-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft eine Linearbewegungsvorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Linearbewegungsvorrichtung
-
Hintergrund der Erfindung
-
Linearbewegungsvorrichtungen sind beliebte Konstruktionselemente, um eine translatorische Bewegung mit einer etwa zukaufbaren oder zulieferbaren Baugruppe umzusetzen. Eine Linearbewegungsvorrichtung wird durch Größen wie einen Verfahrweg, eine Verfahrgeschwindigkeit und eine aufbringbare Kraft bestimmt. Ein Erhöhen der aufbringbaren Kraft stellt in der Praxis häufig ein Hindernis derart dar, dass einem Vorsehen einer einzelnen kräftigeren Linearbewegungsvorrichtung eine Gewichtsforderung oder eine Dynamikanforderung entgegensteht, wohingegen durch ein Vorsehen mehrerer Linearbewegungsvorrichtungen bei steifen oder relativ steifen Systemen eine statische Überbestimmung induziert wird. Eine statische Überbestimmung resultiert häufig in einem erhöhten mechanischen Verschleiß oder einem Verklemmen.
-
Aus der
EP 2 718 921 B1 ist ein Bewegungssimulator mit einer Hexapod-Stufe, umfassend sechs Linearbewegungsvorrichtungen, und einer Verschwenk-Stufe, umfassend zwei Linearbewegungsvorrichtungen, bekannt. Die insgesamt acht Linearbewegungsvorrichtungen sind jeweils zueinander im Allgemeinen windschief angeordnet, weisen jeweils einen gesonderten Elektromotor als Antrieb auf, und sind jeweils axial beidseitig über ein Kardangelenk ein internes Drehmoment abstützend gelagert.
-
Aus der
DE 10 2007 043 391 A1 ist ein Aktor mit einem verlagerbaren Ausleger bekannt. Dieser weist ein Gehäuse, eine Gewindespindel und einen darin über eine Mutter eingreifenden Ausleger auf, wobei eine Verdrehsicherung zwischen dem Gehäuse und der Mutter oder dem Ausleger vorgesehen ist. Die Verdrehsicherung soll verhindern, dass sich der Ausleger bei einer Drehbewegung der Gewindespindel mit-dreht, indem sie Kräfte in der Umfangsrichtung aufnimmt. Die offenbarte Gestaltung mit einem bezüglich einer Spindel-Drehachse konvexen Gleitprofil und daran angepassten Gehäuse-seitigen Führungsnut soll einen verringerten Verschleiß bewirken.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine aufbringbare Kraft einer Linearbewegungsvorrichtung zu erhöhen. Dabei soll bevorzugt auf eine günstige Herstellbarkeit, wie eine einfache Montage und eine serientaugliche Fertigbarkeit, und eine breite Verwendbarkeit, wie ein relativ geringes Gewicht und/oder einen relativ geringen Bauraum und/oder einen relativ geringen Verschleiß, abgestellt werden.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Linearbewegungsvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Steuern einer Linearbewegungsvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 10. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Unabhängig beanspruchbar ist eine Linearbewegungsvorrichtung mit einer Längsachse, mit zumindest zwei Gewindespindeln, die sich parallel zu der Längsachse nebeneinander erstrecken, und die an einem Gehäuse der Linearbewegungsvorrichtung und um ihre jeweilige Längsachse drehbar gelagert sind, und mit einem (gemeinsamen) Ausleger, der formschlüssig in die Gewindespindeln eingreift, und wobei der Ausleger und/oder der formschlüssige Eingriff zum (antriebsverbundenen) Übersetzen zwischen einer Rotation der Gewindespindeln (um ihre jeweiligen Längsachsen) und einer Linearbewegung des Auslegers (entlang der Längsachse) vorbereitet ist. Durch die zumindest zwei Gewindespindeln wird die aufbringbare Kraft erhöht. Gegenüber einer einzelnen Gewindespindel mit vergleichbarer aufbringbarer Kraft liegt bei gleicher GesamtQuerschnittsfläche ein reduziertes Massenträgheitsmoment vor, sodass insgesamt eine höhere Dynamik erreicht werden kann, um ein schnelleres Ansprechen und weniger Energieverbrauch bei wiederholten Beschleunigungsvorgängen zu erreichen. Dabei kann durch das Integrieren beider Gewindespindeln auf beispielsweise getrennte Gehäuse verzichtet werden, um Gewicht und Bauraum zu sparen. Die zumindest zwei Gewindespindeln, die sich parallel zu der Längsachse nebeneinander erstrecken, sind zumindest zwei parallel angeordnete und geschaltete Gewindespindeln. Indem zwei Gewindespindeln parallel angeordnet und geschaltet vorgesehen werden, kann auf eine verschleißende Verdrehsicherung verzichtet werden. Es liegt also ein Mehrfachnutzen in dem Erhöhen der aufbringbaren Kraft, dem schnelleren Ansprechen, dem verringerten Energieverbrauch, dem Einsparen von Gewicht und dem Verzicht auf Verschleißteile vor.
