DE10210265B4

DE10210265B4 - Linearantrieb

Info

Publication number: DE10210265B4
Application number: DE10210265A
Authority: DE
Inventors: Chang-Hsin Kuo; Tung-Hsing Chen
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2022-03-09
Also published as: US20030164054A1; JP3692375B2; DE10210265A1; JP2003211334A

Abstract

Linearantrieb für hohe radiale Belastung, mit:
einer Führungsschiene (1) mit einem U-förmigen Querschnitt, welche im Boden mit zwei Längs-Rillen (11) und in den beiden Innenflächen seiner Seitenwänden mit je einer Längs-Rille (12) versehen ist;
einem Schlitten (2), der innerhalb der U-förmigen Führungsschiene (1) verschiebbar aufgenommen ist, und
einem Betätigungsmittel zum Betätigen des Schlittens (2) in der Führungsschiene (1),
wobei die Länge des Schlittens (2) kürzer ist als die Länge der Führungsschiene (1), und der Schlitten (2) in seiner Unterseite zwei Längs-Rillen (26) und in jeder seiner Seitenwände eine Längs-Rille (27) aufweist, welche jeweils einer entsprechenden Längs-Rille (11, 12) in der Führungsschiene (1) gegenüberliegend ausgebildet sind, und die einander gegenüberliegenden Längs-Rillen (11, 26 und 12, 27) jeweils Wälzkörper zwischen sich aufnehmen, wobei die Wälzkörper jeweils mittels Rücklaufbahnen (21, 22) und einem jeweils zugeordneten Umlaufmechanismus an Stirnseiten des Schlittens (2) umlaufen können,
bei dem die Ebene, in...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Linearantrieb für hohe Belastungen, insbesondere einen Linearantrieb, der sich für Werkzeugmaschinen, mechanische Arme, elektronische Anlagen und Automation eignet und hoch belastbar ist, wobei dessen Führungsschiene einen U-förmigen Querschnitt aufweist.

Der herkömmliche Linearantrieb weist ein Paar von parallel zueinander verlaufenden linearen Gleitschienen auf, die an einer Hilfsbasis befestigt sind, wobei ein beweglicher Tisch an einem Gleitsitz der linearen Gleitschienen angeordnet ist. Eine Spindel oder ein Riemen dient als Betätigungsmittel, um die Hin- und Herbewegung des beweglichen Tisches zu ermöglichen. Diese Technik ist in der US 5,598,043 offenbart. Die Hilfsbasis ist normalerweise aus Gusseisen hergestellt, so dass die Herstellung schwierig ist und die Herstellungskosten sehr hoch sind. Um die Herstellungskosten zu verringern, ist die aus Gusseisen hergestellte Hilfsbasis in Form eines Aluminium-Profils hergestellt. Da Aluminium weicher ist, sind verschiedene Formen leicht herstellbar, so dass die Verarbeitungskosten niedriger sind. Das Aluminium hat aber niedrige Steifheit, so dass die Anforderungen an Geradlinigkeit und Parallelität schwierig erreichbar sind. Daher muss auf die geometrische Genauigkeit bei der Kalibrierung und Montage besonders geachtet werden.

In 5 ist eine in der US 5,273,381 offenbarte Ausführungsform dargestellt, bei der anstelle der linearen Gleitschienen und der Hilfsbasis eine U-förmige Führungsschiene 1 aus Stahl verwendet wird. Die Führungsschiene 1 ist an beiden Innenwänden mit Rillen 16 versehen, in denen Stahlkugeln 8 vorgesehen sind, wobei ein Schlitten 2 mithilfe der Stahlkugeln 8 entlang der Rillen 16 beweglich ist. Bei diesem Stand der Technik wird die Montagedauer reduziert und für die Montage ist nur eine geringe Erfahrung erforderlich, weil die U-förmige Führungsschiene aus Stahl hergestellt ist, so dass die Steifheit besser und die Konstruktion einfacher ist. Wenn diese Führungsschiene 1 mit schweren Gegenständen oder mit einer nach unten gerichteten Kraft F belastet ist, werden die beiden Seitenwände der U-förmigen Führungsschiene nach außen ausgedehnt, so dass der Schlitten 2 sich geringfügig nach unten durchbiegt, wodurch die Genauigkeit des Linearantriebs verschlechtert und somit die Steifheit der Vorrichtung und die Positioniergenauigkeit nachteilig beeinflusst werden. Leider sind die meisten Linearantrieb in dieser Richtung montiert. Wird der Schlitten 2 mehr belastet, wird die Genauigkeit des Linearantriebs erheblich verschlechtert, eigentlich ist der Linearantrieb mit schweren Gegenständen nicht belastbar und somit unbrauchbar.

