WO2020098884A1 - Mehrachsige führungsvorrichtung - Google Patents

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WO2020098884A1
WO2020098884A1 PCT/DE2019/100984 DE2019100984W WO2020098884A1 WO 2020098884 A1 WO2020098884 A1 WO 2020098884A1 DE 2019100984 W DE2019100984 W DE 2019100984W WO 2020098884 A1 WO2020098884 A1 WO 2020098884A1
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WO
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joint
pair
guide device
bending sections
axis guide
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PCT/DE2019/100984
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Haase
Bernhard Guddei
Sascha März
Original Assignee
Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0009—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases
    • B25J9/0015—Flexure members, i.e. parts of manipulators having a narrowed section allowing articulation by flexion

Definitions

  • Multi-axis guiding device Multi-axis guiding device
  • the invention relates to a multi-axis guide device according to claims 1 to 13 and a parallel kinematic positioning device with such a multi-axis guide device according to claim 14.
  • the multi-axis guide device is characterized in that it comprises a fixed stator and at least two rotors movable relative to the stator, the rotors with the stator via at least two essentially flat joint units are interconnected.
  • Each of the at least two joint units has at least two joint elements, via which the rotors are connected to the stator.
  • Each of the runners is here each having a joint element
  • Articulated unit connected to the stator in such a way that it can be moved independently of the other rotors and along its own axis.
  • the joint elements are designed in one piece or integrally with the respective joint unit. This results in linear guide units that are independent of each other.
  • multi-axis guide device can be omitted. In this way, a multitude of complex and thus more cost-intensive tasks also occur
  • Joint elements to one another result in a defined alignment of the axes of movement of the individual runners to one another, as a result
  • the joint elements each have at least one bending section, the bending section having a reduced stiffness compared to the rest of the joint element.
  • the bending section is preferably made in one piece or integrally with the respective joint element, so that the joint element represents a solid-state joint.
  • Solid joints are particularly characterized by durability, minimal hysteresis, lack of wear and tear and lack of external friction.
  • Stiffening section has an increased bending stiffness compared to the rest of the joint element. A deformation or a bending in the area of the stiffening section is reduced or prevented, and the areas intended for bending are thereby defined more precisely, so that the respective rotor can be guided precisely relative to the stator.
  • the stiffening section is formed by a bulge or by a bend in the articulated element, in particular a bend or bend in the edge section of the articulated element, for example a 90 ° bend in the edge section, is advantageous. This enables a comparatively simple realization of the stiffening section.
  • a joint element prefferably be a first one
  • arranged bending sections is arranged adjacent to the stator and forms a pair of proximal bending sections, and the second pair of bending sections arranged in parallel away from the stator
  • the distance between the bending sections of the proximal bending section pair differs from the distance between the bending sections of the distal bending section pair.
  • the joint elements of a joint unit have an essentially star-shaped or comb-shaped arrangement.
  • joint elements of a joint unit are designed differently. This enables a targeted adjustment to the geometric and mechanical
  • An alignment device for a defined arrangement of the respective joint unit on the stator or on the rotors and for a defined arrangement or position of the two joint units with respect to one another.
  • An alignment device in the form of a recess interacting with a pin or a stop edge interacting with a surface or surface is advantageous here. With the alignment device, it is in particular possible to implement a defined alignment of the joint elements with the respective rotor.
  • Hinge elements include, wherein each hinge element is substantially in the form of an isosceles trapezoid and comprises a pair of proximal bending sections and a pair of distal bending sections, and wherein the distance between the bending sections of the proximal
  • Bending section pairs is smaller than the distance between the
  • Joint elements of a joint unit are arranged in a star shape.
  • Joint elements comprises, and each joint element a pair of proximal bending sections, a pair of distal bending sections and two in parallel to each other and in the longitudinal direction of the hinge element extending stiffening sections.
  • the invention also includes a parallel kinematic
  • Positioning device in particular a hexapod, with a
  • Figure 1 perspective view of an inventive
  • Multi-axis guide device with six linearly guided runners and articulated elements
  • Figure 2 perspective view of an inventive
  • Multi-axis guide device with four linearly guided runners and comb-shaped joint elements
  • Figures 3 and 4 perspective view of a multi-axis guide device according to the invention with four linearly guided runners and juxtaposed and differently designed joint elements
  • Figure 5 perspective view of an inventive
  • Multi-axis guide device with three linearly guided runners and articulated elements
  • Figure 1 shows a perspective view of a first
  • Overlapping articulated elements 4-1 connected linearly and independently of one another to the stator 2, the two articulated elements 4-1 arranged in parallel to one another each being part of an essentially planar articulated unit 4 with which they are made in one piece or integrally.
  • Each of the two joint units 4 thus comprises six joint elements 4-1, each essentially in the form of an isosceles Have trapezes and which extend in a star shape from the common center of the joint unit 4.
  • the center of the respective joint unit 4 is firmly connected to the stator 2.
  • Each joint element 4-1 has a total of four web-shaped and integral or in one piece with this bending sections 4-11, of which two bending sections 4-11 are arranged in pairs next to each other and parallel to each other.
