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Die Erfindung betrifft einen motorisch angetriebenen Linearstellmechanismus, welcher zumindest ein beweglich an dem Linearstellmechanismus angeordnetes Schubachsenmodul sowie pro Schubachsenmodul zumindest zwei Stellantriebe und das Schubachsenmodul zudem zumindest zwei Lineareinheiten aufweist. Hierbei ist an einer primären Lineareinheit zumindest eine sekundäre Lineareinheit bewegungsgekoppelt angeordnet, wobei durch die Lineareinheiten Drehbewegungen der mit den Lineareinheiten verbundenen Stellantriebe in lineare Stellbewegungen überführbar sind.
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Zur Erzielung möglichst kurzer Genesungszeiten der Patienten chirurgischer Therapieverfahren liegt ein Hauptaugenmerk darin, die durch eine Operation erzeugten Traumata durch einen Wechsel von klassischen Operationsmethoden auf minimalinvasive Eingriffe weitgehend zu verringern.
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Neben durch einen Operateur rein manuell zu bedienenden Instrumenten und/oder Manipulatoren haben sich für solche minimalinvasiven Eingriffe roboterassistierte oder im Allgemeinen maschinell unterstützte Instrumente und/oder Manipulatoren als Teil von Assistenzsystemen durchgesetzt, welche es dem Operateur ermöglichen, gegenüber rein manuell zu bedienenden Systemen deutlich komplexere chirurgische Techniken anzuwenden. Solche chirurgischen Techniken, wie z. B. das Anlegen komplexer Nähte, erfordern bei intrakorporal, also innerhalb des Körpers, stark beschränktem Arbeitsraum unter anderem eine hohe Anzahl an Freiheitsgraden und eine erhöhte Gewandtheit der Bewegungsabläufe, was rein feinmotorisch, ohne maschinelle Assistenz, lediglich schwer realisierbar ist. Ein Assistenzsystem erlaubt zudem, eine weitgehend intuitive Betätigung von Instrument und/oder Manipulator, indem die für die überlagerte Bewegung notwendige Kombination der Stellbewegungen in den einzelnen Freiheitsgraden vom Operateur auf das Assistenzsystem verlagert wird.
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Die Bereitstellung notwendiger Manipulationskräfte, d. h. Kräfte die zur Bewegung und/oder Betätigung von Instrumenten und/oder des Manipulators sowie zur lokalen, intrakorporalen Manipulation an sich benötigt werden, erfolgt bei diesen Assistenzsystemen für gewöhnlich von einem extrakorporal, also außerhalb des Körpers angeordneten Aktuator oder mehreren Aktuatoren. Diese Art der Anordnung wird ebenfalls als extrinsische Aktuierung bezeichnet, da die Energiewandlung, wie die Wandlung elektrischer Energie zu mechanischer Energie in Form einer rotatorischen Bewegung und der damit verbundenen Erzeugung der Manipulationskräfte außerhalb des zu manipulierenden Arbeitsraumes erfolgt. Hierfür muss jedoch die räumliche Distanz zwischen Instrument und/oder Manipulator und Aktuatoreinheit mittels Stellmitteln überbrückt werden.
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Als Stellmittel finden für gewöhnlich Seilzüge Anwendung, wie beispielsweise in der
DE 10 2013 225 117 A1 beschrieben. Die in der Druckschrift offenbarte Antriebseinheit für ein endoskopisches Schaftinstrument weist dabei bevorzugt vier elektrische Stellmotoren auf, deren Antriebswellen über Kardangelenke mit abgewinkelt zu diesen Antriebswellen angeordneten Gehäusewellen verbunden sind. An den Gehäusewellen sind hierbei Betätigungsrollen angeordnet, welche von den Seilzügen umschlungen werden.
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Auch durch die
DE 10 2006 045 865 A1 , die
DE 10 2009 056 982 A1 sowie die
DE 10 2012 008 537 A1 werden Anordnungen beschrieben, bei welchen die durch extrakorporal angeordnete Aktuatoreinheiten bereitgestellten Manipulationskräfte mittels Seilzügen auf ein intrakorporal verwendetes Instrument und/oder verwendeten Manipulator übertragen werden.
