WO2005043209A2 - Solid joint guides - Google Patents

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WO2005043209A2
WO2005043209A2 PCT/EP2004/012112 EP2004012112W WO2005043209A2 WO 2005043209 A2 WO2005043209 A2 WO 2005043209A2 EP 2004012112 W EP2004012112 W EP 2004012112W WO 2005043209 A2 WO2005043209 A2 WO 2005043209A2
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WO
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solid
spring
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guide according
joint guide
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PCT/EP2004/012112
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German (de)
French (fr)
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WO2005043209A3 (en
Inventor
Karlheinz Bartzke
Georg Günther
Original Assignee
Carl Zeiss Jena Gmbh
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Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C11/00—Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04—Pivotal connections
    • F16C11/12—Pivotal connections incorporating flexible connections, e.g. leaf springs
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/003—Alignment of optical elements

Definitions

  • the invention relates to solid-state articulated guides that have a solid-state spring element, preferably for use in optical devices.
  • the current guiding concepts for the sliding movement of optical elements consist in the use of high-precision rods or thin-walled tubes. Both concepts have disadvantages, such as high manufacturing costs, bearing play, constraining forces and, in the case of rod guides, high space requirements.
  • the pipe guides take up little space because the lens can be accommodated in their center.
  • the optical link is guided by 2 parallel precision rods (surgical and stereomicroscopes).
  • the lens slides on the rods at a distance from the guides.
  • Loose guides of 20 ⁇ m are to be expected, which will take up the entire available tolerance when zooming.
  • a statically overdetermined bearing of the optical sliding elements by means of a bearing bush on each rod or their mutual bracing by springs causes constraining forces, the overcoming of which requires stronger motors.
  • the manufacturing costs and the space required for the tour are considerable.
  • a pipe guide is guided by 2 concentrically sliding pipes (binoculars, spotting scopes, photo lenses), in the middle of which the lens is arranged.
  • a 20 ⁇ m gap between the tubes is to be expected, which takes up the entire available tolerance when zooming. Deformations and out-of-roundness can cause constraining forces. The space requirement is small, but the manufacturing costs are high.
  • Linear ball guides are not used for zooming or focusing in optical devices due to their high price and relatively large dimensions.
  • a solid-state joint guide which has a solid-state spring element is known from DE 31 43 092 A1.
  • the wall of a cylinder is provided with recesses which form parallel leaf springs which coincide with the transverse plane of the body.
  • the cylinder is slotted so that two parts are created, which are movably connected to each other via the leaf springs.
  • Solid spring joints allow the use of particularly small motors due to the small actuating forces, have a high reproducibility of the guidance of tenths of a micrometer and travel ranges of ⁇ 0.5 mm.
  • the task is to design the solid-state joint guide so that it has large travel ranges, small positioning forces, sufficient mechanical stability transversely to the guide direction and is inexpensive to produce.
  • the guidance of optical sliding links should be significantly improved.
  • the solid-state articulated guides are to be created in particular for optical elements, such as those used for. B. in the adjustment of lenses for zooming or focusing in microscopes, binoculars or cameras or for x-y table adjustments.
  • the objectives are travel ranges from 2 to 50 mm, guidance accuracies of ⁇ 1 ⁇ m, positioning forces ⁇ 1 N and manufacturing costs of less than € 10.
  • the solid-state joints should act free of constraining forces and without bearing play.
  • the object is achieved by solid-state articulated guides, which are described in claims 1, 10, 18 and 25.
  • Advantageous further developments can be found in the respective subclaims.
  • One solution is to use a thin-walled elastic tube that carries a lens or other optical components in the center.
  • the tube is the geometric body with the greatest bending stiffness in all directions.
  • the tube is elastically easily stretchable and compressible in the axial direction by solid spring joints incorporated into the lateral surface, but is rigid in the transverse direction and in the torsional direction.
  • the web width of the solid-state joints should be as small as possible in order to be able to achieve small joint sizes, large travel ranges and small positioning forces.
  • Resilience N F 10mm / N reproducibility 1 ⁇ m Bar preparation of 50 ⁇ m is at the limit of what is technologically feasible when laser cutting, etching, eroding or punching. They require small material thicknesses of 0.1 mm. Bridge widths of 50 ⁇ m or significantly less do not pose any problems with processes of photolithography or the LIGA technique.
  • thin-walled tubes are not mechanically very stable, especially since the tube wall is still delicately broken through by the spring joints. You can dent and buckle. Stability is achieved in that the tube is preferably designed with double walls. This is preferably done by not structuring the thin-walled tube itself, but rather its developed and flat outer surface. This offers the advantage of productive structuring in the package, e.g. B.
  • Fig. 1 Parallel spring element of a solid-state joint guide
  • Fig. 2 Solid-body joint guide made of 5 parallel spring elements in a row
  • Fig. 3 Solid-body joint guide made of 15 parallel spring elements in 3 parallel rows
  • Fig. 4 Tubular solid-body joint guide made of 5 parallel spring joints in a row and 10 parallel ones
  • Rows Fig. 5 telescopically nested solid-state articulation from 5 tubes with 5 parallel spring elements per row and 10 parallel rows per tube
  • Fig. 6 solid-state articulation according to Figure 5 in section
  • Fig. 7 mirror-image spiral solid-body articulation with 5 turns each Fig.
  • FIGS. 1 to 3 show how long adjustment paths of, for example, 2.5 mm can be achieved by connecting parallel spring elements in series with unchanged actuating forces.
  • Parallel spring elements consist of two
  • L-shaped webs 2 which are connected to one another by means of two spring elements 1 and four joints 8.
  • a movable bridge is arched in x
  • Pipes can be nested ( Figure 5).
  • pipe guides are shown, the base element of which is a parallel spring element.
  • the parallel spring elements are connected in series and in parallel.
  • the free ends of the parallel spring elements connected in parallel are connected to one another by coupling elements 4.
  • Figure 6 shows the pipe guide according to Figure 5 in section. Shown are thin-walled, nested structured tubes which are connected to one another by coupling elements 4.
  • FIG. 7a shows an arrangement for zooming or focusing, in which the sheet with the parallel spring elements is not wound into a tube but into a spiral.
  • the two spiral guides are wound in mirror image to compensate for torsional moments.
  • additional joints 8 are provided in the edge zones of the spiral. Adequate stability of the guide results from the double-walled tubes and connectors 9, 9 ' between the two spiral guides.
  • FIG. 7b shows a section through the spiral guide according to FIG. 7a.
  • FIG. 8 shows a rhombic spring element in three different states: without force, compressed and stretched.
  • the spring knots 3 (shown in detail in FIG. 10 a) are represented by small circles. The length and width of the rhombus change in opposite directions when stretching or compressing.
  • FIG. 9 The outer connection points of a grid-shaped arrangement of rhomboid spring elements (FIG. 9) are elastically connected to one another by coupling elements 4. These must allow movements in two directions, otherwise a tight gripping of the grille would lead to a rigid structure.
  • Figure 10 a shows a spring node 3, which combines four spring elements 1, in detail.
  • the spring elements 1 have tapers at the connection points, which form joints 8.
  • FIG. 10 b shows a spring node 3, which combines two spring elements 1 and which has a connection to the coupling member 4. This connection is designed as a spring joint.
  • FIG. 11 shows an elastic pipe guide made from rhomboid spring elements.
  • Rhombenfederetti are connected to the edge zones of the pipe guide by spring tongues which bulge outwards when the pipe is compressed and inwards when stretched.
  • This pipe guide changes its diameter when it is adjusted. For this reason, their double walls cannot be produced by means of stabilizing rings arranged on the circumference of the tube, as can be seen in FIG. 19.
  • the connection between the walls of a double-walled tube can be made by an immersion process in liquid plastic, adhesive or photoresist or by PMMA. Such a plastic connection must not hinder the functionality of the joints.
  • FIG. 12 shows a nested arrangement of several elastic tubes according to FIG. 11. It allows a limited range for large travel ranges Overall length. The diameter of the tubes increases and decreases alternately when they are stretched or compressed.
  • Another variant is a double parallel spring joint that is particularly advantageously designed as a force-invariant spring element according to FIG.
  • the force-invariant spring element enables solid-state articulation with constant spring force that always acts from one direction.
  • a guided tour with a weight train works in a similar way. This avoids positioning errors that occur when spring forces change or change their direction, as is the case with the parallel spring element according to FIG. 1, with a rhombic spring element according to FIG. 8 or with a gimbal ring spring according to FIG. 17.
  • the force invariance is achieved in that the linear spring characteristic of the spring joint, which has a positive increase, is superimposed on the non-linear spring characteristic of a double parallel spring joint, the characteristic of which has a negative increase in a partial area.
  • a negative increase in the spring characteristic curve means that when a tension spring is pulled apart or a compression spring is compressed, the spring forces do not increase but decrease (frog effect).
  • the decisive factor for this effect is the angle ⁇ o at which the spring elements 1 are cut (FIG. 13 left).
  • the spring joints must squeeze through the legs 6 of the U-shaped frame 5 with their moving part 7 when moving in the direction of force. A compressive force acts first. There is an indifferent balance in the central position of the parallel spring joints. The positioning force is zero ( Figure 13 middle). As you move it further, there is increasing thrust on the center piece until it strikes the U-shaped frame ( Figure 13, right).
  • the effect of the force-invariant spring element is to be explained on the basis of the characteristic curves in FIG.
  • the spring joints 1 per se have a spring characteristic with a positive slope (FIG. 14 left).
  • the base of the U-shaped frame 5 acts as a stop for the moving part 7.
  • this characteristic curve has a negative slope.
  • the overall characteristic of the spring system is created by superimposing the characteristic of the spring joints on the characteristic of the constraining forces ( Figure 14, right). As a result, an approximately constant actuating force F acts in the working range of the spring element.
  • FIG. 16 shows a tubular arrangement of force-invariant spring elements, in which parallel spring elements are connected in series and in parallel.
