EP2005008B1 - Linearantriebsvorrichtung - Google Patents

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EP2005008B1
EP2005008B1 EP07711640A EP07711640A EP2005008B1 EP 2005008 B1 EP2005008 B1 EP 2005008B1 EP 07711640 A EP07711640 A EP 07711640A EP 07711640 A EP07711640 A EP 07711640A EP 2005008 B1 EP2005008 B1 EP 2005008B1
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EP
European Patent Office
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linear drive
guide
linear
drive device
ball
Prior art date
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EP07711640A
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English (en)
French (fr)
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EP2005008A2 (de
Inventor
Stefan Claus
Claus-Peter Kalka
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Festo SE and Co KG
Original Assignee
Festo SE and Co KG
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Publication date
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Publication of EP2005008B1 publication Critical patent/EP2005008B1/de
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/082—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of the slotted cylinder type

Definitions

  • the invention relates to a linear drive device having a linear drive, which has a drivable to a linear output drive output member which is drivingly coupled or coupled via a coupling device with a on a linear guide in a direction parallel to the direction of the output movement slidably guided guide member coupled, wherein the coupling device at least a tension and compression stiff, on the one hand connected to the output part and on the other hand connected to the guide member or connectable coupling member.
  • the driven part of a fluid-operated linear drive is drivingly coupled in terms of movement with a guided on a rod guide guide part.
  • the guide part makes the linear movement of the driven part directly with.
  • a coupling device is present, which has a tension and compression stiff, but at the same time resiliently flexible coupling member which is pivotally mounted at one end to the drive part and the other end on the guide part. Due to this bearing and the bending elasticity of the coupling member, the coupling device is able to compensate for any non-parallelism in the direction of movement of the driven part and the guide member backlash. The manufacturing cost of the coupling device is relatively large.
  • the DE 92 18 883 U1 discloses a power cylinder in which a carriage is coupled via a single ball joint with a displacement sensor to avoid jamming between carriage and path sensor.
  • the coupling member is zug-, pressure and rigid formed in a linear drive device of the type mentioned and connected via a respective ball joint device with the output part and the guide member or connectable.
  • the two ball joint devices allow each other independent relative movements of the driven part and the guide member with respect to the coupling member, while ensuring a play-free in the direction of the output drive coupling between the output member and the associated guide member.
  • the coupling device is suitable for compensating any alignment and angle errors that may occur between the drive part of the linear drive and a normally connected during operation with a load to be moved or connectable guide member or exist. This prevents retroactive forces from causing premature wear due to over-determination. At the same time a precise positioning of the guide member and a possibly associated load can be ensured by the absolutely play-free coupling in the direction of the output movement.
  • the coupling device is particularly suitable for the field of servo-pneumatics, in which the positioning accuracy plays a special role. With all this very low production costs can be achieved by the simple structure.
  • the linear drive is expediently a fluid-actuated linear drive and, in particular, a pneumatic linear drive operated with compressed air.
  • the linear drive expediently has its own linear guide for the driven part, which is arranged, for example, on the outside of the drive housing, wherein it may be suitable for guiding a slide-like driven drive part.
  • the latter is especially relevant to a design as a rodless linear drive, in which the driven part moves exclusively along the drive housing and does not extend beyond its end faces.
  • reference may be made in particular to so-called slot cylinders, but also to linear drives with non-contact, magnetic force transmission to the driven part.
  • the coupling device can be designed for direct attachment of its coupling member on the output part and / or on the guide part be. However, easier handling results from a design in which the coupling device has a respective base element for releasable attachment preferably on the output part and on the guide part, wherein between each base element and the coupling member one of the two ball joint devices is interposed.
  • the ball joint device preferably comprises a ball seat arranged on the coupling member and a bearing ball rotatable therein in all directions about its ball center, fastening means for direct or indirect connection to the driven part or the guide part being arranged on the ball bearing.
  • fastening means may for example be designed as a radially projecting from the bearing ball mounting shank, in particular with a fastening thread.
  • the coupling member has at least in the region of its ball seats and preferably overall flat shape.
  • the ball seat can be formed here by an opening of the coupling member whose peripheral boundary surface forms a concave bearing surface corresponding to the ball for the bearing ball.
  • the bearing surface is designed in particular comparable to an equatorial spherical zone.
  • the bearing ball can be very easily inserted by pressing into the associated ball seat.
  • the fastening means arranged on the bearing balls can point to the same side or to opposite sides.
  • linear drive device includes a linear drive 2 with a driven part 5, which is driven in the operation of the linear drive 2 to a direction indicated by a double arrow reciprocating linear output movement 4.
  • the direction of the output movement 4 is predetermined by a belonging to the linear drive 2 first linear guide 3, which is exemplified as extending in the direction of the output movement 4 guide rail 3a.
  • it is arranged on the outer circumference of the longitudinal shape, designated as the drive housing 6 housing of the linear drive 2. It can be made in one piece with this drive housing 6 as shown, although a realization as a separate component would be possible.
  • the drive housing 6 houses in its interior all or part of serving for driving the driven part 5 drive means 7. These include in the embodiment in which the linear drive 2 is a fluid-operated and in particular a pneumatically actuated linear drive 2, a drive piston 8, in a longitudinally the drive housing 6 extending receiving space 12 is slidably mounted. It is equipped with sealing means 13, by means of which it cooperates sealingly with the wall of the receiving space 12, so that it axially divides the receiving space 12 into two working chambers 14a, 14b. The latter are controlled by not shown in detail, the wall of the drive housing 6 passing through fluid channels acted upon by pressure medium to axially displace the drive piston 8 in one or the other direction.