  • the corresponding first pair of bending sections 4-11 arranged in parallel is arranged adjacent to the stator 2 and forms a pair of proximal bending sections 4-13, while the second pair of bending sections 4-11 arranged in parallel is arranged remote from the stator 2 and a distal one
  • Bending section pairs 4-13 less than the distance between the two bending sections 4-11 of the distal bending section pair 4-14.
  • the bending sections 4-11 have a lower rigidity than that
  • Each of the joint elements 4-1 points at its distal
  • each of the joint elements 4-1 on its section adjoining the pair of proximal bending sections 4-13 and facing the stator 2 has a recess which cannot be seen in FIG. 1 and which is fastened with a fastening means 5 in the form of a screw
  • Folding element 6 clamps the joint elements 4-1 between themselves and the stator 2.
  • the corresponding screw 5 penetrates the
  • each joint unit 4 in the form of two recesses per
  • Bending section pair connects 4-13 and which between the
  • Folding element 6 and the stator 2 is clamped.
  • the alignment device formed in this way interacts with two associated pins formed in the stator 2.
  • Alignment devices succeed on the one hand in a defined alignment of the respective joint unit 4 with the stator 2, and on the other hand in a defined alignment of the two joint units 4 with one another.
  • Alignment devices For the purpose of optimized linear guidance of the runners 3, an ideally overlapping arrangement is sought with regard to the mutual alignment of the two joint units 4 with respect to one another.
  • each joint element 4-1 has a further one
  • Alignment means in the portion that connects to the distal bend portion pair 4-14 could also comprise two circular recesses in this section, the recesses interacting with two pins arranged on the respective rotor.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a multi-axis guide device 1 according to the invention in a perspective view.
  • the greatest difference to the exemplary embodiment according to FIG. 1 lies in the comb-like arrangement of the individual joint elements 4-1 of the respective joint unit 4, which results in a parallel and parallel arrangement of the four linearly guided runners 3.
  • the four runners 3 are essentially flat and parallel over two
  • Joint units 4 arranged with respect to one another are arranged on the stator 2 or connected to the latter.
  • Each joint unit 4 comprises four joint elements 4 - 1 arranged parallel to one another and lying next to one another. All joint elements 4 - 1 of a joint unit 4 have the same, elongated shape, and each have a proximal one
  • Bending section pair 4-13 and a distal bending section pair 4-14 The total of four bending sections 4-11 of each joint element 4-1 are made integral with this, while all four joint elements 4-1 are integral with the respective one
  • Joint unit 4 are executed.
  • the stator 2 facing web-shaped section of the joint unit 4 acts as an alignment device 4-16 by the straight edge thereof
  • this web-shaped section lies flat against an associated and flat surface of the stator 2.
  • this web-shaped section has a total of four slot-shaped recesses 4-15, which are intended to achieve a fixed connection between the joint unit 4 and the stator 2 with the aid of screws which cooperate with corresponding threaded bores within the stator 2.
  • Each joint element 4-1 has two stiffening sections 4-12 in
  • each joint unit 4 has elongated recesses 4-16, each of which overlaps with a threaded bore 3-1 provided in the corresponding rotor 3.
  • a screw connection (not shown in FIG. 3) thus enables the respective joint element 4-1 to be attached to the associated rotor 3, a corresponding screw projecting through the respective recess 4-15 and engaging with the associated threaded bore 3-1.
  • Bending section pair 4-14 connects, in order to achieve a defined arrangement or position between the two joint elements 4-1 and the associated rotor 3.
  • Alignment device could be realized, for example, by pins provided in the respective rotor 3, which interact with the corresponding slot-shaped recess 4-15 and project through it.
  • Arrangement of four runners arranged side by side is limited, but that also multi-axis guide devices with two or three or more than four parallel to each other and side by side
  • joint elements 4-1 of the joint unit 4 have the same shape or geometry, but are individually adapted to the respective application, as can be seen from FIG. 3.
  • both the lengths and the widths of the individual differ here
  • Joint elements 4-1 While the two middle joint elements 4-1 have the same length and width, the two outer joint elements 4-1 have a different width at substantially same length. In the case of the right or front joint elements 4-1 in FIG. 3, the proximal pair of bending sections also has a different position than the three other pairs of bending sections, so that here the distance between the pair of proximal bending sections and the pair of distal bending sections is smaller.
  • each rotor 3 has a total of four recesses on its upper side in FIG. 3, of which two of the recesses are threaded bores 3-1, while the other two recesses 3-2 do so are provided to use pins therein which cooperate with the elongated recess 4-15 of the respective joint element 4-1.
  • each of the runners also has four recesses on the lower side in FIG. 3.
