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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Linearachse mit mindestens einer
vertikalen Führungsschiene und mit einem längs
der Führungsschiene bzw. den Führungsschienen
mittels eines Antriebes verfahrbaren, ein Gehäuse aufweisenden
Führungsschlitten, dass jeder Führungsschiene
mindestens ein in Längsrichtung der jeweiligen Führungsschiene verfahrbarer
Bremskeil zugeordnet ist, dass im Normalbetrieb jeder Bremskeil
mittels eines Linearantriebes in eine Außerbetriebsstellung
verfahrbar ist und dass im Falle einer Betriebsunterbrechung der
jeweilige Bremskeil mittels eines mechanischen Kraftspeichers in
die Wirkstellung verfahrbar ist.
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Eine
derartige Linearachse ist aus der
DE 20 2009 012 485.1 bekannt.
Als Linearantrieb wird ein Pneumatikzylinder verwendet, der zum
Verfahren des Bremskeiles in die Außerbetriebsstellung
mit Druckluft beaufschlagt wird. Dazu ist ein elektrisch betriebener
Kompressor oder ein ähnlicher Druckerzeuger notwendig.
Im Normalbetriebszustand muss sichergestellt sein, dass die Druckluftquelle
stets für den notwendigen Betriebsdruck sorgt. Der Linearantrieb
bzw. der Pneumatikzylinder muss also ständig eine dem Kraftspeicher
entgegengerichtete Kraft aufbringen, damit der Bremskeil in der
Außerbetriebsstellung verbleibt. Im Falle eines Strom ausfalles
entfällt die Versorgung des Pneumatikzylinders mit Druckluft,
so dass sich durch Entspannung des Kraftspeichers, üblicherweise
eine Druckfeder, der Bremskeil in die Bremsstellung verfährt.
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Die
zuvor beschriebene Linearachse hat sich im praktischen Einsatz bestens
bewährt. Kritisch ist jedoch die Verwendung des Pneumatikzylinders
als Linearantrieb, da ständig dafür gesorgt werden muss,
dass der notwendige Betriebsdruck aufrechterhalten wird. Dazu muss
auch sichergestellt sein, dass Leckverluste ausgeschaltet werden
können, und dass es beispielsweise zu einem Abfall des
Betriebsdruckes kommt, wenn beispielsweise ein Schlauch im Querschnitt
verengt wird, beispielsweise durch ein Einklemmen oder einen ähnlichen
Vorgang.
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Weiterhin
ist bei den zuvor beschriebenen Lösungen nachteilig, dass
die Verzögerungszeit relativ lang ist, d. h., wenn beispielsweise
ein Stromausfall erfolgt, fällt bei Pneumatikzylindern
der Druck in einer relativ langen Zeit ab und erst dann wird durch die
Entspannung der Federn der jeweilige Bremskeil in die Haltestellung
verfahren. Dies ist insbesondere deshalb nachteilig, weil die Linearachsen
als Sicherheitselemente anzusehen sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Linearachse der eingangs
näher beschriebenen Art in konstruktiv einfacher Weise
so auszubilden, dass der Betrieb der Linearachse ohne Druckluft
oder gleichwertiger Fluide möglich ist.
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Die
gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass jeder Linearantrieb
ein elektromotorischer Linearantrieb ist, dem ein elektromagnetischer
Haltemagnet derart zugeordnet ist, dass das Verfahren des Bremskeiles
in die Außerbetriebsstellung mittels des elektromotorischen
Linearantriebes durchführbar ist, und dass der elektromagnetische
Haltemagnet den Bremskeil mit einer vorgegebenen Haltekraft entgegen
der Wirkung des Kraftspeichers in der Außerbetriebsstellung
hält.
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Es
wird nunmehr eine rein elektrische Lösung erreicht, so
dass Schläuche oder Rohrleitungen für die Zuführung
des Fluids nicht mehr notwendig sind. Die Zuführung der
elektrischen Energie über entsprechende elektrische Leiter
ist äußerst einfach, da diese aufgrund der Biegsamkeit
in einfachster Weise zu verlegen sind. So bald es zu einem Stromausfall
kommt, wird auch der Haltemagnet wirkungslos, so dass dann durch
Entspannung des Kraftspeichers der Bremskeil in die Wirkstellung
verfahren wird.
