nutzung allerdings wegen der überlagerten Drehbewegung nicht ohne Weiteres möglich ist. Außerdem hat die Lineareinheit einen relativ großen Herstellungsaufwand, insbesondere auch bedingt durch die zeitaufwändige Montage der einzelnen Komponenten.
Aus der DE 102 15 458 C1 ist eine als ein fluidbetätigter Linearantrieb konzipierte Lineareinheit bekannt, bei der die lineare Abtriebsbewegung eines Abtriebsteils mittels eines durch ein Druckmedium beaufschlagbaren, sich linear bewegenden Antriebskolbens hervorgerufen wird.
Aus der EP 2 497 959 A1 ist eine fluidbetätigte Drehantriebsvorrichtung bekannt, die über einen Statorkörper und zwei Faltenbälge verfügt, wobei diese Komponenten einstückig durch Anwendung eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt sind.
Die DE 10 2012 018 649 A1 offenbart einen Klappenaktuator, dessen Aktuatorgehäuse durch selektives Laserschmelzen hergestellt ist.
Aus der DE 10 2005 056 846 A1 ist ein Linearantrieb bekannt, der einen mit einem Medium befüllbaren Aktor aufweist und über Befestigungsflansche verfügt. Die Befestigungsflansche und der Aktor sind einstückig unter Verwendung eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach herstellbare Lineareinheit bereitzustellen, die mit geringem konstruktivem Aufwand eine Wandlung zwischen einer rotativen und einer linearen Bewegung ermöglicht. Ferner soll ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer solchen Lineareinheit vorgeschlagen werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Lineareinheit der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Hauptbaugruppe als eine unmittelbar generativ gefertigte, unmittelbar als zusammengefügte Baugruppe aus dem Herstellungsprozess hervorgegangene Sachgesamtheit ausgebildet ist.
Die Aufgabe wird ferner bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Hauptbaugruppe unmittelbar als zusammengebaute Sachgesamtheit mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt wird, wobei ihre Komponenten unmittelbar beim Herstellungsprozess so miteinander vereinigt werden, dass sie unmittelbar als zusammengefasste Baugruppe aus dem Herstellungsprozess hervorgehen.
Sowohl bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung als auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren steht im Fokus, dass eine für eine vorteilhafte Funktionalität verantwortliche Hauptbaugruppe der Lineareinheit in Form einer insgesamt generativ gefertigen Sachgesamtheit vorliegt. Die generative Fertigung von in sich einstückigen Komponenten ist ausweislich der oben genannten Literaturstellen als solches zwar bekannt. Der Kern der Erfindung besteht jedoch darin, mehrere Komponenten der Lineareinheit derart generativ zu fertigen, dass sie unmittelbar beim Herstellungsprozess so miteinander vereinigt werden, dass sie unmittelbar als zusammengefügte Baugruppe aus dem Herstellungsprozess hervorgehen und sich nachträgliche zeitaufwendige Zusammenbaumaßnahmen erübrigen. Die Realisierung der generativ gefertigten Hauptbaugruppe wird durch die besondere funktionelle Interaktion der in der Hauptbaugruppe zusammengefassten Einzelkomponenten begünstigt. Die zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil vorhandene Linearführung lässt sich mittels eines generativen Fertigungsverfahrens ebenso einfach und funktionell zuverlässig realisieren, wie die sich auf das Zusammenwirken zwischen dem Kopplungsglied und den beiden Gehäuseteilen beziehenden Eingriffs- und Lagerungsmaßnahmen. Funktionell ist die Lineareinheit so ausgelegt, dass eine rotatorische Eingangsbewegung des Kopplungsgliedes, die beispielsweise mittels eines an das erste Gehäuseteil anflanschbaren Elektromotors oder einer sonstigen elektrisch betätigbaren Antriebseinheit hervorrufbar ist, mit einfachen Getriebemitteln in eine lineare Abtriebsbewegung des zweiten Gehäuseteils umwandelbar ist, wobei der Präzision der Linearität der Abtriebsbewegung zugutekommt, das selbige allein durch das Zusammenwirken mit dem ersten Gehäuseteil beeinflusst wird und vom eventuell vorhandenen Spiel des Kopplungsgliedes nicht beeinträchtigt wird.
Unter einer generativen Fertigung sind die häufig auch als Rapid Prototyping bzw. Rapid Manufacturing bezeichneten Verfahren zur schnellen und kostengünstigen Fertigung von Produkten zu verstehen. Die Fertigung erfolgt dabei direkt auf der Basis rechnerinterner Datenmodelle, insbesondere aus formlosen Pulvern mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse. Obwohl es sich um urformende Verfahren handelt, sind für die Realisierung eines konkreten Erzeugnisses keine speziellen Werkzeuge erforderlich, in denen die Geometrie des herzustellenden Erzeugnisses implementiert ist, wie beispielsweise Gussformen. Generative Fertigungsverfahren stellen daher an die werkzeugtechnische Ausstattung keine besonders hohen Anforderungen und ermöglichen somit eine kostengünstige Herstellung. Auch lassen sich kleinere oder größere Änderungen an der angestrebten Geometrie des herzustellenden Erzeugnisses rein Software-basiert durchführen, ohne dass kostenaufwendige Umgestaltungen von Formwerkzeugen von Nöten wären.
Unter verschiedenen bekannten Verfahren der generativen Fertigung eignet sich zur Herstellung der Hauptbaugruppe mit unmittelbar beim Formgebungsvorgang als ineinander eingreifende Strukturen realisierten Baugruppenkomponenten vor allem das sogenannte selektive Lasersintern. Hierbei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem räumliche Strukturen durch Sintern aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff hergestellt werden. Es handelt sich dabei um ein generatives Schicht-Aufbau-Verfahren. Die einzelnen Komponenten der Hauptbaugruppe, hier: die beiden Gehäuseteile und das Kopplungsglied, werden in einem Arbeitsvorgang gemeinsam Schicht für Schicht aufgebaut. Durch die Wirkung von Laserstrahlen können die erforderlichen dreidimensionalen Geometrien auch mit komplexen Hinterschneidungen erzeugt werden, was vor allem für die zwischen dem Kopplungsglied und dem zweiten Gehäuseteil vorhandenen Lagerungsmaßnahmen gilt sowie für die Maßnahmen zur Realisierung des formschlüssigen Kraftübertragungseingriffes zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem Kopplungsglied. Basis für den Fertigungsprozess können in dreidimensionaler Form vorliegende Geometriedaten der zusammengebauten Hauptbaugruppe sein, die als Schichtdaten verarbeitet sind, beispielsweise als CAD-Daten.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Mögliche generative Fertigungsverfahren, die sich zur Herstellung der Hauptbaugruppe und ihrer Komponenten eignen, sind beispielsweise die Stereolithografie, das Fused-Deposition-Modelling, das Laminated-Object-Manufacturing, das 3-D-Printing oder das sogenannte Kaltgasspritzen. Als besonders vorteilhaft wird allerdings das weiter oben schon diskutierte selektive Lasersinterverfahren angesehen.