-
Unabhängig beanspruchbar ist auch eine Linearbewegungsvorrichtung mit einer Längsachse, mit zumindest zwei Gewindespindeln, die sich parallel zu der Längsachse nebeneinander erstrecken, und die an einem Gehäuse der Linearbewegungsvorrichtung (vorzugsweise um ihre jeweilige Längsachse rotationsfest) gelagert sind, und mit einem (gemeinsamen) Ausleger, der formschlüssig in die Gewindespindeln eingreift, und wobei der Ausleger und/oder der formschlüssige Eingriff zum (antriebsverbundenen) Übersetzen zwischen einer Rotation des formschlüssigen Eingriffs der jeweiligen Gewindespindel (um die Längsachse der jeweiligen Gewindespindel) und einer Linearbewegung des Auslegers (entlang der Längsachse) vorbereitet ist. Diese Linearbewegungsvorrichtung erzielt dieselben Vorteile wie die vorstehende Linearbewegungsvorrichtung. Im Gegensatz zu der vorstehenden Linearbewegungsvorrichtungsform mit drehbar gelagerten Gewindespindeln verfügt dieser Typ Gewindespindeln über Gehäuse-fest festgelegte Gewindespindeln und einen Rotationsfreiheitsgrad und/oder einen Rotationsantrieb und/oder einen Rotationsabtrieb in der formschlüssigen Aufnahme. Hierdurch kann beispielsweise von vornherein ein geringes rotatorisches Massenträgheitsmoment erzielt werden. Eine solche Linearbewegungsvorrichtung wird insbesondere dann eingesetzt, wenn der Ausleger in einer Vorrichtung festgelegt ist und das Gehäuse verfahren wird. Hierbei kann ergänzend ein Ausleger-fest angeordneter Antrieb zum Antreiben des formschlüssigen Eingriffs vorgesehen sein.
-
Unabhängig beanspruchbar ist auch eine Linearbewegungsvorrichtung mit einer Längsachse, mit zumindest zwei Gewindespindeln, die sich parallel zu der Längsachse nebeneinander erstrecken, und die an einem Gehäuse der Linearbewegungsvorrichtung (vorzugsweise um ihre jeweilige Längsachse drehbar und/oder vorzugsweise um ihre jeweilige Längsachse rotationsfest) gelagert sind, und mit einem (gemeinsamen) Ausleger, der formschlüssig in die Gewindespindeln eingreift, wobei eine Relativrotation zwischen dem formschlüssigen Eingriff des Auslegers und der jeweiligen Gewindespindel (um die Längsachse der jeweiligen Gewindespindel) erzeugbar ist, und wobei der Ausleger und/oder der formschlüssige Eingriff zum (antriebsverbundenen) Übersetzen zwischen der Relativrotation und einer Linearbewegung des Auslegers (entlang der Längsachse) vorbereitet ist. Diese Linearbewegungsvorrichtung vereinigt die Merkmale der vorstehenden Linearbewegungsvorrichtungen, und sie erzielt dieselben Vorteile wie die vorstehenden Linearbewegungsvorrichtungen.
-
Eine Richtung entlang der Längsachse der Linearbewegungsvorrichtung und/oder parallel dazu wird als „axial“ bezeichnet. Eine Richtung senkrecht dazu wird als „radial“ bezeichnet. Eine Richtung um die Längsachse der Linearbewegungsvorrichtung und/oder um eine dazu parallele Achse herum wird als „zirkumferential“ oder „Umfangsrichtung“ bezeichnet. Die Gewindespindeln können auch kurz als Spindeln bezeichnet sein. Die Linearbewegungsvorrichtung kann insbesondere ein Hubzylinder sein, oder als ein solcher verwendbar sein. Die Gewindespindel und der Ausleger können gemeinsam als ein Spindeltrieb bzw. Spindelantrieb bezeichnet sein. Die Linearbewegung des Auslegers kann als eine Kraftlinie bezeichnet sein. Der Ausleger kann zum Koppeln mit einem anzutreibenden System und/oder einem antreibenden System vorbereitet sein.