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Die
Verzögerungszeit ist äußerst gering und kann
vernachlässigt werden, bedingt durch die Kombination des
Haltemagneten mit den Kraftspeichern zum Verfahren der Bremskeile
in die Haltestellungen. Sobald ein Stromausfall erfolgt, wird auch
der Haltemagnet wirkungslos, so dass durch die Entspannung der Federn
die Bremskeile verfahren werden. Die Haltekraft kann derart eingestellt
werden, dass bei einer schlagartigen Belastung, beispielsweise durch
einen sogenannten Crash, der Haltemagnet den zugehörigen
Bremskeil frei gibt, da die Haltekraft überschritten wird.
Ein weiterer Vorteil ist noch darin zu sehen, dass die Funktion
der Bremskeile und der Haltemagnete durch Signalgeber überwacht
werden kann. Sobald eine Funktionsstörung auftritt, kann dies
signalisiert werden. Vorzugsweise wird jedoch die Sicherheitsüberwachung
in die Steuereinheit der Linearachse integriert.
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Die
von dem elektromotorischen Haltemagnet aufzubringende Kraft lässt
sich in einfachster Weise durch die Beaufschlagung mit einer bestimmten
Stromstärke erreichen. Ein besonderer Vorteil ist noch
darin zu sehen, dass beispielsweise durch eine Störung,
Beschädigung oder Bruch von Bauteilen der Linearachse eine
erhöhte Kraftübertragung erfolgt. In diesem Falle
würde der Bremskeil durch den Haltemagneten frei gegeben,
so dass die Bremswirkung des Bremskeiles eintritt.
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In
weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass nach der Übernahme
des Bremskeiles durch den elektromagnetischen Haltemagneten der
Antriebsmotor des elektromotorischen Linearantriebs umsteuerbar
ist und das Abtriebsglied in die Ausgangsstellung zurückfährt.
Vorteilhaft ist, dass dann unmittelbar nach der Übernahme
des Bremskeiles durch den Haltemagneten der Bremskeil in die Bremsstellung
gefahren werden kann, sofern es notwendig ist.
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In
besonders vorteilhafter Weise besteht der elektromotorische Linearantrieb
aus einem Antriebsmotor und einem damit gekoppelten Wandlergetriebe,
dessen linear verfahrbares Abtriebsglied mit dem Bremskeil in einer
losen Wirkverbindung steht.
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Ein
Antriebsmotor ist ein handelsübliches Bauteil und kann
von den einschlägigen Herstellern bezogen werden. Gleiches
gilt auch für das Wandlergetriebe, wobei der Vorteil noch
darin liegt, dass die Geschwindigkeit des linear verfahrbaren Abtriebsgliedes
relativ gering ist, so dass die Schubkraft zum Überführen
des Bremskeiles in die Außerbetriebsstellung entsprechend
groß ist. Eine besonders einfache Lösung wird
erreicht, wenn das Wandlergetriebe ein Spindeltrieb mit einer rotierend
antreibbaren Spindel und einer darauf aufgesetzten, gegen Drehung
gesicherten Spindelmutter ist, die das Abtriebsglied des Linearantriebes
bildet. Bei Spindeln und Spindelmuttern handelt es sich um bewährte
Bauteile der Antriebstechnik, die kostengünstig herstellbar und
hoch belastbar sind.
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In
weiterer Ausgestaltung ist noch vorgesehen, dass zumindest einer
Führungsschiene zwei einander gegenüberliegende
Bremskeile zugeordnet sind. Dadurch wird im Falle des Bremsens ein
Kräftegleichgewicht erzielt.
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Es
ist ferner noch vorgesehen, dass zwischen dem Abtriebsglied des
elektromotorischen Linearantriebes und dem zugehörigen
Bremskeil ein in seiner Längsrichtung verfahrbarer Bestätigungsstößel
angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass die auf die Spindel
aufgesetzte, gegen Drehung gesicherte Spindelmutter in der ausgefahrenen
Stellung, d. h., wenn der Bremskeil in die Außerbetriebsstellung
gefahren ist, gegenüber der Spindel vorsteht, so dass stets
sämtliche Gewindegänge der Spindelmutter mit den
Gewindegängen der Spindel in Eingriff stehen.
