DE69406263T2

DE69406263T2 - Träger für ein Lineartriebwerk mit Selbstantrieb

Info

Publication number: DE69406263T2
Application number: DE69406263T
Authority: DE
Inventors: Lawrence S Blake; David P Viola
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Agfa Corp
Priority date: 1994-01-14
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 1998-04-30
Anticipated expiration: 2014-12-16
Also published as: JP3317425B2; JPH07259852A; US5609107A; EP0663716A3; EP0663716B1; DE69406263D1; EP0663716A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stützsystem für den Wagen einer Linearantriebsvorrichtung und insbesondere für eine seibstangetriebene Linearantriebsvorrichtung.
Ein Beispiel für ein Stützsystem bei einer Linearantriebsvorrichtung nach dem Stand der Technik ist in Patentschrift US-A-1,746,407 offenbart, bei der eine zylindrische Oberfläche von einem auf einer rotierenden Welle innerhalb der zylindrischen Oberfläche befestigten Strahlablenkelement mit Licht abgetastet wird. Die zylindrische Oberfläche wird in einer schlittenartigen Führung relativ zu dem auf der rotierenden Welle befestigten Strahlablenkelement linear bewegt. Diese Art von Stützsystem für den Linearantrieb erfordert aufgrund der Tatsache, daß der Zylinder linear relativ zu dem Strahlablenkelement angetrieben wird, einen Arbeitsraum, der zweimal so lang ist wie die Länge des Zylinders.
Ein weiteres Stützsystem für einen Wagen einer Antriebsvorrichtung mit Linearbewegung wird in der Patentschrift GB-A-1 185 115 offenbart, bei der ein Wagen linear innerhalb einer zylindrischen Trommel bewegt wird, indem eine sich drehende Gewindestange eine im Wagen befestigte Mutter in Eingriff nimmt. Der Wagen wird durch einen in dem Zylinder parallel zur Bewegungsachse verlaufenden Längsschlitz, durch den der Wagen über die Mutter mit der Gewindestange gekoppelt ist, gestützt. Die Gewindestange wird durch einen außerhalb des Zylinders angebrachten Motor gedreht.
Bei einer weiteren in der Patentschrift GB-A-1 185 115 gezeigten Ausführungsform wird ein mit dem Wagen verbundener Riemen verwendet, um den Wagen linear innerhalb des Zylinders über dessen Länge zu ziehen. Der Riemen wird mit Hilfe von außerhalb des Zylinders an den beiden Enden des Zylinders angebrachten Riemenscheiben angetrieben. Die Riemenscheiben werden von einem Hilfsmotor angetrieben. Der wagen wird von Führungswalzen gestützt, die die Innenfläche des Zylinders berühren und die Achse der Linearbewegung mit der Achse des Zylinders zentrieren. Es ist eine Längsführung vorgesehen, um zu verhindern, daß sich der Wagen relativ zum Zylinder dreht. Beide Ausführungsformen weisen Motoren und andere Elemente des außerhalb des Zylinders befestigten Antriebssystems auf, die innerhalb des Abbildungssystems wertvollen Platz beanspruchen.
In der Patentschrift US-A-4,816,847 werden zwei gleitende Glieder entlang einer Führung und einer ebenen Schiene durch Antriebsbänder angetrieben, die von Reibungsmotoren bewegt werden. Jedes angetriebene gleitende Glied wird an drei Punkten gestützt. Die ersten beiden Punkte des gleitenden Kontakts sind mit der Führung gemeinsam ausgerichtet und in Eingriff genommen, und der dritte Punkt des gleitenden Kontakts ist auf der ebenen Schiene. Zwei C-förmige Kugelumlauflager gleiten an der Führung entlang, während ein Satz entgegengesetzter Walzen die ebene Schiene auf entgegengesetzten Seiten der ebenen Schiene in Eingriff nimmt.
Systeme mit Antriebsbändern und Systeme mit Riemen und Riemenscheiben von Linearbewegungsvorrichtungen erfordern zahlreiche Elemente wie lange Antriebsbänder und -riemen, Spannmechanismen und Stützteile für von solchen Systemen angetriebene Glieder. Die Anzahl der Elemente und die Größe und die Kosten für eine derartige Vorrichtung werden beträchtlich reduziert, wenn ein Antriebselement in das Stützsystem eingebaut wird, wodurch eine Stütze für eine selbstangetriebene Linearbewegungsvorrichtung geschaffen wird.
Ein weiteres Beispiel für ein System nach dem Stand der Technik ist in der Patentschrift US-A-4,909,093 zu finden. Dieses Patent offenbart einen Reibungsantriebsmechanismus für eine motorisierte Schiebetür. Die Tür hängt an lediglich einer feststehenden länglichen stützenden Führungsschiene und wird von einer feststehenden motorisierten Antriebswalze angetrieben, die auf eine nicht starr an der Tür befestigte, über Reibung angetriebene Antriebsschiene einwirkt. Bei diesem Mechanismus besteht ein Problem darin, daß die Länge der stützenden länglichen Führungsschiene nicht kleiner sein darf als die Summe aus der Breite des Verschlußelements und seiner