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Der Nachteil an der Anwendung von Seilzügen als Stellmittel besteht insbesondere darin, dass mittels diesen lediglich Zugkräfte übertragen werden können, was dazu führt, dass ihre Anwendung eine paarweise Anordnung und/oder Umlenkung bedingt. Dieses führt bei einer Vielzahl an notwendigen Freiheitsgraden zu einer äußerst hohen Anzahl an zu verwendenden Betätigungs- und/oder Umlenkrollen. Zudem ist eine Vorspannung der Seile zur schleppfreien Kraftübertragung erforderlich.
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Eine solch hohe Anzahl an Freiheitsgraden ist jedoch zumeist wünschenswert, um beispielsweise in ihrer Bewegung äußerst vielfältig ausgeprägte, flexible Manipulatorarme, auch kontinuierliche Roboter oder Kontinuumsroboter genannt, zur Verfügung zu stellen. Gegenüber der Verwendung von lediglich Zugkräfte übertragenden Seilzügen lassen sich diese flexiblen Manipulatorarme jedoch auch mittels insbesondere biegsamen Stellmitteln in Form von Stangen und/oder Röhrchen realisieren, welche sowohl Zug- als auch Druckkräfte übertragen können. Hierdurch lassen sich ebenfalls komplexe Formen wie beispielsweise eine S-Krümmung des flexiblen Manipulatorarmes erzeugen. Dies erfordert im Gegensatz zu Seilzügen jedoch eine lineare Stellbewegung der Stellmittel.
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Soll zudem die Bewegung mehrerer Abschnitte eines solchen flexiblen Manipulatorarmes in Bezug zueinander erfolgen, um z. B. ein mechanisches Verspannen von Armsegmenten des Manipulatorarmes zu vermeiden, sind die erforderlichen Linearbewegungen der Stellmittel miteinander zu koppeln.
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Eine gekoppelte lineare Bewegung ohne die Umsetzung aus einer Drehbewegung eines Motors lässt sich hierbei durch die Verwendung von linearen Direktantrieben, also Linearmotoren erreichen. Die Anwendung solcher Linearmotoren in einem angrenzenden Gebiet beschreibt die
EP 2 113 283 A1 , wobei zwei Linearmotoren in dem Sinne miteinander gekoppelt werden, dass ein Linearmotor durch den zweiten Linearmotor mitbewegt wird. Die Bewegungsrichtung der Linearmotoren ist hierbei gegensinnig gerichtet. Dies dient dazu, dass mittels des mitbewegenden Linearmotors ein Cochlea-Implantat in die Hörschnecke eingeführt wird und gleichzeitig mittels der überlagerten Bewegung des mitbewegten Linearmotors das in das Cochlea-Implantat eingebrachte Stilett aus diesem herausgezogen wird.
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Eine Möglichkeit einer gekoppelten Linearbewegung durch Umsetzung aus einer Drehbewegung beschreibt hingegen die
WO 2012/015816 A1 . Diese offenbart ein Assistenzsystem für minimalinvasive Eingriffe mit einem bereits beschriebenen, zwei Armabschnitte aufweisenden flexiblen Manipulatorarm, an dessen distalen Ende ein diagnostisches, chirurgisches oder therapeutisches Instrument angeordnet ist. Der flexible Manipulatorarm wird dabei über eine Aktuatoreinheit mit drei konzentrisch angeordneten Lineareinheiten bewegt, wobei die Lineareinheiten jeweils zwei miteinander gekoppelte Linearbewegungen zur Verfügung stellen, die über flexible Stellelemente an die Segmente des flexiblen Manipulatorarmes übertragen werden. Eine Lineareinheit besteht aus zwei miteinander gekoppelten Zylindern, die jeweils einen Aktuator in Form eines, eine Drehbewegung generierenden Elektromotors sowie einen Spindeltrieb zur Umsetzung der Dreh- in eine Linearbewegung aufweisen. Die zur Verfügung gestellten Linearbewegungen sind dabei dadurch gekoppelt, dass einer der Zylinder durch den zweiten Zylinder mitbewegt wird.