Aus dem Dokument US 5,067,823 ist eine Linearführung bekannt, die eine U-förmige Führungsschiene aufweist, innerhalb welcher ein Schlitten längsverschiebbar aufgenommen ist. Führungsschiene und Schlitten weisen in ihren Längsseiten jeweils einander gegenüberliegende Wälzkörperrillen auf, zwischen denen Wälzkörper aufgenommen sind.

In „NEFF Antriebstechnik Automation: Linear-Lager-Systeme, Seiten 3, 4, 12" ist zum einen eine Linearführung gezeigt, die eine U-förmige Führungsschiene und einen darin verschiebbar aufgenommenen Schlitten aufweist, welcher mittels zwei in den jeweiligen Längsseiten von Führungsschiene und Schlitten ausgebildete Wälzkörper-Laufbahnen verschiebbar geführt ist. Als weitere Ausführungsform ist eine Linearführung gezeigt mit einer Führungsschiene, die von einem C-förmigen Schlitten umgriffen wird. Der Schlitten weist an seinen senkrechten Innenwänden Laufrillen auf, die Laufrillen in der Führungsschiene gegenüberliegen.

Aus dem Dokument DE 30 05 579 A1 ist eine Linearführung bekannt, bei der der Schlitten C-förmig ausgebildet ist, welcher die Spurstange (Führungsschiene) oben, an Seitenrändern und an unteren schräg nach innen gerichteten Abschnitten umgreift. Der Schlitten ist mittels Kugelführungen auf/an der Spurstange abgestützt, welche sich einerseits in Längsrichtung zwischen der Oberseite der Spurstange und der dieser gegenüberliegenden Unterseite des Schlittens und andererseits an schräg nach innen gerichteten seitlichen Rändern von Spurstange und Schlitten erstrecken. Ein vertikaler Krafteintrag auf den Schlitten wirkt derart, dass der Schlitten nur auf der Oberseite der Spurstange abgestützt ist bzw. von den entsprechenden Kugelführungen auf der Oberseite der Spurstange getragen wird. Die zwischen den schräg nach innen gerichteten Endabschnitten des Schlittens und den gegenüberliegenden schrägen Rändern der Spurstange ausgebildeten Kugelführungen können eventuell auftretende Kipp- bzw. Horizontallasten aufnehmen. Die oberen und die unteren/seitlichen Kugelumläufe verlaufen jeweils senkrecht bezüglich ihrer Abstützfläche. Aufgrund der C-Form des Schlittens wirken seitlich bzw. horizontal an den unteren Schlitten-Kugelführungen einwirkende Kräfte im Wesentlichen senkrecht auf ihre entsprechende Anlage- bzw. Stützfläche.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen Linearantrieb zu schaffen, der sich durch einen einfachen und unkomplizierten Aufbau und die Aufnahme von vertikal und horizontal einwirkenden Kräften auszeichnet, ohne dessen Bauteile wie z.B. die Führungsschiene und den Schlitten besonders materialintensiv zu gestalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Linearantrieb mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 5 gestalten den Linearantrieb weiter aus.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt. In der Zeichnung zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht der vorliegenden Erfindung;
2 einen Teilschnitt der 1;
3 einen weiteren Teilschnitt der 1;
4 einen Querschnitt entlang der Linie A-A' der 1; und
5 einen Querschnitt eines herkömmlichen Linearantriebs.
Bezugnehmend auf 1 wird der erfindungsgemäße Linearantrieb mittels einer Kugelumlaufspindel bewegt. Ein Motor (nicht gezeigt) ist an einem Verbindungssitz 42 eines Lagersitzes 4 befestigt, während Befestigungsbohrungen 422 zum Festschrauben des Motors dienen. Eine Motorwelle ist durch eine Rundbohrung 421 hindurchgesteckt. Eine Spindel 3 ist mit einem Gewinde 31 versehen und von Lagersitzen 4, 5 beschränkt, wobei die Spindel 3 links von Schrauben 92, einem Lagerring 93 und einer Befestigungsmutter 94 positioniert ist. Eine Wellenkupplung (nicht gezeigt) ist mit dem am Verbindungssitz 42 befestigten Motor verbunden. Beim Drehen des Motors wird die Spindel 3 mitgedreht, wobei ein Schlitten 2 außen an der Spindel 3 angebracht ist. Der Schlitten 2 ist mit Innengewinde versehen, das dem Gewinde 31 der Spindel 3 entspricht, so dass der Schlitten 2 beim Drehen der Spindel 3 entlang der Führungsschiene 1 nach links und rechts bewegbar ist.
