DE3628329A1 - Einrichtung zur erzeugung von linearbewegungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung von Linearbewegungen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ge­ nannten Art.

Es ist eine Einrichtung dieser Art bekannt (EP-PS 1 06 244), die als Vorschubeinheit für Fertigungseinrichtungen, insbe­ sondere für Werkzeugmaschinen, ausgebildet ist. Die Antriebs­ einrichtung besteht hier aus einer zwischen beiden Lagerböcken drehfest gehaltenen Gewindespindel und einer im Schlitten axial unverschiebbar, jedoch umlaufend gehaltenen und umlaufend ange­ triebenen Spindelmutter. Der Antriebsmotor sitzt ebenfalls auf dem Schlitten, wobei dessen Stator fest mit dem Schlitten und dessen Rotor drehfest mit der Spindelmutter verbunden ist. Eine solche Vorschubeinrichtung hat sich für den genannten Anwendungs­ bereich als außerordentlich vorteilhaft erwiesen.

Es gibt jedoch technische Bereiche, bei denen in hohem Maße trägheitsarme, hochdynamische und sehr präzise Einrichtungen ge­ nannter Gattung benötigt werden, um Linearbewegungen mit hoher Präzision und hoher Dynamik ausführen zu können, insbesondere solche für Positionierantriebe bei Prüfständen oder ähnlichem. Hierfür eignet sich eine Einrichtung bekannter Art nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ein­ richtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so auszubilden, daß sich diese als kompaktes, kleines, leichtes und kostengünstiges Gerät als Positionierantrieb vor allem für Prüfstände und für Linearbewegungen mit sehr hoher Präzision und sehr hoher Dynamik eignet.

Die Aufgabe ist bei einer Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst.

Hierdurch ist eine Einrichtung geschaffen, die sich kompakt, klein, leicht und billig gestalten läßt und die vor allem sehr trägheitsarm mit hoher Präzision und hoher Dynamik das Abtriebsglied translatorisch hin- und hergehend bewegen und damit daran anzuschließende Vor­ richtungen, insbesondere im Bereich der Prüfstandtechnik, antreiben kann. Die Einrichtung ist dabei einer Regelung zugänglich, wodurch eine reproduzierbare, hochpräzise Positionierung im Arbeitsbereich zwischen den beiden Lagerböcken sichergestellt ist.

Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ein­ richtung ergeben sich aus den folgenden Ansprüchen 2-35.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.

Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wieder­ gegeben, sondern statt dessen lediglich durch Nennung der Anspruchsnummer darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle für die Erfindung ausdrücklich und als erfindungswesentlich offenbart zu gelten haben.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen einer Einrichtung zur Erzeugung von Linearbewegungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der Einrichtung,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht der Einrichtung in Richtung gemäß Pfeil II in Fig. 1,

Fig. 3 und 4 jeweils eine schematische stirnseitige Ansicht der Einrichtung in Pfeilrichtung III bzw. IV in Fig. 2,

Fig. 5 und 6 jeweils einen schematischen Schnitt mit teil­ weiser Seitenansicht der Einrichtung in Pfeil­ richtung V-V in Fig. 3 bzw. VI-VI in Fig. 4,

Fig. 7 eine schematische, perspektivische und teil­ weise geschnittene Ansicht allein des Schlittens der Einrichtung mit Einzelheiten dazu,

Fig. 8 eine schematische Draufsicht mit teilweisem Schnitt der Einrichtung entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 6,

Fig. 9 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht etwa entsprechend derjenigen in Fig. 5 eines Teiles einer Einrichtung gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1-8 ist eine Einrichtung 10 gezeigt, die generell zur Erzeugung von Linearbewegungen dient, z.B. zum Betätigen irgendwelcher Teile oder Geräte, z.B. von Drosselklappen, Einspritzpumpen, Kupplungen, Getriebe­ schaltungen oder dergl. und z.B. für Prüfstände besonders geeignet ist. Die Einrichtung 10 ermöglicht Linear­ bewegungen in Pfeilrichtung 11 mit sehr hoher Präzision und sehr hoher Dynamik. Dabei handelt es sich um im Wechsel hin- und hergehende Bewegungen. Dies schließt aber nicht aus, daß die Linearbewegung erforderlichen­ falls lediglich eine Hub- oder Zugbewegung in einer Richtung sein kann, wobei die Rückstellung gegensinnig dazu von außen oder in sonstiger Weise, jedoch nicht über den vorhandenen Antrieb, erfolgt.

Die Einrichtung 10 weist zwei auf einer Grundplatte 12 in Längsabstand gehaltene Lagerböcke 13 und 14 auf, die praktisch völlig gleich ausgebildet und seitenvertauscht montierbar sind. Zwischen den Lagerböcken 13 und 14 er­ streckt sich eine Längsführung 15 in Form zweier, auf gleicher Höhe und zueinander parallel verlaufender Führungsstangen 16 und 17, die z.B. aus Rundbolzen be­ stehen, welche endseitig jeweils in Bohrungen 18, 19 bzw. 20, 21 der Lagerböcke 13 bzw. 14 aufgenommen und mittels Schrauben 22 daran befestigt sind. Auf der Längs­ führung 15 ist ein etwa quaderförmiger Schlitten 23 längsverschieblich gehalten, der je Führungsstange 16,17 eine in einer Bohrung 24 bzw. 25 gehaltene Wälzkörper­ buchse 26 aufweist, die als Kugelbüchse ausgebildet ist und mit der der Schlitten 23 auf der jeweiligen Führungs­ stange 16 bzw. 17 geführt ist.