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Sowohl bei der in der
EP 2 113 283 A1 als auch in der
WO 2012/015816 A1 offenbarten Kopplung der Linearbewegungen wird zumindest einer der erforderlichen Aktuatoren sowie dessen notwendige Energieversorgung mitbewegt, was mit Nachteil behaftet zu einer verminderten Dynamik, einem gesteigerten Bauraumbedarf sowie einer hohen konstruktiven Komplexität führt. Zudem resultiert dies nachteilig in einem geringen Modularitätsgrad, da das Spindelsystem und die Aktoren nur durch komplette Demontage des Aufbaus voneinander separiert werden können, um z. B. einen der Elektromotoren auszutauschen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Linearstellmechanismus der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher eine im Vergleich zum Stand der Technik gesteigerte Dynamik sowie Modularität bei einem geringeren Bauraumbedarf aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Linearstellmechanismus gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist also ein motorisch angetriebener Linearstellmechanismus vorgesehen, welcher zumindest ein beweglich an dem Linearstellmechanismus angeordnetes Schubachsenmodul sowie pro Schubachsenmodul zumindest zwei Stellantriebe und das Schubachsenmodul zudem zumindest zwei Lineareinheiten aufweist. Hierbei ist an einer primären Lineareinheit zumindest eine sekundäre Lineareinheit bewegungsgekoppelt angeordnet, wobei durch die Lineareinheiten Drehbewegungen der mit den Lineareinheiten verbundenen Stellantriebe in lineare Stellbewegungen überführbar sind. Erfindungsgemäß sind weiterhin die Stellantriebe lösbar und in Betrieb des Linearstellmechanismus ortsfest gegenüber den Lineareinheiten an dem Linearstellmechanismus angeordnet, wobei jede sekundäre Lineareinheit des Schubachsenmodules über eine längenveränderlich ausgeprägte Teleskopwelle des Schubachsenmodules mit einem der Stellantriebe wirkverbunden ist.
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Alle Stellantriebe, welche einem Schubachsenmodul zur Durchführung der Stellbewegung der Lineareinheiten somit zugeordnet sind, sind ortsfest an dem Linearstellmechanismus und beabstandet zu dem Schubachsenmodul oder den Schubachsenmodulen angeordnet und werden somit bei einer Stellbewegung überaus vorteilhaft nicht durch eine der Lineareinheiten mitbewegt. Da somit an den Stellantrieben angeordnete Energie- und Signalführungsleitungen ebenfalls nicht mitbewegt werden müssen, entfällt neben der zu bewegenden Masse dieser Leitungen zudem die Notwendigkeit, die Leitungen mit Energieführungsketten zu umschließen. Insgesamt lässt sich infolgedessen eine wesentliche Verringerung der zu bewegende Masse, insbesondere der sekundären Lineareinheit realisieren, wodurch eine, gegenüber einer Lineareinheit mit mitbewegtem Stellantrieb, signifikant höhere Dynamik erreicht werden kann.
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Es ist noch einmal anzumerken, dass die sekundäre Lineareinheit oder die sekundären Lineareinheiten bewegungsgekoppelt an der primären Lineareinheit angeordnet ist oder sind. Bewegungsgekoppelt bedeutet hierbei, dass bei einer linearen, also translatorischen Stellbewegung der primären Lineareinheit, selbst ohne, dass eine sekundäre Lineareinheit eigenständig eine Stellbewegung ausführt, die sekundäre Lineareinheit dieselbe Stellbewegung, also z. B. die Stellrichtung, die Stellgeschwindigkeit und den Stellweg, erfährt. Bei einer zusätzlich zu der Stellbewegung der primären Lineareinheit eigenständig ausgeführten und durch die Längenveränderlichkeit der Teleskopwelle ermöglichten Stellbewegung der sekundären Lineareinheit ergibt sich eine resultierende Gesamtstellbewegung an der sekundären Lineareinheit, welche der Überlagerung der einzelnen Stellbewegungen entspricht. Eine ausschließlich durch die sekundäre Lineareinheit durchgeführte Stellbewegung wiederum initiiert jedoch keine Stellbewegung der primären Lineareinheit.
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Bei der Anwendung des Linearstellmechanismus zur Betätigung eines einleitend genannten flexiblen Manipulatorarmes kann durch die beschriebene Bewegungskopplung von primärerer und sekundärer Lineareinheit ermöglicht werden aufgrund der Bewegungskopplung ein mechanisches Verspannen von Armsegmenten des Manipulatorarmes zu vermeiden.