-
Weiterbildend kann vorgesehen werden, dass der formschlüssige Eingriff ein Schraubeingriff ist, sodass auf bewährte Fertigungsverfahren zurückgegriffen werden kann.
-
Weiterbildend kann vorgesehen werden, dass der Ausleger in zumindest einer der Spindeln über eine Gewindemutter, einen Kugelgewindetrieb und/oder eine Kugelumlaufspindel formschlüssig eingreift, sodass auf bewährte Bauformen für einen formschlüssigen Eingriff zurückgegriffen werden kann. Auch andere, hier nicht explizit erwähnte Spindeltriebtechniken können zum Einsatz kommen, die genannten Bauformen sind lediglich aktuell aus praktischen Erwägungen bevorzugte Beispiele.
-
Weiterbildend kann vorgesehen werden, dass der Ausleger jede der Spindeln (etwa um die jeweilige Längsachse herum) etwa umfasst. Hierdurch wird ein besonders stabiler Eingriff bei verringertem Flächenanpressdruck in dem Formschluss erreicht.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass die Gewindespindeln und der formschlüssige Eingriff des Auslegers selbsthemmend oder nicht-selbsthemmend ausgebildet sind. Ein selbsthemmender Eingriff ermöglicht ein Energiezufuhr-loses Halten. Ein nichtselbsthemmender Eingriff ermöglicht ein Übersetzen einer translatorischen in eine rotatorische Bewegung.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass der Ausleger an einer Stirnseite des Gehäuses parallel zu oder entlang der Längsachse und/oder an einer Nicht-Stirnseite des Gehäuses unter einem Winkel zu der Längsachse aus dem Gehäuse austritt. Hierdurch wird eine situationsanpassbare Linearbewegungsvorrichtung erreicht.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass die Gewindespindeln am Gehäuse axial gelagert sind. Hierdurch wird erreicht, dass die Axialkraft der Gewindespindeln konzentriert abgeführt werden kann.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass die Gewindespindeln am Gehäuse axial unter Zwischenfügen eines Axiallagers gelagert sind. Ein Axiallager ermöglicht eine Rotation um die jeweilige Spindellängsachse. Ein Axiallager ist ein bewährtes Konstruktionselement.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass zwischen die Gewindespindel und das Axiallager oder zwischen das Axiallager und das Gehäuse ein elastisches Element zwischengefügt und/oder zwischengeschaltet ist. Hierdurch kann eine statische Überbestimmung besonders zuverlässig vermieden werden. Dies reduziert einerseits den Verschleiß und ermöglicht andererseits ein anteiliges Kraftübertragen, sodass ebenfalls ein Doppelnutzen vorliegt.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass unter einem „elastischen Element“ zumindest eine Feder und/oder zumindest eine Tellerfeder und/oder zumindest eine Schraubenfeder und/oder zumindest eine Blattfeder verstanden wird. Hierdurch wird auf bewährte und günstige Bauteile zurückgegriffen. Allgemeiner formuliert wird unter einem „elastischen Element“ ein Bauteil oder eine Baugruppe verstanden, welche/s durch seine/ihre Gestalt und seine/ihre Materialwahl eine Proportionalität zwischen Verformung und Verlagerung erreicht. Vorzugsweise weist das elastische Element eine Dämpfungswirkung, beispielsweise durch ein Reibungs-Aneinanderanliegen mehrerer Schichten, wie in einem Tellerfedernpaket, auf. Diese Eigenschaften kann jedes in der Beschreibung erwähnte elastische Element aufweisen, ohne dass es nochmals explizit erwähnt wird.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der Gewindespindeln an zumindest einem axialen Ende oder an beiden axialen Enden von axial außen zumindest über ein Spindel-festes Widerlager, ein Axiallager und ein Gehäuse-festes Widerlager gelagert ist. Dieses Merkmal kann auch unabhängig beansprucht werden. Hierdurch wird erreicht, dass die betroffene Gewindespindel auf Zug beansprucht wird. Somit kann auf eine Auslegung gegen ein Ausknicken der Gewindespindel verzichtet werden, wodurch im Allgemeinen eine dünnere Gewindespindel erreicht werden kann. Dies spart Gewicht und Bauraum und erhöht die Dynamik.