DE3816601A1 - Linearbewegungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Linearbewegungsvorrichtung, bei der ein Schlitten längs einer Geraden bidirektional schritt­ weise bewegt, vorgesehen ist.

Solche Anordnungen sind in zahlreicher Variation bekannt, auch in sehr unterschiedlicher Größe und für sehr unterschiedliche Aufgaben.

Die bekannten Lösung sind für manche Antriebszwecke, die einen kompakten "Linearstab" verlangen, und dabei in ihren Ge­ nauigkeitsforderungen hinsichtlich Positionsstellung nicht extrem hoch sein müssen, nicht geeignet. Für viele Anwendungsfälle ist auch mäßiger Fertigungsaufwand sehr gefragt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kompakte, funktionssichere und preiswerte Anordnung zu erhalten. Diese Aufgabe wird mit der Gesamtheit der Mittel des Anspruchs 1 (und auch weiterer Unteransprüche zunehmend besser) gelöst.

Die Unteransprüche betreffen weitere Ausgestaltungen. An be­ stimmten Stellen wird in der Beschreibung darauf hin­ gewiesen, daß manche Elemente eine selbständige Bedeutung haben. Auch Maßproportionen aus den Zeichnungen können evtl. eine erfinderische Bedeutung haben. Die Patentzeichnungen sind also funktionsgerecht ausgeführt. Die Zeichnungen zeigen

Fig. 1 und 2, 12 zwei bekannte Profile, deren Proportionen und Verwendung in der P 36 35 065.6 im einzelnen beschrieben ist, in natürlicher Größe, welche bei der vorliegenden Erfindung verwendbar sind.

Die Fig. 3, 4, 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung, teilweise im Schnitt, soweit zum Verständ­ nis nötig, in 0,8facher natürlicher Größe.

Fig. 3 einen Teilschnitt durch die Mitte eines Schlittens,

Fig. 4 einen Längsschnitt senkrecht zum Schnitt gemäß Fig. 3, ebenfalls durch die Mitte des Schlittens,

Fig. 5 die erweiterte Draufsicht auf eine z. T. geöffnete Anordnung gemäß Fig. 3 und 4.

Fig. 6, 7, 8 zeigen Tragkörper des Schlitten in natür­ licher Größe maßgerecht in drei Ansichten oder Schnitten bzw. Teilschnitten.

In gleicher Weise zeigen Fig. 9 bis 11 den Umlenkkasten an jedem Ende des Stabes, ebenfalls in natürlicher Größe, wobei hier besonders darauf hinzuweisen ist, daß gezeichnete Maße funktionsmäßig besondere Bedeutung haben können.

Schnitte oder Ansichten sind durch Pfeile mit römischen Zahlen ge­ kennzeichnet, und zwar so, daß die betreffende römische Zahl, (z. B. IX, im Schnitt oder in der Ansicht gemäß Pfeil IX) der Figur mit der arabischen gleichen Ziffer entspricht, (also hier dann in Fig. 9 dargestellt ist).

Fig. 1/2 zeigen geeignete Profile für die Erfindung. Fig. 2 zeigt jedoch ein oft besser geeignetes Profil, da es, als Hochkantträger verwendet, größere Biege- und auch Verdrehsteifig­ keit besitzt. In Fig. 2 ist ein stranggepreßter Aluminiumpro­ filstab 1 mit rechteckigem Querschnitt, dessen Profil in seiner Außenabmessung durch die Breitseiten 11, 13 und die Schmal­ seiten 12, 14 bestimmt wird. In der Mitte jeder Seite ist eine Nut 6, 7, 8, 9, die sich nach innen in einen Hohlraum 2, 3, 4, 5 nach einer gewissen Nuttiefe 15, 16 verbreitert. Diese Verbreiterungen 2 bis 5 im Stab (wie auch die Nuten) bilden eine durchgehende Ausnehmung, welche wesentlich breiter ist als die Nuten 6 bis 9 in den Seitenmitten. Diese Ausnehmungen sind rechteckig oder halbkreisförmig oder oval usw. Die Außenflächen des Profilstabes sind vorzugsweise eloxiert, zur besseren Gleitfähigkeit oder weisen andere Maßnahmen für eine glatte Oberfläche auf. Außerdem soll diese Oberfläche hart sein, für einen minimalen Reibungskoeffizienten gegen­ über dem gleitenden Kunststoff der Elemente 21 bis 24.