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Weiterführend ist nochmals aufzugreifen, dass die Übertragung der Drehbewegung des mit einer jeweiligen sekundären Lineareinheit wirkverbundenen Stellantriebes über die längenveränderliche Teleskopwelle erfolgt, wobei diese die Stellbewegung der primären Lineareinheit kompensieren kann. Die Teleskopwelle verändert hierzu in Abhängigkeit der Stellrichtung ihre Länge, und zwar in Höhe des bei der Stellbewegung der primären Lineareinheit zurückgelegten Stellweges.
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In Zusammenhang mit der Anordnung von sekundären Lineareinheiten an der primären Lineareinheit ist ferner denkbar, dass beispielsweise lediglich eine sekundäre Lineareinheit an der primären Lineareinheit angeordnet ist. Denkbar ist jedoch ebenso, dass mehrere sekundäre Lineareinheiten an der primären Lineareinheit angeordnet sind. Hierbei könnte es möglich sein, dass einerseits eine jede sekundäre Lineareinheit für sich mit der primären Lineareinheit bewegungsgekoppelt ist. Andererseits ist jedoch ebenso denkbar, dass eine kaskadierte Bewegungskopplung der sekundären Lineareinheiten vorliegt, wobei eine sekundäre Lineareinheit, quasi in einer Kette aus sekundären Lineareinheiten, zunächst mit zumindest einer zweiten oder entsprechend über mehrere sekundäre Lineareinheiten bewegungsgekoppelt, wiederum an der primären Lineareinheit bewegungsgekoppelt angeordnet ist.
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In diesem Zusammenhang sollte die Anzahl der Lineareinheiten des Schubachsenmodules der Anzahl der durch das Schubachsenmodul bereitzustellenden Stellbewegungen entsprechen. Durch die Anordnung der Stellantriebe beabstandet und separat zu den Schubachsenmodulen an dem Linearstellmechanismus ist beispielsweise zudem die Möglichkeit gegeben, dass die Stellantriebe, welche unter anderem bevorzugt als Elektromotoren ausgebildet sein können, in einfacher Weise einzeln oder gar in Form einer Antriebseinheit, welche alle an dem Linearstellmechanismus angeordneten Stellantriebe aufweist, auf einmal ausgetauscht werden können. Hierdurch ist eine wesentliche Steigerung der Modularität des Linearstellmechanismus zu erwarten. Die Anwendung des Linearstellmechanismus könnte überdies bevorzugt in der Betätigung von maschinell unterstützten, also motorisierten respektive aktuierten, Instrumenten und/oder Manipulatoren als Teil von medizinischen Assistenzsystemen, insbesondere von flexiblen Manipulatorarmen, kontinuierlichen Robotern oder auch endoskopischen Kontinuumsrobotern liegen. Die dabei durch den Linearstellmechanismus zur Verfügung gestellten Stellbewegungen könnten zum Stellen von schubstarren und biegsamen Übertragungselementen wie Stangen und/oder Röhrchen, beispielsweise aus Nitinol und/oder Polyamid, dienen. Andere Anwendungsfelder innerhalb industrieller Positionieraufgaben sind jedoch ebenso denkbar.
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In einer überaus vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Teleskopwelle zumindest zwei Wellenglieder mit fluchtenden Längsachsen auf, wobei die Wellenglieder zueinander längsverschieblich und drehfest aneinander angeordnet sind. Auf Basis einer solchen Ausgestaltung lässt sich eine längenveränderliche Teleskopwelle zur Verfügung stellen, welche simpel, aber überaus wirkungsvoll ausgeprägt ist. Die Wellenglieder der Teleskopwelle könnten sich ineinander verschieben lassen, wobei die Teleskopwelle beispielsweise als Hohlwelle ausgebildet sein könnte. In diesem Zusammenhang wäre es denkbar, dass die Querschnitte der Wellenglieder die Form eines Polygonzuges aufweisen können und somit die Wellenglieder der Teleskopwelle ferner als Vierkant- oder auch Achtkantrohre ausgebildet sind. Die Teleskopwelle könnte jedoch ebenso zylinderförmig ausgeprägt sein, wobei eine mechanische Sperre, beispielsweise bestehend aus zumindest einer an einem Wellenglied ausgeformten Nase, welche in eine an dem korrespondierenden Wellenglied ausgebildete Nut eingreift. Dadurch könnte eine mögliche Verdrehung der Wellenglieder gegeneinander, ohne Übertragung eines Momentes zwischen diesen. unterbunden werden.
