DE19501028A1 - Parallelführung zum senkrechten Bewegen von Nutzlasten - Google Patents

Description

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Parallelführung, wie sie in der Technik zum vertikalen Bewegen von Nutzlasten, wie z. B. Geräte oder Maschinen, benutzt wird. Durch die Verwendung von Gewichtsausgleichsfedern und geeignete Konstruktion der mechanischen Elemente der Parallelführung wird erreicht, daß die Nutzlast praktisch im Schwebezustand ist und mit nur geringem Kraftaufwand auf und ab bewegt werden kann, wobei sie sich auf einem Kreisbogen bewegt. Die vertikale Achse der Nutzlast bleibt dabei erhalten, was auf die besonderen Eigenschaften einer Parallelführung zurück­ zuführen ist.

Im einfachsten Fall besteht die Parallelführung aus zwei stabförmigen parallelen Ge­ lenkarmen, die jeweils an ihrem einen Ende drehbar an einer tragenden Struktur befestigt sind, während sie an ihrem anderen Ende ebenfalls drehbar mit einem Nutzlastträger ver­ bunden sind. Die genannte Feder ist einerseits am Aufhängepunkt des oben liegenden Zugstabes an der tragenden Struktur mitbefestigt und andererseits mit dem Drehgelenk des unten liegenden Druckstabes, das diesen mit dem Nutzlastträger verbindet, gekoppelt und in diesem Fall als Zugfeder ausgebildet. Das von der tragenden Struktur, der Zugfe­ der und dem Druckstab gebildete Dreieck nimmt das Gewicht der Nutzlast und das Ei­ gengewicht der Parallelführung auf, während das Kippmoment des Nutzlastträgers mit der Nutzlast durch das Zusammenwirken von Zug- und Druckstab aufgenommen wird.

Bei der erfindungsgemäßen Parallelführung wird der Zugstab von einem Rohrstück ge­ bildet, das gleichzeitig als Gehäuse für einen Teil der anderen Bauelemente dient. Der Druckstab wird in dem genannten Gehäuse untergebracht und an seinen beiden Enden so abgewinkelt, daß eine Druckfeder darunter Platz hat. Diese Druckfeder kann eine han­ delsübliche mechanische Feder aus Stahldraht gewickelt oder eine ebenfalls handelsübli­ che Gasdruckfeder sein. Die Druckfeder stutzt sich mit ihrem einen Ende gegen eine Vorspanneinrichtung ab, die ihrerseits mit dem Drehgelenk des Druckstabes im Bereich einer tragenden Struktur verbunden ist, während sich das anderer Ende der Druckfeder gegen den Zugstab abstützt.

Beide Gelenkarme (Zug- und Druckstab) sind an ihrem einen Ende jeweils mittels einem Drehgelenk mit einer tragenden Struktur verbunden, während das jeweils andere Ende beider Gelenkarme ebenfalls mittels Drehgelenk mit einem Nutzlastträger verbunden ist. Die beiden Lagerstellen auf jeweils einer Seite der beiden Gelenkarme sind in horizontaler Richtung um das Maß VS gleichsinnig so gegeneinander versetzt, daß sich das ge­ wünschte Gleichgewicht zwischen Federkraft einerseits und Gewichtskraft der Nutzlast andererseits auch bei verschiedenen Höhenlagen der Nutzlast einstellt. Diese besondere Anordnung der Lagerstellen mit horizontalem Versatz ist nötig, damit sich das ge­ wünschte Gleichgewicht einstellt, obwohl sich die Federkraft bei Vertikalbewegungen der Nutzlast ändert, während das Gewicht der Nutzlast gleich bleibt.

