DE29508517U1 - Kolbenstangenloser Linearantrieb - Google Patents
Kolbenstangenloser LinearantriebInfo
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Description
G 16 976 - lens 5. Mai 1995
Die Erfindung betrifft einen kolbenstangenlosen Linearantrieb, mit einem einen Längsschlitz aufweisenden Gehäuse, mit einem in
dem Gehäuse längsbeweglich angeordneten Antriebsteil, und mit einem mit dem Antriebsteil verbundenen, durch den Längsschlitz
hindurch nach außen ragenden Übertragungsglied.
Ein Linearantrieb dieser Art in Gestalt eines sogenannten Schlitzzylinders geht aus der DE 41 37 789 C2 hervor. Dieser umfaßt
ein von einem Kolben gebildetes Antriebsteil, das bei Fluxdbeaufschlagung eine Linearbewegung ausführt, die außerhalb
des Gehäuses an dem Übertragungsglied abgegriffen werden kann. Mit dem Übertragungsglied kann eine zu transportierende Last
verbunden werden.
Bei vielen Anwendungen ist es wünschenswert, die Position des Antriebsteils bzw. eines mit Hilfe des Linearantriebes zu verlagernden
Gegenstandes zu erfassen, zumindest jedoch in Abhängig-
. . j 2
keit von gewissen Axialpositionen bestimmte Steuerungsvorgänge
auszulösen. Es wäre denkbar, derartiges bei dem bekannten Linearantrieb durch außen an das Gehäuse angesetzte Sensoren üblicher
Bauart wie Read-Schalter od.dgl. zu verwirklichen. Dies erfordert
jedoch die Bereitstellung besonderer Befestigungsmaßnahmen und beeinträchtigt die Kompaktheit der Gesamtanordnung. Auch
besteht die Gefahr, daß derart montierte Sensoren bei unsachgemäßer Handhabung durch bewegte Teile beschädigt werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kolbenstangenlosen
Linearantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei weiterhin kompakten Abmessungen eine zuverlässige
Positionserfassung des Antriebsteils bzw. der mit diesem verbundenen Teile ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß im Bereich der beiden Schlitzflanken des Längsschlitzes jeweils ein sich in
Schlitzlängsrichtung erstreckender gehäusefester Widerstandsstreifen
angeordnet ist, daß an dem Übertragungsglied eine Schleifkontaktanordnung vorgesehen ist, die gleichzeitig mit
beiden Widerstandsstreifen in Kontakt steht und bei der Längsbewegung des Übertragungsgliedes auf den Widerstandsstreifen entlang
gleitet, und daß Anschiußmittel zur Verbindung der beiden
Widerstandsstreifen mit einer Positionserfassungs-Auswerteeinrichtung
vorhanden sind.
Auf diese Weise läßt sich die Position des Antriebsteils und sämtlicher mit diesem verbundener Teile zuverlässig nach dem Potentiometerprinzip
erfassen. Entsprechend der momentanen Längs-
position ergeben sich unterschiedlich lange, sich auf den elektrischen
Widerstand auswirkende Stromlaufwege, anhand derer über
die Auswerteeinrichtung die aktuelle Relativposition zwischen dem Übertragungsglied und dem Gehäuse festgestellt werden kann.
Durch die Integration der Positionserfassungsmaßnahmen in den Bereich des Längsschlitzes bleiben kompakte Abmessungen des Linearantriebes
gewährleistet. Die:einzelnen Bestandteile können
gut geschützt untergebracht werden. Darüberhinaus ist eine kostengünstige Realisierung möglich.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
Bevorzugt sind die Widerstandsstreifen in Längsnuten angeordnet, die in den Schlitzflanken des Längsschlitzes ausgebildet sind.
Dadurch kann die Schlitzbreite beibehalten werden und somit auch die Baubreite des im Betrieb verhältnismäßig hoch belasteten
Übertragungsgliedes.
Die Schleifkontaktanordnung umfaßt zweckmäßigerweise zwei Schleifkontakte, die jeweils gegen einen der Widerstandsstreifen
federnd nachgiebig vorgespannt sind und untereinander in elektrischer Verbindung stehen. Bei der Linearbewegung des Übertragungsgliedes
gleiten die Schleifkontakte auf dem jeweils zugeordneten Widerstandsstreifen entlang, wobei durch die federnde
Vorspannung ein stets sicherer elektrischer Kontakt gewährleistet ist.