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Auch ist eine gewinnbringende Ausführungsform der Erfindung dadurch gegeben, dass jede der Lineareinheiten einen Linearschlitten sowie einen Spindeltrieb aufweist, wobei der Spindeltrieb wiederum eine Gewindespindel sowie eine Gewindespindelmutter aufweisen sollte. Mittels dieser an dem Linearschlitten angeordneten Gewindespindelmutter und unter zusätzlicher Sperrung rotatorischer Freiheitsgrade des Linearschlittens besteht die Möglichkeit, die Drehbewegung des Stellantriebes in eine lineare Stellbewegung des Linearschlittens und somit der Lineareinheit umzusetzen.
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Ist zudem eine jeweilige Antriebswelle der Stellantriebe über eine Kupplung mit der Teleskopwelle und/oder dem Spindeltrieb der primären Lineareinheit wirkverbunden, so ließen sich in vorteilhafter Weise die durch die Stellglieder erzeugten Drehbewegungen sowie die Drehmomente unter Ausgleich von möglichen Positionierungsungenauigkeiten und/oder Querschnittsunterschieden der Antriebswellen der Stellantriebe und dem Spindeltrieb und/oder der Teleskopwelle eben auf den Spindeltrieb der primären Lineareinheit und/oder die Teleskopwelle übertragen.
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Eine Ausbildung der Erfindung ist ferner als überaus praxisbezogen gekennzeichnet, wenn die Teleskopwelle über eine Kupplung mit dem Spindeltrieb der sekundären Lineareinheit verbunden ist, da sich beispielsweise auch hierdurch etwaige Positionierungsungenauigkeiten und/oder Querschnittsunterschiede zwischen der Teleskopwelle und dem Spindeltrieb der sekundären Lineareinheit unter Übertragung der wiederum durch den Stellantrieb auf die Teleskopwelle übertragenen, Drehbewegungen und der Drehmomente ausgleichen ließen. Im Sinne einer hohen Modularität des Linearstellmechanismus ist es als vorteilhaft anzusehen, wenn die Kupplungen, über welche die Stellantriebe mit der Teleskopwelle und/oder dem Spindeltrieb der primären Lineareinheit und die Teleskopwelle mit dem Spindeltrieb der sekundären Lineareinheit verbunden sind, eine mit geringem Aufwand erreichende Entkopplung ermöglicht. Dies würde dazu führen, dass beispielsweise die Stellantriebe, je nach Anforderung an die durchzuführende Stellbewegung, einfach tauschbar wären. Eine solche Kupplung könnte in diesem Zusammenhang z. B. als eine Magnetkupplung ausgebildet sein.
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Sind ferner die durch sekundäre Lineareinheiten durchführbaren Stellbewegungen durch die Anordnung dieser an der primären Lineareinheit räumlich begrenzt, so ist unter anderem eine überaus kompakte Anordnung der Lineareinheiten aneinander denkbar. Zudem könnte die Begrenzung des Stellweges dadurch erfolgen, dass an der primären Lineareinheit Endanschläge ausgeformt sind, wodurch bei einer der Stellbewegung nachfolgenden Kraftübersetzung Beschädigungen von zu stellenden Elementen vermieden werden könnten.
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Die aufgeführten Endanschläge können dabei auch in Form einer nicht unmittelbar körperlichen Ausformung vorliegen, d. h. die Endanschläge könnten beispielsweises in Form von Sensorelementen, wie mechanischen und/oder optischen Schaltern und/oder Hall-Sensoren ausgebildet sein.