  • Multi-axis guide device 1 is very similar to that shown in FIG. 1 and differs only in that each joint unit 4 comprises only three star-shaped joint elements 4-1. Since the embodiments according to Figure 1 and Figure 3 except for

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrachsige Führungsvorrichtung mit einem Stator, wenigstens zwei Läufern und mindestens zwei Gelenkeinheiten mit jeweils wenigstens zwei Gelenkelementen, wobei jeder der Läufer über jeweils ein Gelenkelement jeder Gelenkeinheit derart mit dem Stator verbunden ist, dass er unabhängig von den anderen Läufern und entlang einer ihm eigenen Achse bewegbar ist, und die Gelenkelemente einer Gelenkeinheit einstückig mit dieser ausgeführt sind.

Description

Beschreibung
Mehrachsige Führungsvorrichtung
[0001] Die Erfindung betrifft eine mehrachsige Führungsvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 13 und eine parallelkinematische Positioniervorrichtung mit einer solchen mehrachsigen Führungsvorrichtung gemäß Anspruch 14.
[0002] Aus dem Stand der Technik gemäß JP1988113945A ist eine
Führungsvorrichtung mit zwei parallel zueinander angeordneten Gelenken in Form von Federblechen zur Realisierung einer lineargeführten
Bewegung eines Schreib-/Lesekopfes einer Festplatte bekannt.
[0003] Zur Realisierung einer mehrachsigen Führungsvorrichtung mit
beispielsweise parallel zueinander verlaufenden und nebeneinander liegend angeordneten Bewegungsachsen und unter Nutzung der Lehre der JP1988113945A würde der entsprechende Fachmann eine Mehrzahl dieser Linearführungsvorrichtungen in nebeneinanderliegender Parallel- Anordnung verwenden.
[0004] Eine so realisierte mehrachsige Führungsvorrichtung weist jedoch
insbesondere den Nachteil eines hohen Aufwands zur exakten bzw.
definierten Ausrichtung der einzelnen Bewegungsachsen bzw. deren Gelenke zueinander auf.
[0005] Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mehrachsige
Führungsvorrichtung bereitzustellen, bei der auf einfache Weise eine definierte Ausrichtung der Gelenke der Bewegungsachsen zueinander erreicht werden kann, und die daher schnell und kostengünstig realisierbar ist.
[0006] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine mehrachsige Führungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 , wobei die sich daran anschließenden Unteransprüche wenigstens zweckmäßige Weiterbildungen darstellen.
[0007] Die erfindungsgemäße mehrachsige Führungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass diese einen ortsfesten Stator und wenigstens zwei relativ zu dem Stator bewegbare Läufer umfasst, wobei die Läufer mit dem Stator über wenigstens zwei im Wesentlichen ebene Gelenkeinheiten miteinander verbunden sind. Jede der wenigstens zwei Gelenkeinheiten besitzt mindestens zwei Gelenkelemente, über welche die Läufer mit dem Stator verbunden sind.
[0008] Jeder der Läufer ist hierbei über jeweils ein Gelenkelement jeder
Gelenkeinheit derart mit dem Stator verbunden, dass er unabhängig von den anderen Läufern und entlang einer ihm eigenen Achse bewegbar ist. Die Gelenkelemente sind dabei einstückig bzw. integral mit der jeweiligen Gelenkeinheit ausgeführt. Daraus resultieren voneinander unabhängige Linearführungseinheiten.
[0009] Durch die integrale Ausführung der Gelenkelemente mit der Gelenkeinheit können diese in einem Fertigungsschritt bzw. in einer Aufspannung gefertigt werden, so dass diese automatisch definiert zueinander ausgerichtet sind und eine nachgelagerte Justage und Vermessung der Gelenkelemente während der Montage der erfindungsgemäßen
mehrachsigen Führungsvorrichtung entfallen kann. Auf diese Weise fällt auch eine Vielzahl aufwändiger und damit kostenintensiver
Montageschritte weg. Durch die definierte Ausrichtung der
Gelenkelemente zueinander resultiert eine definierte Ausrichtung der Bewegungsachsen der einzelnen Läufer zueinander, wodurch
insbesondere eine hohe Genauigkeit hinsichtlich der gegenseitigen Parallelität der Bewegungen der Läufer resultiert.
[0010] Es kann von Vorteil sein, dass die Gelenkelemente jeweils wenigstens einen Biegeabschnitt aufweisen, wobei der Biegeabschnitt eine verringerte Steifigkeit im Vergleich zum restlichen Gelenkelement aufweist.
Vorzugsweise ist der Biegeabschnitt einstückig oder integral mit dem jeweiligen Gelenkelement ausgeführt, so dass das Gelenkelement ein Festkörpergelenk darstellt. Festkörpergelenke zeichnen sich insbesondere durch Langlebigkeit, minimale Hysterese, fehlenden Verschleiß und fehlende äußere Reibung aus.
[0011] Es kann ebenso von Vorteil sein, dass die Gelenkelemente jeweils
wenigstens einen Versteifungsabschnitt aufweist, wobei der
Versteifungsabschnitt eine erhöhte Biegesteifigkeit im Vergleich zum restlichen Gelenkelement besitzt. Dadurch kann eine Deformation bzw. eine Verbiegung im Bereich des Versteifungsabschnitts reduziert oder unterbunden und dadurch die für eine Verbiegung beabsichtigten Bereiche genauer definiert werden, so dass eine exakte Führung des jeweiligen Läufers gegenüber dem Stator ermöglicht ist.