Damit die Parallelführung verschieden große Nutzlasten tragen kann, ist erfindungsge­ mäß vorgesehen, daß die Feder mehr oder weniger stark vorgespannt werden kann. Dies kann z. B. mittels einer Vorspanneinrichtung bestehend aus einer Schrauben/Mutter-Kombination erfolgen, die zwischen Feder und Gegenlager angeordnet wird. Zum Aus­ gleich kleiner Kräfteunterschiede zwischen Federkraft und Gewichtskraft der Nutzlast wird eine Bremse vorgesehen, die verhindert, daß die Parallelführung ungewollte Bewe­ gungen ausführt. Diese Bremse kann stufenlos so eingestellt werden, daß sich die Paral­ lelführung mit angehängter Nutzlast noch bequem auf- und abbewegen läßt, in der ge­ wünschten Position jedoch sicher stehen bleibt, auch wenn sich die Nutzlast geringfügig vergrößert oder verkleinert hat, weil Teile der Nutzlast hinzukamen oder weggenommen wurden. Es ist besonders vorteilhaft, das Reibzeug der Bremse gegen ein bewegtes Bau­ element der Parallelführung wirken zu lassen, das bei der Bewegung der Parallelführung möglichst große Wege zurücklegt. Erfindungsgemäß wurde hierfür der zweifach abge­ winkelte Druckstab vorgesehen.

Während die Parallelführung, wie bereits erwähnt, an ihrer einen Seite mittels zweier Drehgelenke, die an den Enden des Zugstabs und des Druckstabes sitzen, an einer tra­ genden Struktur, z. B. einem Schwenkarm, beweglich befestigt ist, trägt sie selbst an ih­ rem anderen Ende ebenfalls mittels zweier Drehgelenke, die an den anderen Enden des Zugstabs und des Druckstabs sitzen, einen Nutzlastträger. Erfindungsgemäß ist vorgese­ hen, daß dieser Nutzlastträger um das anliegende Drehgelenk des Zugstabs in kleinen Winkelbereichen drehbar ist und dabei von einer Justiereinrichtung gehalten wird, die einerseits an dem anliegenden Lager des Druckstabs angreift und sich andererseits gegen den Nutzlastträger abstützt. Mit dieser Einrichtung kann der Nutzlastträger in kleinen Winkelbereichen in einer Ebene horizontal ausgerichtet werden, was im Hinblick auf die waagerechte Lage der Nutzlast wünschenswert ist.

Abgrenzung zum Stand der Technik

Bei den bekannt gewordenen Parallelführungen, insbesondere im Dentalbereich, wurden an den Anschlußstellen zwischen tragender Struktur und Parallelführung einerseits und Parallelführung und Nutzlastträger andererseits aufwendige Dreh- und Frästeile vorgese­ hen, die zur Aufnahme der Drehgelenke dienen. Bei der vorliegenden Erfindung ist vor­ gesehen, diese Dreh- und Frästeile vollständig zu vermeiden. Statt dessen werden Blech­ laschen als reine Stanzteile an der tragenden Struktur einerseits und der Parallelführung andererseits angebracht, die runde Ausstanzungen für die Drehgelenke aufweisen. Die gleichen Blechlaschen finden auch Verwendung, um die Verbindung zwischen Parallel­ führung und Nutzlastträger herzustellen. Da die genannten Blechlaschen als Stanzteile mit numerisch gesteuerten Maschinen sehr kostengünstig hergestellt werden können, ergibt sich für die gesamte Parallelführung hieraus ein Kostenvorteil.

Sehr aufwendig ist auch der innere Aufbau der Parallelführungen bei den bekannt gewor­ denen Ausführungen. So ist z. B. in der Patentschrift 0 185 229 vorgesehen, daß die Gasfeder in einem röhrenförmigen Führungskanal untergebracht wird. In der gleichen Patentschrift wird auch beschrieben, daß die Gehäusestruktur aus einem Aluminium-Strangpreßprofil mit sehr aufwendigem Querschnitt besteht, während bei der vorliegen­ den Erfindung ein einfaches Stück Rohr verwendet wird. Nachteilig bei der Ausführung entsprechend Patentschrift 0 185 229 und auch bei anderen Ausführungen ist auch, daß die Gasfeder über eine Gelenkstange mit dem Nutzlastträger verbunden ist. Dies führt zu einem vermehrten Aufwand und unter Umständen auch zu zusätzlichem Verschleiß durch die großen Querkräfte. Bei der erfindungsgemäßen Parallelführung wirkt die Feder (in diesem Fall eine Druckfeder) direkt und ohne Kraftumlenkung auf die entsprechenden Widerlager.