Die Widerstandsstreifen können direkt mit einem oder mehreren Kabeln in Verbindung stehen, die als weiterführende Anschlußmittel
zum Anschluß der elektrischen Auswerteeinrichtung dienen. Eine einfachere Handhabung wird jedoch mit einer Weiterbildung
erzielt, bei der die Anschlußmittel an einem axialen Endbereich des Gehäuses angeordnet sind, wobei sie einerseits mit den Widerstandsstreifen
verbunden sind und andererseits nach Bedarf den lösbaren elektrischen Anschluß der Auswerteeinrichtung ermöglichen.
Derartige Anschlußmittel sind vorzugsweise als Steck-Anschlußmittel
konzipiert, die über einfache Steckverbindungen den Anschluß der Auswerteeinrichtung ermöglichen.
Zweckmäßigerweise sind die Anschlußmittel an der Stirnseite des Linearantriebes angeordnet. An dieser befinden sich bei fluidbetätigten
Linearantrieben zweckmäßigerweise auch die Anschlüsse für die Zu- und Abfuhr des Beaufschlagungsmediums.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist nicht nur bei fluidbetätigten
Linearantrieben möglich. Beispielsweise könnte auch bei elektrisch betriebenen Linearantrieben eine Positionserfassung
nach dem erfindungsgemäßen Prinzip stattfinden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Figur 1 eine erste Bauform des erfindungsgemäßen Linearantriebes
in schematischer perspektivischer Darstellung,
Figur 2 eine Draufsicht auf den Linearantrieb aus Figur 1,
und
Figur 3 den Linearantrieb der Figuren 1 und 2 im Querschnitt gemäß Schnittlinie III-III im Bereich des
Längsschlitzes.
Bei dem beispielsgemäßen Linearantrieb handelt es sich um einen fluidbetätigten kolbenstangenlosen Arbeitszylinder. Abgesehen
von den noch zu erläuternden Maßnahmen zur Positionserfassung kann sein Aufbau dem in der DE 41 37 789 C2 beschriebenen Linearantrieb
entsprechen. Auf den Inhalt dieser Veröffentlichung wird verwiesen, so daß es vorliegend genügt, den grundsätzlichen
Aufbau kurz zusammenzufassen.
Der Linearantrieb verfügt über ein langgestrecktes Gehäuse 1, das sich aus einem von einem Rohrkörper 2 gebildeten Mittelteil
und zwei an die stirnseitigen Enden des Rohrkörpers 2 angesetzten
Abschlußdeckeln 3, 4 zusammensetzt.
Im Innern des Rohrkörpers 2 ist eine zylindrisch konturierte, in
Gehäuselängsrichtung 6 verlaufende Laufkammer 5 ausgebildet, in der ein relativ zum Gehäuse 2 längsbewegliches Antriebsteil 7
angeordnet ist. Das Antriebsteil 7 ist vorliegend ein Kolben, der die Laufkammer 5 axial in zwei Arbeitsräume 8, 8' unterteilt.
Jeder Arbeitsraum 8, 8' steht mit einem Kanal in Verbindung, wobei beide Kanäle gemeinsam an der Stirnseite 12 des
einen Abschlußdeckels 3 ausmünden. Die Mündungen bilden Anschlußöffnungen
13 zur Zufuhr und Abfuhr eines Betätigungs-
fluides, über das das Antriebsteil 7 zu einer Linearbewegung in Gehäuse-Längsrichtung 6 angetrieben werden kann.
Der Rohrkörper 2 verfügt an einer Stelle seines Umfanges über
einen sich über die gesamte Rohrlänge erstreckenden Längsschlitz 14. Dieser durchsetzt die die Laufkammer 5 umfangsseitig begrenzende
Gehäusewand in radialer Richtung, wobei er radial innen zur Laufkammer 5 und radial außen zur Umgebung des Gehäuses 1
ausmündet. Ein an dem Antriebsteil 7 angeordnetes länglichschmales Übertragungsglied 15 durchsetzt den Längsschlitz 14 und
ragt nach außen, wo es mit einem schematisch angedeuteten Mitnehmer 16 in fester Verbindung steht. Der Mitnehmer 16 seinerseits
eignet sich zur Verbindung mit einem zu bewegenden Gegenstand, zum Beispiel einem Bestandteil einer Handhabungsvorrichtung.
Entsprechende Befestigungslöcher sind bei 17 angedeutet.
Das Antriebsteil 7, das Übertragungsglied 15 und der Mitnehmer 16 bilden eine Bewegungseinheit. Bei Verlagerung des Antriebsteils
7 wird der Mitnehmer 16 und somit der daran befestigte Gegenstand synchron mitbewegt.