[0012] Hierbei kann von Vorteil sein, dass der Versteifungsabschnitt durch eine Auswölbung oder durch eine Biegung des Gelenkelements gebildet ist, wobei insbesondere eine Biegung bzw. Umbiegung des Randabschnitts des Gelenkelements, beispielsweise eine Umbiegung des Randabschnitts um 90°, vorteilhaft ist. Hierdurch gelingt eine vergleichsweise einfache Realisierung des Versteifungsabschnitts.
[0013] Daneben kann es von Vorteil sein, dass ein Gelenkelement ein erstes
Paar von parallel zueinander angeordneten und nebeneinanderliegenden Biegeabschnitten und ein zweites Paar von parallel zueinander
angeordneten und nebeneinanderliegenden Biegeabschnitten aufweist. Dadurch ist insbesondere gewährleistet, dass die Position der Biegung innerhalb einer Linearbewegung und damit deren Bahn eindeutig definiert sind.
[0014] Ferner kann es von Vorteil sein, dass das erste Paar von parallel
angeordneten Biegeabschnitten angrenzend an den Stator angeordnet ist und ein proximales Biegeabschnittspaar bildet, und das zweite Paar von parallel angeordneten Biegeabschnitten entfernt zu dem Stator
angeordnet ist und ein distales Biegeabschnittspaar bildet. Hierbei ist es insbesondere für die Realisierung einer Linearführung vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen den Biegeabschnitten jedes Biegeabschnittspaars identisch und so groß wie möglich ist. Jedoch ist es für eine gezielte Anpassung an die Randbedingungen für die mehrachsige
Führungsvorrichtung auch möglich, dass sich der Abstand zwischen den Biegeabschnitten des proximalen Biegeabschnittspaars von dem Abstand zwischen den Biegeabschnitten des distalen Biegeabschnittspaars unterscheidet.
[0015] Außerdem kann es von Vorteil sein, dass ein Gelenkelement im
Wesentlichen die Form eines gleichschenkligen Trapezes aufweist. [0016] Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass die Gelenkelemente einer Gelenkeinheit eine im Wesentlichen sternförmige oder kammförmige Anordnung aufweisen.
[0017] Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, dass die Gelenkelemente einer Gelenkeinheit unterschiedlich ausgebildet sind. Dadurch gelingt eine gezielte Anpassung an die geometrischen und mechanischen
Anforderungen für die einzelnen Linearführungseinheiten. Hierzu ist beispielsweise denkbar, einzelne Linearführungseinheiten biegesteifer als die anderen auszuführen.
[0018] Zudem kann es von Vorteil sein, dass jede der Gelenkeinheiten
wenigstens eine Ausrichtungseinrichtung für eine definierte Anordnung der jeweiligen Gelenkeinheit an dem Stator oder an den Läufern und für eine definierte Anordnung bzw. Lage der beiden Gelenkeinheiten zueinander aufweist. Vorteilhaft ist hierbei eine Ausrichtungseinrichtung in Form einer mit einem Stift zusammenwirkenden Ausnehmung oder einer mit einer Fläche bzw. Oberfläche zusammenwirkenden Anschlagskante. Mit der Ausrichtungseinrichtung ist es insbesondere möglich, eine definierte Ausrichtung der der Gelenkelemente zu dem jeweiligen Läufer zu realisieren.
[0019] Von besonderem Vorteil ist eine mehrachsige Führungsvorrichtung, die zwei ebene Gelenkeinheiten aufweist, die jeweils drei oder sechs
Gelenkelemente umfassen, wobei jedes Gelenkelement im Wesentlichen die Form eines gleichschenkligen Trapezes aufweist und ein proximales Biegeabschnittspaar und ein distales Biegeabschnittspaar umfasst, und wobei der Abstand zwischen den Biegeabschnitten des proximalen
Biegeabschnittspaars kleiner ist als der Abstand zwischen den
Biegeabschnitten des distalen Biegeabschnittspaars, und die
Gelenkelemente einer Gelenkeinheit sternförmig angeordnet sind.
[0020] Von besonderem Vorteil ist zudem eine mehrachsige
Führungsvorrichtung, die zwei im Wesentlichen ebene Gelenkeinheiten mit jeweils vier streifenförmigen und kammförmig angeordneten
Gelenkelementen umfasst, und jedes Gelenkelement ein proximales Biegeabschnittspaar, ein distales Biegeabschnittspaar und zwei parallel zueinander und in Längserstreckungsrichtung des Gelenkelements verlaufende Versteifungsabschnitte aufweist.