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der Gewindespindeln an zumindest einem axialen Ende radial über ein spindel-festes oder gehäuse-festes Loslager gelagert ist. Ein radial lagerndes Loslager kann auch als ein losgelagertes Radiallager bezeichnet sein. Über das Radiallager können die Querkräfte der Gewindespindeln abgeführt werden, wohingegen mittels der Loslageranordnung eine axiale Bewegbarkeit der Spindeln erreicht wird, beispielsweise zum Ausgleichen von Wärme-induzierter Dehnungen. Ein besonderer Mehrfachnutzen ergibt sich in der Kombination mit der vorstehend beschriebenen Axiallagerung zum Erzielen einer Zugbeanspruchung, weil das (dortige) Axiallager so Querkraft-frei gehalten werden kann.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass das Axiallager und/oder das Radiallager (radiales Lager) zumindest ein Kugellager und/oder zumindest ein Gleitlager und/oder zumindest ein hydrostatisches Lager und/oder zumindest ein hydrodynamisches Lager und/oder eine Vielzahl davon und/oder eine Kombination daraus ist. Hierdurch wird eine Anwendungsanpassbare Linearbewegungsvorrichtung erreicht.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass eine geradzahlige Anzahl an Gewindespindeln vorgesehen ist. Hierdurch wird eine besonders symmetrische Kraftverteilung erzielt. Weiterbildend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass eine ungeradzahlige Anzahl an Gewindespindeln vorgesehen ist. Hierdurch wird eine besonders Situations-anpassbare Linearbewegungsvorrichtung erreicht. Auch bei einer ungeradzahlige Anzahl an Gewindespindeln kann eine symmetrische Kraftverteilung erzielt werden, beispielsweise durch Vorsehen verschiedener Durchmesser der Gewindespindeln, durch Ausgleichen des Trägheitsmoments und/oder durch Ausgleichen von Reaktionskräften.
-
Weiterbildend oder unabhängig beanspruchbar kann vorgesehen sein, dass ein Teil der Gewindespindeln linksgängig und der andere Teil der Gewindespindeln rechtsgängig ist. Hierdurch kann kann erreicht werden, dass interne Drehmomente, welche durch eine Reibung im formschlüssigen Eingriff entstehen, innerhalb der Linearbewegungsvorrichtung zumindest teilweise kompensiert werden können, sodass eine Anlenkung und/oder Lagerung der Linearbewegungsvorrichtung möglichst Drehmoment-frei gehalten werden kann.
-
Weiterbildend oder unabhängig beanspruchbar kann vorgesehen sein, dass bei einer geradzahligen Anzahl an Gewindespindeln die Hälfte der Gewindespindeln linksgängig und die andere Hälfte der Gewindespindeln rechtsgängig ist. Hierdurch wird eine weitestgehende Linearbewegungsvorrichtungs-interne Drehmomenten-Kompensation erreicht.
-
Weiterbildend kann vorgesehen werden ein Antrieb (welcher beispielsweise) bei Vorsehen von rotationsfest gelagerten Gewindespindeln) Ausleger-fest angeordnet ist und dazu vorbereitet ist, die Relativrotation antreibend zu bewirken. Dieses System ist für eine Einbausituation mit festgelegtem Ausleger und verlagerbarem Gehäuse vorteilhaft, weil die bewegte Masse relativ niedrig ist.
-
Weiterbildend oder unabhängig beanspruchbar kann vorgesehen sein, dass die Linearbewegungsvorrichtung zumindest einen Antrieb beinhaltet, welcher zum rotierenden Antreiben zumindest einer der Gewindespindeln vorbereitet ist. Hierdurch kann eine integrierte Einheit erreicht werden, die beispielsweise als Zulieferbaugruppe besonders vorteilhaft abstimmbar ist. Wenn genau ein Antrieb vorgesehen ist, können die Kosten niedrig gehalten werden.