Die Patentschrift US-A-5,040,427 offenbart eine selbstangetriebene Vorrichtung für lineare Bewegung, die zwei parallele Führungsschienen umfaßt, die einen Wagen stützen, der Gleitglieder umfaßt, die in den Führungsschienen zur Verhinderung des Anhebens angebracht sind. Die Vorrichtung umfaßt weiterhin eine mittlere, nicht stützende Führungsstange, um zwei angetriebene Räder am Wagen gleichzeitig durch reibungsmäßigen Eingriff zu berühren und so den Wagen bezüglich der Führungsstange zu bewegen. Ein am Wagen befestigter Antriebsmotor treibt über eine sich drehende Welle das Paar angetriebener Räder an. Da diese Vorrichtung mit der Führungsstange zwei Antriebskontakte erfordert, ist zusätzlicher Arbeitsraum notwendig, der wertvollen Raum und zahlreiche zusätzliche Elemente erforderlich macht, wie zum Beispiel zwei angetriebene Räder und eine zusätzliche sich drehende Welle, was die Größe und die Kosten für das System erhöht.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Antriebsvorrichtung für Linearbewegung mit einem Stützsystem bereitzustellen, bei der die Anzahl der Elemente verringert ist und bei der, bei bevorzugten Ausführungsformen, der Wagen an drei Punkten gestützt wird und bei der eine der stützenden, tragenden Teile auch einen Antriebskontaktpunkt darstellt.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Verringerung der Länge einer der Stützschienen und der Senkung der Herstellungskosten durch Reduzierung der Anzahl der Teile im Stützsystem allgemein.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die gestützten Glieder mit minimalem Schlupf präzise zu positionieren, indem die tragenden Teile mit Permanentmagneten belastet werden.
Die obigen Aufgaben werden durch die speziellen Merkmale gemäß Anspruch 1 realisiert. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Erfindungsgemäß umfaßt eine Stütze für eine Antriebsvorrichtung mit Linearbewegung eine feststehende Basis mit einem Wagenglied, das relativ dazu entlang einer linearen Bewegungsachse auf zwei an der feststehenden Basis und parallel zur linearen Bewegungsachse befestigten Schienen beweglich ist. Mindestens ein erstes Tragglied ist zum beweglichen Stützen des Gliedes vorgesehen und am Glied und in Rollkontakt mit einer ersten der beiden Schienen befestigt, und mindestens zwei zweite Tragglieder sind zum beweglichen Stützen des am beweglichen Glied befestigten Gliedes und in Rollkontakt mit der zweiten der zwei Schienen vorgesehen, so daß die ersten und zweiten Tragglieder mindestens drei bewegliche Stützpunkte des Glieds bilden.
Die Merkmale und Aufgaben der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, wenn sie zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird; es zeigen:
Figur 1 eine maßgleiche Ansicht eines Stützsystems gemäß der vorliegenden Erfindung, das am Wagen einer selbstangetriebenen Linearantriebsvorrichtung verwendet wird;
Figur 2 eine Bodenansicht des Wagens von Figur 1, die das Antriebssystem für den selbstangetrieben Wagen zeigt;
Figur 3 eine schematische Ansicht der magnetischen Belastung des Wagens von Figur 1 gegen eine Stützschiene.
Nunmehr unter Bezugnahme auf Figur 1 treibt eine allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Antriebsvorrichtung mit Linearbewegung einen Wagen 12 entlang zweier beabstandeter Führungsschienen 14, 16, die innerhalb eines feststehenden Gehäuses 17 befestigt sind. Der Wagen 12 von allgemein rechteckiger Form weist zur Stabilisierung entlang einer Längsseitenwand 18 eine Führungsschiene 16 und entlang einer Längsseitenwand 20 eine Führungsschiene 14 auf. Der Wagen 12 ist zür linearen Bewegung entlang den parallelen Führungsschienen 14, 16 von zwei Kugelumlauflagern 22 gestützt, die das Gleiten des Wagens 12 mit minimaler Reibung gestatten. Die Schiene 14 weist in einer Oberseite 26 eine V-förmige Nut 24 auf, um die an der Schiene mit der V-förmigen Nut abrollenden Kugeln 28 des Kugelumlauflagers 22 aufzunehmen. Die Lager 22 sind an der Außenseite der Seitenwand des Wagens 12 angebracht und entlang der Schiene 14 mit der V-förmigen Nut beabstandet, um eine Drehung des Wagens 12 relativ zu den Führungsschienen 14, 16 zu verhindern.
Wie in Figur 2 gezeigt, wird eine Antriebswelle von zwei Kugellagern 32, die in Innenwänden 34 des Wagens 12 montiert sind, drehmäßig gestützt. Um die Antriebswelle 30 zu drehen, ist ein Gleichstrommotor36 in Flachbauweise am Wagen 12 befestigt. In der Nähe des einen Endes der Antriebswelle 30 ist ein Statormotorgehäuse 42 an einem Innenteil 44 der Seitenwand 18 befestigt, und ein Rotor 48 ist zur Drehung damit an der Antriebswelle 30 befestigt. Bestandteil des gleichen Endes der Antriebswelle 30 ist ein mit der ebenen Schiene 16 in Rollkontakt stehendes Reibrad 50 zum Antrieb des Wagens 12 entlang der Schienen 14, 16, wenn sich die Antriebswelle 30 dreht. In der Nähe der Mitte der Antriebswelle 30 ist ein Trägheitsrad S4 an der Antriebswelle 30 zur Drehung damit befestigt, um eine drehmäßige Trägheit zu liefern und ein mögliches Drehmomentschaukeln des Motors und Schwankungen bei der Transportreibung auf ein Minimun zu reduzieren.