[0021] Die Erfindung umfasst zudem eine parallelkinematische
Positioniervorrichtung, insbesondere einen Hexapoden, mit einer
Führungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
[0022] Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung werden deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Hierbei zeigen:
[0023] Figur 1 : perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen
mehrachsigen Führungsvorrichtung mit sechs lineargeführten Läufern und sternförmig angeordneten Gelenkelementen
[0024] Figur 2: perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen
mehrachsigen Führungsvorrichtung mit vier lineargeführten Läufern und kammförmig angeordneten Gelenkelementen
[0025] Figuren 3 und 4: perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen mehrachsigen Führungsvorrichtung mit vier lineargeführten Läufern und nebeneinanderliegend angeordneten und unterschiedlich ausgeführten Gelenkelementen
[0026] Figur 5: perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen
mehrachsigen Führungsvorrichtung mit drei lineargeführten Läufern und sternförmig angeordneten Gelenkelementen
[0027] Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine erste
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen mehrachsigen
Führungsvorrichtung 1 mit insgesamt sechs lineargeführten und sternförmig um einen Stator 2 angeordneten Läufern 3. Jeder der sechs Läufer 3 ist über zwei parallel zueinander und in gegenseitiger
Überdeckung angeordnete Gelenkelemente 4-1 linear und unabhängig voneinander beweglich mit dem Stator 2 verbunden, wobei die beiden parallel zueinander angeordneten Gelenkelemente 4-1 jeweils Teil einer im Wesentlichen ebenen Gelenkeinheit 4 sind, mit welcher sie einstückig bzw. integral ausgeführt sind.
[0028] Jede der beiden Gelenkeinheiten 4 umfasst somit sechs Gelenkelemente 4-1 , die jeweils im Wesentlichen die Form eines gleichschenkligen Trapezes aufweisen und die sich sternförmig von dem gemeinsamen Zentrum der Gelenkeinheit 4 erstrecken. Das Zentrum der jeweiligen Gelenkeinheit 4 ist fest mit dem Stator 2 verbunden.
[0029] Jedes Gelenkelement 4-1 besitzt insgesamt vier stegförmige und integral bzw. einstückig mit diesem ausgeführte Biegeabschnitte 4-11 , wovon jeweils zwei Biegeabschnitte 4-11 paarweise nebeneinanderliegend und parallel zueinander angeordnet sind. Das entsprechend erste Paar von parallel angeordneten Biegeabschnitten 4-11 ist dabei angrenzend an den Stator 2 angeordnet und bildet ein proximales Biegeabschnittspaar 4-13, während das zweite Paar von parallel angeordneten Biegeabschnitten 4- 11 entfernt zu dem Stator 2 angeordnet ist und ein distales
Biegeabschnittspaar 4-14 bildet.
[0030] Aufgrund der geometrischen Form der Gelenkelemente 4-1 , welche im Wesentlichen ein gleichschenkliges Trapez darstellt, ist der Abstand zwischen den beiden Biegeabschnitten 4-11 des proximalen
Biegeabschnittspaars 4-13 geringer als der Abstand zwischen den beiden Biegeabschnitten 4-11 des distalen Biegeabschnittspaars 4-14.
[0031] Die Biegeabschnitte 4-11 weisen eine geringere Steifigkeit als der
restliche Teil des jeweiligen Gelenkelements 4-1 auf, wobei durch ihre einstückige bzw. integrale Ausführung mit dem jeweiligen Gelenkelement 4-1 ein Festkörpergelenk resultiert.
[0032] Jedes der Gelenkelemente 4-1 weist an seinem sich an das distale
Biegeabschnittspaar 4-14 anschließenden und dem jeweiligen Läufer 3 zugewandten Abschnitt zwei runde bzw. kreisförmige Ausnehmungen 4-15 auf, die in Überdeckung mit entsprechend angeordneten und in Figur 1 nicht erkennbaren Gewindebohrungen des Läufers 3 sind, so dass mittels in Figur 1 ebenfalls nicht gezeigten Schrauben eine feste Verbindung zwischen den Gelenkelementen 4-1 und dem jeweiligen Läufer 3 realisierbar ist. Andere Möglichkeiten der Verbindung zwischen den Gelenkelementen 4-1 und dem jeweiligen Läufer 3 sind ebenso denkbar, beispielsweise mittels einer stoffschlüssigen oder formschlüssigen
Verbindung. [0033] Weiterhin weist jedes der Gelenkelemente 4-1 an seinem sich an das proximale Biegeabschnittspaar 4-13 anschließenden und dem Stator 2 zugewandten Abschnitt eine in Figur 1 nicht erkennbare Ausnehmung auf, die mit einem Befestigungsmittel 5 in Form einer Schraube
zusammenwirkt. Die somit insgesamt sechs Schrauben sorgen für eine feste Verbindung der Gelenkelemente 4-1 und damit der gesamten Gelenkeinheit 4 mit dem Stator 2, indem mittels der Schrauben ein
Flalteelement 6 die Gelenkelemente 4-1 zwischen sich und dem Stator 2 einklemmt. Dabei durchdringt die entsprechende Schraube 5 die
Ausnehmung des jeweiligen Gelenkelements 4-1 und greift in eine zugeordnete Gewindebohrung des Stators 2 ein.