  • the drive piston 8 is coupled in a motion-coupled manner to the output part 5 in such a way that the latter participates synchronously in the linear motion of the drive piston 8 while carrying out the output motion 4.
  • the linear drive 2 could be a working cylinder, in which the power transmission device 15 is formed by a front end wall of the drive housing 6 passing through the piston rod which engages outside the drive housing 6 on the output member 5 or this forms itself.
  • the invention is preferably used in a so-called rodless linear drive 2, as is apparent from the drawing by way of example.
  • the drive housing 6 is longitudinally slotted at one point of the circumference of the receiving space 12, wherein through the longitudinal slot 16 a belonging to the power transmission device 15 driver 17 engages, which connects the drive piston 8 with the driven part 5 drivingly. It can be covered by a cover 18 attached to the output part 5.
  • the longitudinal slot 16 is covered by a sealing band 22 resting against its slot flanks from the inside. This is lifted in the region of the drive piston 8 in the lying between the two sealing means 13 area by not shown in detail on the inside of the longitudinal slot to allow the passage of the driver 17 through the longitudinal slot 16.
  • the linear drive 2 could for example also be an electric or an electrofluidic linear drive.
  • the output member 5 may be formed in particular slide-like. Conveniently, it surrounds the guide rail 3a of the first linear guide 3 like a clamp (see FIG. 3 ). Bearing means 23 arranged on the output part 5 cause the guiding contact with the first liner guide 3.
  • the bearing means 23 can be plain bearing means and / or roller bearing means.
  • a generally designated by reference numeral 24 coupling device 24 of the liner drive device 1 allows in the direction of the output movement 4 - hereinafter also referred to as "axial direction" - a play-free driving connection with a guide member 26 slidably guided on another, second linear guide 25 in the longitudinal direction.
  • the movement of the guide member 26 is referred to as a guide movement 27.
  • the second linear guide 25 is formed so that the direction of movement of the guide movement 27 is parallel to the direction of movement of the driven movement 4. At least this is the claim in the realization of the overall arrangement. In practice, however, at least minimal None completely exclude deviations in the parallelism between the output movement 4 and the guide movement 27 due to manufacturing and assembly tolerances. These deviations, which can be described as misalignment and angle errors, can lead to increased wear and thus to a reduction in the service life given an overall rigid coupling of output part 5 and guide part 26.
  • the coupling device 24 reduces or eliminates this problem by indeed in the axial direction causes a play-free driving coupling between the output part 5 and guide member 26, but otherwise permits relative movements between said components to compensate for any misalignment and angle errors automatically.
  • the second linear guide 25 is a rod guide in the embodiment. It contains at least one and preferably at least two guide rods 25a, 25b, which run alongside one another in a parallel position, on which the guide part is movably guided in the longitudinal direction.
  • Other designs for the second linear guide 25 are also possible. For example, it could be formed by one or more guide rails.
  • the second linear guide 25 as well as the associated guide member 26 may for example be part of a machine or system with which the linear drive 2 is drivingly coupled by means of the coupling device 24 to provide a driving force.
  • the linear drive 2 can be installed independently of the second linear guide 25.
  • a support structure 28 is indicated, on which the second linear guide 25 is fixed independently of the linear drive 2 and which is formed for example by a machine frame on which the linear drive 2 can be mounted with its drive housing 6.
  • linear drive 2 coupling device 24, guide member 26 and second linear guide 25
  • first linear guide 3 can be dispensed with.
  • the guide member 26 preferably forms a load carrier 32, so a component with which a load to be moved, of whatever kind, is connectable. It contains for fastening the load to be moved suitable fastening means 33, for example, among other things, a plurality of threaded holes. As shown by the dot-dashed line at 32a in FIG. 2 However, the load carrier can also be a respect to the guide member 26 separate component, which is attached to the guide member 26, in whatever way.
  • the second linear guide 25 extends at a distance alongside next to the linear drive 2.
  • Output member 5 and guide member 26 are in the direction of an in FIG. 3 by a dash-dotted line indicated transverse axis 34 spaced from each other. The latter, with the mutually parallel directions of movement of output part 5 and guide part 26, biases a main plane 35 of the linear drive device 1.
  • the coupling device 24 includes a zugsteif, rigid and rigid trained coupling member 36 which is connected via a respective ball joint device 37 with both the output member 5 and the guide member 26 or can be connected. About this arrangement, the driving force is transmitted from the output member 5 to the guide member 26.
  • the coupling member 36 is preferably oriented such that a straight connecting line 38 connecting the two ball joint devices 37 is oriented essentially parallel to the direction of the output movement 4. An at least light one However, skew is readily possible as well. It is expedient if the included between the connecting line 38 and the axial direction of the driven movement 4 angle is an acute angle, if there is an oblique arrangement.
  • Each ball joint device 37 includes a ball seat 42 arranged or formed on the coupling member 36 and a bearing ball 43 mounted therein, wherein the bearing allows rotation of the bearing ball 43 with respect to the ball seat 42 in all directions around its ball center 44.
  • the coupling member 36 can be arbitrarily rotated or pivoted about the ball center 44 in the region of each ball joint device 37.