  • the free frame 5 and the free moving parts 7 of the spring elements connected in parallel are each connected to one another by coupling members 4.
  • FIG. 17 shows a solid-state joint guide made of 2 gimbal ring springs.
  • the advantage is their relatively large travel in positive and negative directions, the simple manufacture and assembly, but disadvantageous is their large space requirement.
  • a series connection of gimbal ring springs is possible, but then, as with a corrugated tube, the bending stability is lost and the deflection can no longer take place in the negative direction beyond the reverse position.
  • Thin-walled pipes can be because of their low mechanical
  • the rolled-up flat surface of the tube is structured and then bent to form the tube.
  • the tube is bent from flat outer surfaces, because the tube consists of struts and the tube ends are firmly clamped by the coupling elements 4.
  • a further stabilization is achieved by rings which are connected to the outer surface of the tube.
  • the rolled surface of the pipe is structured by laser cutting, etching, eroding or punching.
  • the structures that are processed into double-walled tubes must have somewhat smaller dimensions in the circumferential direction on the inner lateral surface because of their smaller diameter than the structures on the outer lateral surface.
  • the precision stamping of the lateral surfaces with the solid joints is a particularly productive process. It requires the provision of cutting dies. Small web widths can be obtained by an electrolytic etching process, which follows the punching and the web preparation, which e.g. 100 ⁇ m, reduced to 50 ⁇ m. Such etching processes are also used for electrolytic deburring.
  • the jacket surfaces are assembled into a double-walled tube by inserting the inner jacket surface of the tube into a corresponding number of center rings 11 and securing it by means of internal spring rings 12.
  • the outer circumferential surface of the tube is placed over the center rings 11 and secured by the outer spring rings 10 (FIG. 19).
  • All rings 10, 11, 12 are located at the locations of the lateral surfaces where there are no spring elements 1. They stabilize the pipe and do not disturb its mobility here. Additional stability can be achieved by a dipping process or by PMMA, through which all the spaces between the tube walls are filled with plastic.
  • This manufacturing and assembly process is for elastic tubes with parallel and force-invariant spring elements but not for tubes with rhomboid spring elements, where the expansion or compression of the Pipe diameter changes, applicable.
  • the latter can be assembled into pipes using a plastic immersion process or PMMA, through which the outer and inner spring joints are firmly connected.
  • a further assembly of the double-walled tube takes place in that the thin structured steel surfaces, which also serve as a lithography mask for soft X-ray radiation, are glued to the inside and outside of a raw PMMA carrier.
  • the irradiated PMMA parts are then dissolved in an ethylene developer, while the non-irradiated PMMA parts remain as a mechanical stabilizer between the inner and outer steel jacket (LIGA technology).
  • the shell surfaces of the tube can also be produced by micromechanical processes, such as photolithographic etching of thin silicon wafers or thin photosensitive glasses, or by LIGA technology. These methods offer the possibility of particularly small web widths of z. B. to achieve 10 microns. Silicon also offers the advantage of a much higher resilience than steel. Ceramics and plastics are also suitable as materials. In the case of plastics, the double-walledness of the tube can possibly be dispensed with because certain plastics can be deformed elastically over a wide range and only slight forces occur when the tube is bent, stretched and compressed.
  • FIG. 20 shows an arrangement of force-invariant spring elements in a double-walled prismatic tube. This arrangement offers the
  • Figure 21 shows an x-y table with planar, double-layered
  • Solid-state articulated guides that can also be arranged under the table to save space.
  • the stiffness of this is perpendicular to the plane of the drawing
  • FIG. 22 shows a zoom or focusing drive, which consists of two pipe systems mechanically coupled to one another and a high-resolution differential spindle drive 15 with a stepping motor 16.
  • the advantages of solid-body articulation are that the backlash is approximately 1 ⁇ m, and 20 ⁇ m for rod or pipe guides. Abbe's principle of the equator is observed. The space requirement is comparatively very small.
  • FIG. 23 shows a symmetrical drive system to avoid bending moments and constraining forces on the spring joint guide, which in the example is a telescopically nested elastic pipe system 18.
  • the double motor drive 16, 16 ' is shown for a uniaxial pipe system which has two motors 16, 16 ' and two differential thread pairs 15 and 15 ' .
  • one of the differential thread spindles has a right-hand thread and the other has a left-hand thread.
  • FIG. 24 shows a nesting of half-tube systems that is biocular.
  • the tubes of a solid-state joint guide are designed here as half-tubes, one half-tube guide in each case displacing a lens 19.
  • the lenses are both within the overall length of the guides.
  • FIG. 25 shows the biocular optical system according to FIG. 24 in section.
  • differential thread spindle pairs 15 and 15 ' with motor drives 16 and 16 ' ensure the uniform adjustment of each of the half-tube guides in both optical beam paths on path curves.
  • FIG. 26 shows a further embodiment, which makes it possible to position optics within the overall length of the solid-state joint guides.
  • two independent solid-state articulated guides are nested coaxially. The outside
  • Solid-state articulated guides have cutouts, the length of which is dimensioned in accordance with the desired adjustment path.
  • Connectors 9 connect the associated optical systems of a biocular arrangement.
  • FIGS. 7, 22, 24 and 25 and 26 can also be implemented with a single optical beam path. Then the differential thread spindle is given a correspondingly stable bearing that prevents tilting. Alternatively, the adjustment can be carried out by means of the double differential screw arrangement according to FIG. 23. LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • Movement part s web width of the joint

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Abstract

The invention relates to solid joint guides comprising a solid spring element. The invention is characterized in that parallel spring elements, rhombic spring elements, or double parallel spring elements are disposed in a row or parallel to each other.

Description

Festkörpergelenkführungen Solid joint guides
Die Erfindung bezieht sich auf Festkörpergelenkführungen, die ein Festkörperfederelement aufweisen, bevorzugt zur Anwendung in optischen Geräten. Die derzeitigen Führungskonzepte für die Gleitbewegung optischer Elemente bestehen in der Verwendung hoch präziser Stangen oder dünnwandiger Rohre. Beide Konzepte haben Nachteile, wie hohe Herstellkosten, Lagerspiel, Zwangskräfte und im Falle der Stangenführungen hoher Raumbedarf. Die Rohrführungen weisen einen geringen Raumbedarf auf, weil die Linse in ihrer Mitte aufgenommen werden kann. Die Führung des optischen Gliedes erfolgt bei der Stangenführung durch 2 parallele Präzisionsstangen (Operations- und Stereomikroskope). Die Linse gleitet in einem Abstand zu den Führungen auf den Stangen. Es ist mit einer Lose in den Führungen von 20 μm zu rechnen, die beim Zoom schon die gesamte zur Verfügung stehende Toleranz beansprucht. Eine statisch überbestimmte Lagerung der optischen Schiebeglieder durch je eine Lagerbuchse auf jeder Stange oder ihr gegenseitiges Verspannen durch Federn verursacht Zwangskräfte, deren Überwindung stärkere Motoren erfordert. Die Herstellkosten und der Raumbedarf der Führung sind erheblich.The invention relates to solid-state articulated guides that have a solid-state spring element, preferably for use in optical devices. The current guiding concepts for the sliding movement of optical elements consist in the use of high-precision rods or thin-walled tubes. Both concepts have disadvantages, such as high manufacturing costs, bearing play, constraining forces and, in the case of rod guides, high space requirements. The pipe guides take up little space because the lens can be accommodated in their center. The optical link is guided by 2 parallel precision rods (surgical and stereomicroscopes). The lens slides on the rods at a distance from the guides. Loose guides of 20 μm are to be expected, which will take up the entire available tolerance when zooming. A statically overdetermined bearing of the optical sliding elements by means of a bearing bush on each rod or their mutual bracing by springs causes constraining forces, the overcoming of which requires stronger motors. The manufacturing costs and the space required for the tour are considerable.
Die Führung einer Rohrführung erfolgt durch 2 konzentrisch ineinander gleitende Rohre (Ferngläser, Spektive, Photoobjektive), in deren Mitte die Linse angeordnet ist. Es ist mit einer Lose zwischen den Rohren von 20 μm zu rechnen, die beim Zoom die gesamte zur Verfügung stehende Toleranz beansprucht. Deformationen und Unrundheiten können Zwangskräfte verursachen. Der Raumbedarf ist gering, aber die Herstellkosten sind hoch.A pipe guide is guided by 2 concentrically sliding pipes (binoculars, spotting scopes, photo lenses), in the middle of which the lens is arranged. A 20 μm gap between the tubes is to be expected, which takes up the entire available tolerance when zooming. Deformations and out-of-roundness can cause constraining forces. The space requirement is small, but the manufacturing costs are high.
Lineare Kugelführungen finden wegen ihres hohen Preises und der relativ großen Abmessungen keine Anwendungen beim Zoomen oder Fokussieren in optischen Geräten.Linear ball guides are not used for zooming or focusing in optical devices due to their high price and relatively large dimensions.
Eine Festkörpergelenkführung die ein Festkörperfederelement aufweist ist aus der DE 31 43 092 A1 bekannt. Die Wand eines Zylinders ist mit Ausnehmungen versehen, die zwischen sich parallele, mit der Querebene des Körpers zusammenfallende Blattfedern bilden. Der Zylinder ist so geschlitzt, daß zwei Teile entstehen, die über die Blattfedern beweglich miteinander verbunden sind.A solid-state joint guide which has a solid-state spring element is known from DE 31 43 092 A1. The wall of a cylinder is provided with recesses which form parallel leaf springs which coincide with the transverse plane of the body. The cylinder is slotted so that two parts are created, which are movably connected to each other via the leaf springs.