Als Werkstoff zur Herstellung der Komponenten der Hauptbaugruppe empfiehlt sich vor allem Kunststoffmaterial und dabei insbesondere Polyamid. Grundsätzlich kann aber auch ein anderes Material als Herstellungsbasis herangezogen werden, beispielsweise Metall oder Keramikmaterial. Auch ein Verbundaufbau lässt sich realisieren, so dass beispielsweise besonders verschleißgefährdete Bereiche aus einem widerstandsfähigeren Material bestehen als solche Bereiche, die weniger verschleißgefährdet sind und im Betrieb einer geringeren Beanspruchung unterliegen.
Der formschlüssige Kraftübertragungseingriff zwischen dem Kopplungsglied und dem ersten Gehäuseteil wird zweckmäßigerweise durch formschlüssig ineinander eingreifende erste und zweite Eingriffskomponenten einer Schraubgewindeeinrichtung hervorgerufen, die zum einen am ersten Gehäuseteil und zum anderen an dem Kopplungsglied durch die beschriebene generative Fertigung ausgebildet sind.
Bei der ersten Eingriffskomponente handelt es sich bevorzugt um mindestens eine sich wendelförmig zumindest ein Stückweit um die Hauptachse der Lineareinheit herum erstreckende Gewindenut. Mehrere solcher Gewindenuten können nach Art eines mehrgängigen Gewindes in funktioneller Parallelanordnung vorhanden sein. Hier bietet sich insbesondere eine Ausgestaltung als zweigängiges Gewinde an. Die zweite Gewindekomponente verfügt zweckmäßigerweise pro Gewindenut über mindestens einen in diese Gewindenut eingreifenden Eingriffsvorsprung. Ein solcher Eingriffsvorsprung kann zapfenförmig ausgebildet sein, was eine besonders einfache Formgebung mit sich bringt.
Bevorzugt ist die mindestens eine Gewindenut am ersten Gehäuseteil ausgebildet, während der jeweils zugeordnete Eingriffsvorsprung ein Bestandteil des Kopplungsgliedes ist. Eine umgekehrte Anordnung ist allerdings ebenfalls möglich.
Die Gewindenut kann über ihre Nutlänge hinweg eine gleichförmige oder eine ungleichförmige Steigung aufweisen.
In Verbindung mit einerseits einer Gewindenut und andererseits einem Eingriffsvorsprung lässt sich durch eine sich über die Länge der Gewindenut hinweg verändernde Gewindesteigung besonders einfach die Abhängigkeit zwischen der rotativen Eingangsbewegung und der linearen Ausgangsbewegung beeinflussen. Ist die Gewindesteigung beispielsweise partiell Null, führt dies zu einem zeitweiligen axialen Stillstand des Koppelgliedes, obwohl es rotiert. Eine sich über ihre Nutlänge hinweg in ihrer Steigung verändernde Gewindenut ruft bei einer gleichförmigen rotativen Eingangsbewegung eine ungleichförmige lineare Ausgangsbewegung hervor. Da der Eingriffsvorsprung nur lokal in die Gewindenut eingreift, tritt auch bei einer variablen Gewindesteigung kein Verklemmen zwischen den ineinander eingreifenden Komponenten auf.
Das erste Gehäuseteil verfügt zweckmäßigerweise über eine axiale Gehäusewand, die dem Kopplungsglied in Achsrichtung der Hauptachse vorgelagert ist. Um die in axialer Richtung abgestützte Drehlagerung zwischen diesen beiden Komponenten zu realisieren, sind an der axialen Gehäusewand erste Lagermittel ausgebildet, die mit an der zugewandten vorderen Stirnseite des Kopplungsgliedes ausgebildeten zweiten Lagermitteln entsprechend in Eingriff stehen. Von diesen beiden Lagermitteln bestehen die einen Lagermittel vorzugsweise aus einer einen hinterschnittenen Querschnitt aufweisenden Lagerausnehmung, während die anderen Lagermittel über einen pilzförmig gestalteten Lagerzapfen verfügen, der in der Achsrichtung der Hauptachse formschlüssig und dabei zugleich drehbar in die Lagerausnehmung eingreift. Dieser gegenseitige Eingriff lässt sich durch die generative Fertigung problemlos in einer Weise realisieren, dass nach dem generativen Fertigungsvorgang keine aufwendigen Trennmaßnahmen zum voneinander Trennen der ineinander eingreifenden Komponenten erforderlich sind.
Die Lineareinheit kann für unterschiedlichste Zwecke ausgebildet und nutzbar sein. Beispielsweise lässt sie sich als Linearantrieb nutzen, bei dem das zweite Gehäuseteil als Abtriebsteil fungiert, an dem eine Linearbewegung abgreifbar ist, um eine externe Struktur zu bewegen, beispielsweise ein Maschinenteil. Ein weiteres mögliches Anwendungsfeld ist das eines sogenannten Stopperzylinders, wo durch das Aus- und Einfahren des zweiten Gehäuseteils beliebige Objekte, beispielsweise Werkstücke, bei einem Transfer zwischen unterschiedlichen Bearbeitungsstationen vorübergehend gestoppt werden. Diese Aufzählung ist allerdings nicht als abschließend zu werten.
Bevorzugt ist die Lineareinheit mit einem zusätzlichen Antriebsglied ausgestattet, dass insbesondere als Zwischenglied zwischen dem Kopplungsglied und einer die Antriebskraft liefernden, elektrisch betätigbaren Antriebseinheit vorgesehen ist. Im Betrieb der Lineareinheit führt das Antriebsglied eine reine Drehbewegung mit der Hauptachse als Drehachse aus, wobei das Antriebsglied derart mit dem Kopplungsglied in Eingriff steht, dass eine Übertragung des Drehmoments möglich ist und gleichzeitig eine lineare Relativbewegung zwischen dem Kopplungsglied und dem axial feststehenden Antriebsglied stattfindet. Durch die Gestattung der linearen Relativbewegung ist das Kopplungsglied in der Lage, die lineare Ausgangsbewegung relativ zum ersten Gehäuseteil auszuführen.
Bevorzugt ist am ersten Gehäuseteil eine Befestigungsschnittstelle ausgebildet, die dazu geeignet ist, die schon angesprochene elektrisch betätigbare Antriebseinheit zu fixieren. Diese Antriebseinheit verfügt zweckmäßigerweise über eine zu einer Rotationsbewegung antreibbare Abtriebswelle, deren Drehbewegung auf das Antriebsglied übertragen wird. Das Antriebsglied weist bevorzugt eine Krafteinleitungsschnittstelle auf, mit deren Hilfe es, bevorzugt lösbar, in drehfester Weise an der Abtriebswelle fixierbar ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lineareinheit in einer perspektivischen Ansicht in unbetätigtem Ausgangszustand,
2 die Lineareinheit aus 1 in einem betätigten Zustand,
3 eine Rückansicht der Lineareinheit mit Blickrichtung gemäß Pfeil III aus 1,
4 eine Explosionsdarstellung der Lineareinheit,
5 einen Längsschnitt durch die Lineareinheit gemäß Schnittlinie V-V in der unbetätigten Ausgangsstellung gemäß 1, und
6 einen Längsschnitt der Lineareinheit gemäß Schnittlinie VI-VI aus 3 in dem aus 2 ersichtlichen betätigten Zustand.