Der Strangpreßprofilstab 1 dient nun in beliebiger Länge (z. B. 30 oder 200 oder 300 cm) als Grundkörper für einen Linearpo­ sitionsstab. Über und unter der Nutöffnung 6 gleitet das i. a. waagrecht liegende Band 19 mit dem hin- und zurücklaufenden Teil 17, 18. Es wird an den Enden des Stabes über Umlenkrollen 51, 61 und Nebenrollen 52, 62 umgelenkt und durch letztere in eine solche Position gebracht, daß es auf der Fläche 11 beiderseits der Nut 6 in Längsrichtung gleitet und in die darunter liegende Öffnung 2 zurückläuft. Die Höhenposition der Bänderanteile 17, 18 wird bestimmt durch die Position der Umlenk- und Nebenrolle. Das ist ähnlich wie beim Transport­ band in der deutschen Patentanmeldung P 36 35 065.6. Das Transportband 19, das auf der Breitseitenfläche 11 gleitet, ist an einem, insgesamt U-förmig profilierten, schienen­ artigen Stück 30 an dessen Innenseite symmetrisch befestigt, welche auf der Breitseite 11 ebenfalls gleitet, jedoch den Stab umgreifend, auch an den Schmalseiten 12, 14 geführt wird. Diese Schiene 30 bildet mit ihrer geschlossenen Außenfläche des U′s eine Arbeitsplatte oder weist dort zusätzlich eine mit der Basisplatte 35 verschraubte Arbeitsplatte 33 auf, an der weitere Elemente befestigt werden können. Es geht darum, daß diese Arbeitsplatte längs des Stabes zu beliebigen Stellen bewegt werden kann, so schrittartig bestimmte Positionen ein­ nimmt. Dazu hat die Hauptumlenkrolle 51, 61 je einen Elektro­ motor, als Schrittmotor ausgebildet, zum Antrieb. Bei kurzen Strecken genügt evtl. ein Antrieb an der einen Rolle an einem Ende des Stabes. Die Basisplatte ist quadratisch oder recht­ eckförmig mit zwei zur Mittellinie 100 symmetrisch liegenden Schlitzen 77, 78, in die die Enden des Bandes 19 eingefädelt werden. Die Basisplatte hat gerundete Einläufe 75, 76, über die das Band eingezogen wird. Ein keil- oder konusförmiges Klemmstück 74 wird durch Gegenschrauben 73 so gegen diese Rundungen gezogen, daß die Enden des Bandes 19 somit in der Basisplatte festgeklemmt werden. Die Spannung wird an den Bandenden bei der Montage gemessen und eingestellt, und bei dieser bestimmten Spannung wird die Gegenschraube 73 so fest­ gezogen, daß sie den Keil oder das Konusstück 74 gegen die Run­ dungen 75, 76 klemmt. Damit ist das Band für eine bestimmte Längsspannung festgestellt und gleichzeitig ist die Basis­ platte 35 und damit das ganze U-Schienenstück 30 mit dem umlaufenden Transportband 19 fest verbunden, so daß es mit der Bandbewegung zwangsläufig transportiert wird. Im Mittel­ bereich, also etwa beiderseits der Schnittebene III-III, sind Befestigungsschrauben 41 bis 44, die die Basisplatte 35 und die Arbeitsplatte 33 fest miteinander verbinden. In den End­ bereichen des Schlittens 10, 30 ist, umlaufend über die Außen­ flächen des U, also auch bei den Seitenflächen, wo die Schmal­ seiten des Profils sich befinden, mehrere Stellschrauben 61 bis 66 vorne und hinten am Ende in die Basisplatte eingelassen, in dort sich befindliche Gewinde. Unterhalb der Basisplatte liegen, formschlüssig eingelassen, Metallplatten 81 . . ., die nur eine Art Einbuchtung 91 haben, in die die Stellschrau­ ben mit ihrem gewindeseitigen Ende greifen. Auf der anderen Seite sind diese Metallplatten 81 ff mit den Kunststoffgleit­ elementen 21 ff jeweils flächig verbunden, oder liegen dort auch nur an. Diese Einstellschrauben 61 ff gestatten nun, die Spiel­ toleranz so gering zu halten, daß ein leichtes Gleiten ohne zu großes Spiel zustande kommt. Normalerweise müßte dafür die Bearbeitungstoleranz des U-Profils 30 mit seinen Teilen 35, 36, 37 sehr genau gehalten werden. So aber kann man ein strang­ gepreßtes U-Profilstück ohne maschinelle teure Bearbeitung ver­ wenden, oder anderes billigeres, wenn auch relativ ungenaues Material verwenden, und erreicht trotzdem günstiges Gleitver­ halten, bzw. eine justierbare und nachstellbare Toleranzspiel­ regelung. Die Kunststoffschienen 21 bis 24 sind durchgehend auf die ganze Länge des U-Profils 30 vorgesehen und im mittleren Bereich um die Schnittebene III-III fest mit der Schiene 30 verschraubt. Die Einstellschrauben 61 ff sind nur an den bewe­ gungs-stirnseitigen Enden des Schlittens 10, 30 vorgesehen.

