DE19842384A1

DE19842384A1 - Linearführung

Info

Publication number: DE19842384A1
Application number: DE19842384A
Authority: DE
Inventors: Klaus Baalmann; Peter Lutz; Roland Ruffing; Dietmar Rudy
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1998-09-16
Publication date: 2000-03-23
Also published as: ES2357689T3; WO2000016468A1; EP1114504B1; US6548918B1; EP1114504A1; DE59915241D1

Abstract

Bei einer Linearführung mit einem als Profilträger ausgebildeten Führungsgehäuse (1) und mindestens einer darin befestigten Führungsschiene (2), an welcher ein Führungswagen (3) längsverschieblich abgestützt ist, der mit einem teilweise außerhalb des Gehäuses (1) befindlichen und sich durch eine Längsöffnung (7, 8) in das Gehäuse (1) hineinerstreckenden Laufwagen (5) verbunden ist, wobei die Linearführung innerhalb des Gehäuses (1) einen Antrieb für die Längsverschiebung des Führungswagens (3) und des Laufwagens (5) aufweist, ist erfindungsgemäß der Antrieb als Elektromotor mit einem in dem Führungsgehäuse (1) angeordneten Motorteil und einem in dem Laufwagen (5) angeordneten Motorteil ausgebildet.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Linearführung mit einem als Profilträger ausgebil deten Führungsgehäuse und mindestens einer darin befestigten Führungs schiene, an welcher einer oder mehrere Führungswagen längsverschieblich abgestützt sind, die jeweils mit einem teilweise außerhalb des Gehäuses befindlichen und sich durch eine Längsöffnung in das Gehäuse hineiner streckenden Laufwagen verbunden sind, wobei die Linearführung innerhalb des Gehäuses einen Antrieb für die Längsverschiebung des Führungswa gens und des Laufwagens aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Angetriebene Linearführungen sind bisher hauptsächlich im Handling- Bereich eingesetzt worden. Neue Märkte und Anwendungen erschließen sich vor allem dann, wenn hohe Verfahrdynamik bei gleichzeitig hoher Posi tioniergenauigkeit (überschwingfreies Positionieren), einfacher Aufbau in bestehende Konstruktionen oder Konstruktionsprofile bzw. freitragender Einbau gefordert wird. Bei einem Kugelgewindetrieb wird zwar die geforderte Positioniergenauigkeit erreicht, jedoch ist im Vergleich zu einer mit Zahnrie men angetriebenen Linearführung die erreichbare Laufwagengeschwindig keit durch die Grenzdrehzahl des Lagers und die stark längenabhängige kritische Drehzahl der Spindel auf niedrigere Werte begrenzt. In umgekehr ter Weise erreicht man bei einer mit Zahnriemen angetriebenen Linearfüh rung hohe Verfahrgeschwindigkeiten bei gleichzeitig niedriger Positionierge nauigkeit. Bei hoher Beschleunigung und hoher Zyklenzahl macht sich bei diesem Antriebskonzept auch die geringe Steifigkeit gegenüber dem Kugel gewindetrieb nachteilig bemerkbar. Dies äußert sich in einen Überschwingen des Laufwagens an der anzufahrenden Position.

Aus der Offenlegungsschrift DE 196 36 270 A1 ist eine Linearführungsein heit der eingangs genannten Art bekannt. Zum Verschieben des Laufwagens auf der Führungsschiene in deren Längsrichtung ist dort ein pneumatischer Linearantrieb vorgesehen, welcher einen in einer Bodenwand des Füh rungsgehäuses angeordneten, im Querschnitt elliptischen Zylinderraum umfaßt. In diesem ist ein Kolben geführt, der an beiden Stirnseiten mit je einem Antriebsstrang verbunden ist. Jeder Antriebsstrang führt über eine Umlenkrolle zu einer Stirnseite des Laufwagens. Daher erfolgt durch unter schiedliche Luftdruckbeaufschlagung der Arbeitsräume zu beiden Seiten des Kolbens dessen Verschiebung und damit eine entsprechende gegenläufige Verschiebung des Laufwagens. Der Nachteil einer solchen mit einem pneu matischen Antrieb ausgestatteten Linearführung besteht darin, daß hier ein hoher konstruktiver Aufwand erforderlich ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute, kosten günstig herstellbare, kompakte Linearführung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Antrieb als Elektromotor mit einem in dem Führungsgehäuse angeordneten Motorteil und einem in dem Laufwagen angeordneten Motorteil ausgebildet ist. In dem Laufwagen kann das Motorprimärteil und in dem Führungsgehäuse das Motorsekundärteil angeordnet sein. Die Längsöffnung kann durch ein Ab deckband aus nichtrostendem magnetischen Stahl verschlossen sein, für welches Permanentmagnetstreifen in Nuten des Führungsgehäuses einge bracht sind.