  • Each bearing ball 43 is equipped with fastening means 45 for the particular releasable connection with the associated output member 5 or guide member 26.
  • This fastening means 45 expediently include a radially projecting from the associated bearing ball 43 and in particular integrally formed with the bearing ball 43 mounting shank 46.
  • the coupling member 36 has flat shape at least in the area of at least one and preferably in the area of both ball receptacles.
  • optimal overall flat design of the coupling member 36 is considered, so practically as a plate element with any outer contour.
  • it is provided in the region of the two ball seats 42 with circular contoured end portions, between which extends a narrower web portion.
  • the coupling member 36 is aligned so that its in FIG. 3 dash-dotted lines indicated main extent plane 47 substantially parallel to the above-defined main plane 35 extends. Due to existing misalignment between the two linear guides 3, 25 but other orientations are possible.
  • the thickness of the coupling member 36 is expediently less than the diameter of the associated ball bearing 43, at least in the region of the ball receptacles 32. This consequently projects according to FIGS. 4 and 5 on both sides beyond the coupling member 36 addition.
  • the fastening means 45 are oriented transversely to the main extension plane 47 of the coupling member 36.
  • the fastening means 35 starting from the main extension plane 47, to the same side.
  • they can also be opposite to each other.
  • the type of arrangement will be oriented, in particular, to the conditions of the association between output part 5 and guide part 26.
  • the ball seat 42 is formed in the embodiment of an opening of the coupling member 36, the circumferential boundary surface forms the bearing surface 48 for the rotatably received bearing ball 43 or has.
  • the bearing ball 43 can not fall out, the bearing surface 48 is concave, corresponding to the ball curvature.
  • it has the shape of a spherical zone symmetrical to the equatorial plane in the mathematical sense.
  • the bearing ball 43 does not have to have a spherical shape in its entirety.
  • the spherical shape can be limited to that section which, taking into account the possible rotational and pivoting angles always within the ball seat 42 remains.
  • the bearing ball 43 is flattened on the side diametrically opposite the fastening means 45.
  • the coupling member 36 at least in the area of ball seats 42 and expediently a total of a plastic material which has a certain elastic deformation capability, the mounting of the bearing balls 43 in their ball mounts 42 is particularly simple. It suffices simply to press the bearing balls 43 through one of the two mouths of the ball receivers 42, so that no separate fastening means are required. This allows a particularly cost-effective production.
  • the coupling member 36 can be made in one piece, especially in such a design.
  • each bearing ball 43 could be fastened directly to a matching counterpart of the driven part 5 and / or the coupling member 36.
  • the coupling device 24 expediently contains, per ball joint device 37, a base element 52 which functions as an interface element for connecting the bearing ball 43 to the output part 5 or the guide part 26.
  • Each bearing ball 43 is fastened via its fastening means 45 to a base element 52.
  • One of the base elements 52 is then attached via suitable further attachment means 53 on the driven part 5 and on the guide part 26, in particular in a detachable manner.
  • the further fastening means 53 may in particular be fastening screws which can be passed through the base element 52 in order subsequently to be screwed to the driven part 5 or the guide part 26.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Linearantriebsvorrichtung, mit einem Linearantrieb, der ein zu einer linearen Abtriebsbewegung antreibbares Abtriebsteil aufweist, das über eine Koppeleinrichtung mit einem an einer Linearführung in einer zur Richtung der Abtriebsbewegung parallelen Bewegungsrichtung verschiebbar geführten Führungsteil antriebsmäßig gekoppelt oder koppelbar ist, wobei die Koppeleinrichtung mindestens ein zug- und drucksteifes, einerseits mit dem Abtriebsteil und andererseits mit dem Führungsteil verbundenes oder verbindbares Koppelglied aufweist.
  • Bei einer aus der EP 0 744 554 B1 bekannten Linearantriebsvorrichtung dieser Art ist das Abtriebsteil eines fluidbetätigten Linearantriebes mit einem an einer Stangenführung verschiebbar geführten Führungsteil antriebsmäßig bewegungsgekoppelt. Auf diese Weise macht das Führungsteil die Linearbewegung des Abtriebteils unmittelbar mit. Zur Verbindung der beiden Komponenten ist eine Koppeleinrichtung vorhanden, die ein zug- und drucksteifes, zugleich jedoch federnd biegeelastisches Koppelglied aufweist, welches einenends an dem Antriebsteil und andernends an dem Führungsteil schwenkbeweglich gelagert ist. Aufgrund dieser Lagerung und der Biegeelastizität des Koppelgliedes ist die Koppeleinrichtung in der Lage, eventuelle Unparallelitäten in der Bewegungsrichtung des Abtriebsteils und des Führungsteils spielfrei auszugleichen. Der Herstellungsaufwand für die Koppeleinrichtung ist jedoch relativ groß.
  • Aus der DE 201 07 002 U1 geht ein Winkelgelenk hervor, das eine gelenkige Verbindung zweier Bauteile mittels einer in einer Kugelpfanne drehbar gelagerten Gelenkkugel ermöglicht.