Die in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Lineareinheit verfügt über ein erstes Gehäuseteil 2, ein zweites Gehäuseteil 3 und ein die beiden Gehäuseteile 2, 3 antriebsmäßig miteinander koppelndes Kopplungsglied 4.
Zu der Lineareinheit 1 gehört bevorzugt auch noch eine elektrisch betätigbare Antriebseinheit 5, die über eine Abtriebswelle 6 verfügt, die durch elektrische Betätigung der Antriebseinheit 5 zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Rotationsbewegung 7 um ihre Längsachse 6a antreibbar ist. Die hierfür erforderliche elektrische Betätigungsenergie ist über nicht weiter abgebildete elektrische Kontaktmittel in die elektrische Antriebseinheit 5 einspeisbar.
Bei der elektrischen Antriebseinheit 5 handele es sich vorzugsweise um einen Elektromotor 5a.
Abweichend vom Ausführungsbeispiel könnte die Antriebseinheit 5 auch von fluidbetätigter Bauart sein. Die Rotationsbewegung 7 der Abtriebswelle 6 wird in diesem Fall beispielsweise durch einen mittels Fluidkraft zu einer Schwenkbewegung antreibbaren Antriebskolben hervorgerufen.
Die Antriebseinheit 5 hat ein im Folgenden als Antriebsgehäuse 8 bezeichnetes Gehäuse, das über eine vordere Stirnfläche 12 verfügt, an der die Abtriebswelle 6 herausragt.
Die Abtriebswelle 6 ist mit dem Kopplungsglied 4 antriebsmäßig verbunden. Hierzu kann eine direkte Verbindung vorgesehen sein. Bevorzugt wird allerdings eine indirekte Antriebsverbindung zwischen der Abtriebswelle 6 und dem Kopplungsglied 4 unter Zwischenschaltung eines bezüglich des Kopplungsgliedes 4 und der Abtriebswelle 6 separaten Antriebsgliedes 13. Letzteres ist beim Ausführungsbeispiel verwirklicht.
Die Lineareinheit 1 hat eine lineare Hauptachse 14. Die Längsachse 6a der Abtriebswelle 6 fällt mit dieser Hauptachse 14 zusammen.
Das zweite Gehäuseteil 3 ist an dem ersten Gehäuseteil 2 linear verschiebbar geführt und kann dadurch relativ zu dem ersten Gehäuseteil 2 eine durch einen Doppelpfeil angedeutete hin- und hergehende Abtriebsbewegung 15 ausführen. Die Abtriebsbewegung 15 ist in Achsrichtung der Hauptachse 14 orientiert und kann wahlweise eine Ausfahrbewegung 15a oder eine diesbezüglich entgegengesetzte Einfahrbewegung 15b sein.
Das erste Gehäuseteil 2 ist bezüglich des zweiten Gehäuseteils 3 verdrehgesichert, kann also seine Winkellage bezüglich des ersten Gehäuseteils 2 in der Umfangsrichtung der Hauptachse 14 nicht ändern.
Das Kopplungsglied 4 ist wie das zweite Gehäuseteil 3 koaxial zu der Hauptachse 14 angeordnet und ist durch eine Lagereinrichtung 16 derart an dem zweiten Gehäuseteil 3 gelagert, dass es relativ zu dem zweiten Gehäuseteil 3 um die Hauptachse 14 als Drehachse verdrehbar ist, gleichzeitig aber relativ zu dem zweiten Gehäuseteil 3 in Achsrichtung der Hauptachse 14 unbewegbar abgestützt ist. Das zur Gewährleistung der Drehbeweglichkeit erforderliche axiale Spiel sei bei dieser Betrachtung vernachlässigt.
Das Kopplungsglied 4 ist bezüglich des ersten Gehäuseteils 2 in Achsrichtung der Hauptachse 14 verschiebbar und außerdem um die Hauptachse 14 als Drehachse verdrehbar. Aufgrund eines zwischen dem Kopplungsglied 4 und dem ersten Gehäuseteil 2 ständig vorhandenen formschlüssigen Kraftübertragungseingriffes liegt zwischen diesen beiden Komponenten eine Zwangskopplung vor, die zur Folge hat, dass das Kopplungsglied 4 eine in Achsrichtung der Hauptachse 14 orientierte lineare Ausgangsbewegung 18 ausführt, wenn es durch externe Kräfte zu einer rotativen Eingangsbewegung 17 mit der Hauptachse 14 als Drehachse angetrieben wird. Dabei ist die lineare Ausgangsbewegung 18 der rotativen Eingangsbewegung 17 überlagert.
Die rotative Eingangsbewegung 17 ist durch die Antriebseinheit 5 erzeugbar. Hierzu steht beim Ausführungsbeispiel das drehfest mit der Abtriebswelle 6 verbundene Antriebsglied 13 in einer Weise mit dem Kopplungsglied 4 in Eingriff, dass es auf das Kopplungsglied 4 ein die rotative Eingangsbewegung 17 erzeugendes Drehmoment ausüben kann, gleichzeitig aber das Kopplungsglied 4 in der Lage ist, sich bei Ausführung der linearen Ausgangsbewegung 18 relativ zu dem Antriebsglied 13 in Achsrichtung der Hauptachse 14 linear zu bewegen.
Da das Antriebsglied 13 in Achsrichtung der Hauptachse 14 ortsfest bezüglich des ersten Gehäuseteils 2 angeordnet ist, findet die lineare Ausgangsbewegung 18 des Kopplungsgliedes 4 sowohl bezüglich des ersten Gehäuseteils 2 als auch bezüglich des Antriebsgliedes 13 statt.
Die bezüglich des ersten Gehäuseteils 2 axial ortsfeste Lagerung des Antriebsgliedes 13 resultiert daraus, dass die mit dem Antriebsglied 13 bestückte Antriebseinheit 5 mit ihrem Antriebsgehäuse 8 an dem ersten Gehäuseteil 2 befestigt ist. Das erste Gehäuseteil 2 verfügt hierzu an einer in Achsrichtung der Hauptachse 14 orientierten Rückseite 22 über eine zur Anbringung der Antriebseinheit 5 genutzte Befestigungsschnittstelle 23. Selbige besteht beim Ausführungsbeispiel aus der an der Rückseite 22 befindlichen hinteren Stirnfläche 23a und mehreren zu dieser hinteren Stirnfläche 23a ausmündenden Befestigungsbohrungen 23b.