Die erfindungsgemäße Linearführung kann die folgenden Bauteile enthalten:
Ein gezogenes Trägerprofil aus Aluminium mit einer oder mehreren inte grierten Profilschienen, ein Längenmeßsystem, einen oder mehrere Laufwa gen mit Führungswagen, einen vom Trägerprofil umschlossenen Antrieb mittels Linearmotor, zwei Stirnplatten und eine Abdeckung in der Form eines korrosionsarmen Stahlbandes.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Linearführungseinheit mit zwei in gleicher Höhe angeordneten Führungsschienen für zwei einen Laufwagen tragende Führungswagen;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine gegenüber Fig. 1 schmaler ausgeführte Linearführung, bei der zur Bau raumeinsparung die beiden Führungsschienen in unter schiedlichen Höhen angeordnet sind.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Eine in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Linearführung besteht aus einem im Querschnitt etwa U-förmigen Führungsgehäuse 1, welches als Aluminiumprofilträger (Aluminiumstrangpreßprofil) ausgebildet sein kann. In diesem sind zwei parallele Führungsschienen 2 befestigt, an welchen sich jeweils mindestens ein Führungswagen 3 über Kugelumläufe 4 abstützt. Mit Hilfe der tragenden Kugeln dieser Kugelumläufe 4 sind die Führungswagen 3 längs der Führungsschiene 2 verfahrbar.

Die Führungswagen 3 dienen zur fahrbaren Lagerung eines Laufwagens 5, der an den Oberseiten der Führungswagen 3, die von den Führungsschie nen 2 abgewandt sind, mit Schrauben 6 befestigt ist. Der Laufwagen 5 be findet sich an der Außenseite des Führungsgehäuses 1 und ragt durch zwei seitliche Längsöffnungen 7 und eine mittlere Längsöffnung 8 in das Füh rungsgehäuse 1 hinein, um mit den Führungswagen 3 verbunden werden zu können und um in einem mittleren Aufnahmeraum 9 des Führungsgehäuses 1 mit einem Motorprimärteil 10 eines Antriebs verbunden werden zu können. Dem Motorprimärteil 10 an dem Laufwagen 5 liegt ein Motorsekundärteil 11 gegenüber, das in dem Führungsgehäuse 1 befestigt ist. Diese beiden Teile bilden einen elektrischen Antriebsmotor für die Verschiebung des Laufwa gens 5 in Längsrichtung des Führungsgehäuses 1.

Die seitlichen Längsöffnungen 7 sind außerhalb des Laufwagens 5 jeweils mit einem Abdeckband 12 verschlossen, während für die mittlere Längsöff nung 8 ein Abdeckband 13 vorgesehen ist. Die Abdeckbänder 12 und 13 sind an dem Führungsgehäuse 1 in Führungsschienenlängsrichtung fest angeordnet, sie sind durch schlitzförmige Öffnungen des Laufwagens 5 hin durchgeführt, so daß dieser während seiner Verschiebung in Längsrichtung des Führungsgehäuses 1 eine Relativbewegung zu den Abdeckbändern 12 und 13 ausführt. Mit Hilfe von Permanentmagnetstreifen 14, die in Längs nuten des Führungsgehäuses 1 angeordnet sind, werden die Abdeckbänder 12 und 13 außerhalb des Laufwagens 5 an dem Führungsgehäuse 1 gehal ten. Die Linearführung gemäß Fig. 1 ist zu einer senkrechten Mittelebene 15 symmetrisch ausgeführt.

