DE4104759C2 - Linearbetätigungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Linearbetätigungsein­ richtungen und insbesondere kompakte elektrisch betriebene Linearstellantriebe zur Positionierung von Schweißpistolen oder anderen Werkzeugen an automatisierten Montagestraßen.

Elektrisch angetriebene Linearstellantriebe oder Linearbetäti­ gungseinrichtungen sind bereits bekannt und werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, wie beispielsweise zur Positionierung von Schweißpistolen oder anderen Werkzeugen an automatisierten Montagestraßen, oder zur Stellungsregelung oder -steuerung von Klappen bei Flugzeugen oder verschiedenen anderen Anwendungen. Der elektrisch betriebene lineare Stell­ antrieb wandelt im allgemeinen eine Drehbewegung eines elek­ trischen Motors in eine lineare oder geradlinige Bewegung mit Hilfe einer Mutter oder eines Gewinderinges und eines Gewin­ destabs um. Aus der US-PS 3 402 308 (Henschke) und der US-PS 4 579 012 (Mabie u. a.) sind Linearstellantriebe bekannt, bei denen ein Gewindestab linear durch die Rotation einer Mutter eines Elektromotors verschoben wird. Bei beiden Linearstellantrieben wird die Rotation des Gewindestabs durch den Gegenstand, an dem dieser befestigt ist, verhin­ dert. Dasselbe Konzept ist auch aus der US-PS 4 603 594 (Grimm) und der US-PS 4 773 497 (Carlson u. a.) bekannt. In der US-PS 3 660 704 (Paine u. a.) ist ein Linearstellan­ trieb gezeigt, in welchem ein ausfahrbarer Arm an der Rota­ tion oder Drehung gehindert ist. Ein Bereich des ausfahrbaren Arms, der axial von dem Gewindebereich verschoben ist, weist einen rechteckigen Querschnitt auf, der durch eine entspre­ chende, rechteckige Öffnung hindurchgeführt ist, die am Ge­ häuse angeordnet ist.

Alternativ zeigen die US-PS 49 19 586 (Derby) und die DE-OS 37 43 341 (Schwob) Linearstellantriebe, in welchen eine Ge­ windewelle durch einen elektrischen Motor in Rotation ver­ setzt und eine Mutter oder ein Gewindering linear entlang der Gewindewelle verschoben wird. Bei dem aus der US-PS 49 19 568 bekannten linearen Stellantrieb ist die Mutter direkt an ei­ ner festen Platte befestigt, die parallel zu der Gewindewelle an einem Paar paralleler Führungsschienen geführt ist. In dem aus der DE-OS 37 43 341 bekannten Linearstellantrieb ist der Gewindestab in einem ausfahrbaren Arm angeordnet und wird durch einen Treibriemen in Rotation versetzt, der mit dem Ab­ trieb eines elektrischen Umkehrmotors verbunden ist. Die Ku­ gelmutter ist am inneren Ende des ausfahrbaren Arms befestigt und wird linear durch die Drehung der Gewindewelle verscho­ ben.

Aus DE 37 35 370 A1 ist eine Linearbetätigungseinrichtung für die Verstellung beispielswei­ se eines Krankenhausbetts bekannt, bei welcher ein verschiebbarer Arm an seinem in einem Gehäuse angeordneten Ende eine Kugelmutter sowie eine Axialbohrung aufweist, in welche sich eine mit der Kugelmutter in Eingriff stehende Kugelschraubenspindel erstreckt, welche wiederum mit einer Rotoranordnung eines innerhalb des Gehäuses angeordneten Umkehr­ motors gekoppelt ist. Dabei ist der Rotor hülsenförmig ausgebildet und umgibt einen Teil des verschiebbaren Arms sowie die Kugelschraubenspindel. Gegenüber dem Gehäuse ist der mit rundem Querschnitt versehene verschiebbare Arm durch einen an einer Endplatte des Gehäu­ ses angebrachten O-Ring abgedichtet.