Die Einrichtung 10 weist ferner eine Antriebseinrichtung auf, die im einzelnen einen elektrischen Antriebsmotor 27 vorzugsweise in Form einer pulswechselrichtergespeisten Drehfeldmaschine und ferner davon angetriebene getrieb­ liche Mittel für den Antrieb des Schlittens 23 aufweist, die später noch näher erläutert sind. Der Antriebsmotor 27 verläuft hier mit seiner Längsmittelachse vertikal. Er ist auf der Oberseite des Lagerbockes 13 angeflanscht, wobei die nicht sichtbare Antriebswelle des Antriebs­ motors 27 in einen hohlen Antriebszapfen 28 eingreift, mit dem sie zum Antrieb drehfest gekuppelt ist.

Die hin- und hergehende Translationsbewegung des Schlittens 23 ist von diesem mittels eines daran ge­ haltenen und wahlweise zur einen oder zur anderen Seite nach außen geführten Abtriebsgliedes 29 ableitbar und auf eine nicht gezeigte, davon antreibbare äußere Vor­ richtung übertragbar, die z.B. eine der eingangs er­ läuterten sein kann. Die getrieblichen Mittel der Antriebs­ einrichtung sind zur Erlangung sehr hoher Präzision spielfrei. Für jede Translationsrichtung des Schlittens 23 ist ein mechanischer Endanschlag 30 bzw. 31 vorge­ sehen, über den die Schlittenbewegung mechanisch begrenzbar ist. Die Endanschläge 30, 31 sitzen auf der dem Schlitten 23 zugewandten Innenseite des jeweiligen Lagerbocks 13 bzw. 14. Sie bestehen aus einer Schraube, deren Kopf 32 bzw. 33 vom Äußeren des Lagerbockes 13 bzw. 14 her zur Einstellung der Endanschläge 30, 37 mit einem Werkzeug faßbar ist. Jeder Endanschlag 30, 31 trägt auf der dem Schlitten 23 zugewandten Seite einen Anschlagkopf 34 bzw. 35, der noch mit einem Puffer 36 am Ende versehen sein kann.

Am Schlitten 23 greift ferner - beim gezeigten Aus­ führungsbeispiel in der einen Translationsrichtung gemäß Fig. 8 nach rechts hin - eine mechanische Rückstellvor­ richtung 37 an, mittels der der Schlitten 23 bei Wegfall des Antriebsmomentes des Antriebsmotors 27 in die in dieser Richtung vom dortigen Endanschlag 31 begrenzte Ruhelage zurückbewegbar ist.

Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich eine entsprechende Rückstellvorrichtung ent­ weder im anderen Lagerbock 13 oder es ist in jedem Lager­ bock eine solche Rückstellvorrichtung angeordnet.

Das Abtriebsglied 29 besteht beim ersten Ausführungs­ beispiel aus einer biegesteifen Schubstange 38, die mit einem Gewindezapfen 39 in eine seitliche Gewindebohrung 40 des Schlittens 23 auf der in Fig. 5 und 6 rechten Seite des Schlittens 23 eingeschraubt ist. Wie insbe­ sondere Fig. 7 zeigt, kann die Gewindebohrung 40 im Schlitten 23 bis hin zur anderen Schlittenseite durch­ gängig sein. Ferner zeigt Fig. 7, daß der Schlitten 23 auf der anderen, linken Stirnseite eine weitere Gewinde­ bohrung 41 gleicher Größe aufweist, die auf gleicher Höhe liegt, jedoch gegenüber der Gewindebohrung 40 seiten­ vertauscht ist. Dadurch kann die Schubstange 38 wahlweise entweder von rechts (Fig. 5, 6) in die Gewindebohrung 40, wie gezeigt ist, oder statt dessen von links in die andere Gewindebohrung 41 eingeschraubt werden. Auf diese Weise läßt sich auch bei der nur in einer Richtung wirk­ samen einzigen Rückstellvorrichtung 37 deren Wirkungs­ richtung in bezug auf die Bewegung des Schlittens 23 umkehren, wobei dann natürlich die Schubstange 38 statt des rechten Lagerbockes 14 nun den linken Lagerbock 13 durchsetzt und in Fig. 5 und 6 links aus diesem heraus­ ragt. Somit ist das Abtriebsglied 29 wahlweise an der einen Seite des Schlittens 23 oder an dessen anderer Seite befestigbar, wobei das Abtriebsglied von außen her durch eine Öffnung 42 oder 43 im einen Lagerbock 14 oder im anderen Lagerbock 13 hindurch und nach innen bis zum Schlitten 23 reicht. Es ist auch möglich,auf jeder Seite des Schlittens 23 in den Gewindebohrungen 40 und 41 jeweils ein Abtriebsglied 29 zu befestigen. Die jeweilige Öffnung 42 und 43 im Lagerbock 14 bzw. 13 besteht aus einer Durchgangsbohrung, in die bei hindurch­ geführter Schubstange 38 von außen her ein Führungs­ stück 44 mit einer inneren Führungsbuchse eingesetzt ist, das hinsichtlich dieser Führungsbuchse an den Durch­ messer der Schubstange 38 oder des sonstigen Abtriebs­ gliedes 29 angepaßt ist. Die andere, hier nicht benutzte Öffnung 43 im Lagerbock 13 ist hier von außen mittels eines Deckels 45 verschlossen.