Nunmehr unter Bezugnahme auf Figuren 1 und 3 sind zwei Permanentmagnete 60, 62 an einem Außenteil der Seitenwand 18 des Wagens 12 befestigt, je einer auf jeder Seite des Reibrades 50. Zwischen jedem Magnet 60 bzw. 62 und der ebenen Schiene 16, die mit einem ferromagnetischen Glied einstückig ausgebildet oder aus ferromagnetischem Material konstruiert sein kann, befinden sich Luftspalte 66, 68. Eine magnetische Anziehung zwischen den Magneten 60, 62 und der ebenen Schiene 16 zwingt das Reibrad in Reibeingriff mit der ebenen Schiene 16, wodurch ein fester Kontakt zwischen dem Reibrad 50 und der ebenen Schiene 16 gebildet und so der Schlupf auf ein Mimimum reduziert wird. Der Reibkontakt wird zwischen dem Reibrad 50 und der ebenen Schiene 16 bei Befestigung des Wagens 12 wie in Figur 1 außerdem durch seine Schwerkraftlast aufrechterhalten, doch ist die Schwerkraftlast im Vergleich zu der Magnetkraft gering, und die magnetische Belastung reicht aus, vertikale Befestigung und Linearbewegung zusätzlich zur horizontalen zu ermöglichen.
Aus Figuren 1 und 3 ist ersichtlich, daß die beiden das Reibrad 50 umgebenden Magnete 60, 62 an einer Befestigungsplatte 70 aus Stahl angebracht sind und die Befestigungsplatte 70 aus Stahl wiederum mittels geeigneter (nicht gezeigter) Halterungen am Wagen 12 befestigt ist. Zwei kleinere Stahlplatten 72, 74 sind an den nach außen weisenden Seiten der beiden Magnete 60 bzw. 62 angebracht, so daß jeder der beiden Magnete 60, 62 zwischen Stahlplatten geschichtet ist. Es entsteht ein magnetischer Kreis, wenn die Magnete 60, 62 in der Nähe der ferromagnetischen ebenen Schiene 16 positioniert werden, und die Flußlinien des Magnetfeldes kreisen durch die Stahlplatten und die Schiene um den Magnet herum, wobei sie eine die Magnete 60, 62 und den befestigten Wagen 12 an die ebene Schiene 16 ziehende Kraft erzeugen.
Nunmehr unter Bezugnahme auf Figur 1 ist auf der gegenüberliegenden Seitenwand 20 des Wagens 12 ein großer Magnet 80 zwischen den beiden beabstandeten Kugelumlauflagern 22 angeordnet. Der große Magnet 80 ist an einer Befestigungsplatte 82 aus Stahl angebracht, die an der Außenwand 20 des Wagens 12 montiert ist. Auch der große Magnet 80 ist mit einer an der Außenseite des großen Magneten 80 befestigten kleineren Stahlplatte 84 geschichtet, wie die beiden oben beschriebenen kleineren Magnete 60, 62. Ein (nicht gezeigter) Luftspalt befindet sich zwischen dem großen Magnet 80 und der Schiene 14 mit V-förmiger Nut, die ebenfalls wie die oben beschriebene ebene Schiene einen ferromagnetischen Teil aufweist. Der Luftspalt ist mit den Luftspalten 66, 68 für die Magnete 60, 62, die für die Befestigung der ebenen Schiene 16 gezeigt und beschrieben sind, im wesentlichen identisch.
Der große Magnet 80 zwingt die Kugelumlauflager 22 in die Schiene 14 mit der V-förmigen Nut. Die Größe der magnetischen Last zwischen den Magneten 60, 62 und 80 und den Schienen 14, 16 kann durch Verändern der Breite des Luftspaltes durch Einstellen der Bef estigungsposition jedes Magneten bezüglich der Wagenwand 18 oder 20 eingestellt werden.
Ein Hauptvorteil der Konfiguration der Kugelumlauflager, des Reibantriebsrades und der Permanentmagnete besteht darin, daß die ebene Schiene beträchtlich verkürzt werden kann, was teure Herstellungskosten einspart. Aufgrund der Tatsache, daß die Kugelumlauflager am Außenteil des Wagens befestigt und entlang der Schiene mit der V-förmigen Nut beabstandet sind, ist die lineare Entfernung, die das Reibrad und die Magnete auf der anderen Seite des Wagens zurücklegen müssen, kürzer. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß anstatt dreier Kugelumlauflager das Reibrad als einer der drei Stützpunkte zur Befestigung des Wagens verwendet wird, wodurch die Kosten gesenkt werden.
Durch die vorliegende Erfindung kann der Wagen aufgrund der Verwendung von Magneten zum Vorbelasten des Wagens und der tragenden Teile in die Führungsschienen leicht an der Führungsschiene eingebaut und entfernt werden, ohne langwierige Vorbelastungsprozeduren. Jedes Mal, wenn der Wagen auf die Führungsschienen geladen wird, sorgen die Magnete für eine wiederholbare Vorbelastung, wohingegen einige Systeme aus dem Stand der Technik das Entfernen des Wagens von der Bewegungsachse nicht gestatten.
Die eine niedrige Reibung aufweisende Rollkontaktgrenzfläche des Wagens mit der Stütze und den Führungsschienen der vorliegenden Erfindung gestatten eine leichtgängige gleichförmige Bewegung des Wagens, wodurch im Vergleich zu den Linearantrieben nach dem Stand der Technik mit Verstellschraubenspindel und Gleitreibung das zum Bewegen des Wagens entlang der Bewegungsachse erforderliche Antriebsmoment wesentlich verringert wird.
Innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche sind Modifikationen möglich.