Während bei den bekannt gewordenen Parallelführungen gelegentlich Bremseinrichtun­ gen erwähnt werden, ist die Kombination von Parallelführung mit Bremse, Vorspannein­ richtung für die Feder und Justiereinrichtung zum waagerechten Ausrichten des Nutzlast­ trägers in der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Art nicht bekannt. Der Einbau solcher Einrichtungen ist bei den bekannt gewordenen Parallelführungen schon deswegen nicht möglich, weil die vorerwähnten Dreh- und Frästeile im Anschlußbereich an den beiden Enden der Parallelführung bzw. an der tragenden Struktur und dem Nutzlastträger sehr viel Platz benötigen und es konstruktiv nicht möglich ist, solche Einrichtungen unterzu­ bringen. So wird z. B. in der Patentschrift 0 185 229 vorgeschlagen, bei Änderung der Nutzlast die Gasfeder auszuwechseln bzw. mit anderem Druck zu beaufschlagen, weil dort keine Einrichtung, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, zum Vorspannen der Feder vorgesehen ist. Das Auswechseln der Gasfeder ist in jedem Fall wesentlich aufwendiger als das Verändern der Federvorspannung mittels einer Vorspanneinrichtung, bei der nur eine Gewindehülse verdreht werden muß.

Der erwähnte Achsversatz an den Drehgelenken wird oft nicht berücksichtigt oder die Feder zu knapp ausgelegt, da für eine größere Feder nicht genügend Platz vorhanden ist, so daß nur mit einer sehr stark angezogenen Bremse erreicht werden kann, daß die Paral­ lelführung in der gewünschten Lage stehen bleibt. Dies führt dazu, daß sich die Nutzlast nur sehr schwer und ruckartig bewegen läßt, was vor allem dann von großem Nachteil ist, wenn es sich bei der Nutzlast um empfindliche Geräte handelt, wie dies im medizini­ schen Bereich und dort insbesondere im Dentalbereich der Fall ist.

Ausführungsbeispiel

Der Aufbau der Parallelführung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels er­ läutert werden. Hierzu gehört auch Abb. 1, die einen Längsschnitt und in vergrö­ ßertem Maßstab auch drei Querschnitte durch die Parallelführung zeigt. Die nachstehen­ de Beschreibung bezieht sich auf diese Abbildung.

Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Parallelführung, die im Zusammen­ hang mit einem sogenannten Schwenkarm eingesetzt wird, um Instrumententische im Dentalbereich beweglich zu haltern. Die tragende Struktur (1) und der Nutzlastträger (2) bestehen in diesem Fall jeweils aus einem 90° Rohrbogen und weiteren Bauteilen, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll. Die tragende Struktur (1) und der Nutzlastträ­ ger (2) verfügen über je zwei kleinere Blechlaschen (3, 4), während der rohrförmige Druckstab (5) an beiden Enden über je zwei größere Blechlaschen (6, 7) verfügt. Die genannten kleineren Blechlaschen (3, 4) einerseits und die größeren Blechlaschen (6, 7) andererseits nehmen die Drehgelenke (8, 10) auf und stellen die Verbindung her zwi­ schen der tragenden Struktur (1) und dem rohrförmigen Druckstab (5) bzw. zwischen diesem und dem Nutzlastträger (2) mittels der Bolzen (19, 20). Der Raum zwischen der tragenden Struktur (1) mit kreisringförmigem Querschnitt und dem Zugstab (5) mit glei­ chem Querschnitt und auch der Raum zwischen Zugstab (5) und dem Nutzlastträger (2) mit ebenfalls kreisringförmigem Querschnitt sind mittels beweglicher Gummimanschetten (41) verschlossen, so daß die innen liegenden Bauteile der Parallelführung gegen Staub und Feuchtigkeit geschützt sind. Außerdem ergibt sich durch den Verschluß der genann­ ten Zwischenräume mit Gummimanschetten (41) eine leicht zu reinigende äußere Kontur des Gelenkarms, was insbesondere im Hinblick auf die Hygieneanforderungen wichtig ist. Der an beiden Enden abgewinkelte Druckstab (12) ist an den Enden gabelförmig ausge­ bildet und wird einerseits an dem Drehgelenk (9) mittels Bolzen (13) an der kleineren Blechlasche (3) der tragenden Struktur (1) gehalten und ist andererseits mit dem Drehge­ lenk (11) mittels Bolzen (14) und der Justiereinrichtung (18) mit der kleineren Blechla­ sche (4) des Nutzlastträgers (2) verbunden. Im Bereich des Drehgelenks (9) wird außer­ dem das Auge (15) der Vorspanneinrichtung (16) für die Gasfeder (21) zwischen den Schenkeln des gabelförmigen Endes des Druckstabes (12) mittels Bolzen (13) gehalten. Im Bereich des Drehgelenks (11) wird das Auge (17) der Justiereinrichtung (18) zwi­ schen den beiden Schenkeln des anderen gabelförmigen Ende des Druckstabes (12) mit­ tels Bolzen (14) gehalten.