Um den Austritt von Betätigungsfluid durch den Längsschlitz 14
hindurch zu verhindern, ist diesem radial innen ein flexibles Dichtband 18 zugeordnet. Es deckt den Längsschlitz 14 normalerweise
von innen her dichtend ab. Lediglich im Bereich des Antriebsteils 7 wird es vom Längsschlitz 14 nach innen abgehoben,
um dem Übertragungsglied 15 den Durchtritt zu gestatten. Das Dichtband 18 wird hierbei durch eine Ausnehmung 22 des Antriebsteils
7 oder des Übertragungsgliedes 15 hindurchgeführt.
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Der Linearantrieb ist mit einer allgemein mit 22 bezeichneten Positionserfassungseinrichtung ausgestattet. Sie ermöglicht im
Betrieb die Bestimmung der momentanen Position der erwähnten Bewegungseinheit 7, 15, 16 relativ zum Gehäuse 1.
Zu der Positionserfassungseinrichtung 22 gehören zunächst zwei aus elektrisch leitendem Material bestehende Widerstandsstreifen
23, 23'. Jeweils einer dieser Widerstandsstreifen 23, 23' ist im
Bereich einer der Schlitzflanken 24, 24' des Längsschlitzes 14 gehäusefest fixiert. Ein jeweiliger Widerstandsstreifen 23, 23'
verläuft in Schlitzlängsrichtung, wobei er sich zumindest im wesentlichen über die gesamte Schlitzlänge erstreckt.
Um den Schlitz nicht unnötig zu verengen, ist jeder Widerstandsstreifen
23, 23' zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig in einer Längsnut 25 aufgenommen, die in der betreffenden,
den Längsschlitz 14 seitlich begrenzenden Schlitzflanke 24, 24'
ausgebildet ist. Eine jeweilige Längsnut 25 trägt auch zur exakt parallelen Ausrichtung des zugeordneten Widerstandsstreifens 23,
23' bei, sie kann bei der Herstellung des Rohrkörpers 2 im Rahmen eines Strangpreßverfahrens unmittelbar eingeformt werden.
Regelmäßig besteht das Gehäuse 1 aus Metall, beispielsweise aus Aluminiummaterial. Zwischen einem jeweiligen Widerstandsstreifen
23, 23' und dem Gehäusematerial ist daher zweckmäßigerweise eine aus elektrisch isolierendem Material bestehende Isolationsschicht
26 angeordnet. Sie kann fester Bestandteil des Widerstandsstreifens 23, 23' sein.
• ·
Die dem einen Abschlußdeckel 3 zugeordneten Endbereiche 27 der Widerstandsstreifen 23, 23' stehen mit gehäusefest angeordneten
elektrischen Anschlußmitteln 28 in Verbindung. Diese ermöglichen den Anschluß einer Positionserfassungs-Auswerteeinrichtung 31,
die in Figur 1 schematisch angedeutet ist. Die dem anderen Abschlußdeckel 4 zugeordneten Endbereiche der Widerstandsstreifen
23, 23' laufen frei endend aus.
An dem Übertragungsglied 15 ist innerhalb des Längsschlitzes 14
eine Schleifkontaktanordnung 32 vorgesehen. Sie steht gleichzeitig mit beiden Widerstandsstreifen 23, 23' in Kontakt. Bei der
Längsbewegung des Übertragungsgliedes 15 gleitet die Schleifkontaktanordnung
32 auf den beiden Widerstandsstreifen 23, 23' entlang.
Die Schleifkontaktanordnung 32 stellt somit im Bereich des Übertragungsgliedes
15 eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Widerstandsstreifen 23, 23' dar. Der Längsschlitz 14 wird
praktisch überbrückt. Die Stelle der elektrischen Verbindung variiert
je nach Längsposition des Übertragungsgliedes 15, sie hängt also unmittelbar von der aktuellen Relativposition zwischen
dem Übertragungsglied 15 und dem Gehäuse 1 ab.
Somit kann vergleichbar dem Potentiometerprinzip eine zuverlässige
stufenlose Erfassung der erwähnten Relativposition erfolgen. Dies ermöglicht äußerst exakte Positionierungen der mit dem
Linearantrieb zu bewegenden Gegenstände.