Wenn das Antriebsgehäuse 8 eine entsprechende Größe hat und mit geeigneten Befestigungsstrukturen ausgestattet ist, kann es mit seiner vorderen Stirnfläche 12 unmittelbar an die Befestigungsschnittstelle 23 montiert sein. Beim Ausführungsbeispiel ist eine indirekte Befestigung unter Verwendung einer Adapterplatte 24 vorgesehen, die axial zwischen das erste Gehäuseteil 2 und das Antriebsgehäuse 8 eingegliedert ist. Die Adapterplatte 24 ist an die hintere Stirnfläche 23a angesetzt und mittels in die Befestigungsbohrungen 23b eingreifender Befestigungsschrauben 25 am ersten Gehäuseteil 2 befestigt. Das Antriebsgehäuse 8 ist seinerseits mit der vorderen Stirnfläche 12 voraus an die Adapterplatte 24 angesetzt und daran mit eigenen Befestigungsschrauben 26 fixiert. Die Adapterplatte 24 wird vor dem Anbringen an das erste Gehäuseteil 2 mit dem Antriebsgehäuse 8 unter Verwendung der Befestigungsschrauben 26 zu einer Baugruppe zusammengefasst, die dann als Ganzes an der rückseitigen Befestigungsschnittstelle 23 des ersten Gehäuseteils 2 fixiert wird.
Das erste Gehäuseteil 2 ist in axialer Richtung von einem Hohlraum 27 durchsetzt. Die Abtriebswelle 6 ragt von der Rückseite 22 her axial in diesen Hohlraum 27 hinein.
Das Kopplungsglied 4 erstreckt sich ebenfalls innerhalb des Hohlraumes 27 des ersten Gehäuseteils 2, kann jedoch in Abhängigkeit von seiner im Rahmen der linearen Ausgangsbewegung 18 eingenommenen Position mehr oder weniger weit an der der Rückseite 22 entgegengesetzten Vorderseite 32 aus dem ersten Gehäuseteil 2 herausragen. Beim Ausführungsbeispiel sind die Komponenten so aufeinander abgestimmt, dass das Kopplungsteil 4 im unbetätigten Ausgangszustand der Lineareinheit 1 über seine gesamte Länge hinweg in dem Hohlraum 27 aufgenommen ist und bei Betätigung der Lineareinheit 1 zunehmend im Bereich der Vorderseite 32 aus dem Hohlraum 27 herausfährt.
Die axiale Mitnahmekopplung zwischen dem Kopplungsglied 4 und dem zweiten Gehäuseteil 3, die mittels der Lagereinrichtung 16 bewirkt ist, hat zur Folge, dass die lineare Ausgangsbewegung 18 des Kopplungsgliedes 4 unmittelbar die lineare Abtriebsbewegung 15 des zweiten Gehäuseteils 3 hervorruft. Dabei handelt es sich bei der Ausgangsbewegung 18 und der Abtriebsbewegung 15 um synchrone, gleichsinnige Bewegungen.
Der schon angesprochene formschlüssige Kraftübertragungseingriff zwischen dem Kopplungsglied 4 und dem ersten Gehäuseteil 2 ist zweckmäßigerweise durch eine Schraubgewindeeinrichtung 33 realisiert. Selbige setzt sich aus einer an dem ersten Gehäuseteil 2 ausgebildeten ersten Eingriffskomponente 33a und einer an dem Kopplungsglied 4 ausgebildeten, ständig mit der ersten Eingriffskomponente in Eingriff stehenden zweiten Eingriffskomponente 33b zusammen.
Die erste Eingriffskomponente 33a besteht beim Ausführungsbeispiel aus einer oder mehreren Gewindenuten 34, die in die periphere Innenumfangsfläche 35 eines hülsenförmigen Abschnittes 36 des ersten Gehäuseteils 2 eingeformt sind. Dieser hülsenförmige Abschnitt 36 erstreckt sich beim Ausführungsbeispiel ausgehend von der Vorderseite 32 in Richtung zu der Rückseite 22, wobei er allerdings an seiner der Vorderseite 32 entgegengesetzten Rückseite in einen plattenförmigen Flanschabschnitt 37 des ersten Gehäuseteils 2 einstückig übergeht, an dem sich die hintere Stirnfläche 23a befindet.
Die mindestens eine Gewindenut 34 erstreckt sich wendelförmig zumindest ein Stückweit um die Hauptachse 14 herum, wobei sie exemplarisch über mehrere sich axial aneinander anschließende Windungen verfügt. Beim Ausführungsbeispiel setzt sich die erste Eingriffskomponente 33a aus mehreren Gewindenuten 34 zusammen, die derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass sich ein mehrgängiges Gewinde ergibt. Dies ist allerdings optional, es kann auch nur eine einzige Gewindenut 34 zur Bildung eines eingängigen Gewindes vorhanden sein.
An dem innerhalb des hülsenförmigen Abschnittes 36 angeordneten Längenabschnitt weist das Kopplungsglied 4 eine der Anzahl von Gewindenuten 34 entsprechende Anzahl radial abstehender Eingriffsvorsprünge 38 auf. Diese Eingriffsvorsprünge 38 bilden die zweite Eingriffskomponente 33b, wobei jeder Eingriffsvorsprung 38 in eine Gewindenut 34 eingreift, sodass ein Gewindeeingriff gegeben ist.
Wird das Kopplungsglied 4 unter Ausführung der rotativen Eingangsbewegung 17 verdreht, gleiten die Eingriffsvorsprünge 38 in den Gewindenuten 34 entlang, sodass das Kopplungsglied 4 zu der der Eingangsbewegung 17 überlagerten linearen Ausgangsbewegung 18 angetrieben wird. Je nach Drehrichtung fährt das Kopplungsglied 4 aus dem ersten Gehäuseteil 2 aus oder wieder in das erste Gehäuseteil 1 ein.
Das Kopplungsglied 4 ist einschließlich der daran angeordneten zweiten Eingriffskomponenten 33b eine einstückige Komponente. Auch das erste Gehäuseteil 2 ist einschließlich der ersten Eingriffskomponente 33a eine einstückige Komponente. Beide einstückigen Komponenten sind mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt.
Abweichend vom Ausführungsbeispiel können die erste Eingriffskomponente 33a und die zweite Eingriffskomponente 33b auch vertauscht zueinander am ersten Gehäuseteil 2 und am Kopplungsglied 4 ausgebildet sein.
Die den formschlüssigen Kraftübertragungseingriff bewirkenden Mittel können dahingehend ausgebildet sein, dass der rotativen Eingangsbewegung 17 des Koppelgliedes 4 nicht bei jeder Drehphase eine lineare Ausgangsbewegung 18 überlagert ist, sodass die rotative Eingangsbewegung 17 teilweise keine lineare Ausgangsbewegung 18 verursacht. Auch kann der Kraftübertragungseingriff so realisiert sein, dass entweder eine lineare oder eine nicht-lineare Abhängigkeit zwischen der rotativen Eingangsbewegung 17 und der linearen Ausgangsbewegung 18 vorliegt. Dies bietet die Möglichkeit, durch entsprechende Auslegung der den formschlüssigen Kraftübertragungseingriff hervorrufenden Mittel die Abhängigkeit der linearen Ausgangsbewegung 18 von der rotativen Eingangsbewegung 17 anwendungsspezifisch zu beeinflussen und vorzugeben.