  • Die DE 92 18 883 U1 offenbart einen Arbeitszylinder, bei dem ein Schlitten über ein einziges Kugelgelenk mit einem Wegsensor gekoppelt ist, um Verklemmungen zwischen Schlitten und Wegsensor zu vermeiden.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen vorzuschlagen, die auf einfache Weise einen einen Fluchtungsfehlerausgleich bewirkende antriebsmäßige Kopplung zwischen dem Abtriebsteil eines Linearantriebes und einem zugeordneten Führungsteil ermöglichen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Linearantriebsvorrichtung der eingangs genannten Art das Koppelglied zug-, druck- und biegesteif ausgebildet und über je eine Kugelgelenkeinrichtung mit dem Abtriebsteil und dem Führungsteil verbunden oder verbindbar.
  • Die beiden Kugelgelenkeinrichtungen gestatten voneinander unabhängige Relativbewegungen des Abtriebsteils und des Führungsteils bezüglich dem Koppelglied, bei gleichzeitiger Gewährleistung einer in der Richtung der Abtriebsbewegung spielfreien Kopplung zwischen dem Abtriebsteil und dem zugeordneten Führungsteil. Mithin eignet sich die Koppeleinrichtung für einen Ausgleich eventueller Fluchtungs- und Winkelfehler, die eventuell zwischen dem Antriebsteil des Linearantriebes und einem im Betrieb in der Regel mit einer zu bewegenden Last verbundenen oder verbindbaren Führungsteil auftreten bzw. vorhanden sind. Dadurch wird verhindert, dass rückwirkende Kräfte aufgrund von Überbestimmungen einen vorzeitigen Verschleiß hervorrufen. Gleichzeitig kann durch die in Richtung der Abtriebsbewegung absolut spielfreie Kopplung eine präzise Positionierung des Führungsteils und einer damit eventuell verbundenen Last gewährleistet werden. Somit eignet sich die Kopplungseinrichtung insbesondere auch für den Bereich der Servopneumatik, bei dem die Positioniergenauigkeit eine besondere Rolle spielt. Bei alledem sind durch den einfachen Aufbau sehr günstige Herstellkosten erzielbar.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Bei dem Linearantrieb handelt es sich zweckmäßigerweise um einen fluidbetätigten Linearantrieb und hierbei insbesondere um einen mit Druckluft betriebenen, pneumatischen Linearantrieb.
  • Der Linearantrieb verfügt zweckmäßigerweise über eine eigene Linearführung für das Abtriebsteil, die beilspielsweise an der Außenseite des Antriebsgehäuses angeordnet ist, wobei sie sich dazu eignen kann, ein schlittenartig ausgebildetes Abtriebsteil zu führen. Letzteres ist vor allem relevant für eine Bauform als kolbenstangenloser Linearantrieb, bei dem sich das Abtriebsteil ausschließlich längs des Antriebsgehäuses bewegt und über dessen Stirnseiten nicht ausfährt. Exemplarisch kann hier bei fluidbetätigten Linearantrieben insbesondere auf sogenannte Schlitzzylinder verwiesen werden, aber auch auf Linearantriebe mit berührungsloser, magnetischer Kraftübertragung auf das Abtriebsteil.
  • Die Koppeleinrichtung kann zur direkten Befestigung seines Koppelgliedes am Abtriebsteil und/oder am Führungsteil ausgebildet sein. Eine erleichterte Handhabung resultiert jedoch aus einer Bauform, bei der die Koppeleinrichtung über je ein Sockelelement zur bevorzugt lösbaren Befestigung am Abtriebsteil und auch am Führungsteil verfügt, wobei zwischen jedem Sockelelement und dem Koppelglied eine der beiden Kugelgelenkeinrichtungen zwischengeschaltet ist.
  • Die Kugelgelenkeinrichtung umfasst vorzugsweise eine am Koppelglied angeordnete Kugelaufnahme und eine darin in alle Richtungen um ihr Kugelzentrum drehbare Lagerkugel, wobei an der Lagerkugel Befestigungsmittel zur direkten oder indirekten Verbindung mit dem Abtriebsteil bzw. dem Führungsteil angeordnet sind. Solche Befestigungsmittel können beispielsweise als radial von der Lagerkugel abstehender Befestigungsschaft ausgeführt sein, insbesondere mit einem Befestigungsgewinde.
  • Bevorzugt weist das Koppelglied zumindest im Bereich ihrer Kugelaufnahmen und vorzugsweise gesamthaft Flachgestalt auf. Die Kugelaufnahme kann hier von einer Durchbrechung des Koppelgliedes gebildet sein, deren umfangsseitige Begrenzungsfläche eine der Kugelwölbung entsprechende konkave Lagerfläche für die Lagerkugel bildet. Die Lagerfläche ist insbesondere vergleichbar einer äquatorialen Kugelzone gestaltet.
  • Vor allem wenn das Koppelglied aus Kunststoffmaterial besteht, kann die Lagerkugel sehr einfach durch Einpressen in die zugeordnete Kugelaufnahme eingesetzt sein. Dies begünstigt insbesondere auch eine einstückige Ausbildung des Koppelgliedes, insbesondere als Spritzgussteil.
  • In Abhängigkeit vom Anwendungsfall können die an den Lagerungskugeln angeordneten Befestigungsmittel zur gleichen Seite oder zu entgegengesetzten Seiten weisen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
    • Figur 1
    eine bevorzugte erste Bauform der erfindungsgemäßen Linearantriebsvorrichtung in einer Vorderansicht,
    Figur 2
    die Linearantriebsvorrichtung aus Figur 1 in einer Rückansicht,
    Figur 3
    die Linearantriebsvorrichtung aus Figur 1 im Querschnitt gemäß Schnittlinie III-III,
    Figur 4
    die Linearantriebsvorrichtung aus Figur 1 in einem im Bereich der Koppeleinrichtung durchgeführten Längsschnitt gemäß Schnittlinie IV-IV und
    Figur 5
    das in Figur 4 umrahmte Detail V in vergrößerter Darstellung.