Die beispielsgemäße Positionserfassungs-Auswerteeinrichtung verfügt
über eine nicht näher dargestellte Spannungsquelle, über die unter Verwendung der elektrischen Anschlußmittel 28 eine
Spannung an die beiden Widerstandsstreifen 23, 23' angelegt wird. Dadurch wird ein Stromfluß erzeugt. Der Strom fließt ausgehend
von der Spannungsquelle über das eine elektrische Anschlußmittel 28 in den einen Widerstandsstreifen 23, von dort
über die Schleifkontaktanordnung 32 zum anderen Widerstandsstreifen
23' und über das zugeordnete Anschlußmittel 28 zurück zur Auswerteeinrichtung 31. Maßgeblich für die Stromstärke ist
dabei der jeweils wirkende elektrische Widerstand, der durch die Widerstandsstreifen 23, 23! erzeugt wird. Dieser wird bestimmt
durch die axiale Länge der stromdurchflossenen Längenabschnitte der Widerstandsstreifen 23, 23', die wiederum von der momentanen
Axialposition der Schleifkontaktanordnung 32 abhängt. Die stromdurchflossenen
Streifenabschnitte sind umso länger, je weiter das Übertragungsglied 15 und die an diesem angeordnete Schleifkontaktanordnung
32 von den Anschlußmitteln 28 entfernt ist. Entsprechend der Länge der stromdurchflossenen Streifenabschnitte
ergibt sich ein unterschiedlicher elektrischer Widerstand, was in der Positionserfassungs-Auswerteeinrichtung 31 als
Stromänderung registrierbar ist. Auf diese Weise ist die momentan festgestellte Stromstärke ein Indikator für die aktuelle
Verschiebeposition der Bewegungseinheiten, 7, 15, 16 relativ zum
Gehäuse 1. Es kann dann bei Bedarf in Abhängigkeit von bestimmten Positionen die Steuerung des Linearantriebes selbst oder
weiterer Einrichtungen erfolgen.
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Es wäre denkbar, die Anordnung so zu treffen, daß einer der Widerstandsstreifen
unmittelbar von der Schlitzflanke gebildet ist. Der Stromrückfluß könnte dann auf der einen Seite des
Längsschlitzes unmittelbar über das Gehäusematerial erfolgen.
Die Schleifkontaktanordnung 32 verfügt bevorzugt über zwei voneinander
unabhängige Schleifkontakte 33, 33', die im Bereich der einander entgegengesetzten Längsseiten des stegartigen Übertragungsgliedes
15 angeordnet sind. Die Ausgestaltung ist so getroffen, daß jeder Schleifkontakt 33, 33' einerseits am Übertragungsglied
15 fixiert ist und andererseits federbelastet gegen den zugeordneten Widerstandsstreifen 23, 23' arbeitet. Auf diese
Weise ergibt sich in Querrichtung des Längsschlitzes 14 eine elastische Nachgiebigkeit, die dafür sorgt, daß die Schleifkontakte
33, 33' stets sicheren Kontakt zu den Widerstandsstreifen
23, 23' halten.
Die Schleifkontakte 33, 33' könnten beispielsweise von blattfederähnlichen
Kontaktelementen gebildet sein. Beim Ausführungsbeispiel ist jeder Schleifkontakt 33, 33' als Schleifschuh konzipiert,
wobei beide Schleifkontakte 33, 33' in Schlitzquerrichtung verschieblich in einer das Übertragungsglied 15 quer durchsetzenden
Führungsbohrung 34 gelagert sind. Zwischen den Schleifkontakten 33, 33' erstreckt sich eine von einer Druckfeder
gebildete Federeinrichtung 35, die beide Schleifkontakte 33, 33' nach außen gegen den zugeordneten Widerstandsstreifen 23,
23' drückt.
Die beiden Schleifkontakte 33, 33" sind untereinander elektrisch
verbunden, was vorliegend über einen flexiblen elektrischen Leiter 42 erfolgt, der an den beiden Schleifkontakten 33, 33' festgelegt
ist. Denkbar wäre es auch, die Federeinrichtung 35 als elektrischen Verbindungsleiter heranzuziehen.
Zur elektrischen Isolation ist die Führungsbohrung 34 zweckmäßigerweise
mit elektrisch isolierendem Material 49 ausgekleidet.
Die bereits erwähnten Anschlußmittel 28 sind bevorzugt als Steck-Anschlußmittel ausgebildet und wie abgebildet an der gleichen
Stirnseite 12 des Abschlußdeckels 4 angeordnet wie auch die Anschlußöffnungen 13 für die DruckmittelVersorgung.