Die Öffnung 42 des einen Lagerbockes 14 und in ent­ sprechender Zuordnung die Gewindebohrung 40 des Schlittens 23, die dazu fluchtet, sind gegenüber der Öffnung 43 im anderen Lagerbock 13 und Gewindebohrung 41 auf der anderen Seite des Schlittens 23 seitenvertauscht, jedoch auf gleicher Höhe angeordnet.

Die vom Antriebsmotor 27 direkt, ohne Zwischenschaltung eines sonstigen zusätzlichen mechanischen Getriebes, angetriebenen getrieblichen Mittel können bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem trägheits­ armen, zumindest im wesentlichen spielfreien mechanischen Koppelelement, z.B. einer angetriebenen Kugelroll­ spindel mit am Schlitten 23 gehaltener Spindelmutter be­ stehen oder aus einem vom Antriebsmotor 27 angetriebenen Ritzel z.B. im Lagerbock 13 und einer mit dem Ritzel in Eingriff stehenden Zahnstange, die am Schlitten 23 an­ greift.

Besonders vorteilhaft ist hingegen ein spielfreier Kettenantrieb oder ein beim gezeigten Ausführungsbeispiel vorhandener Riementrieb, der hier als völlig spielfreier Zahnriementrieb 46 ausgebildet ist. Dieser enthält in jedem Lagerbock 13 und 14 ein Umlenkrad 47, 48, das jeweils als an den Zahnriemen 49 angepaßtes Ritzel aus­ gebildet ist. Der Zahnriemen 49 ist lediglich in Fig. 7 und 8 angedeutet, hingegen in Fig. 1-6 der besseren Übersicht wegen weggelassen. Er verläuft mit beiden Trums 50, 51 hochkant. Der Zahnriemen 49 ist über die beiden Umlenkräder 47, 48, mit denen er formschlüssig in Eingriff steht, herumgeführt, wobei etwaige Enden beim Trum 50 im Bereich des Schlittens 23 geschlossen sind. In diesem Bereich kann eine Spanneinrichtung 52 an beiden Enden des Trums 50 angreifen, die den Trum 50 schließt und zugleich über eine Schraube 53 zur Ein­ stellung der Riemenspannung verstellbar ist. Der Trum 50 des Zahnriemens 49, z.B. dessen Spanneinrichtung 52, ist mit dem Schlitten 23 verbunden. Für den Durchlaß beider Trums 50, 51 ist der Schlitten 23 dort etwa brückenartig ausgespart. Die Aussparung ist in Fig. 7 und 8 mit 54 angedeutet.

Das im Lagerbock 13 um eine dortige lotrechte Achse 55 mittels Lagern 56 drehbar gelagerte Umlenkrad 47 in Ge­ stalt eines Ritzels ist drehmomentübertragend mit dem Antriebszapfen 28 verbunden. Zwischen beiden Elementen oder - wie nicht gezeigt ist - zwischen dem Antriebs­ zapfen 28 und der nicht sichtbaren Antriebswelle des Antriebsmotors 27 ist im Antriebsstrang eine das Antriebs­ moment begrenzende mechanische Sicherheitskupplung, z.B. eine Rutschkupplung, angeordnet, was hier nur schematisch mit dem Teil 57 in Fig. 8 angedeutet ist.

Das andere Umlenkrad 48 in Form eines entsprechenden Ritzels ist im Lagerbock 14 ebenfalls um eine lotrechte Achse 58 mittels Lagern 59 frei drehbar gelagert.

Der Zahnriemen 49 kann im Bereich der Aussparung 54 mit dem Schlitten 23 direkt und fest verbunden sein, wobei dann der Trum 50 oder dessen beide in diesem Bereich zusammengeführte Enden oder dessen Spannein­ richtung 52 direkt am Schlitten 23 z.B. festgeschraubt sind.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn statt dessen im Verbindungsbereich zwischen dem Zahnriemen 49 und dem Schlitten 23 eine Überlastsicherung 60 angeordnet ist, die im Überlastfall in der einen oder anderen Längs­ richtung eine Relativbewegung zwischen dem Zahnriemen 49, insbesondere dem Trum 50, einerseits und dem Schlitten 23 andererseits ermöglicht. Diese ist in Fig. 8 näher ge­ zeigt. Sie weist ein einstellbares Federelement auf, das aus einem Halter 61, aus einem Gegenglied 62 und aus dazwischen befindlichen Druckfedern 63 in Form von Teller­ federn zusammengesetzt ist. Der Halter 61 ist z.B. als Zylinderhülse ausgebildet und mit einem endseitig über­ stehenden Flansch 64 versehen, der lose an der einen, in Fig. 8 linken Stirnseite des Schlittens 23 anliegt und davon abhebbar ist. Der Zylinderhülsenboden 65 am anderen Ende des Halters 61 bildet dort ein Widerlager, an dem das dortige Ende der Tellerfedern abgestützt ist. Das Gegenglied 62 besteht z.B. aus einem von der linken Seite in den Halter 61 eingesteckten Bolzen 66 mit über­ stehendem Kopf 67 an diesem Ende, der dort das Widerlager für das andere Ende der Druckfedern 63 bildet. Der Bolzen 66 erstreckt sich bis zum Zylinderhülsenboden 65 des Halters 61, den er durchsetzt. Am herausgeführten Bolzenende ist z.B. einstellbar ein Teller 68 aufge­ schraubt, der an der in Fig. 8 rechten Stirnseite des Schlittens 23 lose und davon abhebbar anliegt. Sowohl der Flansch 64 als auch der Teller 68 liegt außerdem an der jeweiligen Stirnseite des Teiles 69 an, der z.B. Bestandteil der Spanneinrichtung 52 des Trums 50 ist oder in sonstiger Weise fest damit verbunden ist.