Aus DE-GM 78 36 587 U1 ist eine Linearbetätigungseinrichtung bekannt, bei welcher ein bezüglich eines Gehäuses verschiebbarer Arm über eine den Arm in Axialrichtung verlän­ gernde Kugelschraubenspindel verschiebbar ist, wobei der Arm teilweise von einer hülsen­ förmigen Rotoranordnung eines in dem Gehäuse angeordneten Umkehrmotors umgeben ist. Die Rotoranordnung ist an ihrem der Kugelschraubenspindel zugewandten Ende mit einer Drehschlupf bereitstellenden Turbokupplung axial gekoppelt, welche wiederum mit einer Kugelmutter verbunden ist, die mit der Kugelschraubenspindel in Eingriff steht, um den Arm zu verschieben. Der Arm selbst weist einen kreisabschnittsförmigen Querschnitt auf, und an dem Gehäuse ist eine Rolle angebracht, an welcher die Flachseite des Arms bei seiner Ver­ schiebung relativ zu dem Gehäuse abrollt, um den Arm drehfest relativ zu dem Gehäuse zu lagern.

Ein der DE 37 35 370 A1 ähnlicher Aufbau einer Linearbetätigungseinrichtung ist aus DE- GM 76 38 512 U1 bekannt, wobei ein relativ zu einem Gehäuse verschiebbarer Arm eine zu einer Mittelachse konzentrische Axialbohrung aufweist, in welche eine Kugelschraubenspin­ del einführbar ist, die mit einer die Kugelschraubenspindel und den verschiebbaren Arm we­ nigstens teilweise umgebenden hülsenförmigen Rotoranordnung eines in dem Gehäuse ange­ ordneten Umkehrmotors gekoppelt ist.

Bei einer aus US 3 660 704 bekannten Linearbetätigungseinrichtung weist ein relativ zu ei­ nem Gehäuse verschiebbarer Arm ein aus dem Gehäuse ausfahrbares Armteil mit rundem Querschnitt auf, welches sich innerhalb des Gehäuses axial in einem Armteil mit rechtecki­ gem Querschnitt fortsetzt, welcher drehfest relativ zu dem Gehäuse gelagert ist. Dieses Armteil mit rechteckigem Querschnitt setzt sich axial in einer Kugelschraubenspindel fort, welche über eine Kugelmutter angetrieben wird, die mit einer den Arm teilweise umgebenden Rotoranordnung eines in dem Gehäuse angeordneten Umkehrmotors gekoppelt ist.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Linearbetätigungseinrichtung der aus DE 37 35 370 A1 bekannten Art mit kompakter Bauform für einen breiteren Anwendungsbe­ reich bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, wie sie in dem An­ spruch 1 definiert ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um einen kompakten elek­ trisch betriebenen Linearstellantrieb, der ein Gehäuse und einen, in dem Gehäuse angeordneten elektrischen Motor auf­ weist.

Die Erfindung wird klarer durch die Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Linearstellantriebs,

Fig. 2 eine Querschnittsseitenansicht des Linear­ stellantriebs aus Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt des Linearstellantriebs ent­ lang der Linie VI-VI aus Fig. 2, und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Bereichs des ausfahrbaren Arms.

Eine Ausführungsform des kompakten elektrisch an­ getriebenen Linearstellantriebs ist in den Fig. 1 bis 4 gezeigt. Die Ausführungsform des linearen Stell­ antriebs weist eine axial angeordnete Armführung 78 mit einem Stellantrieb-Hülsenbereich 79 auf, der verschieblich einen nicht drehbaren ausfahrbaren Arm 80 hält. Die Armführung 78 weist weiterhin einen radialen Flansch 82 und eine Montierla­ sche 84 auf. Die Montierlasche 84 kann ein Montageauge 86 ha­ ben, um die Montage des Linearstellantriebs an einer Träger­ einrichtung (nicht gezeigt) zu erleichtern. Die Armführung 78 weist eine innere Führung oder Führungsfläche 88 auf, welche sich längs des Stellantriebs-Hülsenbereichs 79 erstreckt. Der Querschnitt der inneren Führung 88 hat, wie in Fig. 3 darge­ stellt, jeweils bogenartige oder gekrümmte Ober- und Unterbe­ reiche 90 und 92 und flache Seitenwandungen 94 und 96. Die bogenartigen Ober- und Unterbereiche 90 und 92 sind einander gegenüberliegende Bereiche eines Kreises.