  • Die in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Linearantriebsvorrichtung enthält einen Linearantrieb 2 mit einem Abtriebsteil 5, das im Betrieb des Linearantriebes 2 zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten hin und her gehenden linearen Abtriebsbewegung 4 antreibbar ist. Die Richtung der Abtriebsbewegung 4 wird durch eine zu dem Linearantrieb 2 gehörende erste Linearführung 3 vorgegeben, die exemplarisch als sich in Richtung der Abtriebsbewegung 4 erstreckende Führungsschiene 3a ausgebildet ist. Bevorzugt ist sie am Außenumfang des Längsgestalt aufweisenden, als Antriebsgehäuse 6 bezeichneten Gehäuses des Linearantriebes 2 angeordnet. Sie kann mit diesem Antriebsgehäuse 6 wie abgebildet einstückig ausgeführt sein, wenngleich auch eine Realisierung als gesonderte Komponente möglich wäre.
  • Das Antriebsgehäuse 6 beherbergt in seinem Innern ganz oder teilweise die zum Antreiben des Abtriebsteils 5 dienenden Antriebsmittel 7. Diese umfassen beim Ausführungsbeispiel, bei dem der Linearantrieb 2 ein fluidbetätigter und insbesondere ein pneumatisch betätigter Linearantrieb 2 ist, einen Antriebskolben 8, der in einem sich längs des Antriebsgehäuses 6 erstreckenden Aufnahmeraum 12 verschiebbar gelagert ist. Er ist mit Dichtungsmittel 13 ausgestattet, über die er dichtend mit der Wandung des Aufnahmeraumes 12 kooperiert, so dass er den Aufnahmeraum 12 axial in zwei Arbeitskammern 14a, 14b unterteilt. Letztere sind über nicht näher gezeigte, die Wandung des Antriebsgehäuses 6 durchsetzende Fluidkanäle gesteuert mit Druckmedium beaufschlagbar, um den Antriebskolben 8 in der einen oder anderen Richtung axial zu verlagern.
  • Durch eine Kraftübertragungseinrichtung 15 ist der Antriebskolben 8 mit dem Abtriebsteil 5 derart bewegungsgekoppelt, dass Letzteres die Linearbewegung des Antriebskolbens 8 unter Ausführung der Abtriebsbewegung 4 synchron mitmacht.
  • Der Linearantrieb 2 könnte ein Arbeitszylinder sein, bei dem die Kraftübertragungseinrichtung 15 von einer eine stirnseitige Abschlusswand des Antriebsgehäuses 6 durchsetzenden Kolbenstange gebildet ist, die außerhalb des Antriebsgehäuses 6 an dem Abtriebsteil 5 angreift oder dieses selbst bildet. Bevorzugt kommt die Erfindung jedoch bei einem sogenannten kolbenstangenlosen Linearantrieb 2 zum Einsatz, wie er aus der Zeichnung exemplarisch hervorgeht. Hier ist das Antriebsgehäuse 6 an einer Stelle des Umfanges des Aufnahmeraumes 12 längs geschlitzt, wobei durch den Längsschlitz 16 ein zu der Kraftübertragungseinrichtung 15 gehörender Mitnehmer 17 hindurchgreift, der den Antriebskolben 8 mit dem Abtriebsteil 5 antriebsmäßig verbindet. Er kann durch eine am Abtriebsteil 5 angebrachte Abdeckung 18 verdeckt sein.
  • Im Bereich der beiden Arbeitskammern 14a, 14b ist der Längsschlitz 16 durch ein von innen her an seinen Schlitzflanken anliegendes Dichtband 22 abgedeckt. Dieses wird im Bereich des Antriebskolbens 8 in dem zwischen den beiden Dichtungsmitteln 13 liegenden Bereich durch nicht näher gezeigte Beaufschlagungsmittel nach innen vom Längsschlitz abgehoben, um den Durchgriff des Mitnehmers 17 durch den Längsschlitz 16 zu ermöglichen.
  • Abweichend vom Ausführungsbeispiel könnte der Linearantrieb 2 beispielsweise auch ein elektrischer oder ein elektrofluidischer Linearantrieb sein.
  • Das Abtriebsteil 5 kann insbesondere schlittenartig ausgebildet sein. Zweckmäßigerweise umgreift es die Führungsschiene 3a der ersten Linearführung 3 klammerartig (siehe Figur 3). Am Abtriebsteil 5 angeordnete Lagermittel 23 bewirken den Führungskontakt mit der ersten Linerführung 3. Die Lagermittel 23 können Gleitlagermittel und/oder Wälzlagermittel sein.
  • Eine insgesamt mit Bezugsziffer 24 bezeichnete Koppeleinrichtung 24 der Linerantriebsvorrichtung 1 ermöglicht in Richtung der Abtriebsbewegung 4 - im Folgenden vereinfacht auch als "axiale Richtung" bezeichnet - eine spielfreie Mitnahmeverbindung mit einem an einer weiteren, zweiten Linearführung 25 in deren Längsrichtung verschiebbar geführten Führungsteil 26.