Die Druckfedern 63 sind so zusammengespannt, daß im Normalbetrieb der Flansch 64 und Teller 68 spielfrei und fest am Schlitten 23 und am Teil 69 anliegen und in dieser Anlage verbleiben. Läuft jedoch beim Antrieb der Schlitten 23 z.B. gegen ein Hindernis oder gegen den Endanschlag 31, ohne daß der Antrieb abgeschaltet ist, so kann der Trum 50 in Fig. 8 nach rechts sich relativ zum stillstehenden Schlitten 23 weiterbewegen. Dabei wird über den Teil 69 der Teller 68 mitgenommen und von der Stirnseite des stehenden Schlittens 23 abgehoben. Der Bolzen 66 wird gegen die Wirkung der Druckfedern 63 unter deren weiterer Zusammendrückung in Fig. 8 nach rechts verschoben. Die Druckfedern 63 stützen sich über den Zylinderhülsenboden 65 am Halter 61 ab, der mit seinem Flansch 64 an der Stirnseite des Schlittens 23 abgestützt ist. Bei einem Anschlag des Schlittens 23 in der anderen Längsrichtung, z.B. am Endanschlag 30 oder vorzeitig an irgendeinem Hindernis, wird über den weiter­ hin bewegten Trum 50 und Teil 69 der Flansch 64 mitge­ nommen, der von der Stirnseite des Schlittens 23 abhebt. Die zusammengedrückten Druckfedern 63 werden dabei über den Kopf 67 als Widerlager und den Bolzen 66 abgestützt, der mit dem Teller 68 Anlage am Schlitten 23 hat.

Die Rückstellvorrichtung 37 (Fig. 6 und 8) ist so be­ schaffen, daß sie eine über den gesamten regelbaren Hub des Schlittens 23 zumindest im wesentlichen konstante Rückstellkraft ausübt. Sie weist eine Rückstellfeder 70 auf,die hier insbesondere als Spiralfeder ausgebildet ist. Im einzelnen weist die Rückstellvorrichtung 37 innerhalb des Lagerbockes 14 eine zur Achse 58 koaxiale und mittels eines Lagers 71 drehbar gelagerte Scheibe 72 auf, an der ein Ende 73 eines Rückstellseiles 74 be­ festigt ist. Das Rückstellseil 74 ist aus dem Lagerbock 14 heraus- und bis zum Schlitten 23 geführt, an dem es mit seinem anderen Ende mittels seines Halters 75 be­ festigt ist. Wie in Fig. 7 gestrichelt angedeutet ist, kann der Halter 75 bei vertauschter Anordnung auch auf der anderen Seite des Schlittens 23 angreifen. In einem solchen Fall ist die Rückstellvorrichtung 37 mit gegen­ sinniger Wirkung im anderen Lagerbock 13 in gleicher Weise angebracht, durch einfache Vertauschung, wobei dann der Antriebsmotor 27 und auch der Antriebszapfen 28 mit angetriebenem Umlenkrad 47 statt im Lagerbock 13 im anderen Lagerbock 14 angeordnet werden.

Die Scheibe 72 weist einen hochstehenden zylindrischen Rand 56 auf, wodurch ein topfartiger Hohlraum geschaffen ist. In diesem Hohlraum ist die als Spiralfeder ausge­ bildete Rückstellfeder 70 untergebracht. Sie greift mit dem innen befindlichen einen Ende 77 in einen Schlitz 78 eines Zapfens am Verschlußdeckel 79 ein, während das andere, außen befindliche Ende der Rückstellfeder 70 am Rand 76 der Scheibe 72 angreift. Dabei ist die Scheibe 72 mit dem Rückstellseil 74 über die Rückstellfeder 79 so vorgespannt, daß der Schlitten 23 bei Wegnahme des Antriebsmoments des Antriebsmotors 27 mit im wesentlichen konstanter Federkraft in Fig. 2 und 8 nach rechts und gegen den dortigen Endanschlag 31 bewegt wird. Dabei versteht es sich, daß das im Betrieb des Antriebsmotors 27 wirksame Antriebsmoment wesentlich größer als das gegen­ sinnige Rückstellmoment der Rückstellvorrichtung 37 ist.

Es versteht sich, daß bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich zur erläuterten Rück­ stellvorrichtung 37 im Lagerbock 14, die zur Rückstellung in Fig. 8 nach rechts hin wirksam ist, auch noch im anderen Lagerbock 13 eine z.B. entsprechende Rückstellvorrichtung angeordnet sein kann, die dazu gegensinnig wirksam ist, wobei die Kraft der jeweiligen Rückstellfedern unter­ schiedlich groß einstellbar ist.

Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zur Rückstellvorrichtung 37 im anderen Lagerbock 13 eine weitere Seilscheibe enthalten. Das Rückstellseil 74 ist analog dem Zahnriemen 49 um beide Seilscheiben herumgeführt und zu einem Endlosriemen ge­ schlossen. Am Schlitten 23 befindet sich ein Mitnehmer, der am Rückstellseil befestigbar ist. Der Mitnehmer kann entweder in einer Stellung im Schlitten 23 gehalten sein, bei der er am einen Trum des Rückstellseiles 74 angreift, oder er ist in eine andere Stellung auf dem Schlitten 23 umsetzbar, in der er am anderen Trum des Rückstellseiles angreift, wodurch sich mit einfachen Mitteln eine andere Rückstellrichtung ergibt. Statt eines um zwei Seilscheiben geführten Seiles ähnlich des Rückstellseiles 74 kann auch ein Zahnriemen vorgesehen sein, der in analoger Weise um endseitige Ritzel im Lagerbock 13 und 14 geführt ist und je nach gewünschter Rückstellrichtung mit dem einen oder anderen Trum über den Mitnehmer am Schlitten 23 angreift.