Festkörperfedergelenke ermöglichen auf Grund kleiner Stellkräfte den Einsatz besonders kleiner Motoren, weisen eine hohe Reproduzierbarkeit der Führung von zehntel Mikrometern und Stellwege von ±0,5 mm auf. Die Aufgabe besteht darin, die Festkörpergelenkführung so zu gestalten, daß sie große Stellwege, kleine Stellkräfte, eine ausreichende mechanische Stabilität quer zur Führungsrichtung aufweist und kostengünstig herstellbar ist. Die Führung optischer Schiebeglieder soll signifikant verbessert werden. Die Festkörpergelenkführungen sollen insbesondere für optische Elemente geschaffen werden, wie sie z. B. bei der Verstellung von Linsen für Zoom oder Fokussierung in Mikroskopen, Ferngläsern oder Fotoapparaten oder auch für x- y-Tischverstellungen eingesetzt werden. Die Zielvorstellungen sind Stellwege von 2 bis 50mm, Führungsgenauigkeiten von ±1 μm, Stellkräfte <1 N und Herstell kosten von kleiner 10 €. Die Festkörpergelenke sollen frei von Zwangskräften und ohne Lagerspiel wirken. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Festkörpergelenkführungen gelöst, die in den Ansprüchen 1 , 10, 18 und 25 beschrieben sind. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Eine Lösungsidee besteht in der Verwendung eines dünnwandigen elastischen Rohres, daß mittig eine Linse oder andere optische Bauteile trägt. Das Rohr ist der geometrische Körper mit der größten Biegesteifigkeit in allen Richtungen. Das Rohr ist in axialer Richtung durch in die Mantelfläche eingearbeitete Festkörperfedergelenke elastisch leicht dehn- und stauchbar aber in Querrichtung und in Torsionsrichtung steif. Lose und Zwangskräfte treten nicht auf, allerdings wechselseitige Federkräfte durch die Festkörpergelenke, die möglichst gering gehalten oder kompensiert werden. Der Raumbedarf ist gering, weil die Linse in der Mitte angeordnet ist. Die Herstellkosten sollen niedrig sein. Der Nachteil der geringen Stellwege von Festkörpergelenken wird dadurch behoben, daß eine Vielzahl von Festkörpergelenken in Reihe angeordnet werden, deren Einzelstellwege sich summieren und daß mehrere Rohre ineinander geschachtelt angeordnet werden, mit denen kurze Baulängen erzielen werden. Die mechanische Instabilität durchbrochener dünnwandiger Rohre wird durch deren doppelwandige Gestaltung behoben werden. Außerdem sind für x-y- Tischführungen die Festkörpergelenke zweilagig planar angeordnet.Solid spring joints allow the use of particularly small motors due to the small actuating forces, have a high reproducibility of the guidance of tenths of a micrometer and travel ranges of ± 0.5 mm. The task is to design the solid-state joint guide so that it has large travel ranges, small positioning forces, sufficient mechanical stability transversely to the guide direction and is inexpensive to produce. The guidance of optical sliding links should be significantly improved. The solid-state articulated guides are to be created in particular for optical elements, such as those used for. B. in the adjustment of lenses for zooming or focusing in microscopes, binoculars or cameras or for x-y table adjustments. The objectives are travel ranges from 2 to 50 mm, guidance accuracies of ± 1 μm, positioning forces <1 N and manufacturing costs of less than € 10. The solid-state joints should act free of constraining forces and without bearing play. According to the invention the object is achieved by solid-state articulated guides, which are described in claims 1, 10, 18 and 25. Advantageous further developments can be found in the respective subclaims. One solution is to use a thin-walled elastic tube that carries a lens or other optical components in the center. The tube is the geometric body with the greatest bending stiffness in all directions. The tube is elastically easily stretchable and compressible in the axial direction by solid spring joints incorporated into the lateral surface, but is rigid in the transverse direction and in the torsional direction. Loose and constraining forces do not occur, but mutual spring forces due to the solid-state joints, which are kept as low as possible or compensated for. The space requirement is small because the lens is arranged in the middle. The manufacturing costs should be low. The disadvantage of the short travel of solid joints is eliminated in that a large number of solid joints are arranged in series, the individual travel paths add up and that several pipes are nested, with which short lengths can be achieved. The mechanical instability of broken thin-walled pipes will be remedied by their double-walled design. In addition, the solid-state joints are arranged in two layers in planar fashion for xy table guides.
Die Stegbreite der Festkörpergelenke soll möglichst klein sein, um kleine Gelenkgrößen, große Stellwege und kleine Stellkräfte erzielen zu können. Praktische Werte für eine Festkörpergelenkführung, bei welcher Parallelfedergelenke verwendet werden, ergeben folgende konstruktive Richtwerte für Parallelfederelemente, die eine Festkörpergelenkführung bilden: Material FederstahlblechThe web width of the solid-state joints should be as small as possible in order to be able to achieve small joint sizes, large travel ranges and small positioning forces. Practical values for a solid-state joint guide, in which parallel spring joints are used, result in the following design guideline values for parallel spring elements that form a solid-body joint guide: Material spring steel sheet
Materialdicke d F=0,1mmMaterial thickness d F = 0.1mm
Stegbreite SF =50μmBridge width SF = 50μm
Stellweg ΔIF =±0,5mm Gelenkgröße hF =10mmTravel distance ΔI F = ± 0.5mm joint size h F = 10mm
Stellkraft FF = ±0,05NActuating force F F = ± 0.05N
Nachgiebigkeit NF =10mm/N Reproduzierbarkeit 1 μm Stegbereiten von 50μm liegen an der Grenze des technologisch Machbaren beim Laserschneiden, Ätzen, Erodieren oder Stanzen. Sie erfordern kleine Materialdicken von 0,1 mm. Stegbreiten von 50μm oder auch bedeutend weniger bereiten jedoch keine Probleme bei Verfahren der Photolithographie oder der LIGA-Technik. Dünnwandige Rohre sind ähnlich einer leeren Getränkebüchse mechanisch nicht sehr stabil, zumal die Rohrwand durch die Federgelenke noch filigran durchbrochen ist. Sie können einbeulen und ausknicken. Stabilität wird aber dadurch erzielt, daß das Rohr vorzugsweise doppelwandig gestaltet wird. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, daß nicht das dünnwandige Rohr selbst strukturiert wird, sondern seine abgewickelte und ebene Mantelfläche. Dies bietet den Vorteil der produktiven Strukturierung im Paket, z. B. durch Erodieren oder Stanzen. Die strukturierten Mantelflächen werden nach dem Strukturieren über Ringe zu einem doppelwandigen Rohr aufgewickelt. (Figur 18 und Figur 19). Diese Ringe, die im Abstand der Festkörpergelenke an diskreten Stellen angeordnet werden, bewirken die mechanische Stabilisierung des doppelwandigen Rohres. Eine zusätzliche Stabilität wird dadurch erzielt, daß der Zwischenraum des doppelwandigen Rohres in einem Tauchprozeß z. B. mit Kleber, Kunststoff oder Photolack ausgefüllt wird. Photolack bietet den Vorteil, daß durch einen in der Photolithographie üblichen Belichtungsprozeß überstehender und die Elastizität der Gelenke störender Lack wieder abgetragen werden kann. Eine weiter Möglichkeit besteht in der Verwendung von PMMA als Zwischenschicht, daß durch weiche Röntgenstrahlung und Ethylenentwickler photolithographisch strukturierbar ist (LIGA-Technik). Die Erfindungen werden nachfolgend an Hand von mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 : Parallefederelement einer Festkörpergelenkführung Fig. 2: Festkörpergelenkführung aus 5 Parallefederelementen in einer Reihe Fig. 3: Festkörpergelenkführung aus 15 Parallelfederelementen in 3 parallelen Reihen Fig. 4: rohrförmige Festkörpergelenkführung aus 5 Parallelfedergelenken in einer Reihe und 10 parallelen Reihen Fig. 5: teleskopartig geschachtelte Festkörpergelenkführung aus 5 Rohren mit je 5 Parallelfederelementen pro Reihe und 10 parallelen Reihen pro Rohr Fig. 6: Festkörpergelenkführung gemäß Figur 5 im Schnitt Fig. 7: spiegelbildliche spiralförmige Festkörpergelenkführung mit je 5 Windungen Fig. 8: Rhombenfederelement für eine Festkörpergelenkführung Fig. 9: Festkörpergelenkführung aus 3 Rohmbenfederelementen in einer Reihe und 3 parallelen Reihen Fig. 10: Federknoten aus 4 Federstegen Fig. 11 : rohrförmige Festkörpergelenkführung aus 5 Rhombenfederelementen in einer Reihe und 12 parallelen Reihen Fig. 12: teleskopartig aus 3 Rohren geschachtelte Festkörpergelenkführung im gedehnten Zustand, bestehend aus Rhombenfederelementen Fig. 13: kraftinvariantes Federelement Fig. 14: Federkennlinien des kraftinvarianten Federelementes Fig. 15: Festkörpergelenkführung aus 5 kraftinvarianten Federelementen in einer Reihe Fig. 16: Festkörpergelenkführung aus 10 kraftinvarianten Federelementen in einer Reihe und 14 parallelen Reihen Fig. 17: Festkörpergelenkführung mit kardanischer Ringfeder Fig. 18: Mantelfläche einer rohrförmigen Festkörpergelenkführung (um 90° gedreht gezeichnet) Fig. 19: Federringe zur Versteifung einer rohrförmigen doppelwandigen Festkörpergelenkführung Fig. 20: doppelwandige, achtseitige, prismatische Rohrführung aus kraftinvarianten Federelementen Fig. 21 : x-y-Tisch mit planaren, doppellagigen, zweireihigen Festkörpergelenkführungen aus kraftinvarianten Federelementen Fig. 22: Fokussier- oder Zoomantrieb mit Schrittmotor, Differenzgewindespindeln und rohrförmigen Festkörpergelenkführungen Fig. 23: Symmetrischer Antrieb für ein teleskopartig geschachteltes elastisches einachsiges Rohrsystem Fig. 24: Zoomantrieb