Die Linearführung gemäß Fig. 2 ist im Prinzip ebenso aufgebaut, jedoch sind hier das Motorprimärteil 10 und das Motorsekundärteil 11 innerhalb des Führungsgehäuses 16 nicht waagerecht liegend, sondern senkrecht stehend angeordnet. Dadurch ergibt sich eine Einsparung an Bauraum der Linearfüh rung in Breitenrichtung. Das Führungsgehäuse 16 und der Laufwagen 17 sind hier nicht mehr symmetrisch ausgebildet und die in den Seitenberei chen des Führungsgehäuses 16 angeordneten Führungsschienen 2 mit den Führungswagen 3 befinden sich in unterschiedlichen Höhen. Bei dieser Ausführung sind nur zwei Längsöffnungen 18 und 19 des Gehäuses erfor derlich, um die Verbindung der Führungswagen 3 mit dem im wesentlichen außerhalb des Führungsgehäuses 16 befindlichen Laufwagen 17 zu ermög lichen. Auch hier dienen zur Befestigung der einzelnen Bauteile aneinander, beispielsweise zur Befestigung der Führungswagen 3 an dem Laufwagen 17, Schrauben 6. Die beiden in den Fig. 1 und 2 dargestellten Linearfüh rungen sind jeweils mit Längenmeßstreifen 20 versehen, welche sich im Profilinneren der Führungsgehäuse 1 und 16 befinden, parallel zu den Füh rungsschienen 2 verlaufen und den Führungswagen benachbart sind. Der Laufwagen der erfindungsgemäßen Linearführung, der ebenfalls aus einem Aluminiumstrangpreßprofil bestehen kann und in dem das Motorprimärteil integriert ist, wird mittels mehrerer Kugelumlaufeinheiten geführt. In dem Laufwagen angeordnete Lüftungsschlitze führen die Verlustwärme des Mo tors an die Luft im Profilinneren ab, so daß die Erwärmung des Laufwagens so gering wie möglich gehalten wird.

Die Längsöffnungen des Trägerprofils werden durch nichtrostende, magneti sche Stahlabdeckbänder verschlossen, um das Eindringen von Schmutz zu verhindern. Das jeweilige Abdeckband steht still und wird bei der Fahrt des Laufwagens durch diesen hindurchgeführt. Damit das Band am Strangpreß profil optimal aufliegt und auch bei Über-Kopf-Einbau nicht von diesem ab hebt, werden die Permanentmagnetstreifen, die das Stahlband auf die Trä gerprofiloberfläche ziehen, in entsprechenden Nuten des Trägerprofils ein gebracht.

Bei allen Konstruktionsvarianten können als Motoren Asynchronmotoren, Synchronmotoren oder Reluktanzmotoren und Gleichstrommotoren einge baut werden. Das wesentliche Element der erfindungsgemäßen Lösung ist die Verbindung einer angetriebenen Linearführungseinheit mit einem ge wichtsoptimierten, eigensteifen Trägerprofil, das als Aluminiumstrangpreß profil ausgeführt sein kann, mit einem Linearmotor als Antrieb. Nicht nur der Motor, sondern auch ein Längenmeßsystem kann mit der Profilschienenfüh rung im Inneren des Führungsgehäuses angeordnet sein, wobei alle Öff nungen mittels der Abdeckbänder verschlossen sind und somit ein optimaler Schmutzschutz aller Bauteile gewährleistet ist. Mit dieser Kombination las sen sich die Vorteile einer mit Zahnriemen angetriebenen Linearführung mit denen einer mit Kugelgewindetrieb angetriebenen Linearführung verbinden.

Die Vorteile der mit einem Zahnriemen angetriebenen Linearführung, wie hohe Geschwindigkeit und Dynamik, werden also mit den Vorteilen der Li nearführung mit einem Kugelgewindetrieb, wie hohe Steifigkeit des Antriebs, hohe Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit, kombiniert. Dabei ist der Preis einer solchen Linearführung mit dem einer Einheit vergleichbar, die mit einem Kugelgewindetrieb angetrieben wird. Durch die im Trägerprofil enthaltenen T-Nuten kann das Profil vom Anwender einfach auf handelsübli che Konstruktionsprofile geschraubt werden.