Der Hub des Schlittens 23 hin und her und damit dessen Regelweg ist mittels einer Regelung des Drehwinkels der nicht gezeigten Antriebswelle des elektrischen Antriebs­ motors 27 positionierbar, z.B. über einen inkrementalen Winkelgeber. Dieser kann dann gleichzeitig als Winkel­ geber für ein internes, z.B. mikroprozessorgeführtes, Führungssystem dienen.

Statt dessen kann der Hub des Schlittens 23 und damit die Position des Abtriebsgliedes 29 direkt mittels einer Hubregelung durch Messung und Regelung der Position dieses positioniert werden. Dadurch werden etwaige Elastizitäten im System sowie etwaige Lose innerhalb der Regelstrecke regelungstechnisch eliminiert. Es wird eine Erhöhung der Positioniergenauigkeit erreicht.

Die Einrichtung 10 ist ferner mit einer elektronischen Steuereinrichtung, insbesondere einer Mikrorechner­ einrichtung, versehen über die während eines hin- und hergehenden Hubes des Schlittens 23 als Suchlauf die Position der beiden Endanschläge 30, 31 erfaßt und ge­ speichert werden kann. Die Antriebseinrichtung wird dabei so gesteuert, daß während des ungestörten Betriebs der Einrichtung 10 der Schlittenhub auf eine Größe je­ jweils vor Erreichen der Endanschläge 30, 31 und ohne Anschlagen an diesen begrenzt wird. Es wird also ver­ hindert, daß beim ungestörten Betrieb der Schlitten 23 jeweils gegen die Endanschläge 30, 31 anschlägt und diese etwaige Bremskräfte der bewegten mechanischen Teil auf­ nehmen müssen. Auf diese Weise wird die Genauigkeit erhöht und ein etwaiger Verschleiß noch weiter reduziert. Die genannte automatische Eichung beinhaltet Erkennen und Abspeichern der Position der Endanschläge 30, 31 während eines Suchlaufs aus der Momentstrom-Zunahme in der elektronischen Steuereinrichtung, insbesondere Mikro­ rechnereinrichtung. Sodann erfolgt eine Normierung des festgelegten Regelweges auf einen vorgegebenen Sollwert- Signalbereich. Es ist auch eine manuelle Eichung möglich, bei der der Regelweg durch manuelles Abfahren und Ein­ speichern der Endpositionen in der elektronischen Steuereinrichtung festgelegt wird.

Ferner ist eine nicht weiter gezeigte elektronische Stellkraftbegrenzungseinrichtung vorgesehen, die die am Abtriebsglied 29, hier in Form der Schubstange 38, wirksame Stellkraft auf einen vorgebbaren Wert begrenzt, wobei vorzugsweise die durch die bewegten Massen ver­ ursachten Beschleunigungskräfte zugleich mittels der elektronischen Steuereinrichtung kompensiert werden. Außerdem ist vorgesehen, daß der Sollwert für den Regelweg in analoger oder digitaler Form vorgegeben werden kann und daß verschiedene vorgegebene Sollwerte abgespeichert und in Form eines autonomen Streckensteuerungs-Programmes abgearbeitet werden können.

Im normalen Betrieb der Einrichtung bei eingeschaltetem Antriebsmotor 27 treibt dieser mit ständig wechselnder Drehrichtung über den Antriebszapfen 28 das Umlenkrad 47 in Form des Ritzels an, wodurch der Zahnriemen 49 jeweils mit wechselnder Richtung spielfrei angetrieben wird und darüber der Schlitten 23 spielfrei translatorisch hin- und hergehend angetrieben wird. Dies hat beim herausge­ führten Abtriebsglied 29 in Form der Schubstange 38 eine hin- und hergehende Translationsbewegung gemäß Pfeil 11 zur Folge, die zum Antrieb irgendeiner daran ange­ schlossenen, hier nicht weiter gezeigten Vorrichtung dient. Die Einrichtung 10 arbeitet dabei mit hoher Präzision und insbesondere hoher Dynamik, was zum einen auf den spielfreien Zahnriementrieb 46 und zum anderen auf die sonstige trägheitsarme Ausbildung zurückzu­ führen ist. Ein besonderes mechanisches Getriebe zwischen dem Antriebsmotor 27 und dem Antriebszapfen 28 entfällt, was zu besonders großer Trägheitsarmut und hoher Dynamik der Einrichtung 10 führt. Diese ist bei allem klein, leicht, kompakt und außerordentlich kostengünstig. Da die Lagerböcke 13 und 14 gleich ausgebildet und seitenvertauscht verwendet werden können, stellen sie nur ein einziges zu fertigendes Bauteil dar. Auch der Schlitten 23 ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Die Anzahl der Bauelemente ist auf ein Mindestmaß reduziert und zudem noch auf besonders ein­ fache Elemente. Dadurch sind die Kosten so klein wie möglich gehalten.

