DE4232077A1 - Linearführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Linearführung mit einem Gestell, einem Geräteteil und mit Federgelenken zwischen Gestell und Geräteteil.

Linearführungen mit Federgelenken werden in der Feinmechanik seit langem verwendet, wobei Blattfedern und Membranfedern vorzugsweise verwendet werden. Vorteilhafte Anwendung findet eine erfindungsgemäße Linearführung z. B. in einem linear feinverstellbaren Tisch für Mikroskope nach der am gleichen Tag eingereichten Patentanmeldung des gleichen Erfinders und Anmelders mit dem Titel "Linear feinverstellbarer Tisch".

Eine gattungsgemäße Linearführung mit Blattfedern ist aus DE 31 43 092 C2 bekannt. Die z. B. aus Archiv für Technisches Messen V 170-4 Mai 1949 bekannten Parallelogramm-Blattfeder-Führungsgelenke werden in einem Vierkant- oder Zylinderrohr angeordnet. Die dünnen Blattfederstege stellen sich einer einfachen Herstellung mit herkömmlicher Zerspanungstechnik entgegen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine einfach herzustellende gattungsgemäße Linearführung anzugeben, die orthogonal zur Führungsrichtung versatz- und kippstabil in allen Richtungen ist. Auf Blattfederparallelogramme soll verzichtet werden.

Die Lösung gelingt bei einer gattungsgemäßen Linearführung dadurch, daß die Federgelenke aus in Reihe geschalteten elastischen Drehgelenken mit jeweils parallelen Achsen und aus Trägern bestehen, und daß zwischen Gestell und Geräteteil mehrere Federgelenke, deren Achsen einen erheblichen Winkel untereinander bilden, parallel geschaltet sind.

Vorteilhaft ist es, wenn der Winkel zwischen den Achsen etwa 90° beträgt, wenn drei elastische Drehgelenke in Reihe geschaltet sind, wenn die Drehgelenke als schmale lange Stege ausgeführt und die Federgelenke insgesamt einstückig sind.

Eine besonders kompakte Bauform, die z. B. zum Führen von Mikroskoptischen gemäß obengenannter gleichzeitiger Patentanmeldung geeignet ist, ergibt sich durch koaxiale Anordnung von zwei Federgelenken mit gekreuzten Achsen.

Eine weitere vorteilhafte Anordnung der zwei Federgelenke ergibt sich nach Anspruch 7, wenn sie in gekreuzter Anordnung zwischen dem Geräteteil und zwei gegenüberliegenden Teilen des Gestelles angeordnet sind. Überraschend wurde gefunden, daß zwei Federgelenke, die einzeln nicht kippstabil sind und auch Versatz zulassen, sich in solcher Anordnung gegenseitig so beeinflussen, daß das Geräteteil kipp- und versatzfrei linear geführt wird. Wichtig ist dabei, daß die zwischen die einzelnen elastischen Drehgelenke der Federgelenke geschalteten Träger torsionssteif sind.

Näher erläutert wird die Erfindung mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines ersten Beispiels;

Fig. 2a zeigt einen Schnitt durch das erste Beispiel;

Fig. 2b zeigt einen dazu parallelen Schnitt durch das erste Beispiel;

Fig. 3 zeigt eine Frontansicht des ersten Beispiels;

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt eines zweiten Beispiels;

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt des zweiten Beispiels;

Fig. 6 zeigt einen zu Fig. 4 orthogonalen Längsschnitt des zweiten Beispiels.

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht eine Linearführung mit einem Gestell (1) mit zwei gabelförmig vorspringenden Teilen (11, 12), zwischen denen ein Geräteteil (2) angeordnet ist. Das Geräteteil (2) ist beidseitig über Federgelenke (4, 5) mit den vorspringenden Teilen (11, 12) des Gestells (1) verbunden. Jedes Federgelenk (4, 5) besteht aus drei parallelen Biegefedern (41, 42, 43) bzw. (51, 52, 53) welche an entgegengesetzten Enden steifer Träger (44, 45) bzw. (54, 55) und dem Gestell (1) bzw. dem Geräteteil (2) in Zickzack-Anordnung angeordnet sind.

Die Schnitte Fig. 2a durch die Biegefeder (42) des ersten Federgelenks (4) und Fig. 2b durch die Biegefeder (52) des zweiten Federgelenks (5) sowie die Vorderansicht der Fig. 3 verdeutlichen den Aufbau, bei dem die Biegefedern (41, 42, 43) des ersten Federgelenks (4) in Achsrichtung (y) und die Biegefedern (51, 52, 53) des zweiten Federgelenks (5) in Achsrichtung (x) angeordnet sind, so daß zwischen den Achsen (y, x) der beiden Federgelenke (4, 5) ein Winkel von 90° eingeschlossen wird. Die Biegefedern (41, 42, 43) bzw. (51, 52, 53) sind als schmale lange Stege ausgeführt, die nur gegenüber Biegung um ihre Längsachse (y, x) weich sind. Die Träger (44, 45) sind massive quaderförmige Platten.

Das Geräteteil ist beispielsweise als Zeiger oder Taster dargestellt.

Wichtig ist, daß die Biegefedern (41, 42, 43; 51, 52, 53) nur um ihre Achsen (y, x) drehbar sind und die Träger (44, 45; 54, 55) verwindungssteif sind, so daß die Parallelität der Achsen der Biegefedern (41, 42, 43) bzw. (51, 52, 53) untereinander gewährleistet ist, bei jeglicher zulässiger Belastung.