Außer der Verwendung von Aluiminiumstrangpreßprofilen als Trägerprofil können auch Hohlprofile aus Stahl verwendet und die gleichen Vorteile er zielt werden. Der erfindungsgemäße Linearmotor kann auch als Antrieb in bereits bestehenden Linearführungen integriert werden.

Bezugszeichenliste

1

Führungsgehäuse

2

Führungsschiene

3

Führungswagen

4

Kugelumlauf

5

Laufwagen

6

Schraube

7

seitliche Längsöffnung

8

mittlere Längsöffnung

9

mittlerer Aufnahmeraum

10

Motorprimärteil

11

Motorsekundärteil

12

Abdeckband

13

Abdeckband

14

Permanentmagnetstreifen

15

Mittelebene

16

Führungsgehäuse

17

Laufwagen

18

Längsöffnung

19

Längsöffnung

20

Längenmeßstreifen

Claims

1. Linearführung mit einem als Profilträger ausgebildeten Führungsgehäuse (1, 16) und mindestens einer darin befestigten Führungsschiene (2), an welcher einer oder mehrere Führungswagen (3) längsverschieblich ab gestützt sind, die jeweils mit einem teilweise außerhalb des Gehäuses (1, 16) befindlichen und sich durch eine Längsöffnung (7, 8, 18, 19) in das Gehäuse (1, 16) hineinerstreckenden Laufwagen (5, 17) verbunden sind, wobei die Linearführung innerhalb des Gehäuses (1, 16) einen Antrieb für die Längsverschiebung des Führungswagens (3) und des Laufwa gens (5, 17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb als Elektromotor mit einem in dem Führungsgehäuse (1, 16) angeordneten Motorteil und einem in dem Laufwagen (5, 17) angeordneten Motorteil ausgebildet ist.

2. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Laufwagen (5, 17) das Motorprimärteil (10) und in dem Führungsgehäuse (1, 16) das Motorsekundärteil (11) angeordnet ist.

3. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das Führungsgehäuse (1, 16) und/oder der Laufwagen (5, 17) ein Strangpreßprofilteil aus Aluminium ist.

4. Linearführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver bindung des jeweiligen Führungswagens (3) mit dem Laufwagen (5, 17) sowie die Befestigung des Motorprimärteils (10) in dem Laufwagen (5, 17) und des Motorsekundärteils (11) in dem Führungsgehäuse (1, 16) mittels Schrauben (6) durchgeführt ist.

5. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Laufwagen (5, 17) Lüftungsschlitze zum Abführen der Verlustwärme des Elektromotors angeordnet sind.

6. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsöffnung (7, 8, 18, 19) durch ein Abdeckband (12, 13) aus nicht ro stendem magnetischen Stahl verschlossen ist, für welches Permanent magnetstreifen (14) in Nuten des Führungsgehäuses (1, 16) eingebracht sind.

7. Linearführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor als nach dem Prinzip des Synchronmotors arbeitende Ma schine ausgebildet ist, wobei dem Läufer das Motorprimärteil (10) und dem Ständer das Motorsekundärteil (11) entspricht.

8. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füh rungsschiene (2), die Führungswagen (3) und ein diesen zugeordnetes Längenmeßsystem (20) sowie der Antrieb von dem Führungsgehäuse (1, 16) umschlossen und die Längsöffnung (7, 8, 18, 19) durch ein als Schmutzschutz wirkendes Abdeckband (12, 13) verschlossen sind.

9. Linearführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver bindung des jeweiligen Führungswagens (3) mit dem Laufwagen (5, 17) sowie die Befestigung des Motorprimärteils (10) in dem Laufwagen (5, 17) und des Motorsekundärteils (11) in dem Führungsgehäuse (1, 16) mittels einer formschlüssigen Verbindung, wie Hinterschnitt, durch ge zieltes Verformen des Strangpreßprofils durchgeführt ist.