Einer etwaigen Beschädigung oder gar Zerstörung des Zahnriemens 49 ist in einfacher Weise durch die Überlast­ sicherung 60 vorgebeugt. Die Rückstellvorrichtung 37 gewährleistet, daß bei Abfall des Antriebsmoments des Antriebsmotors 27 der Schlitten 23 zuverlässig und re­ produzierbar in die jeweilige Endstellung bewegt wird, die durch Endanschlag 31 gesichert ist, wobei diese Be­ wegung mit einer über den gesamten Regelweg nahezu kon­ stanten Rückstellkraft erfolgt, so daß also auch dann das Abtriebsglied 29 bei dieser Rückstellbewegung noch in gleicher Weise angetrieben wird, als wäre das Antriebs­ moment des Antriebsmotors 27 noch wirksam. Die Endan­ schlagstellung des Schlittens 23 ist reproduzierbar, was wichtig ist für den hiernach erneut beginnenden Arbeits­ zyklus.

Bei dem in Fig. 9 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel sind für die Teile, die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen, um 100 größere Bezugszeichen verwendet, so daß dadurch zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispieles Bezug ge­ nommen ist.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung 110 so hergerichtet, daß als Abtriebsglied statt der Schub­ stange ein nicht weiter gezeigter Bowdenzug eingesetzt werden kann. Die Seele des Bowdenzuges wird dabei am Schlitten 123 befestigt, während dessen Hülle relativ zur bewegten Seele z.B. am Lagerbock 114 festgelegt wird. Für diesen Fall ist in die sonst den Gewindezapfen 39 der Schubstange 38 aufnehmende Gewindebohrung 140 des Schlittens 123 ein Halter 180 mit einem genauso ausge­ bildeten Gewindezapfen 139 daran eingeschraubt. In die Öffnung 142 in Form der Durchgangsbohrung des Lagerbockes 114 ist in entsprechender Anpassung an den Bowdenzug als Abtriebsglied ein entsprechendes Führungsstück 181 einge­ setzt. Soll die Einrichtung 110, ausgehend von dieser Herrichtung für einen Bowdenzug, wieder auf diejenige mit Schubstange 38 als Abtriebsglied 29 umgerüstet werden, muß hierzu lediglich der Halter 180 mit seinem Gewinde­ zapfen 139 aus der Gewindebohrung 140 herausgeschraubt werden und ferner das Führungsstück 181 durch das Führungsstück 44 für die Schubstange 38 ersetzt werden, woraufhin von außen her eine Schubstange 38 durch den Lagerbock 114 hindurchgeschoben und in entsprechender Weise in den Schlitten 123 eingeschraubt werden kann. Dies geht schnell und einfach. Ebenso sind die Verhält­ nisse dann, wenn das Abtriebsglied durch den anderen Lagerbock 13 hindurch nach außen geführt werden soll und dazu an der anderen Seite des Schlittens anzubringen ist. Auch hier ist ein schneller, problemloser Wechsel mög­ lich.

Claims (35)

1. Einrichtung zur Erzeugung von Linearbewegungen, mit zwei in Längsabstand gehaltenen Lagerböcken (13, 14), zwischen denen eine Längsführung (15) verläuft, auf der ein Schlitten (23) längsverschieblich gehalten ist, und mit einer Antriebs­ einrichtung, die einen Antriebsmotor (27) und von diesem angetriebene, getriebliche Mittel für den Antrieb des Schlittens (23) aufweist,dadurch gekennzeich­ net, daß die Translationsbewegung des Schlittens (23) von diesem mittels eines daran gehaltenen und zur einen und/ oder anderen Seite nach außen geführten Abtriebsgliedes (29) ableitbar und auf eine davon antreibbare äußere Vorrichtung übertragbar ist, daß der Schlitten (23) von der Antriebsein­ richtung hochpräzise und mit hoher Dynamik im Wechsel hin- und hergehend angetrieben ist, daß die getrieblichen Mittel zumindest im wesentlichen spielfrei sind, daß für jede Trans­ lationsrichtung des Schlittens (23) ein mechanischer End­ anschlag (30, 31) vorgesehen ist, über den die Schlittenbe­ wegung begrenzbar ist, und daß am Schlitten (23) eine me­ chanische Rückstellvorrichtung (37) angreift, mittels der der Schlitten (23) bei Wegfall des Antriebsmomentes des Antriebs­ motors (27) in der einen oder in der anderen Richtung in eine vom jeweiligen Endanschlag (30, 31) begrenzte Ruhelage zurückbewegbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Antriebsmotor (27) aus einer pulswechselrichtergespeisten Drehfeld­ maschine besteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endanschläge (30, 31) jeweils am zugeordneten Lagerbock (13, 14) an­ geordnet und von außen her einstellbar sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ab­ triebsglied (29) an der einen Seite des Schlittens (23) oder statt dessen an der anderen Seite am Schlitten (23) befestigbar ist und von außen her durch eine Öffnung (42, 43) im einen Lagerbock (14) bzw. im anderen Lagerbock (13) hindurch- und nach innen bis zum Schlitten (23) reicht.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schlitten (23) auf beiden Seiten jeweils mindestens eine Gewindebohrung (40, 41) aufweist, wobei diese Gewindebohrungen (40, 41) jeweils gleich groß sind, und daß in die jeweilige Gewindebohrung (40, 41) nach Wahl ein Befestigungsabschnitt (39; 139) des Abtriebs­ gliedes (29; 180) einschraubbar ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ab­ triebsglied (29) aus einer biegesteifen Schubstange (38) gebildet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ab­ triebsglied aus einem Bowdenzug gebildet ist, dessen Seele am Schlitten (123) befestigt ist und dessen Hülle relativ zur bewegten Seele, z.B. an einem Lagerbock (114), festgelegt ist (Fig. 9).