Ist der formschlüssige Kraftübertragungseingriff durch eine Schraubgewindeeinrichtung 33 realisiert, die auf der einen Seite eine Gewindenut 34 und auf der anderen Seite mindestens einen Eingriffsvorsprung 38 aufweist, lässt sich durch eine sich über die Länge der Gewindenut 34 hinweg verändernde Gewindesteigung die Abhängigkeit zwischen der rotativen Eingangsbewegung 17 und der linearen Ausgangsbewegung 18 beeinflussen. Beträgt die Gewindesteigung beispielsweise partiell Null, führt dies zu einem zeitweiligen axialen Verharren des Koppelgliedes 4, obwohl es verdreht wird. Eine sich über die Nutlänge hinweg in ihrer Steigung verändernde Gewindenut 34 ruft bei einer gleichförmigen rotativen Eingangsbewegung 17 eine ungleichförmige lineare Ausgangsbewegung 18 hervor. Da der Eingriffsvorsprung 38 nur punktuell in die Gewindenut eingreift, tritt auch bei einer variablen Gewindesteigung kein Verklemmen zwischen den ineinander eingreifenden Komponenten auf. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang ein zylindrisch gestalteter Eingriffsvorsprung 38.
Das Kopplungsglied 4 ist bevorzugt hülsenförmig ausgebildet. Exemplarisch verfügt es über einen zu der Hauptachse 14 koaxialen hülsenförmigen Grundkörper 42, der stirnseitig axial beidseits offen ist. Die Eingriffsvorsprünge 38 sind bevorzugt zapfenförmig und dabei insbesondere zylindrisch ausgebildet. Sie sind radial vorstehend außen an den hülsenförmigen Grundkörper 42 einstückig angeformt. Bei der Rotation des Kopplungsgliedes 4 gleiten die zapfenförmigen Eingriffsvorsprünge 38 in der zugeordneten Gewindenut 34 entlang deren gekrümmter Längsrichtung, wobei sie sich an den Nutflanken axial abstützen und dadurch die axiale Vorschubkraft erfahren, aus der die lineare Ausgangsbewegung 18 resultiert.
Das zweite Gehäuseteil 3 überlappt das erste Gehäuseteil 2 unabhängig von seiner momentanen Axialposition in der Achsrichtung der Hauptachse 14. Der Überlappungsgrad hängt von der momentanen Relativposition ab. Die maximale axiale Überlappung liegt im unbetätigten Ausgangszustand gemäß 1 bis 5 vor. Der in den 2 bis 6 illustrierte betätigte Zustand zeigt das zweite Gehäuseteil 3 in seiner bezüglich des ersten Gehäuseteils 2 maximal ausgefahrenen Position, in der sein axialer Überlappungsgrad bezüglich des ersten Gehäuseteils 2 am geringsten ist.
Das zweite Gehäuseteil 3 hat eine dem ersten Gehäuseteil 2 an seiner Vorderseite 32 vorgelagerte axiale Gehäusewand 43, die bevorzugt plattenförmig ausgebildet ist, wobei die Plattenebene rechtwinkelig zu der Hauptachse 14 verläuft. Exemplarisch hat die axiale Gehäusewand 43 einen rechteckigen und bevorzugt quadratischen Umriss.
Von der axialen Gehäusewand 43 ragt axial nach rückwärts, in Richtung zu dem ersten Gehäuseteil 2, eine Gehäuseseitenwand 44 weg, die das erste Gehäuseteil 2 seitlich außen in der schon geschilderten Weise axial überlappt. Die Gehäuseseitenwand 44 ist vorzugsweise ringförmig oder rahmenförmig in sich geschlossen, so dass sie den von ihr überlappten Längenabschnitt des ersten Gehäuseteils 2 peripher ringsum umschließt. Eine solche Ausgestaltung liegt beim Ausführungsbeispiel vor. Hier hat die in axialer Richtung betrachtete rahmenförmige Gehäuseseitenwand 44 eine rechteckige Außenkontur entsprechend der Außenkontur der einstückig mit ihr verbundenen axialen Gehäusewand 43.
Basierend auf dieser Formgebung hat das zweite Gehäuseteil 3 insbesondere eine topfförmige Gestalt, wobei ihre Topföffnung zur Rückseite der Lineareinheit 1 gewandt ist.
Im unbetätigten Ausgangszustand liegt das zweite Gehäuseteil 3 zweckmäßigerweise mit der der axialen Gehäusewand 43 abgewandten rückseitigen Stirnfläche 45 der Gehäuseseitenwand 44 axial an dem plattenförmigen Flanschabschnitt 37 an, der den hülsenförmigen Abschnitt 36 des ersten Gehäuseteils 2 radial überragt. Auf diese Weise ist eine den unbetätigten Ausgangszustand definierende, maximal eingefahrene Position des zweiten Gehäuseteils 3 klar definiert.
Eine zwischen den beiden Gehäuseteilen 2, 3 wirksame Linearführungseinrichtung 46 stellt sicher, dass das zweite Gehäuseteil 3 relativ zum ersten Gehäuseteil 2 bezüglich der Hauptachse 14 unverdrehbar ist, gleichwohl jedoch zur Ausführung der Arbeitsbewegung 15 linear verschiebbar ist.
Die Linearführungseinrichtung 46 enthält am ersten Gehäuseteil 2 ausgebildete erste Linearführungsmittel 46a und hiermit linear verschiebbar in Eingriff stehende zweite Linearführungsmittel 46b, die einstückig an dem zweiten Gehäuseteil 3 ausgebildet sind.
Exemplarisch bestehen die ersten Linearführungsmittel 46a aus mehreren sich in Achsrichtung der Hauptachse 14 erstreckenden, vertieft in der Außenumfangsfläche des hülsenförmigen Abschnittes 36 ausgebildeten Führungsnuten 47. Bevorzugt sind genau zwei solcher Führungsnuten 47 vorhanden, die an sich bezüglich der Hauptachse 14 diametral einander entgegengesetzten Umfangsbereichen des hülsenförmigen Abschnittes 36 ausgebildet sind. Die Führungsnuten 47 sind zur Vorderseite 32 des ersten Gehäuseteils 2 hin offen.
Die zweiten Linearführungsmittel 46b bestehen bevorzugt aus einer der Anzahl der Führungsnuten 46 entsprechenden Anzahl von Führungsrippen 48, die einstückig am Innenumfang der Gehäuseseitenwand 44 ausgebildet sind, wo sie sich in Achsrichtung der Hauptachse 14 erstrecken und gleichzeitig nach radial innen vorstehen. Jede der Führungsrippen 48 greift abhängig von der Axialposition des zweiten Gehäuseteils 3 mit einem mehr oder weniger langen Längenabschnitt in eine der Führungsnuten 47 ein. Da sich die Führungsrippen 48 mit ihren Seitenflächen an den Flanken der Führungsnuten 47 abstützen können, ist das zweite Gehäuseteil 3 bezüglich des ersten Gehäuseteils 2 verdrehgesichert, obwohl der von der Gehäuseseitenwand 44 umschlossene Innenraum 52 des zweiten Gehäuseteils 3 ansonsten eine kreiszylindrische Kontur hat, was auch auf die Außenkontur des hülsenförmigen Abschnittes 36 des ersten Gehäuseteils 2 zutrifft.