mit elastischen Halbrohrführungen Fig. 25: Zoomantrieb mit elastischen Halbrohrführungen im Schnitt Fig. 26: Zoomantrieb mit elastischen Vollrohrführungen mit teilweise ausgeschnittenen RohrwandungenResilience N F = 10mm / N reproducibility 1 μm Bar preparation of 50μm is at the limit of what is technologically feasible when laser cutting, etching, eroding or punching. They require small material thicknesses of 0.1 mm. Bridge widths of 50 μm or significantly less do not pose any problems with processes of photolithography or the LIGA technique. Like an empty beverage can, thin-walled tubes are not mechanically very stable, especially since the tube wall is still delicately broken through by the spring joints. You can dent and buckle. Stability is achieved in that the tube is preferably designed with double walls. This is preferably done by not structuring the thin-walled tube itself, but rather its developed and flat outer surface. This offers the advantage of productive structuring in the package, e.g. B. by eroding or punching. After structuring, the structured lateral surfaces are wound up into a double-walled tube using rings. (Figure 18 and Figure 19). These rings, which are arranged at discrete locations at a distance from the solid-state joints, mechanically stabilize the double-walled tube. Additional stability is achieved in that the space between the double-walled tube in a dipping process, for. B. is filled with adhesive, plastic or photoresist. Photoresist has the advantage that a coating process which is common in photolithography and which disrupts the elasticity of the joints can be removed again. Another possibility is the use of PMMA as an intermediate layer, which can be structured photolithographically by soft X-rays and ethylene developers (LIGA technology). The inventions are described below using several exemplary embodiments. In the drawings: Fig. 1: Parallel spring element of a solid-state joint guide Fig. 2: Solid-body joint guide made of 5 parallel spring elements in a row Fig. 3: Solid-body joint guide made of 15 parallel spring elements in 3 parallel rows Fig. 4: Tubular solid-body joint guide made of 5 parallel spring joints in a row and 10 parallel ones Rows Fig. 5: telescopically nested solid-state articulation from 5 tubes with 5 parallel spring elements per row and 10 parallel rows per tube Fig. 6: solid-state articulation according to Figure 5 in section Fig. 7: mirror-image spiral solid-body articulation with 5 turns each Fig. 8: Rhombic spring element for a solid-state articulation guide Fig. 9: solid-state articulation from 3 unfinished spring elements in a row and 3 parallel rows Fig. 10: spring knot from 4 spring bars Fig. 11: Tubular solid-state joint guide made of 5 rhomboid spring elements in a row and 12 parallel rows Fig. 12: Telescopic solid-body joint guide nested in a stretched state from 3 tubes, consisting of rhomboid spring elements Fig. 13: Force-invariant spring element Fig. 14: Spring characteristics of the force-invariant spring element Fig. 15 : Solid-state articulation from 5 force-invariant spring elements in a row Fig. 16: Solid-state articulation from 10 force-invariant spring elements in a row and 14 parallel rows Fig. 17: Solid-state articulation with gimbal ring spring Fig. 18: Shell surface of a tubular solid-state articulation (shown rotated by 90 °) Fig. 19: Spring washers for stiffening a tubular, double-walled solid-body articulation guide s Force-invariant spring elements Fig. 22: Focusing or zoom drive with stepper motor, differential thread spindles and tubular solid-body articulated guides Fig. 23: Symmetrical drive for a telescopically nested elastic uniaxial pipe system Fig. 24: Zoom drive with elastic half-pipe guides Fig. 25: Zoom drive with elastic half-pipe guides in section Fig . 26: Zoom drive with elastic full tube guides with partially cut tube walls
Die Figuren 1 bis 3 zeigen, wie durch eine Reihenschaltung von Parallelfederelementen bei unveränderten Stellkräften große Stellwege von zum Beispiel 2,5 mm erzielt werden. Parallelfederelemente bestehen aus zweiFIGS. 1 to 3 show how long adjustment paths of, for example, 2.5 mm can be achieved by connecting parallel spring elements in series with unchanged actuating forces. Parallel spring elements consist of two
L-förmigen Stegen 2, die mittels zwei Federelementen 1 und vier Gelenken 8 miteinander verbunden sind. Ein beweglicher Steg ist bogenförmig in x-L-shaped webs 2, which are connected to one another by means of two spring elements 1 and four joints 8. A movable bridge is arched in x
Richtung verschiebbar. Durch Reihenschaltung mehrere Federelemente entsteht eine Festkörpergelenkführung (Figur 2). Damit die Gesamtlänge derartiger Führung begrenzt bleibt, können mehrere Festkörpergelenkführung durch Koppelglieder 4 verbunden und parallel gestapelt (Figur 3) oder alsSlidable direction. By connecting several spring elements in series, a solid-state joint guide is created (FIG. 2). In order that the overall length of such a guide remains limited, several solid-state articulated guides can be connected by coupling members 4 and stacked in parallel (FIG. 3) or as
Rohre ineinander geschachtelt angeordnet werden (Figur 5).Pipes can be nested (Figure 5).
In Figur 4 und Figur 5 sind Rohrführungen dargestellt, deren Basiselement ein Parallelfederelement ist. Die Parallelfederelemente werden in Reihenschaltung und in Parallelschaltung miteinander verbunden. Die freien Enden der parallelgeschalteten Parallelfederelemente sind durch Koppelglieder 4 miteinander verbunden. Durch Ineinanderschachteln mehrerer Rohre werden große Wege bei beschränkter Gesamtlänge der Führung erzielt werden, z. B. 25mm Weg bei 50mm Länge der Führung.In FIG. 4 and FIG. 5, pipe guides are shown, the base element of which is a parallel spring element. The parallel spring elements are connected in series and in parallel. The free ends of the parallel spring elements connected in parallel are connected to one another by coupling elements 4. By nesting several pipes together long distances can be achieved with a limited overall length of the guide, e.g. B. 25mm path with 50mm length of the guide.
Figur 6 zeigt die Rohrführung gemäß Figur 5 im Schnitt. Dargestellt sind dünnwandige ineinandergeschachtelte strukturierte Rohre, die durch Koppelglieder 4 miteinander verbunden sind.Figure 6 shows the pipe guide according to Figure 5 in section. Shown are thin-walled, nested structured tubes which are connected to one another by coupling elements 4.
In Figur 7a ist eine Anordnung für Zoom oder Fokussierung dargestellt, bei der das Blech mit den Parailelfederelementen nicht zu einem Rohr sondern zu einer Spirale gewickelt ist. Zur Kompensation von Torsionsmomenten sind die beiden Spiralführungen spiegelbildlich gewickelt. Um Zwangskräfte zu vermeiden, sind in den Randzonen der Spirale zusätzliche Gelenke 8 vorhanden. Eine ausreichende Stabilität der Führung entsteht durch Doppelwandigkeit der Rohre und durch Verbinder 9, 9' zwischen den beiden Spiralführungen. Figur 7b zeigt einen Schnitt durch die Spiralführung gemäß Figur 7a. Figur 8 zeigt ein Rhombenfederelement in drei verschiedenen Zuständen: kraftfrei, gestaucht und gestreckt. Die Federknoten 3 (in Figur 10 a im Detail zu sehen) sind durch kleine Kreise dargestellt. Länge und Breite des Rhombus ändern sich gegensätzlich beim Dehnen oder Stauchen. Die äußeren Anschlußpunkte einer gitterförmigen Anordnung von Rhombenfederelementen (Figur 9) sind durch Koppelelemente 4 elastisch miteinander verbunden. Diese müssen Bewegungen in zwei Richtungen zulassen, da sonst eine feste Einspannung des Gitters zu einem starren Gebilde führen würde. Figur 10 a zeigt einen Federknoten 3, der vier Federelemente 1 vereinigt, im Detail. Die Federelemente 1 weisen an den Verbindungsstellen Verjüngungen auf, die Gelenke 8 bilden.FIG. 7a shows an arrangement for zooming or focusing, in which the sheet with the parallel spring elements is not wound into a tube but into a spiral. The two spiral guides are wound in mirror image to compensate for torsional moments. In order to avoid constraining forces, additional joints 8 are provided in the edge zones of the spiral. Adequate stability of the guide results from the double-walled tubes and connectors 9, 9 ' between the two spiral guides. FIG. 7b shows a section through the spiral guide according to FIG. 7a. FIG. 8 shows a rhombic spring element in three different states: without force, compressed and stretched. The spring knots 3 (shown in detail in FIG. 10 a) are represented by small circles. The length and width of the rhombus change in opposite directions when stretching or compressing. The outer connection points of a grid-shaped arrangement of rhomboid spring elements (FIG. 9) are elastically connected to one another by coupling elements 4. These must allow movements in two directions, otherwise a tight gripping of the grille would lead to a rigid structure. Figure 10 a shows a spring node 3, which combines four spring elements 1, in detail. The spring elements 1 have tapers at the connection points, which form joints 8.
Figur 10 b zeigt einen Federknoten 3, der zwei Federelemente 1 vereinigt und der eine Verbindung zu dem Koppelglied 4 hat. Diese Verbindung ist als Federgelenk ausgelegt. Figur 11 zeigt eine elastische Rohrführung aus Rhombenfederelementen.Figure 10 b shows a spring node 3, which combines two spring elements 1 and which has a connection to the coupling member 4. This connection is designed as a spring joint. FIG. 11 shows an elastic pipe guide made from rhomboid spring elements.