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Befestigungsabschnitt der Schubstange (38) und der­ jenige des Bowdenzuges (180) jeweils einen gleich­ groß bemessenen Gewindezapfen (39; 139) aufweist, der in die jeweils gewählte Gewindebohrung (40, 41; 140) des Schlittens (23; 123) paßt.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4-8, da­ durch gekennzeichnet, daß die je­ weilige Öffnung (42, 43; 142) aus einer Durchgangs­ bohrung besteht, in die von einer Seite, vorzugsweise von außen her, ein dem jeweiligen Abtriebsglied (29) angepaßtes Führungsstück (44; 181) eingesetzt ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, da­ durch gekennzeichnet, daß die eine Öffnung (42; 142), insbesondere Durchgangsbohrung, des einen Lagerbockes (14; 114) und in entsprechender Zu­ ordnung die Gewindebohrung (40; 140) des Schlittens (23; 123) auf dessen zugeordneter einen Seite gegenüber derjenigen (43) des anderen Lagerbockes (13) und in entsprechender Zuordnung gegenüber der Gewindebohrung (41) der anderen Seite des Schlittens (23) seiten­ vertauscht jedoch auf gleicher Höhe angeordnet ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Längs­ führung (15) zwei zueinander parallele und vorzugs­ weise auf gleicher Höhe verlaufende, endseitig jeweils in den Lagerböcken (13, 14) aufgenommene und befestigte Führungsstangen (16, 17), insbesondere Rundbolzen, aufweist und daß der Schlitten (23) je Führungsstange (16, 17) eine innerhalb einer Bohrung (24, 25) des Schlittens (23), die von der zugeordneten Führungs­ stange (16 bzw. 17) durchsetzt ist, gehaltene Gleit­ buchse oder Wälzkörperbuchse (26), z.B. Kugelbuchse, aufweist, mit der der Schlitten (23) auf der jeweiligen Führungsstange (16, 17) geführt ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, da­ durch gekennzeichnet, daß die ge­ trieblichen Mittel der Antriebseinrichtung aus einem trägheitsarmen, zumindest im wesentlichen spielfreien, mechanischen Koppelelement , z.B. einer angetriebenen Kugelrollspindel mit am Schlitten gehaltener Spindel­ mutter oder einem angetriebenen Ritzel mit damit in Eingriff stehender, am Schlitten gehaltener Zahnstange, oder insbesondere aus einem Kettentrieb oder Riemen­ trieb, vorzugsweise einem spielfreien Zahnriementrieb (46), gebildet sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in jedem Lagerbock (13, 14) ein Umlenkrad (47, 48) des Riementriebes (46) um eine zur Translationsrichtung (Pfeil 11) etwa rechtwinklig, vorzugsweise vertikal, verlaufende Achse (55, 58) dreh­ bar gelagert ist, wobei die Umlenkräder (47, 48) vorzugs­ weise als an den Zahnriemen (49) angepaßte verzahnte Räder, z.B. Ritzel, ausgebildet sind, daß ein Umlenk­ rad (47) vom an diesem Lagerbock (13) angeordneten Antriebsmotor (27) angetrieben ist, daß der Riemen, vorzugsweise Zahnriemen (49), des Riementriebes (46) über beide Umlenkräder (47, 48) geführt, umgelenkt und geschlossen ist, daß beide Riemenenden an der Schließ­ stelle oder mit einem der beiden Riementrums (50, 51) mit dem Schlitten (23) verbunden sind und daß der Schlitten (23) im Bereich des Längsverlaufs des Riemens insbe­ sondere des Zahnriemens (49) etwa brückenartig ausge­ spart (54) ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das angetriebene Umlenk­ rad (47), insbesondere Ritzel, drehfest mit einem vorzugsweise hohlen Antriebszapfen (28) verbunden ist, in den die Antriebswelle des Antriebsmotors (27), damit drehfest gekuppelt, eingreift.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-14, da­ durch gekennzeichnet, daß im Antriebs­ strang zwischen dem Antriebsmotor (27) und dem ange­ triebenen Umlenkrad (47), insbesondere Ritzel, vorzugs­ weise zwischen dem Umlenkrad (47) und dem Antriebs­ zapfen (28), eine das Antriebsmoment begrenzende mechanische Sicherheitskupplung (57), z.B. eine Rutsch­ kupplung, angeordnet ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13-15, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Enden des Riemens, insbesondere des Zahnriemens (49), mittels einer Spanneinrichtung (52) verbunden sind, mittels der die Riemenspannung einstellbar ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13-16, da­ durch gekennzeichnet, daß im Ver­ bindungsbereich zwischen dem Riemen, insbesondere Zahnriemen (49), und dem Schlitten (23) eine in beiden Translationsrichtungen wirksame Überlastsicherung (60) angeordnet ist, die im Überlastfall eine Relativ­ bewegung zwischen dem Schlitten (23) und dem Riemen, insbesondere Zahnriemen (49), in beiden Translations­ richtungen ermöglicht.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Überlastsicherung (60) ein einstellbares Federelement aufweist.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Federelement einen an einer Axialseite des Schlittens (23) lose an­ liegenden, davon zusammen mit einem am Riemen, insbe­ sondere Zahnriemen (49), festen Teil (69) abhebbaren Halter (61) und ein an der anderen Axialseite des Schlittens (23) lose anliegendes und zusammen mit dem mit dem Riemen, insbesondere Zahnriemen (49), ver­ bundenen Teil (69) davon abhebbares Gegenglied (62) aufweist, die miteinander über mindestens eine da­ zwischen wirksame, auf Zug oder Druck belastbare Feder (63) gekoppelt und einstellbar sind.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Halter (61) in Abstand von seiner Anlage (64) ein Widerlager (65) trägt, daß das Gegenglied (62) gegensinnig in den Halter (61) eingesetzt ist und an seinem der Anlage (68) fernen Ende ebenfalls ein Widerlager (67) trägt und daß im Inneren des Halters (61) zwischen diesem und dem Gegenglied (62) mindestens eine Druckfeder (63), ins­ besondere mehrere Tellerfedern, angeordnet ist, die sich endseitig einerseits am Widerlager (65) des Halters (61) und andererseits am Widerlager (67) des Gegengliedes (62) abstützt bzw. abstützen.

21. Einrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (61) als Zylinderhülse mit endseitigem Flansch (64) als Anlage und das Gegenglied (62) als von einer Seite in die Zylinderhülse eingesteckter Bolzen (66) mit über­ stehendem Kopf (67) als Widerlager ausgebildet ist, wobei der Zylinderhülsenboden (65) das Widerlager des Halters (61) bildet und vom Bolzen (66) durchsetzt ist, der am herausgeführten Ende einen aufgeschraubten, einstellbaren Teller (68) als Anlage trägt.

22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-21, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rück­ stellvorrichtung (37) eine über den gesamten regelbaren Hub des Schlittens (23) zumindest im wesentlichen konstante Rückstellkraft auf den Schlitten (23) ausübt.

23. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-22, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rück­ stellvorrichtung (37) eine Rückstellfeder (70) aufweist, die unmittelbar oder mittelbar zwischen dem jeweiligen Lagerbock (15) und dem Schlitten (23) wirksam ist.

24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rückstellfeder (70) als Spiralfeder ausgebildet ist.

25. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-24, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rück­ stellvorrichtung (37) eine zur Achse (58) des Umlenk­ rades (48), insbesondere Ritzels, im Lagerbock (14) koaxial und drehbar gelagerte Scheibe (72) aufweist, an der ein Rückstellseil (74) befestigt ist, das zum Schlitten (23) führt und an diesem befestigt ist.

26. Einrichtung nach den Ansprüchen 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (72) die Spiralfeder (70) enthält, die mit einem Ende, insbesondere dem inneren Ende (77), am Lagerbock (14) und mit dem anderen, insbesondere äußeren, Ende an der Scheibe (72) angreift, wobei die Scheibe (72) mit dem Rückstellseil (74) über die Spiralfeder (70) in der anschlagenden Ruhelage des Schlittens (23) vorge­ spannt ist.

27. Einrichtung nach Anspruch 22, gekennzeich­ net durch eine einzige Rückstellvorrichtung, die wahlweise im einen Lagerbock (14) angeordnet und in der einen Längsrichtung wirksam ist oder statt dessen im anderen Lagerbock (13) angeordnet und in der anderen, gegensinnigen Längsrichtung wirksam ist.

28. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-22, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rückstellvorrichtung einen zweiten, über endseitige Umlenkräder geführten Riemen, insbesondere Zahnriemen, aufweist, an dem in der einen und/oder anderen Längs­ richtung eine Rückstellfeder, z.B. eine Spiralfeder, angreift, und daß der Schlitten einen umsetzbaren Mitnehmer aufweist, über den der Schlitten entweder mit dem einen Riementrum oder in umgesetzter Stellung mit dem anderen Riementrum verbindbar ist.

29. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-28, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Lagerböcke (13, 14) gleich ausgebildet und seitenver­ tauschbar sind.

30. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-29, da­ durch gekennzeichnet, daß der Hub des Schlittens (23) und damit des Abtriebsgliedes (29) mittels einer Regelung des Drehwinkels der Antriebs­ welle des Antriebsmotors (27), insbesondere über einen inkrementalen Winkelgeber, positionierbar ist.

31. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-29, da­ durch gekennzeichnet, daß der Hub des Schlittens (23) und damit des Abtriebsgliedes (29) direkt mittels einer Hubregelung durch Messung des Hubes und Regelung dieses positionierbar ist.

32. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-31 gekennzeichnet durch eine elektro­ nische Steuereinrichtung, insbesondere eine Mikro­ rechnereinrichtung, mittels der während eines hin- und hergehenden Hubs des Schlittens (23) als Suchlauf die Position der Endanschläge (30;31) erfaßbar und speicherbar ist.

33. Einrichtung nach Anspruch 32, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung während des ungestörten Betriebes der Einrichtung (10) derart gesteuert wird, daß der Schlittenhub jeweils auf eine Größe vor Erreichen der Endanschläge (30, 31) und ohne Anschlagen an diese begrenzt wird.

34. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-33, ge­ kennzeichnet durch eine vorzugsweise elektronische Stellkraftbegrenzungseinrichtung, die die am Abtriebsglied (29) wirksame Stellkraft, vorzugs­ weise unter Kompensierung der durch die bewegten Massen verursachten Beschleunigungskräfte, auf einen vorgebbaren Wert begrenzt.

35. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-34, da­ durch gekennzeichnet, daß der Soll­ wert für den Regelweg in analoger oder digitaler Form vorgegeben wird und daß verschiedene vorgegebene Sollwerte abgespeichert und in Form eines autonomen Streckensteuerungs-Programmes abgearbeitet werden.