Die Anzahl der Führungsnuten 47 und Führungsrippen 48 kann von der beim Ausführungsbeispiel gewählten abweichen. Auch ist es möglich, die Anordnung der Führungsnuten 47 und Führungsrippen 48 bezüglich des ersten Gehäuseteils 2 und des zweiten Gehäuseteils 3 zu vertauschen.
Die zur axialen Bewegungskopplung zwischen dem zweiten Gehäuseteil 3 und dem Kopplungsglied 4 vorhandene Lagereinrichtung 16 enthält einstückig mit der axialen Gehäusewand 44 ausgebildete erste Lagermittel 16a und hiermit in Eingriff stehende zweite Lagermittel 16b, die einstückig am vorderen Endabschnitt 28 des Kopplungsgliedes 4 ausgebildet sind und mit denen die ersten Lagermittel 16a bezüglich der Hauptachse 14 verdrehbar und zugleich axial formschlüssig in Eingriff stehen.
Die ersten Lagermittel 16a bestehen bevorzugt aus einem pilzförmigen Lagerzapfen 55, der an der dem Innenraum 52 zugewandten axialen Innenseite der axialen Gehäusewand 43 einstückig angeformt ist und axial in diesen Innenraum 52 hineinragt. Er hat einen sich von der axialen Gehäusewand 43 weg erstreckenden Halsabschnitt 55a und einen diesbezüglich im Durchmesser größeren und bevorzugt scheibenförmig ausgebildeten Kopfabschnitt 55b.
Die zweiten Lagermittel 16b enthalten eine zu der der axialen Gehäusewand 43 zugewandten vorderen Stirnfläche des Kopplungsgliedes 4 hin offene axiale Lagerausnehmung 56, die im Längsschnitt betrachtet eine hinterschnittene Kontur hat. Konkret weist die Lagerausnehmung 56 beim Ausführungsbeispiel einen zur Vorderseite des Kopplungsgliedes 4 ausmündenden ersten Längenabschnitt 56a auf, an den sich axial innen ein Längenabschnitt 56b mit bezüglich dem ersten Längenabschnitt 56a größerem Querschnitt oder Durchmesser anschließt. Der pilzförmige Lagerzapfen 55 durchgreift mit seinem Halsabschnitt 55a den ersten Längenabschnitt 56a und der Kopfabschnitt 55b befindet sich in dem zweiten Längenabschnitt 56b der Lagerausnehmung 56. Dabei überlappt der Kopfabschnitt 55b in radialer Richtung eine am vorderen Endabschnitt 28 des Kopplungsgliedes 4 ausgebildete vordere Stirnwand 57, die von dem ersten Längenabschnitt 56a durchsetzt ist. Die vordere Stirnwand 57 taucht also in den radial eingeschnürten Zwischenraum zwischen der axialen Gehäusewand 43 und dem Kopfabschnitt 55b ein, sodass sie in beiden axialen Richtungen von Bestandteilen des ersten Gehäuseteils 2 abgestützt ist. Gleichwohl sind die ineinander eingreifenden Bestandteile so aufeinander abgestimmt, dass das Kopplungsglied 4 bezüglich des zweiten Gehäuseteils 3 um die Hauptachse 14 drehbar ist.
Wenn das Kopplungsglied 4 die Eingangsdrehbewegung 17 ausführt und sich dabei axial verlagert, drückt es bei der Ausfahrbewegung 15a gegen die axiale Gehäusewand 43 und bei der Einfahrbewegung 15b gegen den Kopfabschnitt 55b, wodurch das zweite Gehäuseteil 3 jeweils mitgenommen wird.
Der pilzförmige Lagerzapfen 55 hat einen kreisförmigen Querschnitt, ebenso die Lagerausnehmung 56, sodass die beiden Teile relativ zueinander verdrehbar sind.
Die vordere Stirnwand 57 ist beim Ausführungsbeispiel einstückig an den hülsenförmigen Grundkörper 42 angeformt und begrenzt an der axialen Vorderseite einen rückseitig offenen Innenraum 62 des Kopplungsgliedes 4. Der sich an die vordere Stirnwand 57 anschließende zweite Längenabschnitt 56b der Lagerausnehmung 56 ist zweckmäßigerweise vom vorderen Endbereich des vorgenannten Innenraumes 62 gebildet.
Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Anordnung der beiden Lagermittel 16a, 16b bezüglich des zweiten Gehäuseteils 3 und des Kopplungsgliedes 4 vertauscht.
Das weiter oben angesprochene optionale Antriebsglied 13 taucht von der dem vorderen Innenabschnitt 28 entgegengesetzten Rückseite her in den Innenraum 42 des Kopplungsgliedes 4 ein. Es weist eine Krafteinleitungsschnittstelle 63 auf, mit der es sowohl axial fest als auch rotativ drehfest mit der Abtriebswelle 6 der Antriebseinheit 5 verbunden ist. Exemplarisch enthält die Krafteinleitungsschnittstelle 63 eine zur Rückseite hin offene Aufnahmevertiefung 64, in die die Abtriebswelle 6 mit ihrem Endabschnitt eintaucht, und außerdem mehrere über den Umfang der Aufnahmevertiefung 64 verteilte radiale Gewindebohrungen 65, die seitlich in die Aufnahmevertiefung 64 einmünden. Mit Hilfe von Klemmschrauben 66, die in die Gewindebohrungen 65 eingeschraubt und mit dem Außenumfang des in die Aufnahmevertiefung 64 eingreifenden Längenabschnittes der Abtriebswelle 6 verspannt sind, wird eine feste Verbindung zwischen dem Antriebsglied 13 und der Abtriebswelle 6 erzielt, die vorzugsweise auch wieder lösbar ist.
Eine teils am Kopplungsglied 4 und teils am Antriebsglied 13 ausgebildete Drehmomentübertragungsstruktur 68 sorgt dafür, dass diese beiden Komponenten 4, 13 derart miteinander in Eingriff stehen, dass von dem Antriebsglied 13 ein Drehmoment auf das Kopplungsglied 4 übertragbar ist und gleichzeitig das Kopplungsglied 4 die Möglichkeit hat, sich relativ zu dem Antriebsglied 13 in Achsrichtung der Hauptachse 14 linear zu bewegen.