Der nicht drehbare ausfahrbare Arm 80 ist verschieblich in der inneren Führung 88 aufgenommen und weist einen Quer­ schnitt auf, der etwa dem Querschnitt der Führung 88 ent­ spricht, wie dies am besten in Fig. 3 dargestellt ist. Der ausfahrbare Arm 80 hat parallele Seitenoberflächen, wie die Seitenoberflächen 98, und nebeneinanderliegende Segmente ei­ ner schraubenförmigen Kugelschraubenlaufrille 100, welche entlang den oberen und unteren Oberflächen vorgesehen ist. Die einander entsprechenden flachen Seitenoberflächen der in­ neren Führung 88 und des ausfahrbaren Arms 80 verhindern die Rotation oder Drehung des ausfahrbaren Arms 80 in der inneren Führung 88.

Eine Kugelmutter 102, die an einer zylinderförmigen Rotorein­ heit 104 eines elektrischen Umkehrmotors 106 befestigt ist, befindet sich in Eingriff mit den benachbarten Segmenten der schraubenförmigen Kugellaufrille 100, welche auf den oberen und unteren Oberflächen des ausfahrbaren Arms vorgesehen sind. Die zylinderförmige Rotoreinheit 104 des reversiblen Elektromotors 106 besteht aus einer Magneteinheit 108, die an einem Rotorzylinder 110 befestigt ist, welcher wiederum den Stellantrieb-Hülsenbereich 79 umgibt. Der Rotorzylinder 110 ist drehbar über dem Stellantrieb-Hülsenbereich 79 gelagert, beispielsweise durch zwei Sätze von Nadellagern 112 und 114, die in ausgesparten ringförmigen Lagersitzen 116 und 118 gehalten sind, die in den äußeren Oberflächen des Stellantrieb-Hülsenbereichs 79 der Armführung 78 an zwei axial voneinander getrennten Stellen vorgesehen sind, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Die Kugelmutter 102 ist durch eine Vielzahl von eingesetzten Befestigungsschrauben 122 wie beispielsweise Kopfschrauben, an einem radialen Flansch 120 befestigt, der am Ende des Rotorzylinders 110 vorgesehen ist. Der elektrische Umkehrmotor 106 weist ebenfalls eine Sta­ toreinheit 124 auf, welche die Rotoreinheit 104 umgibt. Die Statoreinheit 124 wird durch elektrische Wicklungen 123, die um einen Kern 125 gewickelt sind, erregt. Die Statoreinheit 124 ist fest mit einem zylindrischen Gehäuseteil 126 verbun­ den, welches sich im wesentlichen entlang der Länge des Stel­ lantrieb-Hülsenbereichs 79 erstreckt und den elektrischen Um­ kehrmotor 106 und die Armführung 78 einschließt bzw. umgibt.

Ein Ende des zylindrischen Gehäuseteils 126 ist mit dem ra­ dialen Flansch 82 verbunden, während das andere Ende mit ei­ ner rechteckigen Endplatte 128 verbunden ist. Ringförmige Nu­ ten 130 und 132 sind jeweils in dem radialen Flansch 82 und der rechteckigen Endplatte 128 vorgesehen, wobei diese die Enden des zylindrischen Gehäuseteils 126 aufnehmen. Eine Viehzahl von Gewindestäben 134 sichern das zylindrische Ge­ häuseteil 126 zwischen dem radialen Flansch 82 und der rechteckigen Endplatte 128. Die Gewindestäbe 134 sind in Öff­ nungen 136 aufgenommen, welche in dem radialen Flansch 82 vorgesehen sind, wie dies in den Fig. 4 und 6 dargestellt ist, während entsprechende Öffnungen in der rechteckigen End­ platte 128 vorgesehen sind, wobei die Stäbe 134 durch Muttern festgestellt oder gesichert werden, wie dies in Fig. 1 darge­ stellt ist.

Die Endplatte 128 hat eine Durchgangsöffnung 138, welche die Kugelmutter 102 umschreibt oder umgibt, sowie eine innere ringförmige Lippe 140, die in einem ringförmigen Halteschlitz 142 aufgenommen ist, welcher wiederum am Ende des radialen Flansches 120 vorgesehen ist. Die ringförmige Lippe 140 ist in dem ringförmigen Halteschlitz 142 zwischen dem radialen Flansch 120 des Rotorzylinders 110 und der Kugelmutter 102 gefangen. Dies verhindert eine axiale Verschiebung der Ro­ toreinheit 104 und der Kugelmutter 102 relativ zur Armführung 78.