  • Die Bewegung des Führungsteils 26 sei als Führungsbewegung 27 bezeichnet. Die zweite Linearführung 25 ist so ausgebildet, dass die Bewegungsrichtung der Führungsbewegung 27 zur Bewegungsrichtung der Abtriebsbewegung 4 parallel verläuft. Zumindest ist dies der Anspruch bei der Realisierung der Gesamtanordnung. In der Praxis werden sich jedoch zumindest minimale Abweichungen in der Parallelität zwischen Abtriebsbewegung 4 und Führungsbewegung 27 aufgrund von Herstellungs- und Montagetoleranzen nie vollständig ausschließen lassen. Diese Abweichungen, welche man als Fluchtungs- und Winkelfehler bezeichnen kann, können bei einer insgesamt starren Kopplung von Abtriebsteil 5 und Führungsteil 26 zu einem erhöhten Verschleiß und mithin zu einer Verringerung der Lebensdauer führen. Die Koppeleinrichtung 24 reduziert oder eliminiert diese Problematik, indem sie zwar in axialer Richtung eine spielfreie Mitnahmekopplung zwischen Abtriebsteil 5 und Führungsteil 26 bewirkt, im übrigen aber Relativbewegungen zwischen den genannten Komponenten zulässt, um etwaige Fluchtungs- und Winkelfehler selbsttätig zu kompensieren.
  • Die zweite Linearführung 25 ist beim Ausführungsbeispiel eine Stangenführung. Sie enthält mindestens eine und vorzugsweise wenigstens zwei in Parallellage längsseits nebeneinander verlaufende Führungsstangen 25a, 25b, an denen das Führungsteil in Längsrichtung verfahrbar geführt ist. Andere Bauformen für die zweite Linearführung 25 sind jedoch ebenfalls möglich. Beispielsweise könnte sie von einer oder mehreren Führungsschienen gebildet sein.
  • Die zweite Linearführung 25 wie auch das dieser zugeordnete Führungsteil 26 können beispielsweise Bestandteil einer Maschine oder Anlage sein, mit der der Linearantrieb 2 unter Vermittlung der Koppeleinrichtung 24 antriebsmäßig koppelbar ist, um eine Antriebskraft zu liefern. Hierbei kann der Linearantrieb 2 unabhängig von der zweiten Linearführung 25 installierbar sein. Bei 28 ist schematisch eine Haltestruktur 28 angedeutet, an der die zweite Linearführung 25 unabhängig vom Linearantrieb 2 festgelegt ist und die beispielsweise von einem Maschinengestell gebildet ist, an dem auch der Linearantrieb 2 mit seinem Antriebsgehäuse 6 montiert werden kann.
  • Ungeachtet des Vorstehenden besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Gesamtanordnung aus Linearantrieb 2, Koppeleinrichtung 24, Führungsteil 26 und zweiter Linearführung 25 als Baueinheit auszuführen. Hierbei kann dann unter Umständen sogar auf die erste Linearführung 3 verzichtet werden.
  • Das Führungsteil 26 bildet vorzugsweise einen Lastträger 32, also eine Komponente, mit der eine zu bewegende Last, in welcher Art auch immer, verbindbar ist. Er enthält zur Befestigung der zu bewegenden Last geeignete Befestigungsmittel 33, beispielsweise unter anderem eine Mehrzahl von Gewindebohrungen. Gemäß der strichpunktierten Abbildung bei 32a in Figur 2 kann der Lastträger allerdings auch eine bezüglich dem Führungsteil 26 gesonderte Komponente sein, die an dem Führungsteil 26, auf welche Art auch immer, befestigt ist.
  • Die zweite Linearführung 25 erstreckt sich mit Abstand längsseits neben dem Linearantrieb 2. Abtriebsteil 5 und Führungsteil 26 sind dabei in Richtung einer in Figur 3 durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten Querachse 34 zueinander beabstandet. Letztere spannt mit den zueinander parallelen Bewegungsrichtungen von Abtriebsteil 5 und Führungsteil 26 eine Hauptebene 35 der Linearantriebsvorrichtung 1 auf.
  • Die Koppeleinrichtung 24 enthält ein zugsteif, drucksteif und biegesteif ausgebildetes Koppelglied 36, das über je eine Kugelgelenkeinrichtung 37 sowohl mit dem Abtriebsteil 5 als auch mit dem Führungsteil 26 verbunden ist oder verbunden werden kann. Über diese Anordnung wird die Antriebskraft vom Abtriebsteil 5 auf das Führungsteil 26 übertragen. Das Koppelglied 36 ist vorzugsweise so ausgerichtet, dass eine die beiden Kugelgelenkeinrichtungen 37 verbindende gerade Verbindungslinie 38 im Wesentlichen parallel zur Richtung der Abtriebsbewegung 4 ausgerichtet ist. Eine zumindest leichte Schrägstellung ist jedoch ohne weiteres ebenfalls möglich. Zweckmäßig ist es, wenn der zwischen der Verbindungslinie 38 und der Achsrichtung der Abtriebsbewegung 4 eingeschlossene Winkel ein spitzer Winkel ist, sofern eine Schräganordnung vorliegt.