Der Anschluß der Rhombenfederelemente an die Randzonen der Rohrführung erfolgt durch Federzungen, die sich beim Stauchen des Rohres nach außen und beim Dehnen nach innen wölben. Diese Rohrführung ändert also beim Verstellen ihren Durchmesser. Deshalb ist deren Doppelwandigkeit nicht durch am Umfang des Rohres angeordnete Stabilisierungsringe, wie in der Figur 19 zu sehen, herstellbar. Die Verbindung zwischen den Wänden eines doppelwandigen Rohres kann durch einen Tauchprozeß in flüssigem Kunststoff, Kleber oder Fotolack oder durch PMMA erfolgen. Eine solche Kunststoffverbindung darf die Funktionsfähigkeit der Gelenke nicht behindern. Eine Behinderung der Bewegung tritt bei einer Kunststoffverbindung zwischen den Rohrwänden im geringen Maße dadurch auf, daß die Durchmesseränderung der äußeren Rohrwand nicht genau identisch mit der Durchmesseränderung der inneren Rohrwand ist, weil die Durchmesseränderung der beiden Rohrwände nicht gleich, sondern proportional zum Durchmesser ist. Bei den anderen Rohrtypen treten beim Dehnen oder Stauchen keine Durchmesseränderungen auf. Figur 12 zeigt eine geschachtelte Anordnung mehrerer elastischer Rohre gemäß Figur 11. Sie ermöglicht bei großen Stellwegen eine begrenzte Baulänge. Der Durchmesser der Rohre vergrößert und verringert sich abwechselnd bei ihrem Dehnen oder Stauchen. Eine weitere Variante stellt ein Doppelparallelfedergelenk dar, daß insbesondere vorteilhaft als kraftinvariante Federelement nach Figur 13 ausgebildet ist. Das kraftinvariante Federelement ermöglicht eine Festkörpergelenkführung mit konstanter und stets aus einer Richtung wirkender Federkraft. Ähnlich wirkt eine Führung mit Gewichtszug. Hierdurch werden Stellfehler vermieden, die entstehen, wenn Federkräfte sich ändern oder ihre Richtung wechseln, wie es beim Parallelfederelement gemäß Figur 1 , bei einem Rhombenfederelement gemäß Figur 8 oder bei einer kardanischen Ringfeder gemäß Figur 17 der Fall ist.The Rhombenfederelemente are connected to the edge zones of the pipe guide by spring tongues which bulge outwards when the pipe is compressed and inwards when stretched. This pipe guide changes its diameter when it is adjusted. For this reason, their double walls cannot be produced by means of stabilizing rings arranged on the circumference of the tube, as can be seen in FIG. 19. The connection between the walls of a double-walled tube can be made by an immersion process in liquid plastic, adhesive or photoresist or by PMMA. Such a plastic connection must not hinder the functionality of the joints. A hindrance to the movement occurs to a small extent in a plastic connection between the tube walls in that the change in diameter of the outer tube wall is not exactly identical to the change in diameter of the inner tube wall, because the change in diameter of the two tube walls is not the same, but proportional to the diameter. With the other tube types, there are no changes in diameter when stretching or upsetting. FIG. 12 shows a nested arrangement of several elastic tubes according to FIG. 11. It allows a limited range for large travel ranges Overall length. The diameter of the tubes increases and decreases alternately when they are stretched or compressed. Another variant is a double parallel spring joint that is particularly advantageously designed as a force-invariant spring element according to FIG. The force-invariant spring element enables solid-state articulation with constant spring force that always acts from one direction. A guided tour with a weight train works in a similar way. This avoids positioning errors that occur when spring forces change or change their direction, as is the case with the parallel spring element according to FIG. 1, with a rhombic spring element according to FIG. 8 or with a gimbal ring spring according to FIG. 17.
Die Kraftinvarianz wird dadurch erzielt, daß die lineare Federkennlinie des Federgelenkes, die einen positiven Anstieg aufweist, mit der nichtlinearen Federkennlinie eines Doppelparallelfedergelenkes, dessen Kennlinie in einem Teilbereich einen negativen Anstieg aufweist, überlagert wird. Negativer Anstieg der Federkennlinie heißt, daß beim Auseinanderziehen einer Zugfeder oder beim Zusammendrücken einer Druckfeder die Federkräfte nicht zu- sondern abnehmen (Froscheffekt).The force invariance is achieved in that the linear spring characteristic of the spring joint, which has a positive increase, is superimposed on the non-linear spring characteristic of a double parallel spring joint, the characteristic of which has a negative increase in a partial area. A negative increase in the spring characteristic curve means that when a tension spring is pulled apart or a compression spring is compressed, the spring forces do not increase but decrease (frog effect).
Entscheidend für diese Wirkung ist der Winkel αo, unter dem die Federelemente 1 geschnitten werden (Figur 13 links). Die Federgelenke müssen sich mit ihrem Bewegungsteil 7 beim Verschieben in Kraftrichtung durch die Schenkel 6 des U-förmigen Rahmen 5 hindurchzwängen. Hierbei wirkt zuerst eine Druckkraft. In der Mittelstellung der Parallelfedergelenke besteht ein indifferentes Gleichgewicht. Die Stellkraft ist Null (Figur 13 Mitte). Beim weiteren Verschieben entsteht eine zunehmende Schubkraft auf das Mittelstück, bis es am U-förmigen Rahmen anschlägt (Figur 13 rechts). Anhand der Kennlinien in Figur 14 soll die Wirkung des kraftinvarianten Federelementes erläutert werden. Die Federgelenke 1 für sich weisen eine Federkennlinie mit positiver Steigung auf (Figur 14 links). Die nur durch die Zwangskräfte verursachte nichtlineare Kennlinie (Figur 14 Mitte) beginnt in der Gelenkstellung φ=φo bei Null, erreicht dann eine maximale Druckkraft, wird in der Umkehrlage 0=0 zu Null, erreicht dann eine maximale Schubkraft und würde in der Stellung φ=-φo wieder zu Null werden. Vorher wirkt aber der Grund des u-förmigen Rahmens 5 als Anschlag für das Bewegungsteil 7. Im Arbeitsbereich weist diese Kennlinie eine negative Steigung auf. Die Gesamtkennlinie des Federsystems entsteht durch Überlagerung der Kennlinie der Federgelenke mit der Kennlinie der Zwangskräfte (Figur 14 rechts). Im Arbeitsbereich des Federelementes wirkt hierdurch eine annähernd konstante Stellkraft F.The decisive factor for this effect is the angle αo at which the spring elements 1 are cut (FIG. 13 left). The spring joints must squeeze through the legs 6 of the U-shaped frame 5 with their moving part 7 when moving in the direction of force. A compressive force acts first. There is an indifferent balance in the central position of the parallel spring joints. The positioning force is zero (Figure 13 middle). As you move it further, there is increasing thrust on the center piece until it strikes the U-shaped frame (Figure 13, right). The effect of the force-invariant spring element is to be explained on the basis of the characteristic curves in FIG. The spring joints 1 per se have a spring characteristic with a positive slope (FIG. 14 left). The nonlinear characteristic curve caused only by the constraining forces (Figure 14 middle) begins in the joint position φ = φo at zero, then reaches a maximum compressive force, becomes 0 in the reverse position, then reaches a maximum thrust and would be in the position φ = -φo become zero again. Before that, however, the base of the U-shaped frame 5 acts as a stop for the moving part 7. In the working area, this characteristic curve has a negative slope. The overall characteristic of the spring system is created by superimposing the characteristic of the spring joints on the characteristic of the constraining forces (Figure 14, right). As a result, an approximately constant actuating force F acts in the working range of the spring element.
Durch FEM-Rechnungen sind die Stegbreiten s der Federgelenke und deren Schneidwinkel αo so zu dimensionieren, daß die Anstiege der Kennlinien von Federgelenk und Zwangsverstellung (Figur 14 links und Mitte) gleichen Betrag aber unterschiedliches Vorzeichen haben, zum Beispiel die konstante Stellkraft F=50mN beträgt und ein Arbeitsbereich von 1 mm entsteht.Using FEM calculations, the web widths s of the spring joints and their cutting angle αo must be dimensioned so that the increases in the characteristic curves of the spring joint and the forced adjustment (Figure 14 left and center) have the same amount but different signs, for example the constant actuating force is F = 50mN and a working area of 1 mm is created.
Figur 15 zeiget eine Reihenschaltung von Parallelferderelementen. Figur 16 zeigt eine rohrförmige Anordnung kraftinvarianter Federelemente, bei der Parallelfederelemente in Reihe und parallel geschalten sind. Die freien Rahmen 5 sowie die freien Bewegungsteile 7 der parallel geschalteten Federelemente sind jeweils durch Koppelglieder 4 miteinander verbunden. Figur 17 zeigt eine Festkörpergelenkführung aus 2 kardanischen Ringfedern. Vorteil ist deren relativ großer Stellweg in positiver und negativer Richtung, die einfache Herstellung und Montage, nachteilig aber deren großer Flächenbedarf. Eine Reihenschaltung kardanischer Ringfedern ist zwar möglich, allerdings geht dann, wie bei einem Wellrohr, die Biegestabilität verloren und die Auslenkung kann nicht mehr über die Umkehrlage hinaus in negativer Richtung erfolgen. Dünnwandige Rohre lassen sich wegen ihrer geringen mechanischenFigure 15 shows a series connection of parallel fields. FIG. 16 shows a tubular arrangement of force-invariant spring elements, in which parallel spring elements are connected in series and in parallel. The free frame 5 and the free moving parts 7 of the spring elements connected in parallel are each connected to one another by coupling members 4. FIG. 17 shows a solid-state joint guide made of 2 gimbal ring springs. The advantage is their relatively large travel in positive and negative directions, the simple manufacture and assembly, but disadvantageous is their large space requirement. A series connection of gimbal ring springs is possible, but then, as with a corrugated tube, the bending stability is lost and the deflection can no longer take place in the negative direction beyond the reverse position. Thin-walled pipes can be because of their low mechanical
Stabilität nur mit erhöhtem Aufwand strukturieren. Gemäß Figur 18 wird deshalb vorgesehen, daß die aufgerollte ebene Mantelfläche des Rohres strukturiert und anschließend zum Rohr gebogen wird. Es entsteht kein mechanischer Nachteil dadurch, daß das Rohr aus ebenen Mantelflächen gebogen wird, weil das Rohr aus Streben besteht und die Rohrenden durch die Koppelglieder 4 fest eingespannt werden. Eine weitere Stabilisierung wird durch Ringe erreicht, die mit der Mantelfläche des Rohres verbunden werden.Structuring stability only with increased effort. According to FIG. 18, it is therefore provided that the rolled-up flat surface of the tube is structured and then bent to form the tube. There is no mechanical disadvantage in that the tube is bent from flat outer surfaces, because the tube consists of struts and the tube ends are firmly clamped by the coupling elements 4. A further stabilization is achieved by rings which are connected to the outer surface of the tube.