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Wenn zumindest einer der Linearschlitten eine U-förmige Ausgestaltung mit einem Längsabschnitt und zwei, jeweils an den Enden des Längsabschnittes und orthogonal zu diesem Längsabschnitt ausgeformten Querabschnitten aufweist, wobei die Querabschnitte flächenbündig mit dem Längsabschnitt abschließen, kann dies dahingehend als vielversprechend angesehen werden, dass ein solch ausgestalteter Linearschlitten z. B. als Linearschlitten einer primären Lineareinheit verwendet werden könnte. Hierbei würden sich insbesondere die Querabschnitte eines solchen Linearschlittens in vorteilhafter Weise dazu eignen, an und gegebenenfalls zwischen diesen eine weitere Lineareinheit anzuordnen und zu lagern.
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Zugleich können die Querabschnitte als stellwegbegrenzende Elemente für im Bauraum zwischen den Querabschnitten angeordnete, weitere Lineareinheiten wie eine sekundäre Lineareinheit dienen.
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Neben der beschriebenen U-förmigen Ausgestaltung eines der Linearschlitten sind natürlich weiterhin Ausführungsformen eines solchen Linearschlittens denkbar, welche keine Stellwegbegrenzung für im Bauraum zwischen den Querabschnitten angeordnete, weitere Lineareinheiten wie eine sekundäre Lineareinheit aufweisen.
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Eine weitere mit Vorteil behaftete Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schubachsenmodul einzig eine Führungsachse aufweist, über welche die Linearschlitten der Lineareinheiten des Schubachsenmodules gemeinsam beweglich geführt sind, wodurch eine äußerst kompakte Bauform des Schubachsenmodules ermöglicht werden kann. Dies ist dadurch bedingt, dass durch die Ausgestaltung und Anordnung der Lineareinheiten des Schubachsenmodules dahingehend, dass lediglich eine gemeinsame Führung der Linearschlitten benötigt wird, auf die bauraumintensive Anordnung weiterer Führungsachsen verzichtet werden kann. Trotzdem besteht vorteilbehaftet die Möglichkeit, rotatorische Freiheitsgrade der Linearschlitten und somit der Lineareinheit in Verbindung mit beispielsweise den Spindeltrieben zu sperren.
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Eine sinnvolle Ausführungsform der Erfindung gestaltet sich ferner dadurch, dass die Bewegungskopplung zwischen primärer Lineareinheit und sekundären Lineareinheiten durch Anordnung einer Gewindespindel zumindest eines der Gewindetriebe der sekundären Linearreinheiten an der primären Lineareinheit erfolgt. Hierbei kann dies insbesondere im Hinblick auf eine optimale Bauraumnutzung und eine möglichst geringe zu bewegende Masse als vorteilhaft betrachtet werden. Hierdurch kann wiederum eine höhere Dynamik gegenüber beispielsweise einer Ausgestaltung mit zusätzlich an der sekundären Lineareinheit angeordneten Lagerelementen erreicht werden.
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Als weitaus praxisgerecht stellt es sich dar, wenn der Linearstellmechanismus drei Schubachsenmodule aufweist, da dies eine weitgehend optimale Bauraumausnutzung in Verbindung mit durch die Linearstelleinheit zur Verfügung stellbaren Stellbewegungen darstellt.
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Sind darüber hinaus die Schubachsenmodule des Linearstellmechanismus zu einer Mittellängsachse des Linearstellmechanismus gleichartig und entlang einer Umfangsrichtung zueinander im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet, ist dies im Hinblick darauf als positiv zu erachten, dass der mehrere Schubachsenmodule aufweisende Linearmechanismus einen weitestgehend minimalen Bauraum bei gleichzeitig hoher Anzahl an zum einen durch ein jeweiliges Schubachsenmodul bereitgestellter, bewegungsgekoppelter Stellbewegungen aufweist, wobei diese gekoppelten Stellbewegungen zum anderen durch die Ausführung durch mehrere Schubachsenmodule unabhängig voneinander zur Verfügung stehen. Die gleichartige Anordnung der einzelnen Schubachsenmodule könnte dabei beispielsweise auf den Schenkeln eines gleichschenkligen Dreieckes erfolgen oder entlang einer Kreisbahn, welche konzentrisch zur Mittellängsachse des Linearstellmechanismus verläuft, wobei die Schubachsenmodule in radialer Richtung den gleichen Abstand zur Mittellängsachse aufweisen würden. Insbesondere die Linearschlitten der Lineareinheiten könnten hierbei in Umfangsrichtung gekrümmt vorliegen und hierbei von Schubachsenmodul zu Schubachsenmodul den gleichen Krümmungsradius aufweisen. Dabei könnte die Kontur eines Linearschlittens der Form eines Hohlzylindersegmentes folgen oder ein Linearschlitten z. B. die Form eines Ringsegmentes aufweisen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, welche im Folgenden näher beschrieben werden.