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Es
ist ferner noch in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass das Gehäuse
des Führungsschlittens aus mehreren in Reihe angeordneten
Gehäuseteilen besteht. Die Anordnung ist dann so getroffen,
dass ein Gehäuseteil zur Aufnahme des Antriebsmotors, ein
Gehäuseteil für den Spindeltrieb einschließlich des
Betätigungsstößels, ein Gehäuseteil
zur Aufnahme der mechanischen Bauelemente für den Bremskeil
und ein Gehäuseteil für die Kraftspeicher vorgesehen
sind. Sofern der Haltemagnet nicht in einem Gehäuse angeordnet
ist, kann auch dieser noch in ein Gehäuseteil eingebracht
werden.
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In
einfachster Weise lässt sich der Hub jedes Bremskeiles
durch Distanzscheiben einstellen, die vorzugsweise zwischen der
freien Stirnfläche des Haltemagneten und dem Gehäuseteil
für die Kraftspeicher angeordnet sind.
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Zur
Minimierung der Teilevielfalt ist vorgesehen, dass an dem Gehäuse
des Führungsschlittens beidseitig jeder Führungsschiene
jeweils eine Schrägfläche vorgesehen ist, die
mit der Keilfläche des Bremskeiles in Wirkverbindung steht.
Beim Verfahren des Bremskeiles mittels des Kraftspeichers kommt
dann die der Schrägfläche gegenüberliegende
Fläche mit der Führungsschiene über die
gesamte Länge in Kontakt.
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In
weiterer Ausgestaltung dieser Ausführung ist dann noch
vorgesehen, dass zwischen den Schrägflächen des
Gehäuses des Führungsschlittens und den Schrägflächen
der Bremskeile jeweils eine aus mehreren beabstandeten Rollen oder
Nadeln gebildete Rollenführung vorgesehen ist. Dadurch
wird sinngemäß ein Linearwälzlager geschaffen,
so dass sichergestellt ist, dass jeder Bremskeil auch durch den
sich entspannenden mechanischen Kraftspeicher mit minimierten Reibkräften
verfahrbar ist, so dass der Linearantrieb mit minimalen Axialkräften
betrieben werden kann. Des Weiteren wird durch diese konstruktive
Ausführung eine relativ große Brems- und Haltekraft
erzeugt, bedingt durch die relativ große Differenz zwischen
der Rollreibung und der Gleit- bzw. Haftreibung an den Kontaktflächen der
Führungsschiene zum Bremsbelag. Ein weiterer Vorteil ist
noch darin zu sehen, dass die Wirkungen der Bremskeile auch dann
voll erhalten bleiben, wenn die einander kontaktierenden Flächen
mit einem Film aus einem Schmierstoff versehen sind.
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In
weiterer Ausgestaltung ist noch vorgesehen, dass jeder Bremskeil
aus einem Sockel und aus einem Bremsbelag besteht. Der Sockel liegt
bei dieser Ausführung der zugeordneten Schrägfläche
des Gehäuses des Führungsschlittens zugewandt
und der Bremsbelag liegt an der der Führungsschiene zugewandten
Seite. Der Bremsbelag ist aus einem üblichen Material mit
einem entsprechenden Reibwert gefertigt. Damit sich der Bremsbelag
auch bei relativ großen Kräften nicht vom Sockel
löst, ist vorgesehen, dass er in einer Aussparung des Sockels
eingesetzt ist.
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Die
Keilwinkel des Bremskeiles liegt unter 5 Grad.
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In
weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen,
dass auf jede Führungsschiene mindestens zwei Führungsschlitten
aufgesetzt sind. Dadurch besteht dann die Möglichkeit, dass
die von den Bremskeilen aufgebrachten Bremskräfte entsprechend
der Anzahl der Führungsschlitten erhöht wird.