Die Drehmomentübertragungsstruktur 68 enthält mehrere radial innen an dem hülsenförmigen Grundkörper 42 ausgebildete erste Drehmomentübertragungsmittel 68a, mit denen an dem Antriebsglied 13 ausgebildete zweite Drehmomentübertragungsmittel 68b in ständigem Eingriff stehen. Die ersten Drehmomentübertragungsmittel 68a bestehen bevorzugt aus mehreren von radial innen her in die Wandung des hülsenförmigen Grundkörpers 42 eingebrachte Längsnuten 72, während die zweiten Drehmomentübertragungsmittel 68b aus einer der Anzahl der Längsnuten 72 entsprechenden Anzahl von radial nach außen ragenden Vorsprüngen 73 bestehen, die in die Längsnuten 72 von radial innen her eingreifen. Die Konturen der Längsnuten 72 und der Vorsprünge 73 sind derart aneinander angepasst, dass die Vorsprünge 73 mit ihren in der Umfangsrichtung der Hauptachse 14 orientierten Seitenflächen gleitverschieblich an den Nutflanken der Längsnuten 72 anliegen.
Die durch Betätigung der Antriebseinheit 5 hervorgerufene Rotationsbewegung 7 der Abtriebswelle 6 ruft eine durch einen Doppelpfeil angedeutete rotative Antriebsbewegung 74 des Antriebsgliedes 13 hervor, deren Drehrichtung von der Drehrichtung der Rotationsbewegung 7 abhängt. Aus dieser rotativen Antriebsbewegung 74 resultiert unmittelbar die rotative Eingangsbewegung 17 des Kopplungsgliedes 4, da sich die radialen Vorsprünge 73 an den Nutflanken der Längsnuten 72 abstützen und auf diese Weise ein Drehmoment in das Kopplungsglied 4 einleiten. Gleichzeitig gewährleistet der bezüglich den Längsnuten 72 vorhandene gleitverschiebliche Eingriff der Vorsprünge 73, dass das Kopplungsglied 4 die überlagerte lineare Ausgangsbewegung 18 nicht nur relativ zum ersten Gehäuseteil 2, sondern auch relativ zu dem Antriebsglied 13 ausführen kann.
Beim Ausführungsbeispiel enthält die Drehmomentübertragungsstruktur 68 jeweils zwei um 180 Grad winkelversetzt zueinander angeordnete Längsnuten 72 und Vorsprünge 73. Es versteht sich, dass die Anzahl dieser Längsnuten 72 und Vorsprünge 73 auch eine andere sein kann. Außerdem kann die Anordnung der Längsnuten 72 und der Vorsprünge 73 bezüglich des Kopplungsgliedes 4 und des Antriebsgliedes 13 auch vertauscht sein.
Sofern es der jeweilige Anwendungsfall erfordert, kann das zweite Gehäuseteil 3 integral mit mindestens einer Befestigungsschnittstelle 75 ausgestattet sein, an der sich eine zu bewegende externe Struktur befestigen lässt. Beim Ausführungsbeispiel ist eine solche Befestigungsschnittstelle 75 von außen her zugänglich an der axialen Gehäusewand 43 ausgebildet und besteht aus mehreren Befestigungslöchern.
Ein wesentlicher Aspekt der Lineareinheit 1 besteht darin, dass eine als Hauptbaugruppe 10 bezeichnete, sich aus mehreren Komponenten der Lineareinheit 1 zusammensetzende Baugruppe unmittelbar generativ gefertigt ist. Damit ist gemeint, dass nicht nur jede Komponente der Hauptbaugruppe 10 für sich gesehen ein generativ gefertigtes Bauteil ist, sondern dass die gesamte Hauptbaugruppe 10 als Sachgesamtheit mit bereits bestimmungsgemäß ineinander eingreifenden Komponenten generativ gefertigt wird. Auf diese Weise erspart man sich einen bei der Einzelherstellung der besagten Komponenten anschließend erforderlichen Zusammenbau.
Zu der als Sachgesamtheit generativ hergestellten Hauptbaugruppe 10 gehören wenigstens das erste Gehäuseteil 2, das zweite Gehäuseteil 3 und das Kopplungsglied 4. Bevorzugt ist auch noch das Antriebsteil 14 ein Bestandteil der Hauptbaugruppe 10, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft. Prinzipiell besteht ohne Weiteres die Möglichkeit, noch weitere Bestandteile der Lineareinheit 1 in der generativ gefertigten Hauptbaugruppe 10 zusammenzufassen.
Bei der Herstellung der Lineareinheit 1 wird also eine zumindest das erste Gehäuseteil 2, das zweite Gehäuseteil 3 und das Kopplungsglied 4 enthaltende Hauptbaugruppe 10 unmittelbar als zusammengebaute Sachgesamtheit generativ gefertigt. Nach Beendigung des generativen Fertigungsverfahrens liegt somit unmittelbar eine Hauptbaugruppe 10 vor, bei der das Kopplungsglied 4 über die den formschlüssigen Kraftübertragungseingriff bewirkenden Mittel – bevorzugt die beschriebene Schraubgewindeeinrichtung 33 – mit dem ersten Gehäuseteil 2 und über die Lagereinrichtung 16 mit dem zweiten Gehäuseteil 3 in Eingriff steht. Außerdem stehen dabei auch die beiden Gehäuseteile 2, 3 über die Linearführungseinrichtung 46 im gegenseitigen Eingriff miteinander. Diese Komponenten müssen also nachträglich, nach der generativen Fertigung, nicht mehr zusammengebaut werden, weil das Ergebnis der generativen Fertigung bereits der zusammengebaute Zustand ist.
Die Hauptbaugruppe 10 der Lineareinheit 1 kann also beispielsweise mittels eines sogenannten 3-D-Druckers kostengünstig und schnell hergestellt werden. Sofern die Lineareinheit 1 über mehr als die in der Hauptbaugruppe 10 zusammengefassten Komponenten verfügt, werden diese weiteren Komponenten nach der Fertigstellung der Hauptbaugruppe 10 an dieser Hauptbaugruppe 10 montiert. Beim Ausführungsbeispiel gilt dies hauptsächlich für die elektrische Antriebseinheit 5 und die optional vorhandene Adapterplatte 24.
Was das Antriebsglied 13 angelangt, so wird dieses zweckmäßigerweise auch als Komponente der Hauptbaugruppe 10 gefertigt, anschließend jedoch zur Anbringung an der Abtriebswelle 6 aus dieser Hauptbaugruppe 10 herausgenommen und erst anschließend wieder, zusammen mit der Antriebseinheit 5, an der Hauptbaugruppe 10 montiert. Alternativ hierzu kann das Antriebsglied 13 auch völlig unabhängig von der Hauptbaugruppe 10 gefertigt werden, vorzugsweise auch im Rahmen eines generativen Fertigungsverfahrens.