2 und 3 zeigen einen Teilschnitt der 1. Um die detaillierte Struktur zu veranschaulichen, sind die Führungsschiene 1 und die Endkappe 6 der 2 geschnitten, wobei der Ausschnitt mit Schraffur versehen ist. Außer der Führungsschiene 1 und der Endkappe 6 wird noch der linke obere Teil des Schlittens 2 in 3 ausgeschnitten, um die innere Konstruktion des Schlittens 2 zu verdeutlichen. Die Führungsschiene 1 ist im Wesentlichen als U-förmige Leiste ausgebildet, wobei sie unten in der Mitte mit zwei unteren Rillen 11 und an den beiden Innenwänden mit je einer seitlichen Rille 12 versehen ist, während der Schlitten 2 entsprechende Rillen aufweist, so dass die Stahlkugeln 8 zwischen Rillen der Führungsschiene 1 und des Schlittens 2 beweglich sind, um den gleitenden Reibungswiderstand dazwischen zu verringern. Um den Kreislauf der Stahlkugeln 8 zu ermöglichen, ist der Schlitten 2 mit Rücklaufbohrungen 21, 22 versehen. Ein halbzylindrisches Führungsstück 7 dient zur Erleichterung des Rücklaufs der Stahlkugeln 8. Der Schlitten 2 ist an beiden Seiten mit je einer Endkappe 6 versehen, die an beiden Seiten des Schlittens 2 dadurch befestigt ist, dass die Schrauben 91 in die Gewindelöcher 25 eingedreht sind, so dass es ausgeschlossen ist, dass die laufenden Stahlkugeln 8 herunterfallen. Eine Montageplatte 23 dient zur Verbindung mit der zu bewegenden Vorrichtung, die durch Befestigungsbohrungen 24 befestigt ist. Die Befestigungsbohrungen 15 dienen zur Befestigung des Lagersitzes 4.
In 4 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A' der 1 dargestellt. Die Führungsschiene 1 ist etwa U-förmig ausgebildet. Außer den unteren Rillen 11 und den seitlichen Rillen 12 weist die Führungsschiene 1 an der Verbindungsfläche zwischen der Unterfläche 13 und der mechanischen Basis mehrere Montagelöcher 14 auf, um die Verbindung zwischen dem Linearantrieb der vorliegenden Erfindung und der mechanischen Basis zu erleichtern und die Anwendung der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen. Bei Anwendung ist es nur notwendig, dass der erfindungsgemäße Linearantrieb auf die zu positionierende Stelle gestellt und über den Montagelöchern 14 befestigt wird. Insbesondere sind gemäß der vorliegenden Erfindung die unteren Rillen 11 an der Führungsschiene 1 und die Rillen 26 an dem Schlitten 2 vorgesehen. Die Spindel 3 dient zum Tragen der axialen Belastung der Spindel 3, wobei das Gesamtgewicht des zu tragenden Gegenstands auf dem Schlitten 2 von den unteren Rillen 11, den seitlichen Rillen 12 und den Stahlkugeln 8 getragen werden muss. Bei der vorliegenden Erfindung sind die unteren Rillen 11 der Führungsschiene 1 an der unteren Innenseite vorgesehen, so dass ein ausgezeichnetes Belastungsvermögen in Richtung nach unten bezüglich 4 vorhanden ist. Ohne die unteren Rillen 11 in 4 würde das Gewicht des zu tragenden Gegenstands völlig von den seitlichen Rillen 12 getragen. Die Kraftausübung auf die seitlichen Rillen 12 stellt eine seitliche Teilkraft her, so dass sich die beiden Seitenschenkel der U-förmigen Führungsschiene 1 nach außen ausdehnen, wodurch der ganze Schlitten 2 geringfügig nach unten geht und somit die Steifheit der ganzen Konstruktion verschlechtert ist. Bei der vorliegenden Erfindung können die unteren Rillen 11 die Hauptlast tragen, wobei der Abstand zwischen den unteren Rillen 11 und der zur Montage dienenden Unterfläche 13 kurz ist, außerdem ist die Konstruktion fest und massiv, so dass die strukturelle Steifheit ausgezeichnet ist. Der Schnittwinkel A zwischen der Kraftrichtung der seitlichen Rille 12 und der Kraftrichtung der unteren Rille 11 beträgt zwischen 105° und 150°. Daher besitzt die vorliegende Erfindung nicht nur in der vertikalen Richtung, sondern auch in der horizontalen Richtung eine ausgezeichnete Konstruktionsfestigkeit.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten. Insbesondere wird der Schutzumfang der Erfindung durch die Ansprüche festgelegt.