Sofern jeder Führungsschlitten mit zwei Führungsschlitten
ausgestattet ist, ist die Anzahl der Bremskeile doppelt so hoch
wie die Anzahl der Führungsschlitten. Man kann jedoch davon
ausgehen, dass sich die Bremskräfte bei zwei Führungsschlitten
nicht verdoppeln bzw. bei drei Führungsschlitten verdreifachen.
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Es
ist besonders vorteilhaft, wenn die Anzahl der Führungsschlitten
eine gerade Zahl ist, da die in Reihe angeordneten Führungsschlitten
wechselweise spiegelbildlich zueinander angeordnet sind. Sofern
zwei Führungsschlitten auf die Führungsschiene aufgesetzt
sind, ergibt sich der große Vorteil, dass die Bremswirkung
der Führungsschlitten in beiden Richtungen der Führungsschlitten
wirksam werden kann bzw., dass die Bremswirkung sowohl beim Absenken als
auch beim Anheben der Führungsschlitten erzeugt werden
kann.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn beispielsweise zwei spiegelbildlich zueinander
auf die Führungsschiene aufgesetzten Führungsschlitten
im Falle einer Betriebsunterbrechung die Bremskeile eines Führungsschlittens
in der Außerbetriebsstellung und die Bremskeile des anderen
Führungsschlittens in die Wirkstellung gefahren sind.
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Bei
den zuvor beschriebenen Ausführungen wird jeder Führungsschlitten
in Richtung der Längsachse der Führungsschiene
verfahren. In Umkehrung dieser Ausführung ist es jedoch
auch denkbar, dass bei einer Linearachse der zuvor beschriebenen Art
jeder Führungsschlitten fest bzw. ortsfest angeordnet ist,
und dass jede Führungsschiene in ihrer Längsrichtung
verfahrbar ist.
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Die
Linearachse ist gegen Staub und Wasser abgedichtet. Dies entspricht
der Schutzart IP64.
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Anhand
der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung noch näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Linearachse in perspektivischer
und sprengbildlicher Darstellung,
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2 die
längs einer Führungsschiene angeordneten Einheiten
im montierten Zustand in perspektivischer Darstellung.
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Der
in der 1 dargestellte Linearachse enthält eine
Führungsschiene 10 in deren Längsrichtung
ein oder mehrere Führungsschlitten verfahrbar sind. Dieser
Führungsschlitten enthält mehrere Gehäuseteile,
die vorzugsweise durch Schrauben miteinander verbunden sind. Dieses
gesamte Gehäuse besteht demzufolge aus einem Steuergehäuse 11 zur
Aufnahme der Steuerung, daran schließt sich das Motorgehäuse 12 an.
Es folgt dann ein Lagergehäuse 13, dem sich ein
Gehäuseteil 14 anschließt, in dem die
Bremskeile 23 und die Rollenführungen angeordnet
sind. Daran schließt sich ein Federkörpergehäuse 15 an
und daran schließt sich dann das Magnetgehäuse 16 an.
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Die
für die Funktion der Linearachse notwendigen Bauteile sind
bei der Darstellung gemäß der 1 an
zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Führungsschiene 10 angeordnet
und sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In das Motorgehäuse 12 sind
die Motoren 17 mit den angeflanschten Getrieben 18 eingesetzt.
Mit den Getrieben 18 sind zwei Wandlergetriebe antriebstechnisch gekoppelt,
um eine Drehbewegung in eine Linearbewegung umzuwandeln. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel bestehen die Wandlergetriebe aus Spindeln 19 und
darauf aufgesetzte, gegen Drehung gesicherte Spindelmuttern 20.
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In
das Lagergehäuse 13 sind die Spindelmuttern 20 und
Stößel 21 gelagert. Ferner sind in diesem
Gehäuse noch Stifte 22 vorgesehen, um die Spindelmuttern 20 gegen
Verdrehung zu sichern. In dem langgestreckten Gehäuseteil 14 sind
die Bremskeile 23 verschiebbar angeordnet, wobei die Innenflächen
des Gehäuseteils 14 entsprechend geneigt sind.