-
Weiterbildend oder unabhängig beanspruchbar kann vorgesehen sein, dass die Linearbewegungsvorrichtung zumindest zwei Antriebe beinhaltet, welche jeweils zum rotierenden Antreiben zumindest einer der Gewindespindeln vorbereitet ist. Hierdurch kann eine integrierte Einheit mit erhöhter Ausfallsicherheit erreicht werden.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass jeder der Gewindespindeln ein Antrieb antriebsverbunden zugeordnet ist. Hierdurch wird eine hohe Redundanz und Ausfallsicherheit erreicht.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei Gewindespindeln ein Antrieb antriebsverbunden zugeordnet ist. Somit werden Antriebsgruppen gebildet, welche besonders vorteilhaft ansteuerbar und/oder wartbar sind.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass die Antriebe voneinander unabhängig und/oder separat antreibbar und/oder ansteuerbar und/oder vorsehbar sein können. Somit wird eine noch höhere Ausfallsicherheit erreicht.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass der Antrieb oder die Antriebe aus der Gruppe gewählt ist, welche einen Elektromotor und/oder einen fluidischen Motor und/oder einen Hydromotor und/oder ein hydraulischer Motor und/oder eine Vielzahl davon und/oder eine Kombination daraus beinhaltet. Hierdurch wird auf bewährte, d.h. erprobte, Komponenten zurückgegriffen. Besonders erwähnt sein soll die Möglichkeit eines hydraulischen Getriebes, wie eines geschlossenen hydrostatischen Kreislaufs, in Kombination mit einem anderen Motor, wie einem Elektromotor. Allgemeiner formuliert kann es vorgesehen sein, dass der Antrieb einen direkt antreibenden Motor oder einen indirekt wie mittels eines Getriebes antreibenden Motor beinhaltet. Ein Getriebe kann ein Teil des Antriebs sein.
-
Der Antrieb kann zum regenerativen Betrieb vorbereitet sein, sodass durch Energiesparen die Systemkosten reduziert werden.
-
Der Antrieb kann eine Bremse beinhalten, die zum Verzögern einer Verlagerung des Auslegers und/oder zum Halten des Auslegers an einer Position vorbereitet sein kann, sodass eine Sicherheitsfunktion und/oder ein Energiesparen erreicht werden kann. Die Bremse kann insbesondere eine lüftbare Bremse sein, also eine Bremse, die durch Energiezufuhr geöffnet wird, und die im Fall eines Ausfalls der Energiezufuhr schließt und so eine Sicherheitsfunktion erfüllt. Die Bremse kann ein Teil eines Getriebes sein, wie eine Drossel und/oder ein Sperrventil in einem Hydraulikkreislauf, und/oder sie kann ein Teil eines Motors sein, wie eine an einen Läufer eines Elektromotors angebaute Scheibenbremse, und/oder sie kann separat von anderen Antriebsbaugruppen vorgesehen sein, um Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Die Bremse kann an einen zentralen Antrieb angreifen, sie kann an jede und/oder zumindest eine Gewindespindel oder Gewindespindeln-Gruppe angreifen, und/oder sie kann an den Ausleger angreifen. Eine Haltefunktion kann auch durch ein gesteuertes Verspannen einer Spindel umgesetzt sein, sodass auf weitere Beuteile verzichtet werden kann.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei der Gewindespindeln mit einem gemeinsamen Antrieb über ein Getriebe und/oder ein Differentialgetriebe antriebsverbunden und/oder rotationsantriebsverbunden sind. Hierdurch kann einerseits die Zahl der Antriebe reduziert werden, sodass Kosten gespart werden können. Ein Differentialgetriebe ermöglicht ein Drehmomenten-Gleichgewicht, welches hilft, ein Verspannen und/oder ein Klemmen des Auslegers zwischen zwei Gewindespindeln zu vermeiden.