Wenn sehr lange Stäbe gebraucht werden, wird vorteilhaft ein Zahnriemen als Transportband genommen, dessen Zähne, schmaler als das Band, somit nur in der Mitte des Bandes auf seiner Innenseite, mit dieser Zahnlänge mit Spiel in der Nutöffnung 6 gleiten, wodurch das Band eine zusätzliche Führung erhält. Die Zahnung an sich dient zur exakteren Positionierung bzw. zur Vermeidung von Schlupf und unnötiger Reibung.

Die Einstellschrauben 61 ff schieben, je nach dem wie weit sie eingedreht werden, die Metallbefestigungsplatten 81 ff und damit die Kunststoffplättchen 21 bis 24 von der Basis­ platte 35 ab, so daß dort zwar ein Luftspalt entsteht, aber das Spiel zwischen den Außenflächen 11, 12, 14 und den Kunststoff­ schienen 21 bis 24 eliminiert wird. Falls die Reibung zu groß ist, können die Schrauben zurückgedreht werden.

Die Umlenkrollen sind in Einheiten an den Enden des Stabes gelagert und gekapselt. Senkrecht zur Umlaufebene ragen koaxiale Antriebswellen aus diesen Kapseln heraus, auf die Motoren aufgesetzt werden können. Die Steuerung des Band­ antriebs- und Schrittmotors erfolgt in üblicher Weise.