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Diese zeigt in
- 1 eine Weiterbildung des Linearstellmechanismus;
- 2 eine Weiterbildung des Linearstellmechanismus mit drei Schubachsenmodulen;
- 3 eine Anordnung mehrerer Stellantriebe.
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1 zeigt eine Weiterbildung des motorisch angetriebenen Linearstellmechanismus 1. Hierbei weist dieser ein beweglich an dem Linearstellmechanismus 1 angeordnetes Schubachsenmodul 2 sowie zwei Stellantriebe 3 auf. Das Schubachsenmodul 2 zeigt zudem zwei Lineareinheiten 4, 5, wobei eine der Lineareinheiten 4,5 als eine primäre Lineareinheit 4 und eine der Lineareinheiten 4, 5 als eine sekundäre Lineareinheit 5 ausgebildet ist. Dabei ist die sekundäre Lineareinheit 5 dadurch an die primäre Lineareinheit 4 bewegungsgekoppelt, dass die Gewindespindel 17 des Spindeltriebes 10 der sekundären Lineareinheit 5 an der primären Lineareinheit 4 und hierbei speziell an dem Linearschlitten 9 der primären Lineareinheit 4 angeordnet und insbesondere drehbar gelagert ist. Die Spindeltriebe 10 der Lineareinheiten 4, 5 weisen zudem neben der jeweiligen Gewindespindel 17 jeweils die Gewindespindelmuttern 20 auf, welche an den jeweiligen Linearschlitten 9 sowohl der primären Lineareinheit 4 als auch der sekundären Lineareinheit 5 angeordnet sind. In Verbindung mit der Führungsachse 16, über welche die Linearschlitten 9 der Lineareinheiten 4, 5 des Schubachsenmodules 2 zudem gemeinsam beweglich geführt sind, sind durch die Lineareinheiten 4, 5 die Drehbewegungen der mit den Lineareinheiten 4, 5 verbundenen Stellantriebe 3 in lineare Stellbewegungen 6 überführbar, da die rotatorischen Freiheitsgrade der Linearschlitten 9 der Lineareinheiten 4, 5 durch die Gewindespindeln 17 sowie die Führungsachse 16 gesperrt werden. Zur Anordnung der Führungsachse 16 weisen die Linearschlitten 9 jeweils Durchbrechungen auf, in welchen Lagerbuchsen 21 angeordnet sind, die der reibungsminimierenden Lagerung der Linearschlitten 9 an der Führungsachse 16 dienen. Die Gewindespindeln 17 der Spindeltriebe 10 der jeweiligen Lineareinheiten 4, 5 sowie die Teleskopwelle 7 und die Führungsachse 16 des Schubachsenmodules 2 sind ferner parallel zueinander angeordnet. Die hierbei durch die sekundäre Lineareinheit 5 durchführbare Stellbewegungen 6 ist durch die Anordnung dieser an der primären Lineareinheit 4 räumlich begrenzt. Dies liegt an der Anordnung der sekundären Lineareinheit 5, im Genauen des Linearschlittens 9 der sekundären Lineareinheit 5 in dem Bauraum zwischen den Querabschnitten 15 des U-förmig ausgebildeten Linearschlittens 9 der primären Lineareinheit 4. Die beiden Querabschnitte 15 sind dabei jeweils an den Enden des Längsabschnittes 14 und orthogonal zu diesem Längsabschnitt 14 ausgeformt und schließen flächenbündig mit dem Längsabschnitt 14 ab. Weiterhin sind die an dem Linearstellmechanismus 1 lösbar angeordneten Stellantriebe 3 im in 1 dargestellten Betrieb des Linearstellmechanismus ortsfest gegenüber den Lineareinheiten 4, 5, wodurch sie bei einer Bewegung der Lineareinheiten 4, 5 nicht mitbewegt werden. Zudem sind die Stellantriebe 3 in dieser Weiterbildung beabstandet zu dem Schubachsenmodul 2 an dem Stellantriebsträger 22 angeordnet. Eine der Antriebswellen 11 der Stellantriebe 3 ist zudem über eine der Kupplungen 12 mit der längenveränderlich ausgebildeten Teleskopwelle 7, eine weitere der Antriebswellen 11 mit dem Spindeltrieb 10 der primären Lineareinheit 4 ebenfalls über eine der Kupplungen 12 wirkverbunden. Die längenveränderlich ausgeprägte Teleskopwelle 7 ist weiterhin mit dem Spindeltrieb 10 der sekundären Lineareinheit 5 über die Kupplung 13 verbunden. Die längenveränderliche Ausbildung der Teleskopwelle 7 ist dahingehend notwendig, da bei einer durch die primäre Lineareinheit 4 durchgeführten Stellbewegung 6 die sekundäre Lineareinheit 5 mitgeführt wird und die Teleskopwelle 7 der Stellbewegung 6 folgt. Hierfür weist die Teleskopwelle 7 zwei Wellenglieder 8 mit fluchtenden Längsachsen, wobei die Wellenglieder 8 ineinander längsverschieblich und drehfest zu- und aneinander angeordnet sind.