-
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass die Linearbewegungsvorrichtung eine Vielzahl von Drehmoment-ausgleichend gesteuerten und/oder bezüglich der jeweiligen Gewindespindel oder Gewindespindeln Dehnungs-ausgleichend gesteuerten und/oder Drehwinkel-synchronisiert gesteuerten und/oder Drehwinkel-ausgleichend gesteuerten und/oder in Abhängigkeit des Verfahrwegs des Auslegers gesteuerten Antrieben und/oder eine Kombination daraus beinhaltet. Ein Drehmoment-ausgleichend gesteuerter Antrieb kann ein Verspannen des Auslegers zwischen zwei Gewindespindeln vermeiden. Ebenso kann ein bezüglich der jeweiligen Gewindespindel oder Gewindespindeln Dehnungs-ausgleichend gesteuerter, ein Drehwinkel-synchronisiert gesteuerter und/oder ein Drehwinkel-ausgleichend gesteuerter Antrieb ein Verspannen des Auslegers zwischen zwei Gewindespindeln vermeiden. Bei Verwenden einer mechanischen Verspannungs-Verhinderungsmaßnahme, wie einem Differentialgetriebe oder einzeln elastisch gelagerten Muttern, kann auch ein in Abhängigkeit des Verfahrwegs des Auslegers gesteuerter Antrieb nicht zu einem Verspannen des Auslegers zwischen zwei Gewindespindeln führen. Es kann also vorgesehen sein, mehrere Antriebe so zu steuern oder rückmeldungssteuern, dass Querkräfte Vorrichtungs-intern minimiert werden.
-
Weiterbildend kann vorgesehen werden, dass zwischen den Ausleger und den formschlüssigen Eingriff in zumindest eine der Spindeln ein elastisches Element zwischengefügt ist, sodass eine statische Überbestimmung besonders zuverlässig vermieden werden kann. Dies reduziert einerseits den Verschleiß und ermöglicht andererseits ein anteiliges Kraftübertragen, sodass ein Doppelnutzen vorliegt. Darüber hinaus ermöglich das elastische Element ein Verspannen der Linearbewegungsvorrichtung, wie beispielsweise um eine etwa Druckkraft in einem etwa ruhenden System aufzubringen.
-
Weiterbildend kann vorgesehen werden, dass in in und/oder an dem Ausleger (10) elastisches Element vorgesehen ist, sodass ein Verspannen der Linearbewegungsvorrichtung ermöglicht wird.
-
Weiterbildend kann vorgesehen werden, dass das Gehäuse dazu vorbereitet ist, unter Zwischenfügen eines elastischen Elements gelagert zu werden. Auch hierbei wird ein Verspannen der Linearbewegungsvorrichtung ermöglicht.
-
Unabhängig beanspruchbar ist auch ein Verfahren zum Steuern (Betreiben) einer Linearbewegungsvorrichtung, die zumindest zwei parallel geschaltete und angeordnete Gewindespindeln zum formschlüssig eingreifenden Verlagern eines gemeinsamen Auslegers beinhaltet, wobei zumindest zwei Antriebe zum Rotationsantreiben der Gewindespindeln vorgesehen sind, wobei die Antriebe Drehmoment-ausgleichend und/oder bezüglich der jeweiligen Gewindespindel oder Gewindespindeln Dehnungs-ausgleichend und/oder Drehwinkel-synchronisiert und/oder Drehwinkel-ausgleichend und/oder in Abhängigkeit des Verfahrwegs des Auslegers gesteuert und/oder rückmeldungsgesteuert werden. Mit dem Verfahren können die vorstehenden Vorteile erreicht werden.
-
Unabhängig beanspruchbar ist auch ein Verfahren zum Steuern einer Linearbewegungsvorrichtung, die zumindest zwei parallel geschaltete und angeordnete Gewindespindeln zum formschlüssig eingreifenden Verlagern eines gemeinsamen Auslegers beinhaltet, wobei zumindest zwei Antriebe zum Rotationsantreiben der Gewindespindeln vorgesehen sind, wobei nur ein Teil der Gewindespindeln zum Verlagern des Auslegers angetrieben wird, wobei ein anderer Teil der Gewindespindeln zum Folgen der Bewegung des Auslegers angetrieben wird, wobei der folgende Teil der Gewindespindeln im Fall eines Ausfalls des verlagernden Teils der Gewindespindeln zum Verlagern des Auslegers angetrieben. Somit kann eine Sicherheitsfunktion umgesetzt werden, welche als ein „Reserveantrieb“ bezeichnet werden kann.