Wie erwähnt findet als Druckfeder in dem Anwendungsbeispiel eine Gasfeder (21) Ver­ wendung, die unter dem Druckstab (12) angeordnet ist und sich auf ihrer rechten Seite mittels einem halbkugelförmigen Bauteil (22) gegen einen Steg (23) des rohrförmigen Druckstabes (5) abstützt, während ihre linke Seite von der Vorspanneinrichtung (16) gehalten wird, die im wesentlichen aus einer Gewindehülse (24) sowie einer Schraube (25) mit Auge (15) besteht. Da die Kolbenstange (26) der Gasfeder (21) drehbar in einer Bohrung der Gewindehülse (24) gelagert ist, läßt sich diese mittels dem Einstellring (27) verdrehen, wodurch die Schraube (25) mehr oder weniger tief in die Gewindehülse (24) hineingeschraubt wird. Dadurch bewegt sich die Gewindehülse (24) in axialer Richtung der Gasfeder (21) und verändert so deren Vorspannung. Dadurch kann die Tragkraft der Parallelführung an die Nutzlast angepaßt werden. Die Vorspanneinrichtung (16) hat aber auch noch einen erheblichen Vorteil beim Zusammenbau der Parallelführung, da sie es gestattet, die Gasfeder (21) ungespannt in die Parallelführung einzubauen. Gespannt wird die Gasfeder (21), erst nach ihrer endgültigen Fixierung, mittels der Vorspanneinrichtung (16), was auch die Unfallgefahr wesentlich herabsetzt. Da die Gasfeder (21) in die Ge­ windehülse (24) nur eingesteckt ist und auch mit dem halbkugelförmigen Bauteil (22) nur gegen den Steg (23) angedrückt wird, kann sie nach Entfernen des Bolzens (13) ohne Werkzeug ausgetauscht werden.

Die im Bereich des Nutzlastträgers (2) angeordnete Justiereinrichtung (18) ist in Abb. 1 im Längsschnitt und in den Querschnitten A-A und B-B zu erkennen und besteht im wesentlichen aus einer Schraube (28) mit einem Auge (17), das von dem Bolzen (14) gehalten wird und weiterhin aus einer Gewindescheibe (29), die zwischen zwei Stegble­ chen (30) gehalten wird, wobei diese mit dem Nutzlastträger (2) verbunden sind. Die Schraube (28) ist durch je eine Bohrung in den Stegblechen (30) hindurchgeführt und dabei in die Gewindescheibe (29) eingeschraubt. Beim Verdrehen der Gewindescheibe (29) mittels einem Werkzeug durch das Langloch (42) hindurch wird diese durch die Schraube (28) in Richtung ihrer Achse bewegt und zieht dabei den Nutzlastträger (2) über die beiden Stegbleche (30) in Richtung Drehgelenk (11) oder weg davon. Damit dies möglich ist, haben die beiden kleineren Blechlaschen (4) im Bereich des Drehgelenks (11) je ein Langloch (31), in denen der Bolzen (14) läuft. Bei dem beschriebenen Justier­ vorgang dreht sich der Nutzlastträger (2) mit den kleineren Blechlaschen (4) um das Drehgelenk (10), so daß der Nutzlastträger (2) mit der angehängten Nutzlast (nicht ge­ zeichnet) in einer vertikalen Ebene waagerecht ausgerichtet werden kann.