Fig. 9 bis 11 zeigen die Umlenkschalen, die an das Stab­ profil angepreßt sind, im einzelnen. Sie bilden mit der Abdeckung, die Kapsel oder einen Umlenkkasten. In der zentral symmetrisch angeordneten Ausnehmung 91, von den abgestuften Böden 93, 94 und der Wand 95 sowie den Seiten­ blöcken 96 und 97 gebildet, um von der Abdeckung 98 am Ende der Montage voll umschlossen zu werden, laufen die Haupt­ umlenkrolle 51 und die Nebenumlenkrolle 51 in Lagern, die in den Blöcken 96, 97 jeweils angeordnet sind, wobei die Haupt­ umlenkrolle auf der Antriebsseite noch eine zusätzliche Aus­ nehmung 99 aufweist, worin die Antriebswelle 56 läuft. Die Schrauben 101, 102 greifen in die stirnseitigen Enden 50, 60 des Stabes in dort vorgesehene entsprechende Gewinde, um so die Umlenkschalen gegen den Stab zu befestigen. Die Abdeckung 98 wird mit den Schrauben in den Befestigungslöchern 103 gehalten. Sacklochbohrungen 104, 105 durchsetzen von der Antriebsseite her den ganzen Block 110 über die Zentralaus­ nehmung 91 hinweg, so daß beiderseits dieser in den Blöcken 96, 97 Lager eingebracht werden können, die die Umlenkrollen 51, 52 über ihre Wellenstümpfe aufnehmen. Wenn das Transportband 19 eine Innenverzahnung aufweist, wird die Hauptumlenk­ rolle 51 wegen der auf seinem Umfang angeordneten Zahnung im Durchmesser etwas größer, während die Nebenumlenkrolle 52 im Durchmesser verringert werden kann. Um das Transportband 19 mit einer möglichst kleinen Krümmung laufen zu lassen, sollte der Radius der Hauptumlenkrolle 51 und der Radius der Nebenum­ lenkrolle 52 zusammen mit dem Abstand ihrer Achsen (senkrecht zur Bandtransportebene) etwa der Höhe der Ausnehmung 116 ent­ sprechen, wobei die nötigen Sicherheitsabstände wegen Streif­ gefahr usw. einzuhalten sind. Ebenso sollte die Hauptumlenk­ rolle 51 inkl. des umlaufenden Bandes 19 bis auf den nötigen Streifsicherheitsabstand an die Rückwand 99 der Schale nahe herangerückt werden, und die Nebenumlenkrolle 52 sollte mit ihrem Abstand zu den stirnseitigen Stabenden, also dort einen kleinen Abstand einhalten.

Der oben erwähnte Abstand der Achszentren von 51 und 52 ist durch den Abstand der Außenfläche 11 zur Ausnehmung 2 im Stab bestimmt.

Wenn das Transportband 19 durch seine Beschaffenheit eine be­ sonders große Krümmung auf Lebensdauer aushält, können die Zentren von 51 und 52 in Stabrichtung mehr zueinander ge­ rückt werden, weil sich dann ein größerer Umschlingungswinkel des Bandes auf der Hauptumlenkrolle 51 ergibt und damit die Rutschsicherheit des Bandes auf der Umlenkrolle 51 erhöht wird, was insbesondere dann vorteilhaft sein kann, wenn keine Innenverzahnung dort vorgesehen ist.

Claims (20)

1. Linearbewegungsvorrichtung bei der ein Schlitten längs einer Geraden bidirektional schrittweise bewegt, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein stabförmiger Grundkörper (1) vorgesehen ist, bei dem an seinen Enden (50, 60) ein Transportband (19) umgelenkt wird, so daß es in zwei parallelen Ebenen (17, 18) gegen­ sinnig bewegt wird, wobei der Schlitten (10) mit dem Trans­ portband (19) fest verbunden ist und an mindestens einer Außenfläche (11) des Grundkörpers (1) entlang gleitet.

2. Linearbewegungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Grundkörper (1) von rechteckiger oder quadratischer Außenkontur und klappsymmetrischem Profil als strangge­ preßter Aluminiumstab ausgebildet ist.

3. Linearbewegungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden (50; 60) des Stabes (1) Umlenkkästen (55; 65) mit je zwei Rollen (51, 52; 61, 62) vorgesehen sind.

4. Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportband (19) an beiden Enden in den Schlitten geführt und dort eingespannt ist, so daß es mit dem Schlitten zusammen eine geschlossene Schleife bildet.

5. Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkkasten (55 oder 65) gegen die Stirnseiten des Grundkörpers (1) in dessen Endbereichen (50; 60) ge­ schraubt ist.

6. Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkkasten eine Abdeckung (54) aufweist, die bis an die Stirnseiten (50; 60) des Profilstabes reicht.

7. Linearbewegungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Achse oder Welle (56) der oberen Umlenk­ rolle (51), welche das Band (19) an der Außenfläche (11) des Stabes entlangzieht, über einen Schrittmotor ange­ trieben wird (vorzugsweise, insbesondere bei langen Strecken, jedoch beide Umlenkrollen (51; 61), über die der Schlitten (10) in der jeweiligen Transportrichtung gezogen wird).

8. Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umriß der Umlenkkästen (55; 65) an das Profil des Grundkörpers (1) angepaßt ist, und solche Ausnehmungen aufweist, daß das Band (19, 17) in der Ebene auf der Außenfläche (11) gleiten kann und in der Ebene (18) in einer Ausnehmung (2) des Grundkörpers zurück laufen kann.

9. Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (10) einen Tragkörper in Form einer, ins­ besonders U-förmig profilierten Schiene (30) aufweist, wobei die Außenfläche der U-Schiene (35, 36, 37) unmittelbar oder über zusätzliche Arbeitsplatten (33) mittelbar, zur Montage externer Arbeits­ elemente dienen.

10. Linearbewegungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Innenseiten der U-Schiene (30) mit Kunststoffflächen (21 bis 24) belegt sind, die an den Außenflächen (11, 12, 14) des Grundkörpers gleiten, wobei diese Kunststoffflächen vorzugsweise streifenförmig in Bewegungsrichtung verlaufend im Innern der U-Schiene (30) angeordnet sind.

11. Linearbewegungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die U-Schenkel (36, 37 innen) T- oder L-förmig profilierte Kunststoffele­ mente (22, 23) tragen, welche formschlüssig mit je einem Schenkel in die Nuten (7, 9) der Schmalseiten des Grund­ körpers eingreifen, und darin flächig gleitend vorgesehen sind.

12. Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der U-Schiene des Schlittens, insbesondere an den Stirnseiten, also vorne und hinten in Bewegungsrichtung Stellschrauben eingelassen sind, welche über Metallplatten oder Scheiben eine Justierung des Spiels zwischen den Kunststoffplatten bzw. -streifen (21 bis 24) und den Außenflächen (11, 12, 14) des Grundkörpers erlauben.

13. Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitkunststoffelemente (21 bis 24) symmetrisch beiderseits des Transportbandes an der Innenfläche der U-Schiene (30) vorgesehen sind, welche den Grundkörper möglichst weit umgreift.

14. Linearbewegungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf der dem Band gegenüberliegenden Breitseite des Stabes (1) Be­ festigungselemente in die dort vorhandene Nut (8) mit ihrer Verbreiterung (4) eingreifen und dadurch die Montage des stabförmigen Grundkörpers geschieht.

15. Linearbewegungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Arbeitsplatte (33) in ihrem Zentralbereich, also abseits der stirnseitigen Enden der U-Schiene (30) mit dem durch diese gebildeten Tragkörper (35, 36, 37) fest verschraubt ist.

16. Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer Seite, des Stabprofils (von 1) vorzugsweise in der Mitte, eine Nut (6) mit einer darunter liegenden breiteren Öffnung (2) aufweist, und wobei das an den Enden umgelenkte Band (19) über der Nut (6) auf der Breitfläche (11) des Profils in der einen Richtung gleitet, während es in der Verbrei­ terung (2) unter der Nut (6) in der Gegenrichtung zurück­ geführt wird.

17. Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportband an der Innenseite seiner geschlossenen Schleife gezahnt ist und über Zahnräder formschlüssig ange­ trieben wird.

18. Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer Seite der Schlitten (10) auf einer Fläche (11) gleitet und an rechtwinklig dazu liegenden Seiten­ flächen (12, 13) zusätzlich geführt wird.

19. Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kunststoffelemente (21 bis 24) in den Schlitten (10) an seiner Innenseite eingelassen oder mit ihr verbunden sind, welche auf dem Grundkörper gleiten.

20. Linearbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zahnung an der Innenseite des Transportbandes (19) schmaler als dieses ist und mit Spiel in eine Nut (6) greifend in dieser läuft, während die Bandränder beider­ seits der Zahnung auf einer Außenfläche gleiten.