Ohne das zweite Federgelenk (5) ermöglicht das so gebaute Federgelenk (4) eine lineare Verschiebung des Geräteteils (2) in z-Richtung, also nach unten oder oben auf der Zeichnung, ohne zwangsläufigen Seitenversatz. Es läßt aber Seitenversatz des Geräteteils (2) nach links und rechts sowie das Kippen um eine zur Zeichenebene senkrechte Achse (y) zu. Steif ist das Federgelenk (4) gegen Parallelversatz senkrecht zur Zeichenebene (y-Richtung).

Das zweite Federgelenk (5) hat solo die gleichen Eigenschaften wie das erste Federgelenk (4) allerdings durch die um 90° verdrehte Anordnung mit Vertauschung der x- und y-Achse. Beiden gemeinsam ist nur der Freiheitsgrad Linearverschiebung in z-Richtung. Die Montage der Federgelenke (4) und (5) in Parallelschaltung zwischen Gestell (1) und Geräteteil (2) verkoppelt beide starr, so daß eine Bewegung des Geräteteils (2) nur noch im beiden Federgelenken (4, 5) gemeinsamen Freiheitsgrad möglich ist und die Linearführung erreicht ist.

Die Ausführung der Federgelenke (4, 5) mit genau drei elastischen Drehgelenken (41, 42, 43; 51, 52, 53) ist optimal, da so mit minimaler Gelenkzahl die Linearverschiebung ohne Seitenversatz möglich ist. Der Seitenversatz, der aus der Kippung der Träger (44, 45) bzw. (54, 55) zwangsläufig folgt, wird vom mittleren Gelenk (42, 52) ausgeführt. Für größeren linearen Hub der Linearführung kann jedoch auch die Anordnung von mehr als drei elastischen Drehgelenken sinnvoll sein.

Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in einem Längsschnitt in Fig. 4, im Querschnitt in Fig. 5 und in einem zweiten, zum ersten orthogonalen, Längsschnitt in Fig. 6 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ist auch in der obengenannten gleichzeitigen Patenanmeldung beschrieben.

Das plattenförmige Gestell (38) ist auf einer Grundplatte (31) angeordnet. Das Geräteteil (32) ist als Tisch ausgebildet.

Ein erstes Federgelenk (36) ist koaxial von einem zweiten Federgelenk (37) umgeben. Mittig ist ein Linearantrieb (35), z. B. ein Piezostellelement, angeordnet.

Die elastischen Drehgelenke (33a, b, c) des äußeren Federgelenks (37) und die elastischen Drehgelenke (34a, b, c) des inneren Federgelenks (36) sind um 90° gegeneinander verdreht. Untereinander verbunden sind die elastischen Drehgelenke (33a, b, c) bzw. (34a, b, c) jeweils mit starren Platten, wie im ersten Beispiel, die wegen der koaxialen Anordnung ringförmig ausgebildet sind. Die Federgelenke (37, 36) können einfach aus Metallrohren durch Sägen oder Fräsen, wobei die elastischen Drehgelenke (33a, b, c, 34a, b, c) als dünne Stege stehen bleiben, aus einem Stück hergestellt werden.

Andere erfindungsgemäße Anordnungen sind z. B. mit mehr Federgelenken und mit von 90° abweichendem Winkel zwischen den Achsen möglich, so können drei Federgelenke in der Art des Federgelenks (4) der Fig. 1 im Dreieck auf einem ebenen Gestell nebeneinander angeordnet werden, wobei der Winkel zwischen den Achsen 60° beträgt.

Auch zwei Federgelenke können mit einem anderen Winkel als 90° zwischen den Achsen verwendet werden, wobei aber die Steifigkeit der Linearführung asymmetrisch wird und die gegenseitige Versperrung der Federgelenke bei gegen Null gehendem Winkel verschwindet.

Claims (7)

1. Linearführung mit einem Gestell (1) , einem Geräteteil (2) und mit Federgelenken (4, 5), dadurch gekennzeichnet, daß die Federgelenke (4, 5) aus in Reihe geschalteten elastischen Drehgelenken (41, 42, 43; 51, 52, 53) mit jeweils parallelen Achsen (x, y) und aus Trägern (44, 45; 54, 55) bestehen, und daß zwischen Gestell (1) und Geräteteil (2) mehrere Federgelenke (4, 5) , deren Achsen (x, y) einen erheblichen Winkel untereinander bilden, parallel geschaltet sind.

2. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Federgelenke (4, 5) vorgesehen sind und der Winkel zwischen den Achsen (x, y) ungefähr 90° beträgt.

3. Linearführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei elastische Drehgelenke (41-43; 51-53) pro Federgelenk (4, 5) in Reihe geschaltet sind.

4. Linearführung nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgelenke (41-43; 51-53) als schmale lange Stege zwischen den Trägern (44, 45; 54, 55) bzw. zwischen Trägern (44, 45; 54, 55) und Gestell (1) bzw. Geräteteil (2) ausgeführt sind.

5. Linearführung nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federgelenke (4, 5) einstückig ausgebildet sind.

6. Linearführung nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Federgelenke (36, 37) koaxial angeordnet sind (Fig. 4).

7. Linearführung nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell (1) zwei gabelförmig vorspringende Teile (11, 12) aufweist, zwischen denen das Geräteteil (2) angeordnet ist, und daß das Geräteteil (2) auf zwei gegenüberliegenden Seiten über je ein Federgelenk (4, 5) mit den vorspringenden Teilen (11, 12) des Gestells (1) verbunden ist, und daß die Achsen (x, y) der zwei Federgelenke (4, 5) einen erheblichen Winkel untereinander bilden.