-
Figurenliste
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 in perspektivischer teil-ausgeschnittener Darstellung eine Linearbewegungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und
- 2 in längs-geschnittener Darstellung eine Gewindespindel einer Linearbewegungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
-
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Gleiche Elemente sind über die Figuren und Ausführungsformen hin-weg mit denselben Merkmalen versehen. Auf eine erneute Beschreibung gleicher Merkmale wird größtenteils verzichtet.
-
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
Die 1 zeigt eine Linearbewegungsvorrichtung 1 mit einer Längsachse 2. Die Linearbewegungsvorrichtung hat vier Gewindespindeln 4, die jeweils eine Spindellängsachse 6 aufweisen, die zu der Längsachse 2 parallel sind, sowie ein Gehäuse 8 und einen Ausleger 10. Die Gewindespindeln 4 sind an jeweiligen axialen Enden 12 der Gewindespindeln 4 mittels Lagern 14 an dem Gehäuse 8 um ihre jeweilige Drehachse 6 drehbar gelagert. Genauer gesagt, das Gehäuse 8 umfasst ein Zylinderohr 16, einen Zylinderboden 18 und einen Zylinderdeckel 20, die miteinander fest verbunden sind, wobei jede Gewindespindel 4 über jeweils eine Lagerungen 14 in/an dem Zylinderboden 18 und dem Zylinderdeckel 20 gelagert ist.
-
Jede Gewindespindel 4 wird von zumindest einer Mutter 22 umschlossen, welche formschlüssig ineinander nach Art eines (nicht dargestellten) Gewindes eingreifen. Die jeweilige Mutter 22 ist als ein formschlüssiger Eingriff der jeweiligen Gewindespindel 4 in dem Ausleger 10 und/oder des Auslegers 10 in die jeweilige Gewindespindel 4 bezeichenbar. Die Gewindespindeln 4 und die Muttern 22 wirken zum Übersetzen zwischen einer Rotation 40 der Gewindespindeln 4 und einer Linearbewegung 42 des Auslegers 10 zusammen. Die Rotation 40 der Gewindespindeln 4 um ihre jeweilige Längsachse 6 ist eine Relativrotation zwischen der jeweiligen Gewindespindel 4 und der jeweiligen Mutter 22. Der Bereich des formschlüssigen Eingreifens kann kurz als ein formschlüssiger Eingriff oder Formschluss bezeichnet sein. Die Muttern 22 sind in einem Auslegerbodenstück 24 aufgenommen und dazu festgelegt. Der Ausleger 10 ist als Kolben gebildet, und das Auslegerbodenstück 24 wird auch Kolbenboden genannt. Neben dem Auslegerbodenstück 24 umfasst der Ausleger 10 als elastisches Element eine Auslegerfederung 26, die aus einem Paket von Tellerfedern 28, also zum Bewirken einer dämpfenden Reibung gleichsinnig aneinander anligend gepackten Tellerfedern 28, und eine Auslegerstange 30, welche entlang der Längsachse 2 an einer Stirnseite 44 aus dem Gehäuse 8 zum Verlagern einer (nicht dargestellten) Last aus- und einfahrbar auskragt.
-
Am der Auslegerstange 30 entgegen gerichteten axialen Ende des Gehäuses 8 sind vier Antriebe 32 vorgesehen, von denen jeder einer Gewindespindel 4 zugeordnet ist. Die Antriebe 32 sind als typgleiche Getriebe-Elektromotoren 34 mit einer auf eine (nicht dargestellte) Läuferwelle wirkenden (nicht dargestellten) elektrisch lüftbaren Scheibenbremse, einem Elektromotor 36 und einem Drehzahl-reduzierenden Winkelgetriebe 38 ausgeführt. Die Antriebe 32 sind zum rotierenden Antreiben der jeweiligen Gewindespindel 4 vorbereitet. Die Antriebe 32 sind gemeinsam Drehmoment-ausgleichend Rückmeldungs-gesteuert, wobei ein entsprechendes Steuerungsverfahren durch eine (nicht dargestellte) Steuerungsvorrichtung ausgeführt wird.
-
Von den vier Gewindespindeln 4 sind zwei Gewindespindeln 4 rechtsgängig und zwei Gewindespindeln 4 linksgängig ausgeführt. Die Gewindespindeln 4 sind dabei abwechselnd bzw. alternierend der Reihe nach angeordnet.