Der ausfahrbare Arm 80 kann einen Befestigungskopf 146 mit einem Montageauge 144 an seinem äußeren Ende aufweisen, um die Befestigung einer Schweißpistole oder eines anderen Werkzeugs am Ende des ausfahrbaren Arms 80 zu erleichtern.

Während des Betriebes wird die Rotoreinheit 104 und die Ku­ gelmutter 102 in Rotation versetzt, sobald der elektrische Umkehrmotor 106 mit elektrischer Energie beaufschlagt wird. Durch die Drehung der Kugelmutter 102 in einer ersten Rich­ tung wird der ausfahrbare Arm linear ausgefahren, während durch die Rotation der Kugelmutter 102 in entgegengesetzter Richtung bedingt durch den elektrischen Umkehrmotor 106 der ausfahrbare Arm 80 eingefahren wird.

Claims (4)

1. Linearbetätigungseinrichtung, umfassend:

• 1. eine Armführung (78) mit einem entlang einer Mittelachse sich erstreckenden hülsenförmigen Führungsbereich (79) und einem an einem Ende des Führungsbe­ reichs (79) angeordneten radial zur Mittelachse sich erstreckenden Flanschbe­ reich (82), wobei der Hülsenbereich (79) einen unrunden Querschnitt aufweist,
• 2. einen Umkehrmotor (106) mit einer Statoranordnung (125) und einer den hül­ senförmigen Führungsbereich (79) umgebenden Rotoranordnung (104),
• 3. ein den Umkehrmotor (106) aufnehmendes und mit dem Flanschbereich (82) der Armführung (78) verbundenes Gehäuseteil (126), bezüglich welchem ein in das Gehäuseteil (126) und in die Armführung (78) einführbarer Arm (80) in Richtung der Mittelachse verschiebbar ist, wobei der Arm (80) einen dem Hülsenbereich (79) entsprechenden unrunden Querschnitt aufweist, so daß der Arm (80) durch die Armführung (78) relativ zu dem Gehäuseteil (126) dreh­ fest verschiebbar gelagert ist, wobei der verschiebbare Arm (80) im Bereich des unrunden Querschnitts ferner Segmente einer schraubenförmigen Kugellaufrille (100) aufweist,
• 4. eine an dem dem radialen Flanschbereich (82) entgegengesetzten Ende der Arm­ führung (88) vorgesehene Kugelmutter (102), welche mit der Rotoranordnung (104) gekoppelt ist und mit der Kugellaufrille (100) des Arms in Schraubeingriff steht, so daß durch Drehung der Rotoranordnung (104) bezüglich des Gehäuse­ teils (126) der Arm (80) entlang der Mittelachse relativ zu dem Gehäuseteil (126) verschiebbar ist, und
• 5. einer Einrichtung zur axialen Halterung der Rotoranordnung (104) relativ zu der Statoranordnung (125) und zur axialen Halterung der Kugelmutter (102) relativ zu dem Ende der Armführung (78).

2. Linearbetätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ richtung zur axialen Halterung als eine nach radial innen sich erstreckende ringförmige Lippe (140) an dem Gehäuseteil (126) ausgebildet ist, die drehbar in eine zwischen der Rotoranordnung (104) und der Kugelmutter (102) ausgebildete ringförmige Nut (142) eingreift.

3. Linearbetätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lagereinrichtung (112, 11 4) zur drehbaren Lagerung der Rotoranordnung (104) relativ zu dem hülsenförmigen Führungsbereich (79) vorgesehen ist.

4. Linearbetätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Flanschbereich (82) der Armführung (78) und eine das Gehäuseteil (126) an dem dem Flanschbereich (82) entgegengesetzten Ende abschließende Endplatte (128) eine im wesentlichen rechteckige Form aufweisen und das Gehäuseteil (126) in einander zugewandten Flächen des Flanschbereichs (82) und der Endplatte (128) vor­ gesehenen ringförmigen Nuten (130, 132) aufgenommen ist, wobei die Armführung (78), das Gehäuseteil (126) und die Endplatte (128) durch vier Stabschrauben (134) und entsprechende Muttern (136), die die Endplatte (128) und den Flanschbereich (82) an vier Ecken des radialen Flanschbereichs (82) und der Endplatte (128) verbinden, zu­ sammengehalten sind.