[0034] Ebenfalls in Figur 1 nicht zu erkennen ist eine Ausrichtungseinrichtung jeder Gelenkeinheit 4 in Form von zwei Ausnehmungen pro
Gelenkelement 4-1 in dem Abschnitt, der sich an das proximale
Biegeabschnittspaar 4-13 anschließt und welcher zwischen dem
Flalteelement 6 und dem Stator 2 eingeklemmt ist. Die so gebildete Ausrichtungseinrichtung wirkt mit jeweils zwei zugehörigen und in dem Stator 2 ausgebildeten Stiften zusammen. Mit Hilfe dieser
Ausrichtungseinrichtungen gelingt zum Einen eine definierte Ausrichtung der jeweiligen Gelenkeinheit 4 zu dem Stator 2, und zum Anderen eine definierte Ausrichtung der beiden Gelenkeinheiten 4 zueinander. Zum Zwecke einer optimierten Linearführung der Läufer 3 wird hinsichtlich der gegenseitigen Ausrichtung der beiden Gelenkeinheiten 4 zueinander eine ideal überdeckende Anordnung angestrebt.
[0035] Denkbar ist zudem, dass jedes Gelenkelement 4-1 eine weitere
Ausrichtungseinrichtung in dem Abschnitt aufweist, der sich an das distale Biegeabschnittspaar 4-14 anschließt. Eine solche Ausrichtungseinrichtung könnte ebenfalls zwei kreisrunde Ausnehmungen in diesem Abschnitt umfassen, wobei die Ausnehmungen mit zwei an dem jeweiligen Läufer angeordneten Stiften zusammenwirkten. Mit Hilfe dieser
Ausrichtungseinrichtung gelänge eine optimierte Ausrichtung zwischen dem Gelenkelement 4-1 und dem Läufer 3. [0036] Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen mehrachsigen Führungsvorrichtung 1 in perspektivischer Darstellung. Der größte Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 liegt hierbei in der kammartigen Anordnung der einzelnen Gelenkelemente 4-1 der jeweiligen Gelenkeinheit 4, woraus eine nebeneinanderliegende und parallele Anordnung der insgesamt vier linear geführten Läufer 3 resultiert.
[0037] Die vier Läufer 3 sind über zwei im Wesentlichen ebene und parallel
zueinander angeordnete Gelenkeinheiten 4 an dem Stator 2 angeordnet bzw. mit diesem verbunden. Jede Gelenkeinheit 4 umfasst vier parallel zueinander angeordnete und nebeneinanderliegende Gelenkelemente 4- 1. Alle Gelenkelemente 4-1 einer Gelenkeinheit 4 haben die gleiche, langgestreckte Form, und weisen jeweils ein proximales
Biegeabschnittspaar 4-13 und ein distales Biegeabschnittspaar 4-14 auf. Die insgesamt vier Biegeabschnitte 4-11 eines jeden Gelenkelements 4-1 sind integral bzw. einstückig mit diesem ausgeführt, während alle vier Gelenkelemente 4-1 integral bzw. einstückig mit der jeweiligen
Gelenkeinheit 4 ausgeführt sind.
[0038] Der sich an die jeweiligen proximalen Biegeabschnittspaare und dem
Stator 2 zugewandte stegförmige Abschnitt der Gelenkeinheit 4 fungiert als Ausrichtungseinrichtung 4-16, indem die gerade Kante dieses
Abschnitts an einer zugeordneten und ebenen Fläche des Stators 2 plan anliegt. Zudem weist dieser stegförmige Abschnitt insgesamt vier langlochförmige Ausnehmungen 4-15 auf, welche dazu vorgesehen sind, mit Hilfe von Schrauben, welche mit entsprechenden Gewindebohrungen innerhalb des Stators 2 Zusammenwirken, eine fest Verbindung zwischen der Gelenkeinheit 4 und dem Stator 2 zu realisieren.
[0039] Jedes Gelenkelement 4-1 besitzt zwei Versteifungsabschnitte 4-12 in
Form von im Wesentlichen um 90° umgebogenen Längsrändern, so dass die Versteifungsabschnitte 4-12 eines Gelenkelements 4-1 parallel zueinander in der Längserstreckungsrichtung des Gelenkelements 4-1 verlaufen und dem jeweiligen Gelenkelement 4-1 eine höhere
Biegesteifigkeit verleihen. [0040] Jeweils angrenzend an das jeweilige proximale Biegeabschnittspaar 4-13 und dem Stator 2 zugewandt weist jede Gelenkeinheit 4 langlochförmige Ausnehmungen 4-16 auf, die jeweils in Überdeckung sind mit einer in dem entsprechenden Läufer 3 vorgesehenen Gewindebohrung 3-1. Über eine in Figur 3 nicht gezeigte Schraubverbindung ist somit eine Befestigung des jeweiligen Gelenkelements 4-1 mit dem zugehörigen Läufer 3 möglich, wobei eine entsprechende Schraube durch die jeweilige Ausnehmung 4- 15 hindurchragt und mit der zugehörigen Gewindebohrung 3-1 in Eingriff ist.