Die aufgerollte Mantelfläche des Rohres wird durch Laserschneiden, Ätzen, Erodieren oder Stanzen strukturiert. Die Strukturen, die zu doppelwandigen Rohren verarbeitet werden, müssen auf der inneren Mantelfläche wegen dessen kleineren Durchmessers etwas kleinere Abmessungen in Umfangsrichtung aufweisen als die Strukturen auf der äußeren Mantelfläche.The rolled surface of the pipe is structured by laser cutting, etching, eroding or punching. The structures that are processed into double-walled tubes must have somewhat smaller dimensions in the circumferential direction on the inner lateral surface because of their smaller diameter than the structures on the outer lateral surface.
Das Präzisionsstanzen der Mantelflächen mit den Festkörpergelenken ist ein besonders produktives Verfahren. Es erfordert die Bereitstellung von Stanzformen. Kleine Stegbreiten können durch einen elektrolytischen Ätzprozeß gewonnen werden, der sich dem Stanzen anschließt und die Stegbereiten, die nach dem Stanzen z.B. 100μm betragen, auf 50μm verringert. Solche Ätzprozesse werden auch beim elektrolytischen Entgraten angewendet.The precision stamping of the lateral surfaces with the solid joints is a particularly productive process. It requires the provision of cutting dies. Small web widths can be obtained by an electrolytic etching process, which follows the punching and the web preparation, which e.g. 100μm, reduced to 50μm. Such etching processes are also used for electrolytic deburring.
Eine Montage der Mantelflächen zu einem doppelwandigen Rohr erfolgt dadurch, daß die Innenmantelfläche des Rohres in eine entsprechende Anzahl von Mittenringen 11 eingelegt und durch Innenfederringe 12 gesichert wird. Über die Mittenringe 11 wird die Außenmantelfläche des Rohres gelegt und durch die Außenfederringe 10 gesichert (Figur 19). Alle Ringe 10, 11 , 12 befinden sich an den Stellen der Mantelflächen, an denen keine Federelemente 1 vorhanden sind. Sie stabilisieren das Rohr und stören hier deren Beweglichkeit nicht. Zusätzlich Stabilität kann durch ein Tauchverfahren oder durch PMMA erzielt werden, durch das alle Räume zwischen den Rohrwänden mit Kunststoff ausgefüllt werden.The jacket surfaces are assembled into a double-walled tube by inserting the inner jacket surface of the tube into a corresponding number of center rings 11 and securing it by means of internal spring rings 12. The outer circumferential surface of the tube is placed over the center rings 11 and secured by the outer spring rings 10 (FIG. 19). All rings 10, 11, 12 are located at the locations of the lateral surfaces where there are no spring elements 1. They stabilize the pipe and do not disturb its mobility here. Additional stability can be achieved by a dipping process or by PMMA, through which all the spaces between the tube walls are filled with plastic.
Dieses Herstellungs- und Montageverfahren ist auf elastische Rohre mit Parallel- und kraftinvarianten Federelementen aber nicht auf Rohre mit Rhombenfederelementen, bei denen beim Dehnen oder Stauchen der Rohrdurchmesser sich ändert, anwendbar. Bei den letzteren kann die Montage zu Rohren durch ein Tauchverfahren in Kunststoff oder durch PMMA erfolgen, durch das die äußeren und inneren Federgelenke fest verbunden werden. Eine weitere Montage des doppelwandigen Rohres erfolgt dadurch, daß auf einem rohförmigen PMMA-Träger innen und außen die dünnen strukturierten Stahlflächen, die gleichzeitig als Lithographiemaske für weiche Röntgenstrahlung dienen, aufgeklebt werden. Die bestrahlten PMMA-Teile werden anschließend in einem Ethylenentwickler aufgelöst, während die nicht bestrahlten PMMA-Teile als mechanischer Stabilisator zwischen innerem und äußerem Stahlmantel stehen bleiben (LIGA-Technik).This manufacturing and assembly process is for elastic tubes with parallel and force-invariant spring elements but not for tubes with rhomboid spring elements, where the expansion or compression of the Pipe diameter changes, applicable. The latter can be assembled into pipes using a plastic immersion process or PMMA, through which the outer and inner spring joints are firmly connected. A further assembly of the double-walled tube takes place in that the thin structured steel surfaces, which also serve as a lithography mask for soft X-ray radiation, are glued to the inside and outside of a raw PMMA carrier. The irradiated PMMA parts are then dissolved in an ethylene developer, while the non-irradiated PMMA parts remain as a mechanical stabilizer between the inner and outer steel jacket (LIGA technology).
Es ist aber auch möglich, mit Methoden der herkömmlichen Fertigungstechnologie die für die Verbindung der Rohrwände erforderlichen Kunststoffelemente in hoher Stückzahl rationell anzufertigen und durch spezielle Montage- und Klebeverfahren das doppelwandige Rohr zu montieren.However, it is also possible to rationally manufacture the plastic elements required for connecting the tube walls in large quantities using methods of conventional manufacturing technology and to mount the double-walled tube using special assembly and adhesive processes.
Die Herstellung der Mantelflächen des Rohres kann auch durch mikromechanische Verfahren, wie photolithographisches Ätzen von dünnen Siliziumwafem oder dünnen photosensiblen Gläsern oder durch die LIGA- Technik erfolgen. Diese Verfahren bieten die Möglichkeit, besonders kleine Stegbreiten von z. B. 10 μm erzielen zu können. Silizium bietet außerdem den Vorteil einer um ein Vielfaches höheren Belastbarkeit der Federgelenke gegenüber Stahl. Als Materialien kommen auch Keramiken und Kunststoffe in Frage. Bei Kunststoffen kann eventuell auf die Doppelwandigkeit des Rohres verzichtet werden, weil bestimmte Kunststoff in einem weiten Bereich elastisch verformbar sind und nur geringe Kräfte beim Biegen, Dehnen und Stauchen des Rohres auftreten.The shell surfaces of the tube can also be produced by micromechanical processes, such as photolithographic etching of thin silicon wafers or thin photosensitive glasses, or by LIGA technology. These methods offer the possibility of particularly small web widths of z. B. to achieve 10 microns. Silicon also offers the advantage of a much higher resilience than steel. Ceramics and plastics are also suitable as materials. In the case of plastics, the double-walledness of the tube can possibly be dispensed with because certain plastics can be deformed elastically over a wide range and only slight forces occur when the tube is bent, stretched and compressed.
In Figur 20 ist eine Anordnung kraftinvarianter Federelemente in einem doppelwandigen prismatischen Rohr dargestellt. Diese Anordnung bietet denFIG. 20 shows an arrangement of force-invariant spring elements in a double-walled prismatic tube. This arrangement offers the
Vorteil, daß auf die Federelemente keine Quertorsionen wirken, weil die inneren und äußeren Federelemente eben und gleich groß sind. Die Montage prismatischer Rohrführungen ist einfacher zu gestalten, weil in einem ersten Schritt ebene doppelwandige Wandelementen montiert werden können, die dann zum prismatischen Rohr zusammengesetzt werden.Advantage that no transverse torsions act on the spring elements because the inner and outer spring elements are flat and of the same size. The assembly of prismatic tube guides is easier because in a first step flat double-walled wall elements can be installed, which are then assembled to form the prismatic tube.
Bei doppelwandigen prismatischen Rohren weisen die inneren und äußerenIn the case of double-walled prismatic tubes, the inner and outer have
Festkörpergelenke gleiche Abmessungen auf. Figur 21 zeigt einen x-y-Tisch mit planaren, doppellagigeSolid joints have the same dimensions. Figure 21 shows an x-y table with planar, double-layered
Festkörpergelenkführungen, die raumsparend auch unterm Tisch angeordnet werden können. Senkrecht zur Zeichenebene ist die Steifigkeit dieserSolid-state articulated guides that can also be arranged under the table to save space. The stiffness of this is perpendicular to the plane of the drawing
Führungen geringer als die eines Rohres. Der am rechtsseitigen Ende der Führung befestigte Tisch sollte deshalb abgestützt werden, z. B. auch durchGuides less than that of a pipe. The table attached to the right-hand end of the guide should therefore be supported, e.g. B. also by
Festkörpergelenkführungen.Flexure hinge guides.
Bei doppellagigen planaren Festkörpergelenkführungen weisen die inneren und äußeren Festkörpergelenke gleiche Abmessungen auf. Figur 22 zeigt einen Zoom- oder Fokussierantrieb, der aus 2 miteinander mechanisch gekoppelten Rohrsystemen und einem hochauflösenden Differenzspindelantrieb 15 mit Schrittmotor 16 besteht. Die Vorteile der Festkörpergelenkführung bestehen darin, daß die Umkehrlose etwa 1 μm beträgt, bei Stangen- oder Rohrführungen 20 μm. Das Abbesche Kσmperatorprinzip wird eingehalten. Der Raumbedarf ist vergleichsweise sehr gering.In the case of double-layer planar solid-state joint guides, the inner and outer solid-body joints have the same dimensions. FIG. 22 shows a zoom or focusing drive, which consists of two pipe systems mechanically coupled to one another and a high-resolution differential spindle drive 15 with a stepping motor 16. The advantages of solid-body articulation are that the backlash is approximately 1 μm, and 20 μm for rod or pipe guides. Abbe's principle of the equator is observed. The space requirement is comparatively very small.