Claims

Linearantrieb für hohe radiale Belastung, mit: einer Führungsschiene (1) mit einem U-förmigen Querschnitt, welche im Boden mit zwei Längs-Rillen (11) und in den beiden Innenflächen seiner Seitenwänden mit je einer Längs-Rille (12) versehen ist; einem Schlitten (2), der innerhalb der U-förmigen Führungsschiene (1) verschiebbar aufgenommen ist, und einem Betätigungsmittel zum Betätigen des Schlittens (2) in der Führungsschiene (1), wobei die Länge des Schlittens (2) kürzer ist als die Länge der Führungsschiene (1), und der Schlitten (2) in seiner Unterseite zwei Längs-Rillen (26) und in jeder seiner Seitenwände eine Längs-Rille (27) aufweist, welche jeweils einer entsprechenden Längs-Rille (11, 12) in der Führungsschiene (1) gegenüberliegend ausgebildet sind, und die einander gegenüberliegenden Längs-Rillen (11, 26 und 12, 27) jeweils Wälzkörper zwischen sich aufnehmen, wobei die Wälzkörper jeweils mittels Rücklaufbahnen (21, 22) und einem jeweils zugeordneten Umlaufmechanismus an Stirnseiten des Schlittens (2) umlaufen können, bei dem die Ebene, in der die Wälzkörper der seitlichen Rillen (12, 27) und der zugehörigen Rücklaufbahn (22) umlaufen, schräg relativ zu der entsprechenden Seitenwand ausgerichtet ist, bei dem die Hauptlast senkrecht auf die unteren Rillen (11) einwirkt und jeweils eine Teilkraft schräge in einem vorbestimmten Winkel auf die jeweilige Seitenwand einwirkt, und bei dem der Schnittwinkel zwischen der senkrechten Kraftrichtung auf die untere Rille (11) und der Kraftrichtung auf die seitliche Rille (12) zwischen 105° und 150° beträgt.
Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsmittel als Spindel (3) ausgebildet ist, wobei der Schlitten (2) mit Innengewinde versehen ist, welches entsprechend dem Gewinde (31) der Spindel (3) ausgebildet ist.
Linearantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (3) als Kugelumlaufspindel ausgebildet ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die U-förmige Führungsschiene (1) in ihrer Unterseite Montagelöcher (14) aufweist, mittels denen die Befestigung des hoch belasteten Linearantriebs an der mechanischen Vorrichtung erfolgt.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper als Kugeln oder Rollen ausgebildet sind.