-
Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Der allgemeine Aufbau der Linearbewegungsvorrichtung 1 entspricht dem Aufbau der ersten Ausführungsform. Im Folgenden soll eine vorteilhafte Lagerung der Gewindespindeln 4 erläutert werden, im Übrigen wird auf die erste Ausführungsform verwiesen. An beiden axialen Enden 22 ist jede der Gewindespindeln jeweils mit einem Axiallager 46 und einem Radiallager 48 versehen.
-
Die Radiallager 48 sind vom Typ Loslager, sie sind bei dieser Ausführungsform gehäuse-fest vorgesehen, und sie sind als Kugellager ausgeführt.
-
Die Axiallager 46 sind einfach wirkende Axialkugellager, welche jeweils bezüglich der Spindellänge von axial außen nach axial innen zwischen einem axial außen bzw. endseitig vorgesehenen Spindel-festen Widerlager 50 und einem axial innen vorgesehenen Gehäusefesten Widerlager 52 zwischengeschaltet sind. Das Spindel-feste Widerlager 50 kann einstückig oder mehrstückig mit der Gewindespindel 4 ausgebildet sein, und es kann beispielsweise als eine Spindelschulter oder ein Spindelanschlag bezeichnet werden. Das Gehäuse-feste Widerlager 52 kann jeweils ein Teil des Zylinderbodens 18 bzw. des Zylinderdeckels 20 sein, oder es kann dazu (direkt oder auch über das Zylinderrohr 16) festgelegt sein. Dabei beinhalten die Lagerungen 14 jeweils eine als elastisches Element ausgeführte Federung 54, welche zwischen das jeweilige Axiallager 46 und das jeweilige Gehäuse-feste Widerlager 52 zwischengeschalten ist. Hierdurch wird eine statische Bestimmtheit erzielt, nämlich derart, dass eines der beiden Axiallager 46 eine Axialkraft der Gewindespindel 4 aufnimmt, und Querkräfte und Kippmomente der Gewindespindel 4 durch die Radiallager 48 aufgenommen werden. Es werden also 5 Freiheitsgrade der Gewindespindel 4 durch die Lagerungen 14 aufgenommen, wobei eine Drehung der Gewindespindel 4 durch die Lagerungen 14 ermöglicht wird. Die Gewindespindel 4 wird somit durch den Ausleger 10 auf Zug belastet, sodass ein Knickfall ausgeschlossen werden kann. Um eine plastische Verformung der Federungen 54 und/oder eine zu große axiale Bewegung der Gewindespindeln 4 zu vermeiden, können diese ab einem bestimmten Verlagerungsgrenzwert mittels Gehäuse-seitig angeordneten und parallel zu den Federungen 54 geschalteten Anschlägen 56 kurzgeschlossen werden.
-
Offenbart ist also eine Linearbewegungsvorrichtung 1 mit einer Längsachse 2, mit zumindest zwei Gewindespindeln 4, die sich parallel zu der Längsachse 2 nebeneinander erstrecken, und die an einem Gehäuse 8 der Linearbewegungsvorrichtung 1 und um ihre jeweilige Längsachse 6 drehbar gelagert sind, und mit einem Ausleger 10, der formschlüssig in die Gewindespindeln 4 eingreift, und der zum Übersetzen zwischen einer Rotation 40 der Gewindespindeln 4 und einer Linearbewegung 42 des Auslegers 10 vorbereitet ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Linearbewegungsvorrichtung
- 2
- Längsachse
- 4
- Gewindespindel
- 6
- Spindellängsachse
- 8
- Gehäuse
- 10
- Ausleger
- 12
- axiales Ende
- 14
- Lager
- 16
- Zylinderrohr
- 18
- Zylinderboden
- 20
- Zylinderdeckel
- 22
- Mutter
- 24
- Auslegerbodenstück
- 26
- Auslegerfederung
- 28
- Tellerfeder
- 30
- Auslegerstange
- 32
- Antrieb
- 34
- Getriebe-Elektromotor
- 36
- Elektromotor
- 38
- Winkelgetriebe
- 40
- Rotation
- 42
- Linearbewegung
- 44
- Stirnseite
- 46
- Axiallager
- 48
- Radiallager
- 50
- Spindel-festes Widerlager
- 52
- Gehäuse-festes Widerlager
- 54
- Federung
- 56
- Anschlag
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 2718921 B1 [0003]
- DE 102007043391 A1 [0004]