[0041] Es ist denkbar, dass die Gelenkeinheiten 4 auch auf der
gegenüberliegenden Seite eine Ausrichtungseinrichtung innerhalb des Abschnitts eines Gelenkelements 4-1 , welcher sich an das distale
Biegeabschnittspaar 4-14 anschließt, aufweist, um hierüber eine definierte Anordnung bzw. Lage zwischen den beiden Gelenkelementen 4-1 und dem zugehörigen Läufer 3 zu erzielen. Eine solche
Ausrichtungseinrichtung könnte beispielsweise durch in dem jeweiligen Läufer 3 vorgesehene Stifte realisiert sein, welche mit der entsprechenden langlochförmigen Ausnehmung 4-15 Zusammenwirken und durch diese hindurchragen.
[0042] Es sei angemerkt, dass die Erfindung nicht auf die in Figur 2 gezeigte
Anordnung von vier nebeneinander angeordneten Läufern beschränkt ist, sondern dass auch mehrachsige Führungsvorrichtungen mit zwei oder drei oder mehr als vier parallel zueinander und nebeneinander
angeordneten Läufern denkbar sind.
[0043] Zudem ist es denkbar, dass - in Abwandlung zu der Ausführungsform
gemäß Figur 2 - nicht alle Gelenkelemente 4-1 der Gelenkeinheit 4 die gleiche Form bzw. Geometrie aufweisen, sondern an den jeweiligen Anwendungsfall einzeln angepasst sind, wie dies aus Figur 3 zu erkennen ist. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 unterscheiden sich hier sowohl die Längen, als auch die Breiten der einzelnen
Gelenkelemente 4-1. Während die beiden mittleren Gelenkelemente 4-1 die gleiche Länge und Breite aufweisen, besitzen die beiden äußeren Gelenkelemente 4-1 eine unterschiedliche Breite bei im Wesentlichen gleicher Länge. Bei den in Figur 3 rechten bzw. vorderen Gelenkelementen 4-1 weist zudem das proximale Biegeabschnittspaar eine andere Position als die drei anderen Biegeabschnittspaare auf, so dass hier der Abstand zwischen dem proximalen Biegeabschnittspaar und dem distalen Biegeabschnittspaar geringer ist.
[0044] Weiterhin ist in Figur 3 zu erkennen, dass jeder Läufer 3 an seiner in Figur 3 oberen Seite insgesamt vier Ausnehmungen aufweist, wovon es sich bei zwei der Ausnehmungen um Gewindebohrungen 3-1 handelt, während die anderen beiden Ausnehmungen 3-2 dazu vorgesehen sind, Stifte darin einzusetzen, die mit der langlochförmigen Ausnehmung 4-15 des jeweiligen Gelenkelements 4-1 Zusammenwirken. Obwohl in Figur 3 nicht zu erkennen, weist jeder der Läufer auch an der in Figur 3 unteren Seite entsprechende vier Ausnehmungen auf.
[0045] Gemäß Figur 4, welche die Ausführungsform der erfindungsgemäßen
mehrachsigen Führungsvorrichtung von Figur 3 in nahezu identischer Weise wiedergibt, sind als einzige Abwandlung zu dieser die in montiertem Zustand in die Gewindebohrungen 3-1 eingedrehten Schrauben 7 und die in den Ausnehmungen 3-2 eingesetzten Stifte 8 zu erkennen.
[0046] Die in Figur 5 gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
mehrachsigen Führungsvorrichtung 1 ist sehr ähnlich zu der in Figur 1 gezeigten und unterscheidet sich nur darin, dass jede Gelenkeinheit 4 lediglich drei sternförmig angeordnete Gelenkelemente 4-1 umfasst. Da die Ausführungsformen gemäß Figur 1 und Figur 3 bis auf die
unterschiedliche Anzahl an Gelenkelementen 4-1 pro Gelenkeinheit 4 und damit einhergehend die unterschiedliche Anzahl von Läufern 3 ansonsten identisch sind, wird auf eine weitere Beschreibung an dieser Stelle verzichtet.
[0047] Es sei abschließend angemerkt, dass die Erfindung nicht beschränkt ist auf mehrachsige Führungsvorrichtungen mit sternförmigen
Gelenkeinheiten gemäß Figur 1 und Figur 3 mit sechs bzw. drei parallelgeführten Läufern, sondern auch solche mehrachsigen
Führungsvorrichtungen mit sternförmigen Gelenkeinheiten mit vier oder fünf oder mehr als sechs parallelgeführten Läufern umfasst. Denkbar ist zudem eine mehrachsige Führungsvorrichtung, die lediglich zwei Läufer in diametral gegenüberliegende Anordnung umfasst.