  • Jede Kugelgelenkeinrichtung 37 enthält eine am Koppelglied 36 angeordnete oder ausgebildete Kugelaufnahme 42 und eine darin gelagerte Lagerkugel 43, wobei die Lagerung ein Verdrehen der Lagerkugel 43 bezüglich der Kugelaufnahme 42 in alle Richtungen um ihr Kugelzentrum 44 ermöglicht. Anders ausgedrückt, kann das Koppelglied 36 im Bereich jeder Kugelgelenkeinrichtung 37 beliebig um das Kugelzentrum 44 verdreht bzw. verschwenkt werden.
  • Jede Lagerkugel 43 ist mit Befestigungsmitteln 45 zur insbesondere lösbaren Verbindung mit dem zugeordneten Abtriebsteil 5 oder Führungsteil 26 ausgestattet. Diese Befestigungsmittel 45 enthalten zweckmäßigerweise einen radial von der zugeordneten Lagerkugel 43 abstehenden und insbesondere einstückig mit der Lagerkugel 43 ausgebildeten Befestigungsschaft 46. Dieser ist beim Ausführungsbeispiel ein mit einem Befestigungsgewinde ausgestatteter Gewindeschaft, so dass eine lösbare Schraubverbindung mit dem zugeordneten Abtriebsteil 5 oder Führungsteil 26 möglich ist.
  • Das Koppelglied 36 weist zumindest im Bereich wenigstens einer und vorzugsweise im Bereich beider Kugelaufnahmen Flachgestalt auf. Als optimal wird eine insgesamt flache Gestaltung des Koppelgliedes 36 angesehen, also praktisch als Plattenelement mit beliebiger Außenkontur. Exemplarisch ist es im Bereich der beiden Kugelaufnahmen 42 mit kreisförmig konturierten Endabschnitten versehen, zwischen den sich ein schmälerer Stegabschnitt erstreckt.
  • Zweckmäßigerweise ist das Koppelglied 36 so ausgerichtet, dass seine in Figur 3 strichpunktiert angedeutete Hauptausdehnungsebene 47 im Wesentlichen parallel zu der oben definierten Hauptebene 35 verläuft. Bedingt durch vorhandene Fluchtungsfehler zwischen den beiden Linearführungen 3, 25 sind jedoch auch andere Ausrichtungen möglich.
  • Die Dicke des Koppelgliedes 36 ist zumindest im Bereich der Kugelaufnahmen 32 zweckmäßigerweise geringer als der Durchmesser der zugeordneten Lagerkugel 43. Diese ragt mithin gemäß Figuren 4 und 5 beidseits über das Koppelglied 36 hinaus. Die Befestigungsmittel 45 sind quer zur Hauptausdehnungsebene 47 des Koppelgliedes 36 orientiert.
  • Beim Ausführungsbeispiel weisen die Befestigungsmittel 35, ausgehend von der Hauptausdehnungsebene 47, zur gleichen Seite. Sie können allerdings auch einander entgegengesetzt orientiert sein. Die Art der Anordnung wird sich insbesondere an den Gegebenheiten der Zuordnung zwischen Abtriebsteil 5 und Führungsteil 26 orientieren.
  • Die Kugelaufnahme 42 ist beim Ausführungsbeispiel von einer Durchbrechung des Koppelgliedes 36 gebildet, deren umfangsseitige Begrenzungsfläche die Lagerfläche 48 für die drehbar aufgenommene Lagerkugel 43 bildet oder aufweist. Damit die Lagerkugel 43 nicht herausfallen kann, ist die Lagerfläche 48 konkav geformt, entsprechend der Kugelwölbung. Sie hat beim Ausführungsbeispiel die Gestalt einer zur Äquatorialebene symmetrischen Kugelzone im mathematischen Sinn.
  • Die Lagerkugel 43 muss nicht in ihrer Gesamtheit eine Kugelform aufweisen. Die Kugelform kann sich auf denjenigen Abschnitt beschränken, der unter Berücksichtigung der möglichen Dreh- und Schwenkwinkel stets innerhalb der Kugelaufnahme 42 verbleibt. Beispielhaft ist die Lagerkugel 43 auf der den Befestigungsmitteln 45 diametral entgegengesetzten Seite abgeflacht.
  • Indem das Koppelglied 36 zumindest im Bereich der Kugelaufnahmen 42 und zweckmäßigerweise insgesamt aus einem Kunststoffmaterial besteht, das über eine gewisse elastische Verformungsfähigkeit verfügt, gestaltet sich die Montage der Lagerkugeln 43 in ihren Kugelaufnahmen 42 besonders einfach. Es genügt, die Lagerkugeln 43 einfach durch eine der beiden Mündungen der Kugelaufnahmen 42 hindurchzupressen, so dass keine gesonderten Befestigungsmittel erforderlich sind. Dies ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung. Insbesondere kann das Koppelglied 36 vor allem bei einer solchen Bauform einstückig hergestellt werden.
  • Über die Befestigungsmittel 45 könnte jede Lagerkugel 43 direkt an einem daran angepassten Gegenstück des Abtriebsteils 5 und/oder des Koppelgliedes 36 befestigt werden. Zweckmäßigerweise enthält die Koppeleinrichtung 24 jedoch pro Kugelgelenkeinrichtung 37 ein Sockelelement 52, das als Schnittstellenelement zur Verbindung der Lagerkugel 43 mit dem Abtriebsteil 5 bzw. dem Führungsteil 26 fungiert.