Zwischen diesen Flächen und den Keilen 23 sind
Rollenführungen 24 angeordnet. Schließlich sind
in dem Federkörpergehäuse 15 noch die
Kraftspeicher in Form von Druckfedern 24 angeordnet. Schließlich
sind noch in dem Magnetgehäuse 16 die Elektromagneten
in Form von Haltemagneten 25 sowie zwei zylindrische Körper 26 angeordnet,
die jedoch auch in dem Federkörpergehäuse 15 eingesetzt
werden können. Die zylindrischen Körper 26 werden
von den Haltemagneten 25 angezogen, wie noch erläutert
wird.
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Die 2 zeigt
die Anordnung gemäß der 1 im montierten
Zustand, wobei aus Gründen einer übersichtlichen
Darstellung die Gehäuseteile 11–16 nicht
dargestellt sind. Die Figur zeigt, dass die Stößel 21 mit
den Spindelmuttern 20 verbunden sind, wobei diese auch
einstückig oder lose sein können. Zur Verdeutlichung,
dass mittels der Getriebe 18 die Spindeln 19 angetrieben
werden, ist bei der rechten Einheit die Spindelmutter 20 nicht
dargestellt. Die Figur zeigt ferner, dass die Stößel 21 oder
sofern die Spindelmutter 20 mit den Stößeln 21 einstückig
wäre, einen Absatz aufweisen, in dem die Rollenführung 24 liegt.
Ferner zeigt die Figur, dass zwischen den Kraftspeichern 28 und
den Haltemagneten 25 noch Führungen 29 vorgesehen
sind, auf denen die Kraftspeicher 28 in Form der Druckfedern
geführt sind.
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Zum
Verfahren der Bremskeile 23 in die Außerbetriebsstellung
bzw. Freigabestellungen werden die Antriebsmotoren 17 mit
Strom beaufschlagt. Dadurch werden die Spindeln 19 in Drehung
versetzt und die darauf aufgesetzten Spindelmuttern 20 verfahren
in Richtung zu den Haltemagneten 25. Über die
Stößel 21 werden zumindest die Bremskeile 23 und
gegebenenfalls auch die Rollenführungen 24 in Richtung
zu den Haltemagneten 25 verfahren. Dadurch werden die Kraftspeicher
in Form der Druckfedern 28 gespannt. Da auch die Elektromagneten 25 mit
Strom beaufschlagt werden, ziehen sie mit der vorbestimmten Haltekraft
die zylindrischen Körper 26 und zumindest die
Bremskeile 23 an und halten diese in dieser Freigabestellung.
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Sobald
die Übernahme durch die Haltemagneten 25 erfolgt
ist, werden die Antriebsmotoren 17 umgesteuert und die
Spindelmuttern 20 und die Stößel 21 fahren
in die Ausgangsstellung zurück, so dass, sofern ein Stromausfall
erfolgt, die Bremskeile 23 und gegebenenfalls die Rollenführungen 24 in
die Wirk- bzw. Haltestellung durch Entspannen der Druckfedern 28 gedrückt
werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Wesentlich ist, dass für die Funktion
der Linearachse eine ausschließlich elektrische Lösung
verwirklicht wird, wobei bevorzugt zum Verfahren der Bremskeile 19, 20 in
die Außerbetriebsstellung ein Gleichstrommotor verwendet
wird, und dass nach dem Verfahren der Bremskeile 19, 20 in
die Außerbetriebsstellung diese durch ein elektrisch betreibbares
Bauteil gehalten werden, bevorzugt durch einen Elektromagneten gebildeten
Haltemagnet.
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- 10
- Führungsschiene
- 11
- Steuergehäuse
- 12
- Motorgehäuse
- 13
- Lagergehäuse
- 14
- Gehäuseteil
- 15
- Federkörpergehäuse
- 16
- Magnetgehäuse
- 17
- Antriebsmotor
- 18
- Getriebe
- 19
- Spindel
- 20
- Spindelmutter
- 21
- Stößel
- 22
- Initiator
- 23
- Bremskeil
- 24
- Rollenführung
- 25
- Haltemagnet
- 26
- Körper
- 27
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- 28
- Druckfeder
- 29
- Führung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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