[0048] Bezugszeichenliste
1 Mehrachsige Führungsvorrichtung
2 Stator
3 Läufer
3-1 Gewindebohrung (des Läufers 3)
3-2 Ausnehmung (des Läufers 3)
4 Gelenkeinheit
4-1 Gelenkelement (der Gelenkeinheit 4)
4-11 Biegeabschnitt (des Gelenkelements 4-1)
4-12 Versteifungsabschnitt (des Gelenkelements 4-1)
4-13 proximales Biegeabschnittspaar (des Gelenkelements 4-1)
4-14 distales Biegeabschnittspaar (des Gelenkelements 4-1)
4-15 Ausnehmung (des Gelenkelements 4-1)
4-2 Ausrichtungseinrichtung (der Gelenkeinheit 4)
5 Befestigungsmittel
6 Halteelement

Claims

Ansprüche
Anspruch ! Mehrachsige Führungsvorrichtung (1), umfassend einen Stator (2), wenigstens zwei Läufer (3) und mindestens zwei Gelenkeinheiten (4) mit jeweils wenigstens zwei Gelenkelementen (4-1), wobei jeder der Läufer (3) über jeweils ein Gelenkelement (4-1) jeder Gelenkeinheit (4) derart mit dem Stator (2) verbunden ist, dass er unabhängig von den anderen Läufern (3) und entlang einer ihm eigenen Achse bewegbar ist, und die Gelenkelemente (4-1) einer Gelenkeinheit (4) einstückig mit dieser ausgeführt sind, und die jeweils mit einem Läufer (3) verbundenen Gelenkelemente (4-1) parallel zueinander angeordnet sind.
Anspruch 2. Mehrachsige Führungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkeinheiten (4) im Wesentlichen eben sind.
Anspruch 3. Mehrachsige Führungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkelemente (4-1) jeweils wenigstens einen Biegeabschnitt (4-11) aufweisen, wobei der Biegeabschnitt (4-11) eine verringerte Steifigkeit im Vergleich zum restlichen Gelenkelement (4-1) aufweist.
Anspruch 4. Mehrachsige Führungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkelemente (4-1) jeweils wenigstens einen Versteifungsabschnitt (4-12) aufweist, wobei der Versteifungsabschnitt (4-12) eine erhöhte Biegesteifigkeit im Vergleich zum restlichen Gelenkelement (4-1) besitzt.
Anspruch 5. Mehrachsige Führungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteifungsabschnitt (4-12) durch eine
Auswölbung oder eine Biegung des Gelenkelements (4-1) gebildet ist.
Anspruch 6. Mehrachsige Führungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gelenkelement (4-1) ein erstes Paar von parallel zueinander angeordneten Biegeabschnitten (4-11) und ein zweites Paar von parallel zueinander angeordneten Biegeabschnitten (4-11) aufweist.
Anspruch 7. Mehrachsige Führungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Paar von parallel angeordneten Biegeabschnitten (4-11) angrenzend an den Stator (2) angeordnet ist und ein proximales Biegeabschnittspaar (4-13) bildet, und das zweite Paar von parallel angeordneten Biegeabschnitten (4-11) entfernt zu dem Stator (2) angeordnet ist und ein distales Biegeabschnittspaar (4-14) bildet.
Anspruch 8. Mehrachsige Führungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Gelenkelement (4-1) im Wesentlichen die Form eines gleichschenkligen Trapezes aufweist.
Anspruch 9. Mehrachsige Führungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Gelenkelemente (4-1) einer Gelenkeinheit (4) eine im Wesentlichen sternförmige oder kammförmige Anordnung aufweisen.
Anspruch 10. Mehrachsige Führungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Gelenkelemente (4-1) einer Gelenkeinheit (4) unterschiedlich ausgebildet sind.
Anspruch 11. Mehrachsige Führungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Gelenkeinheiten (4) wenigstens eine Ausrichtungseinrichtung für eine definierte Anordnung der jeweiligen Gelenkeinheit (4) an dem Stator (2) oder an den Läufern (3) und für eine definierte Anordnung der beiden Gelenkeinheiten (4) zueinander aufweisen.
Anspruch 12. Mehrachsige Führungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese zwei ebene Gelenkeinheiten (4) aufweist, die jeweils drei oder sechs Gelenkelemente (4-1) umfassen, wobei jedes Gelenkelement (4-1) im Wesentlichen die Form eines gleichschenkligen Trapezes aufweist und ein proximales Biegeabschnittspaar (4-13) und ein distales Biegeabschnittspaar (4-14) umfasst, und wobei der Abstand zwischen den Biegeabschnitten (4- 12) des proximalen Biegeabschnittspaars (4-13) kleiner ist als der Abstand zwischen den Biegeabschnitten (4-12) des distalen Biegeabschnittspaars (4- 14), und die Gelenkelemente (4-1) einer Gelenkeinheit (4) sternförmig angeordnet sind. Anspruch 13. Mehrachsige Führungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese zwei im Wesentlichen ebene Gelenkeinheiten (4) mit jeweils vier streifenförmigen und kammförmig angeordneten Gelenkelementen (4-1) umfasst, und jedes Gelenkelement (4- 1) ein proximales Biegeabschnittspaar (4-13), ein distales Biegeabschnittspaar (4-14) und zwei parallel zueinander und in Längserstreckungsrichtung des Gelenkelements verlaufende Versteifungsabschnitte (4-11) aufweist.
Anspruch 14. Parallelkinematische Positioniervorrichtung mit einer Führungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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