Die Gummimanschetten (41) und ihre Befestigungsteile sind so ausgebildet, daß sie leicht zurückgeschoben werden können, damit der Einstellring (27) der Vorspanneinrichtung (16) und die Gewindescheibe (29) der Justiereinrichtung (18) zugänglich werden und damit die Verstellmöglichkeit gegeben ist.

Zum Abbremsen der Parallelführung dient eine Bremseinrichtung, die in Abb. 1 im Längsschnitt und insbesondere im Querschnitt C-C zu sehen ist. Zwei Reibzeuge (32, 33) werden gegen den Druckstab (12) gepreßt und bremsen diesen dabei ab, wodurch die gesamte Parallelführung in ihren Bewegungen gebremst wird. Das Reibzeug (32) wird dabei von der größeren Blechlasche (7) gehalten, während das Reibzeug (33) von einer Schraube (34), die an einem Griffstück (35) sitzt, über Tellerfedern (36) und einen zylin­ derförmigen Druckkörper (37) an den Druckstab (12) angepreßt wird. Da der Druckstab (12) in seiner Lagerung so gehalten wird, daß er dem Anpreßdruck von Reibzeug (33) etwas nachgeben kann, wird er auch gegen das Reibzeug (32) gepreßt, so daß beide Reibzeuge (32, 33) zur Erzeugung der Bremskraft beitragen. Die Schraube (34) mit Griffstück (35) wird von einer Gewindehülse (40) gehalten, die ihrerseits mit dem Zugstab (5) kreisringförmigen Querschnitts verbunden ist.

In den drei Querschnitten der Parallelführung sieht man rechts und links von den größe­ ren Blechlaschen (7) Kabelkanäle (38, 39), die frei sind von allen bewegten Bauteilen, so daß in den Kabelkanälen (38, 39) Versorgungskabel, Schläuche usw. verlegt werden können, ohne daß die Gefahr von Beschädigung besteht. Auch hier zeigt sich wieder die vorteilhafte Bauweise mit den ausgestanzten Blechlaschen (3, 4, 6, 7), da die Kabelkanä­ le (38, 39) wegen dem geringen Platzbedarf der Stanzteile sehr großzügig ausgelegt werden können, was sowohl bei der Montage als auch im Betrieb der Parallelführung günstig ist.

Claims (12)

1. Parallelführung bestehend aus einem Zugstab (5) und einem Druckstab (12), die über eine Gasfeder (21) miteinander in Verbindung stehen und an ihrem einen Ende an einer tragenden Struktur (1) befestigt sind, während sie an ihrem anderen Ende einen Nutzlastträger (2) tragen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugstab (5) aus einem Hohlzylinder besteht, der an seinen beiden Enden je zwei größere Blechla­ schen (6, 7) aufweist, wobei die größere Blechlasche (6) über das Drehgelenk (8) mittels Bolzen (19) mit der kleineren Blechlasche (3) der tragenden Struktur (1) verbunden ist, während die größere Blechlasche (7) über das Drehgelenk (10) mit­ tels Bolzen (20) mit der kleineren Blechlasche (4) des Nutzlastträgers (2) verbunden ist und die Parallelführung über eine Vorspanneinrichtung (16) für die Gasfeder (21) verfügt, eine Bremseinrichtung mit den Reibzeugen (32, 33) vorhanden ist, die auf den Druckstab (12) wirkt und außerdem eine Justiereinrichtung (18) zum waage­ rechten Ausrichten des Nutzlastträgers (2) in einer vertikalen Ebene vorhanden ist.