  • Jede Lagerkugel 43 ist über ihre Befestigungsmittel 45 an einem Sockelelement 52 befestigt. Je eines der Sockelelemente 52 ist sodann über geeignete weitere Befestigungsmittel 53 am Abtriebsteil 5 bzw. am Führungsteil 26 angebracht, insbesondere in lösbarer Weise. Die weiteren Befestigungsmittel 53 können insbesondere Befestigungsschrauben sein, die durch das Sockelelement 52 hindurchführbar sind, um anschließend mit dem Abtriebsteil 5 bzw. dem Führungsteil 26 verschraubt zu werden.

Claims (18)

  1. Linearantriebsvorrichtung, mit einem Linearantrieb (2), der ein zu einer linearen Abtriebsbewegung (4) antreibbares Abtriebsteil (5) aufweist, das über eine Koppeleinrichtung (24) mit einem an einer Linearführung (25) in einer zur Richtung der Abtriebsbewegung (4) parallelen Bewegungsrichtung verschiebbar geführten Führungsteil (26) antriebsmäßig gekoppelt oder koppelbar ist, wobei die Koppeleinrichtung (24) mindestens ein zug- und drucksteifes, einerseits mit dem Abtriebsteil (5) und andererseits mit dem Führungsteil (26) verbundenes oder verbindbares Koppelglied (36) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelglied (36) zug-, druck-und biegsteif ausgebildet ist und über je eine Kugelgelenkeinrichtung (37) mit dem Abtriebsteil (5) und dem Führungsteil (26) verbunden oder verbindbar ist.
  2. Linearantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (2) ein fluidbetätigter, insbesondere ein pneumatischer, Linearantrieb (2) ist.
  3. Linearantriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Linerantrieb (2) ein kolbenstangenloser Linearantrieb ist.
  4. Linearantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (2) mit einer bezüglich der Linearführung (25) für das Führungsteil (26) gesonderten, eigenen Linearführung (3) ausgestattet ist, an der das Abtriebsteil (4) linear verschiebbar geführt ist.
  5. Linearantriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (2) ein ganz oder teilweise seine Antriebsmittel (7) aufnehmendes Antriebsgehäuse (6) umfasst, an dessen Außenseite die Linearführung (3) für das Abtriebsteil (5) angeordnet ist.
  6. Linearantriebsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (3) für das Abtriebsteil (5) als Führungsschiene (3a) ausgebildet ist.
  7. Linearantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsteil (5) schlittenartig ausgebildet ist.
  8. Linearantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (24) zur Befestigung am Abtriebsteil (5) und am Führungsteil (26) je ein Sockelelement (52) aufweist, wobei das Koppelglied (36) mit jedem Sockelelement (52) über eine Kugelgelenkeinrichtung (37) verbunden ist.
  9. Linearantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kugelgelenkeinrichtung (37) eine am Koppelglied (36) angeordnete Kugelaufnahme (42) und eine in der Kugelaufnahme (42) in alle Richtungen um ihr Kugelzentrum (44) drehbar gelagerte Lagerkugel (43) mit zur Verbindung mit dem Abtriebsteil (5) bzw. dem Führungsteil (26) geeigneten Befestigungsmitteln (45) aufweist.
  10. Linearantriebsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (45) einen radial von der Lagerkugel (43) abstehenden, insbesondere mit einem Befestigungsgewinde ausgestatteten Befestigungsschaft (46) enthalten.
  11. Linearantriebsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelglied (36) zumindest im Bereich mindestens einer Kugelaufnahme (42) Flachgestalt aufweist, wobei die Kugelaufnahme (42) von einer Durchbrechung des Koppelgliedes (36) gebildet ist, deren Begrenzungsfläche eine der Kugelwölbung entsprechende konkave Lagerfläche (48) für die Lagerkugel (43) bildet oder aufweist.
  12. Linearantriebsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelglied (36) zumindest im Bereich der Kugelaufnahmen (42) aus Kunststoffmaterial besteht und die Lagerkugeln (43) durch Einpressen in die Kugelaufnahmen (42) eingesetzt sind.
  13. Linearantriebsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12 in Verbindung mit Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (45) der beiden Lagerungskugeln (43) bezogen auf das Koppelglied (36) zu gleichen Seite oder zu entgegengesetzten Seiten orientiert sind.
  14. Linearantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsteil (5) und das Führungsteil (26) in Richtung einer Querachse (34) der Linearantriebsvorrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei das Koppelglied (36) ein Flachbauteil ist und derart ausgerichtet ist, dass seine Hauptausdehnungsebene (47) zumindest im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Linearantriebsvorrichtung (1) und zu der Querachse (34) verläuft.
  15. Linearantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (25) für das Führungsteil (26) eine Stangenführung mit zweckmäßigerweise zwei parallel zueinander mit Abstand nebeneinander verlaufenden Führungsstangen (25a, 25b) ist.
  16. Linearantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine die beiden Kugelgelenkeinrichtungen (37) verbindende gerade Verbindungslinie (38) im Wesentlichen parallel zur Richtung der Abtriebsbewegung (4) ausgerichtet ist oder mit dieser Richtung einen spitzen Winkel einschließt.
  17. Linearantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsteil (26) als Lastträger (32, 32a) ausgebildet oder mit einem solchen fest verbunden ist.
  18. Linearantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelglied (36) ein einstückiges Bauteil ist.
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