Die Stellkraft liegt bei der Festkörpergelenkführung in der Größenordnung von kleiner ±0,5N, im Vergleich zu Stangen oder Rohrführungen bei ±1N. Die Herstellkosten sind etwa 5-fach geringer. Figur 23 zeigt ein symmetrisches Antriebssystem zur Vermeidung von Biegemomenten und Zwangskräften auf die Federgelenkführung, die im Beispiel ein teleskopartig geschachteltes elastisches Rohrsystem 18 ist. Der doppelte Motorantrieb 16, 16' ist für ein einachsiges Rohrsystem dargestellt, der zwei Motoren 16, 16' und zwei Differenzgewindespindelpaare 15 und 15' aufweist. Zur Vermeidung von Torsionsmomenten auf das elastische Rohrsystem hat eine der Differenzgewindespindeln Rechtsgewinde und die andere hat Linksgewinde. Die Krafteinkopplung zum elastischen Rohr erfolgt über zusätzliche Gelenke 8, die zwischen dem Verbinder 9 und dem Rohr angeordnet sind. Diese vermeiden Biegemomente auf das Rohr 18. Figur 24 zeigt eine Schachtelung von Halbrohrsystemen, das biokular ausgebildet ist. Die Rohre einer Festkörpergelenkführung sind hier als Halbrohre ausgeführt, wobei jeweils eine Halbrohrführung eine Linse 19 verstellt. Die Linsen liegen beide innerhalb der Baulänge der Führungen. Figur 25 zeigt das biokulare Optiksystem gemäß Figur 24 im Schnitt. Auch hier sorgen Differenzgewindespindelpaare 15 und 15' mit Motorantrieben 16 und 16' für die gleichmäßige Verstellung jeder der Halbrohrführungen in beiden optischen Strahlengängen auf Bahnkurven. Figur 26 zeigt eine weitere Ausführungsform, die es ermöglicht, Optik innerhalb der Baulänge der Festkörpergelenkführungen zu positionieren. In diesem Beispiel sind zwei unabhängige Festkörpergelenkführungen koaxial ineinander geschachtelt. Die jeweils außen liegendenThe positioning force of the solid-state joint guide is of the order of magnitude of less than ± 0.5N, compared to bars or pipe guides at ± 1N. The manufacturing costs are about 5 times lower. Figure 23 shows a symmetrical drive system to avoid bending moments and constraining forces on the spring joint guide, which in the example is a telescopically nested elastic pipe system 18. The double motor drive 16, 16 ' is shown for a uniaxial pipe system which has two motors 16, 16 ' and two differential thread pairs 15 and 15 ' . To avoid torsional moments on the elastic pipe system, one of the differential thread spindles has a right-hand thread and the other has a left-hand thread. The force coupling to the elastic tube takes place via additional joints 8, which are arranged between the connector 9 and the tube. These avoid bending moments on the tube 18. FIG. 24 shows a nesting of half-tube systems that is biocular. The tubes of a solid-state joint guide are designed here as half-tubes, one half-tube guide in each case displacing a lens 19. The lenses are both within the overall length of the guides. FIG. 25 shows the biocular optical system according to FIG. 24 in section. Here, too, differential thread spindle pairs 15 and 15 ' with motor drives 16 and 16 ' ensure the uniform adjustment of each of the half-tube guides in both optical beam paths on path curves. FIG. 26 shows a further embodiment, which makes it possible to position optics within the overall length of the solid-state joint guides. In this example, two independent solid-state articulated guides are nested coaxially. The outside
Festkörpergelenkführungen weisen Ausschnitte auf, deren Länge entsprechend des gewünschten Verstellweges bemessen wird. Verbinder 9 verbinden die zugehörigen optischen Systeme einer biokularen Anordnung.Solid-state articulated guides have cutouts, the length of which is dimensioned in accordance with the desired adjustment path. Connectors 9 connect the associated optical systems of a biocular arrangement.
Die Anordnungen gemäß der Figuren 7, 22, 24 und 25 sowie 26 sind auch in der Ausführung mit einem einzigen optischen Strahlengang ausführbar. Dann erhält die Differenzgewindespindel eine entsprechend stabile Lagerung, die Verkippungen vermeidet. Alternativ kann die Verstellung durch die zweifache Differenzgewindespindelanordnung entsprechend Figur 23 erfolgen. BezugszeichenlisteThe arrangements according to FIGS. 7, 22, 24 and 25 and 26 can also be implemented with a single optical beam path. Then the differential thread spindle is given a correspondingly stable bearing that prevents tilting. Alternatively, the adjustment can be carried out by means of the double differential screw arrangement according to FIG. 23. LIST OF REFERENCE NUMBERS
Federelement Δφ Winkel der FederauslenkungSpring element Δφ angle of spring deflection
Steg α Schnittwinkel derWeb α cutting angle of
Federknoten FederelementeSpring knot spring elements
Koppelglied F Kraft zur AuslenkungCoupling element F force for deflection
Rahmen FB BiegkraftFrame F B bending force
Schenkel Fz ZwangskraftLeg Fz Coercive Force
Bewegungsteil s Stegbreite des GelenkesMovement part s web width of the joint
Gelenk I Länge im RuhezustandJoint I length at rest
Verbinder Δl AuslenkungConnector Δl deflection
Außenfederring Δy VersatzOuter spring washer Δy offset
Mittenfederring h Länge des FederelementesCenter spring ring h Length of the spring element
Innenfederring di i Dicke der FedermaterialsInner spring washer di i thickness of the spring material
Rohr c FederkonstanteTube c spring constant
Ringfeder X x-RichtungRing spring X x direction
Differenzgewindespindel y y-RichtungDifferential threaded spindle y y direction
Motor x-y-Tisch teleskopartig geschachteltes RohrMotor x-y table telescopically nested tube
Linselens
Rohrausschnitte pipe sections

Claims

Patentansprüche claims
1. Festkörpergelenkführung, die ein Festkörperfederelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Festkörperfederelement aus vier Federelementen (1) besteht, die als Viereck angeordnet sind, jeweils zwei Federelemente (1 ) an ihrer Verbindungsstelle einen Federknoten (3) bilden, der eine Schwächung des Materialquerschnitts aufweist, wobei sich an mindestens zwei benachbarten Federknoten (3) eines Federgelenkes Federelemente eines weiteren Festkörperfedergelenkes anschließen sowie mehrere dieser Festkörperfederelemente in Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung angeordnet sind und die freien Enden der parallel geschalteten Festkörperfederelemente durch jeweils ein elastisches Koppelglied (4, 4') verbunden sind. 1. Solid-state joint guide, which has a solid-state spring element, characterized in that the solid-state spring element consists of four spring elements (1) which are arranged as a square, two spring elements (1) each form a spring node (3) at their connection point, which weakens the material cross section Spring elements of another solid-state spring joint are connected to at least two adjacent spring nodes (3) of a spring joint, and several of these solid-state spring elements are arranged in series and / or parallel connection, and the free ends of the parallel-connected solid-state spring elements are each connected by an elastic coupling member (4, 4 ' ) are connected.
2. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Viereck die Federelemente (1 ) an zwei gegenüberliegende Seiten parallel zueinander sind.2. Solid-state joint guide according to claim 1, characterized in that in the quadrilateral the spring elements (1) are parallel to one another on two opposite sides.
3. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Viereck die vier Federelemente (1 ) eine gleiche Länge aufweisen.3. Solid-state joint guide according to claim 2, characterized in that the four spring elements (1) have the same length in the square.
4. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (4) einen stabilen Rahmen aufweist, an dem Festkörperfedern ausgebildet sind, die mit den freien Enden der parallel geschalteten Festkörperfederelemente in Verbindung stehen.4. Solid-state joint guide according to claim 1, characterized in that the coupling member (4) has a stable frame on which solid springs are formed which are connected to the free ends of the parallel-connected solid spring elements.
5. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einem einzigen Festkörperfederelement besteht und an zwei diagonal gegenüberliegende Federknoten (3) die Koppelglieder (4, 4') angeordnet sind.5. Solid-state joint guide according to claim 1, characterized in that it consists of a single solid-state spring element and the coupling elements (4, 4 ' ) are arranged on two diagonally opposite spring nodes (3).
6. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß diese als einlagige strukturierte Platte ausgebildet ist, die planar belassen oder die nach der Strukturierung zylindrisch oder spiralförmige geformt ist. 6. Solid-state joint guide according to claim 1, characterized in that it is designed as a single-layer structured plate, which remain planar or which is shaped cylindrical or spiral after structuring.
7. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß diese als zweilagige Platte ausgebildet ist, die planar belassen oder die nach der Strukturierung zylindrisch oder spiralförmige geformt ist, wobei zwischen den zwei strukturierten Platten eine stabilisierende Zwischenschicht eingebracht ist.7. Solid-state joint guide according to claim 1, characterized in that it is designed as a two-layer plate, which remain planar or which is shaped cylindrical or spiral after the structuring, a stabilizing intermediate layer being introduced between the two structured plates.
8. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Form ein rundes oder ovales Rohr oder diese vieleckig prismatisch ist oder diese zylindrischen Formen halbiert oder diese längsseitig ausgeschnitten sind. 8. Solid body guide according to claim 5 or claim 6, characterized in that the cylindrical shape is a round or oval tube or this polygonal prismatic or these cylindrical shapes are halved or cut out on the long side.
9. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei geformte Platten an jeweils einem ihrer Enden durch ein formstabiles Koppelglied (4) so miteinander verbunden sind, daß eine geschichtete Anordnung oder eine teleskopartig geschachtelte Anordnung entsteht.9. Solid-state joint guide according to claim 5 or claim 6, characterized in that at least two shaped plates are each connected at one of their ends by a dimensionally stable coupling member (4) so that a layered arrangement or a telescopically nested arrangement is formed.
10. Festkörpergelenkführung, die ein Festkörperfederelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Festkörperfederelement einen U förmigen Rahmen (5) hat, wobei an den Innenseiten der gegenüber liegenden U-Schenkel (6) jeweils mindestens zwei Federelemente (1) an ersten Enden gehalten werden und die zweiten Enden der mindestens vier Federelemente (1 ) jeweils mit einem Bewegungsteil (7) verbunden sind, wobei die Halterungsstellen der Federelemente (1 ) Gelenke (8) aufweisen.10. Solid body guide, which has a solid spring element, characterized in that the solid spring element has a U-shaped frame (5), with at least two spring elements (1) are held at first ends on the inner sides of the opposite U-legs (6) and the second ends of the at least four spring elements (1) are each connected to a moving part (7), the mounting points of the spring elements (1) having joints (8).
11. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente unter einem positiven Winkel α, der größer als 90° und kleiner als 120° bezogen auf die U-Schenkel (6) ausgeschnitten sind und somit die mindestens vier Federelemente (1) im kraftlosen Zustand mit ihren zweiten Enden vorzugsweise in eine gleiche Richtung zeigen.11. Solid body guide according to claim 10, characterized in that the spring elements are cut out at a positive angle α, which is greater than 90 ° and less than 120 ° with respect to the U-leg (6) and thus the at least four spring elements (1) in pointless state with its second ends preferably pointing in the same direction.
12. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Festkörperfederelemente, durch Verbindung des Bewegungsteils (7) eines Festkörperfederelementes mit dem U-förmigen Rahmen (5) eines anderen Festkörperfederelementes in Reihenschaltung und/oder durch Verbindung mehrerer Bewegungsteile (7) untereinander sowie mehrerer U-förmiger Rahmen (5) untereinander in Parallelschaltung angeordnet sind. 12. Solid body guide according to claim 10 or 11, characterized in that a plurality of solid spring elements, by connecting the moving part (7) of a solid spring element with the U-shaped frame (5) of another solid spring element in series and / or by connecting a plurality of moving parts (7) to one another and a plurality of U-shaped frames (5) are arranged in parallel with one another.
13. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, daß diese als einlagige strukturierte Platte ausgebildet ist, die planar belassen oder die nach der Strukturierung zylindrisch oder spiralförmig geformt ist. 13. Solid-state joint guide according to claim 10 or 11, characterized in that it is designed as a single-layer structured plate, which remain planar or which is shaped cylindrical or spiral after structuring.
14. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, daß diese als zweilagige Platte ausgebildet ist, die planar belassen oder nach der Strukturierung zylindrisch oder spiralförmig geformt ist, wobei zwischen den zwei strukturierten Platten eine stabilisierende Zwischenschicht eingebracht ist.14. Solid-state joint guide according to claim 10 or 11, characterized in that it is designed as a two-layer plate which is left planar or is cylindrical or spiral-shaped after structuring, a stabilizing intermediate layer being introduced between the two structured plates.
15. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Gruppen von Verstärkungsringen (10, 11 , 12) vorgesehen sind, wobei jede Gruppe einen geschlitzten Außenfederring (10), einen ungeschützten Mittenfederring (11) und einen geschlitzten Innenfederring (12) aufweist und die Gruppe in Bereichen der Platten angeordnet sind, in denen keine Federelemente (1) ausgebildet sind. 15. Solid-state joint guide according to claim 14, characterized in that groups of reinforcing rings (10, 11, 12) are provided, each group having a slotted outer spring ring (10), an unprotected central spring ring (11) and a slotted inner spring ring (12) and the Group are arranged in areas of the plates in which no spring elements (1) are formed.
16. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Form ein rundes oder ovales Rohr oder diese vieleckig prismatisch ist oder diese zylindrischen Formen halbiert oder diese längsseitig ausgeschnitten sind.16. Solid-state joint guide according to claim 13 or 14, characterized in that the cylindrical shape is a round or oval tube or polygonal prismatic or these cylindrical shapes are halved or cut out on the long side.
17. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei geformte Platten an jeweils einem ihrer Enden durch ein formstabiles Koppelglied (4) so miteinander verbunden sind, daß eine geschichtete Anordnung oder eine teleskopartig geschachtelte Anordnung entsteht.17. Solid-state joint guide according to claim 13 or 14, characterized in that at least two shaped plates are each connected at one of their ends by a dimensionally stable coupling member (4) so that a layered arrangement or a telescopically nested arrangement is formed.
18. Festkörpergelenkführung, die ein Festkörperfederelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Festkörperfederelement mindestens zwei Federelemente (1 ) und zwei formstabile Stege (2) hat, mit denen ein dünnwandiges Rohr oder eine dünne Platte so strukturiert ist, daß nebeneinanderliegende Festkörperfedergelenke an Ihren Stegen verbunden in Reihe und/oder parallel geschalten sind. 18. Solid body guide, which has a solid spring element, characterized in that the solid spring element has at least two spring elements (1) and two dimensionally stable webs (2), with which a thin-walled tube or a thin plate is structured so that adjacent solid body spring joints are connected to your webs are connected in series and / or in parallel.
19. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (2) eine L-Form aufweisen und jeder der längeren Schenkeln der L- Form mit zwei Federelementen (1) verbunden ist.19. Solid-state joint guide according to claim 18, characterized in that the webs (2) have an L-shape and each of the longer legs of the L-shape is connected to two spring elements (1).
20. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß diese als einlagige strukturierte Platte ausgebildet ist, die planar belassen oder nach der Strukturierung zylindrisch oder spiralförmig geformt ist.20. Solid-state joint guide according to claim 18 or 19, characterized in that it is designed as a single-layer structured plate which is left planar or is cylindrical or spiral shaped after structuring.
21. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß diese als zweilagige Platte ausgebildet ist, die planar belassen oder die nach der Strukturierung zylindrisch oder spiralförmig geformt ist, wobei zwischen den zwei strukturierten Platten eine stabilisierende Zwischenschicht eingebracht ist. 21. Solid-state joint guide according to claim 18 or 19, characterized in that it is designed as a two-layer plate, which remain planar or which is cylindrical or spiral-shaped after structuring, a stabilizing intermediate layer being introduced between the two structured plates.
22. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß Gruppen von Verstärkungsringen (10, 11 , 12) vorgesehen sind, wobei jede Gruppe einen geschlitzten Außenfederring (10), einen ungeschlitzten Mittenfederring (11 ) und einen geschlitzten Innenfederring (12) aufweist und die Gruppe in Bereichen der Platten angeordnet sind, in denen keine Federelemente ausgebildet sind.22. Solid-state joint guide according to claim 21, characterized in that groups of reinforcing rings (10, 11, 12) are provided, each group having a slotted outer spring ring (10), an unslotted central spring ring (11) and a slotted inner spring ring (12) and the Group are arranged in areas of the plates in which no spring elements are formed.
23. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Form ein rundes oder ovales Rohr oder diese vieleckig prismatisch ist oder diese zylindrischen Formen halbiert oder diese längsseitig ausgeschnitten sind. 23. Solid-state joint guide according to claim 20 or 21, characterized in that the cylindrical shape is a round or oval tube or this polygonal prismatic or these cylindrical shapes are halved or cut out on the long side.
24. Festkörpergelenkführung nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei geformte Platten an jeweils einem ihrer Enden durch ein formstabiles Koppelglied (4) so miteinander verbunden sind, daß eine geschichtete Anordnung oder eine teleskopartig geschachtelte Anordnung entsteht.24. Solid-state joint guide according to claim 20 or 21, characterized in that at least two shaped plates are each connected at one of their ends by a dimensionally stable coupling member (4) so that a layered arrangement or a telescopically nested arrangement is formed.
25. Festkörpergelenkführung, die ein Festkörperfederelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden eines steifen Rohrs (13) jeweils eine innere Feder einer kardanischen Ringfeder (14) befestigt ist.25. Solid body guide, which has a solid spring element, characterized in that an inner spring of a gimbal ring spring (14) is attached to the ends of a rigid tube (13).
26. Festkörpergelenkführung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Festkörperfedergelenkführungen parallel nebeneinander angeordnet sind, jeweils ein Ende jeder Festkörperfedergelenkführung mit einem ersten Verbinder (9) verbunden ist und die anderen Enden der Festkörperfedergelenkführungen mit einem zweiten Verbinder (9') verbunden sind, wobei zwischen den Verbindern (9, 9') eine Differenzgewindespindel (15) angeordnet ist, die vorzugsweise von einem Motor (16) angetrieben wird.26. Solid-state joint guide according to one or more of the preceding claims, characterized in that two solid-state spring joint guides are arranged parallel next to one another, one end of each solid-state spring joint guide is connected to a first connector (9) and the other ends of the solid-state spring joint guides are connected to a second connector (9 ' ) are connected, a differential thread spindle (15) being arranged between the connectors (9, 9 ' ) and preferably being driven by a motor (16).
27. Festkörpergelenkführung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Festkörperfedergelenkführung angeordnet ist, ein Ende jeder Festkörperfedergelenkführung mit einem Verbinder (9) verbunden ist und das anderen Ende der27. Solid-state joint guide according to one or more of claims 1 to 25, characterized in that a solid-state spring joint guide is arranged, one end of each solid-state spring joint guide is connected to a connector (9) and the other end of the
Festkörperfedergelenkführung mit dem Verbinder (9') verbunden ist, wobei zwischen den Verbindern (9, 9') zwei Differenzgewindespindeln (15, 15') als Paar angeordnet sind, die vorzugsweise von jeweils einem Motor (16, 16') angetrieben werden.Solid spring joint guide 'is connected, wherein between the connectors (9, 9 with the connector (9)') comprises two differential screws (15, 15 ') are arranged as a pair, preferably by a respective motor (16, 16' are driven).
28. Festkörpergelenkführung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Festkörperfedergelenkführungen an jeweils einem Ende mit dem Koppelglied (4) im rechten Winkel zueinanderstehend angeordnet sind, eine28. Solid body articulated guide according to one or more of the preceding claims, characterized in that two solid body spring articulated guides are arranged at one end with the coupling member (4) at right angles to one another, one
Festkörperfedergelenkführung an ihrem andern Ende ein feststehendes Koppelglied (4') hat und die andere Festkörperfedergelenkführung an ihrem anderen Ende einen x-y-Tisch (17) hat. Solid-state spring articulation guide has a fixed coupling member (4 ' ) at its other end and the other solid-state spring articulation guide has an xy table (17) at its other end.
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