Die Positionserfassungs-Auswerteeinrichtung 41 steht über Kabel
43 mit beispielsgemäß von einem Stecker gebildeten komplementären Gegen-Anschlußmittel 44 in Verbindung, die im Rahmen einer
Steckverbindung mit den Steck-Anschlußmitteln 2 8 lösbar verbindbar
sind.
Es wäre möglich, Verlängerungen der Widerstandsstreifen 23, 23'
durch den zugeordneten Abschlußdeckel 3 hindurchzuführen und in den genannten Anschlußmitteln 2 8 enden zu lassen. Beim Ausführungsbeispiel
ist eine montagefreundlichere Lösung vorgesehen. Hier befindet sich im Übergangsbereich zwischen dem Rohrkörper
2 und dem betreffenden Abschlußdeckel 3 eine Steckverbindungseinrichtung 45, die über komplementäre erste und zweite
Steckverbinder 46, 47 verfügt. Die ersten Steckverbinder 46 sind
im Bereich der Stirnseite des Rohrkörpers 2 an den Enden der Wi-
derstandsstreifen 23, 23' angebracht. Die zweiten Steckverbinder
47 befinden sich gegenüberliegend am Abschlußdeckel 3 und stehen über interne elektrische Leiter 48 mit den Anschlußmitteln 28 in
Verbindung. Beim Zusammenbau des Gehäuses 1 wird somit eine automatische Kontaktierung erzielt, überdies im Falle eines Defektes
die Zerlegbarkeit des Gehäuses 1 begünstigt.
Da sowohl die Druckmittelanschlüsse als auch die elektrischen Anschlüsse an der gleichen Stirnseite des Gehäuses 1 angeordnet
sind, gestaltet sich der Linearantrieb sehr anschlußfreundlich. Bevorzugt handelt es sich um einen pneumatisch betätigten Linearantrieb
.
Die erfindungsgemäße Anordnung einer Positionserfassungseinrichtung
läßt sich auch an anderen Linearantrieben verwirklichen, die über ein einen Gehäuse-Längsschlitz durchsetzendes Übertragungsglied
verfügen. Beispielsweise ist hier an elektrische Linearantriebe gedacht, bei denen das Antriebsteil 7 elektromotorisch
angetrieben ist.
Claims (7)
1. Kolbenstangenloser Linearantrieb, mit einem einen Längsschlitz (14) aufweisenden Gehäuse (1), mit einem in dem Gehäuse
(1) längsbeweglich angeordneten Antriebsteil (7) , und mit einem mit dem Antriebsteil (7) verbundenen, durch den Längsschlitz
(14) hindurch nach außen ragenden Übertragungsglied (15), dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der beiden Schlitzflanken
(24, 24') des Längsschlitzes (14) jeweils ein sich in Schlitzlängsrichtung
erstreckender gehäusefester Widerstandsstreifen (23, 23') angeordnet ist, daß an dem Übertragungsglied (15) eine
Schleifkontaktanordnung (32) vorgesehen ist, die gleichzeitig mit beiden Widerstandsstreifen (23, 23') in Kontakt steht und
bei der Längsbewegung des Übertragungsgliedes (15) auf den Widerstandsstreifen
(23, 23') entlang gleitet, und daß Anschlußmittel (28) zur Verbindung der beiden Widerstandsstreifen (23,
23') mit einer Positionserfassungs-Auswerteeinrichtung (31) vorhanden
sind.
2. Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsstreifen {23, 23') jeweils in einer Längsnut (25)
der zugeordneten Schlitzflanke (24, 24') festgelegt sind.
3. Linearantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schleifkontaktanordnung (32) zwei jeweils federnd gegen einen der Widerstandsstreifen (23, 23') vorgespannte und
elektrisch miteinander verbundene Schleifkontake (33, 33') aufweist
.
4. Linearantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schleifkontakte (33, 33') in einer das Übertragungsglied
(15) quer durchsetzenden Führungsbohrung (34) verschieblich gelagert und von einer zwischen ihnen angeordneten Federeinrichtung
(35) gegen den jeweils zugeordneten Widerstandsstreifen (23, 23') gedruckt werden.
5. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußmittel (28) an einem axialen Endbereich des Gehäuses (1) angeordnet sind, wobei sie einerseits
mit den Widerstandsstreifen (23, 23') verbunden sind und andererseits
den lösbaren elektrischen Anschluß der Positionserfassungs-Auswerteeinrichtung
ermöglichen.
6. Linearantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußmittel (28) als Steckanschlußmittel ausgebildet
7. Linearantrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußmittel (28) an der Stirnseite (12) des Linearantriebes angeordnet sind.
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