Claims

1. Selbstangetriebene Antriebsvorrichtung mit Linearbewegung (10), die folgendes umfaßt:

- eine erste Schiene (14);

- eine zweite Schiene (16), die parallel zu der ersten Schiene (14) befestigt ist;

- einen Wagen (12), der folgendes umfaßt:

- Stützmittel (22, 50) zum beweglichen Stützen des Wagens (12) entlang der Schienen (14, 16);

ein Antriebsmittel (50), das so angeordnet ist, daß es durch Drehen eine Antriebskraft auflediglich eine (16) der Schienen (14, 16) ausübt;

ist dadurch gekennzeichnet, daß der Wagen (12) mit der nur einen Schiene (16) lediglich einen einzigen Antriebskontakt aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einem mechanisch an das Antriebsmittel (50) angekoppelten Motor (36).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Antriebsmittel (50) an der Welle (30) des Motors (36) befestigt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der nur eine Antriebskontakt in eines der Stützmittel (22, 50) eingebaut ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Antriebsmittel (50) ein Reibrad in Rollkontakt mit einer der Schienen (16) umfaßt, bei der es sich vorzugsweise um eine ebene Schiene handelt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Reibrad (50) mit einer Schwerkraftlast oder einer magnetischen Belastung (60, 62), vorzugsweise mit einem Permanentmagnet an dem Wagen (12), belastet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer magnetischen Belastung (60, 62; 80), vorzugsweise einem Permanentmagnet, zum Vorbelasten mindestens eines der Stützmittel (22, 50) auf die Schienen (14, 16).

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der sich ein Luf tspalt (66, 68) zwischen dem Permanentmagnet (60,62;80) und einer Schiene (14, 16) befindet, wobei die Schiene:

einen ferromagnetischen Teil, vorzugsweise durch ein einstückig damit ausgebildetes ferromagnetisches Glied, umfaßt; oder

aus ferromagnetischem Material hergestellt ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens eines oder mindestens zwei der Stüztmittel (22, 50) für Rollkontakt mit einer der Schienen (12, 14) angeordnet ist bzw. sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens eine (14) der Schienen (12, 14) Führungsmittel (24) zum Führen des Wagens (12) entlang einer linearen Bewegungsachse enthält.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der es sich bei dem Führungsmittel (24) um eine sich entlang der Schiene (14) erstreckende V-förmige Nut handelt.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens zwei Stützmittel (22) von Kugelumlauflagern gebildet werden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der mindestens eine Schiene (14) in einer Oberseite (26) eine V-förmige Nut (24) aufkreist, um Kugeln (28) der Kugelumlauflager (22) aufzunehmen.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Wagen (12) an drei beweglichen Punkten gestützt wird.