2. Parallelführung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstab (12) an seinen beiden Enden abgewinkelt und in diesem Bereich gabelförmig ausgebildet ist und dort Bohrungen für die Aufnahme der Lagerbolzen (13, 14) aufweist.

3. Parallelführung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgelen­ ke (8, 9) einerseits und die Drehgelenke (10, 11) andererseits mit einem horizontalen Versatz VS angeordnet werden.

4. Parallelführung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gasfe­ der (21) einerseits mittels einem halbkugelförmigen Bauteil (22) gegen einen Steg (23) abstützt und andererseits von einer Vorspanneinrichtung (16) gehalten wird.

5. Parallelführung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspann­ einrichtung (16) aus einer Gewindehülse (24) sowie einer Schraube (25) mit Auge (15) besteht und die Gewindehülse (24) über einen Einstellring (27) verfügt, wobei das Auge (15) von dem Bolzen (13) gehalten wird und die Gewindehülse (24) an ih­ rem einen Ende über ein Gewinde zur Aufnahme der Schraube (25) verfügt, wäh­ rend ihr anderes Ende eine Bohrung zur Aufnahme der Kolbenstange (26) der Gas­ feder (21) aufweist.

6. Parallelführung nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Justierein­ richtung (18) aus einer Schraube (28) mit einem Auge (17) besteht, das von einem Bolzen (14) gehalten wird und weiterhin aus einer Gewindescheibe (29), die zwi­ schen zwei Stegblechen (30) gehalten wird, die ihrerseits mit dem Nutzlastträger (2) verbunden sind, wobei die Schraube (28) durch je eine Bohrung in den Stegblechen (30) hindurchführt und in die Gewindescheibe (29) eingeschraubt ist.

7. Parallelführung nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsein­ richtung aus zwei Reibzeugen (32, 33), einer Schraube (34) mit Griffstück (35) so­ wie einer oder mehreren Tellerfedern (36) und einem zylinderförmigen Druckkörper (37) besteht, wobei sich das Reibzeug (32) gegen die größere Blechlasche (7) ab­ stützt, während das Reibzeug (33) von dem zylinderförmigen Druckkörper (37) mittels der Schraube (34) über die Tellerfedern (36), gegen den Druckstab (12) ge­ preßt wird und diese Anpreßkraft auch auf das Reibzeug (32) übertragen wird, und die Schraube (34) in der Gewindehülse (40) gehalten wird, die ihrerseits mit dem Zugstab (5) verbunden ist.

8. Parallelführung nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwi­ schen der tragenden Struktur (1) mit kreisringförmigem Querschnitt und dem Zugstab (5) mit gleichem Querschnitt und auch der Raum zwischen Zugstab (5) und Nutzlastträger (2) mit ebenfalls kreisringförmigem Querschnitt mittels beweglicher Gummimanschetten (41) verschlossen wird.

9. Parallelführung nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Gummi­ manschetten (41) und ihre Befestigungsteile so ausgebildet sind, daß sie leicht zu­ rückgeschoben werden können, damit der Einstellring (27) der Vorspanneinrichtung (16) zur Betätigung zugänglich wird, gleiches gilt für die Gewindescheibe (29) der Justiereinrichtung (18), die dann über das Langloch (42) verstellt werden kann.

10. Parallelführung nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß für die Drehge­ lenke (8, 9, 10, 11) handelsübliche Gleitlager (43) verwendet werden, die ohne Schmiermittel auskommen und wartungsfrei sind.

11. Parallelführung nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß in dem hohlzylinderförmigen Zugstab (5) jeweils auf der Außenseite der größeren Blechla­ schen (6, 7) Kabelkanäle (38, 39) vorhanden sind.

12. Parallelführung nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß alle Teile ent­ weder aus korrosionsfestem Material hergestellt werden oder entsprechend ihrer Funktion einen geeigneten Korrosionsschutz erhalten.