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2 zeigt eine Ausgestaltung des Linearstellmechanismus 1 mit drei Schubachsenmodulen 2. Die Schubachsenmodule 2 sind hierbei zu einer Mittellängsachse 18 des Linearstellmechanismus 1 gleichartig und entlang der Umfangsrichtung 19 zueinander gleichmäßig beabstandet angeordnet, wobei der Linearstellmechanismus 1 eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist. Die jeweiligen Schubachsenmodule 2 sowie die Führungsachsen 16 sind zwischen bodenseitigem Spindel- und Achsträger 23 sowie der kopfseitigem Spindel- und Achsträger 24 angeordnet. Zudem sind die Linearschlitten 9 der Lineareinheiten 4, 5 in Umfangsrichtung 18 gekrümmt ausgebildet, wobei diese von Schubachsenmodul zu Schubachsenmodul den gleichen Krümmungsradius aufweisen. Die Kontur des Linearschlittens 9 der primären Lineareinheit 4 folgt dabei der Form eines Hohlzylindersegmentes, der Linearschlitten 9 der sekundären Lineareinheit 5 hingegen weist die Form eines Ringsegmentes auf.
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In 3 ist die Anordnung mehrerer Stellantriebe 3 an dem Stellantriebsträger 22 dargestellt. Diese Stellantriebe 3 sind positionsunveränderlich angeordnet und werden somit nicht durch eine der in 1 oder 2 dargestellten Lineareinheiten 4, 5 mitbewegt. Die Stellantriebe 3 sind somit leicht einzeln oder insgesamt in Form der Antriebseinheit 25 austauschbar, was eine hohe Modularität des Aufbaus bewirkt. Weiterhin sind mehrere Kupplungen 12 dargestellt, die die Teleskopwellen 7 sowie die Spindeltriebe 10 mit den Stellantrieben 3 wirkverbinden. Hierbei sind die Kupplungen 12 zwischen dem Stellantriebsträger 22 und dem bodenseitigem Spindel- und Achsträger 23 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Linearstellmechanismus
- 2
- Schubachsenmodul
- 3
- Stellantrieb
- 4
- Primäre Lineareinheit
- 5
- Sekundäre Lineareinheit
- 6
- Stellbewegung
- 7
- Teleskopwelle
- 8
- Wellenglied
- 9
- Linearschlitten
- 10
- Spindeltrieb
- 11
- Antriebswelle
- 12
- Kupplung (antriebsseitig)
- 13
- Kupplung (abtriebsseitig)
- 14
- Längsabschnitt
- 15
- Querabschnitt
- 16
- Führungsachse
- 17
- Gewindespindel
- 18
- Mittellängsachse
- 19
- Umfangsrichtung
- 20
- Gewindespindelmutter
- 21
- Lagerbuchse
- 22
- Stellantriebsträger
- 23
- Bodenseitiger Spindel- und Achsträger
- 24
- Kopfseitiger Spindel- und Achsträger
- 25
- Antriebseinheit