Claims

Lineareinheit, mit einer Hauptbaugruppe (10), die ein erstes Gehäuseteil (2) und ein an dem ersten Gehäuseteil (2) zur Ausführung einer linearen Abtriebsbewegung (15) in Achsrichtung einer Hauptachse (14) linear verschiebbar und zugleich unverdrehbar gelagertes zweites Gehäuseteil (3) enthält, und die außerdem ein Kopplungsglied (4) enthält, das an dem zweiten Gehäuseteil (3) diesbezüglich um die Hauptachse (14) drehbar und zugleich axial unbewegbar gelagert ist und das mit dem ersten Gehäuseteil (2) derart in formschlüssigem Kraftübertragungseingriff steht, dass eine rotative Eingangsbewegung (17) des Kopplungsgliedes (4) eine der rotativen Eingangsbewegung (17) überlagerte lineare Ausgangsbewegung (18) des Kopplungsgliedes (4) und daraus unmittelbar abgeleitet die lineare Abtriebsbewegung (15) des an dem Kopplungsglied (4) angeordneten zweiten Gehäuseteils (3) hervorruft, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptbaugruppe (10) als eine unmittelbar generativ gefertigte, unmittelbar als zusammengefügte Baugruppe aus dem Herstellungsprozess hervorgegangene Sachgesamtheit ausgebildet ist.
Lineareinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptbaugruppe (10) generativ durch ein Schichtaufbauverfahren und dabei zweckmäßigerweise durch selektives Lasersintern hergestellt ist.
Lineareinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der formschlüssige Kraftübertragungseingriff durch formschlüssig ineinander eingreifende, einerseits an dem ersten Gehäuseteil (2) und andererseits an dem Kopplungsglied (4) ausgebildete erste und zweite Eingriffskomponenten (33a, 33b) einer Schraubgewindeeinrichtung (33) hervorgerufen ist.
Lineareinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingriffskomponente (33a) mindestens eine sich wendelförmig zumindest ein Stückweit um die Hauptachse (14) herum erstreckende Gewindenut (34) und die zweite Eingriffskomponente (33b) mindestens einen in die Gewindenut (34) eingreifenden Eingriffsvorsprung (38) aufweist.
Lineareinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingriffskomponente (33a) mehrere nach Art eines mehrgängigen Gewindes angeordnete Gewindenuten (34) enthält, in die jeweils einer von mehreren Eingriffsvorsprüngen (38) der zweiten Eingriffskomponente (33b) eingreift.
Lineareinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingriffskomponente (33a) an dem ersten Gehäuseteil (2) und die zweite Eingriffskomponente (33b) an dem Kopplungsglied (4) angeordnet ist.
Lineareinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gewindenut (34) der ersten Eingriffskomponente (33a) nach Art eines Innengewindes an einer Innenumfangsfläche (35) eines hülsenförmigen Abschnittes (36) des ersten Gehäuseteils (2) ausgebildet ist, wobei sich das Kopplungsglied (4) in dem hülsenförmigen Abschnitt (36) erstreckt und radial abstehend den mindestens einen Eingriffsvorsprung (38) der zweiten Eingriffskomponente (33b) aufweist.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriffsvorsprung (38) zapfenförmig ausgebildet ist.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindenut (34) über ihre Länge hinweg eine gleichförmige oder ungleichförmige Steigung hat.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseteil (3) eine dem Kopplungsglied (4) in Achsrichtung der Hauptachse (14) vorgelagerte axiale Gehäusewand (43) aufweist, wobei zur relativ zueinander drehbaren und zugleich axial unbewegbaren Lagerung eine Lagereinrichtung (16) vorhanden ist, die an der axialen Gehäusewand (43) des zweiten Gehäuseteils (3) ausgebildete erste Lagermittel (16a) und im Bereich eines der axialen Gehäusewand (43) zugewandten vorderen Endabschnittes (28) des Kopplungsgliedes (4) ausgebildete, mit den ersten Lagermitteln (16a) in Eingriff stehende zweite Lagermittel (16b) enthält.
Lineareinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einen Lagermittel (16b) eine axiale Lagerausnehmung (56) mit einer hinterschnittenen Längskontur und die anderen Lagermittel (16a) einen in Achsrichtung der Hauptachse formschlüssig und zugleich drehbar in die Lagerausnehmung (56) eingreifenden, pilzförmig gestalteten Lagerzapfen (55) enthalten.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseteil (3) mindestens eine Befestigungsschnittstelle (75) zur Befestigung einer zu bewegenden Struktur aufweist.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein bezüglich des Kopplungsgliedes (4) separates Antriebsglied (13) enthält, an dem eine zum Einleiten eines Drehmoments ausgebildete Krafteinleitungsschnittstelle (63) ausgebildet ist und das in einer sowohl die Übertragung eines Drehmoments als auch die Ausführung einer linearen Relativbewegung ermöglichenden Weise mit dem Kopplungsglied (4) in Eingriff bringbar ist oder steht.
Lineareinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsglied (4) hülsenförmig gestaltet ist und einen Innenraum (62) aufweist, in den das Antriebsglied (13) eintaucht, wobei das Antriebsglied (13) mehrere radial abstehende Vorsprünge (73) aufweist, die jeweils in eine am Innenumfang des Kopplungsgliedes (4) ausgebildete, sich in Achsrichtung der Hauptachse (14) erstreckende Längsnut (72) in deren Längsrichtung verschiebbar eingreifen.
Lineareinheit nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsglied (13) ein Bestandteil der generativ gefertigten Hauptbaugruppe (10) ist.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Gehäuseteil (2) eine Befestigungsschnittstelle (23) ausgebildet ist, an der eine elektrisch betätigbare Antriebseinheit (5) der Lineareinheit (1) befestigbar oder befestigt ist, die eine zur Erzeugung der rotativen Eingangsbewegung (17) des Kopplungsgliedes (4) vorgesehene, rotativ antreibbare Abtriebswelle (6) aufweist.
Lineareinheit nach Anspruch 16 in Verbindung mit einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitungsschnittstelle (63) des Antriebsgliedes (13) zur drehfesten Fixierung der Abtriebswelle (6) der elektrisch betätigbaren Antriebseinheit (5) ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Lineareinheit, die über eine Hauptbaugruppe (10) verfügt, die ein erstes Gehäuseteil (2) und ein an dem ersten Gehäuseteil (2) zur Ausführung einer linearen Abtriebsbewegung (15) in Achsrichtung einer Hauptachse (14) linear verschiebbar und zugleich unverdrehbar gelagertes zweites Gehäuseteil (3) enthält, und die außerdem ein Kopplungsglied (4) enthält, das an dem zweiten Gehäuseteil (3) diesbezüglich um die Hauptachse (14) drehbar und zugleich axial unbewegbar gelagert ist und das mit dem ersten Gehäuseteil (2) derart in formschlüssigem Kraftübertragungseingriff steht, dass eine rotative Eingangsbewegung (17) des Kopplungsgliedes (4) eine der rotativen Eingangsbewegung (17) überlagerte lineare Ausgangsbewegung (18) des Kopplungsgliedes (4) und daraus unmittelbar abgeleitet die lineare Abtriebsbewegung (15) des an dem Kopplungsglied (4) angeordneten zweiten Gehäuseteils (3) hervorruft, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptbaugruppe (10) unmittelbar als zusammengebaute Sachgesamtheit mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt wird, wobei ihre Komponenten unmittelbar beim Herstellungsprozess so miteinander vereinigt werden, dass sie unmittelbar als zusammengefasste Baugruppe aus dem Herstellungsprozess hervorgehen.
Verfahren nach Anspruch 18 zur Herstellung einer Lineareinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17.