Schaeffler KG Industriestr. 1 - 3, 91074 Herzogenaurach

Bezeichnung der Erfindung

Linearantrieb

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb mit wenigstens einem Spreizband, welches mit einem ersten Ende mit einem Antriebsmittel in Form einer moto- risch angetriebenen Wickelspule und mit einem zweiten Ende mit einem Abtriebsmittel verbunden ist, wobei das Spreizband im aufgewickelten Zustand auf der Wickelspule flach und im abgewickelten Zustand zum übertragen von Zug und Druckkräften von der Wickelspule auf das Abtriebsmittel gewölbt ist, wobei eine Oberseite des Spreizbandes eine konvexe und eine Unterseite des Spreizbandes eine konkave Wölbung aufweist, sowie mit einer Positionserfassungseinrichtung zur Erfassung der Wegposition des Spreizbandes.

Hintergrund der Erfindung

Aus der DE 38 35 064 C1 ist ein Linearantrieb in Form eines Zugmitteltriebes bekannt, bei dem zur Ausübung von Zug- und Druckkräften ein Spreiz- band verwendet wird. Unter einem Spreizband versteht man ein in Querrichtung bombiertes Band, welches, wenn man es sich selbst überlässt, sich um eine seiner Längsachse parallele Achse wölbt beziehungsweise einrollt, so dass die Oberseite des Spreizbandes konvex und die Unterseite des Spreizbandes konkav gewölbt ist. Solche beispielsweise aus Metall oder Kunststoff hergestellten Bänder weisen infolge ihrer Wölbung eine beachtliche Druck- und Biegesteifigkeit auf, da sie anders als ein flaches Band auch schubsteif sind, wobei letzteres nur auf Zug belastet werden kann. Das Wirkprinzip von Spreizbändern ist seit langem aus dem Bereich aufrollbarer Maßbänder bekannt und es ist bereits vorgeschlagen worden, dieses Prinzip für Linearan- triebe und für Umschlingungstriebe zu nutzen.

So ist aus der DE 10 2005 052 059 A1 ein Linearantrieb zum öffnen und Schließen eines Garagentors bekannt, bei dem ein Spreizband über ein relativ kompliziert aufgebautes Getriebe Zug- oder Druckkräfte auf ein Garagen- tor ausübt. Eine Positionserfassungseinrichtung zur Erfassung der Wegposition des Spreizbandes ist bei diesem Linearantrieb nicht vorgesehen.

In der nicht vorveröffentlichten DE 10 2006 059 187 wird ein Linearfüh- rungsmodul mit einem auf einer Führungsschiene linearbeweglich gelagerten Führungswagen beschrieben, welcher durch ein Verbindungselement in Form eines Spreizbandes mit einem Antriebsmotor in Antriebsverbindung steht. Eine Positionserfassungseinrichtung zur Erfassung der Wegposition des Spreizbandes ist auch bei diesem Linearführungsmodul nicht vorgesehen, so dass diesbezüglich noch Raum für Verbesserungen besteht.

Aus der DE 10 2005 048 263 A1 ist schließlich ein gattungsgemäßer Linearantrieb bekannt, bei dem das Spreizband auf einen Aktor in Form eines pneumatischen Zylinders Druck- oder Zugkräfte ausübt. Eine Positionserfas- sungseinrichtung in Form eines elektrischen Inkrementalgebers erfasst die Rotation der Wickelspule und übergibt ein Positions- und/oder Geschwindigkeitssignal an eine Steuerung. Die Positionserfassungseinrichtung ist in die Wickelspule integriert und beispielsweise oberhalb des Antriebsmotors angeordnet bzw. bildet einen Bestandteil des Motors.

Es ist auch bekannt, zur Bestimmung der Position des mit dem Abtriebsmittel verbundenen Endes des Spreizbandes ortsfest installierte Induktivsensoren zu verwenden. Weiterhin ist bekannt, dass mittels eines Drehwinkelencoders an der angetriebenen Wickelspule über Messung des Drehwinkels der Wickelspule die ausgefahrene Länge des Spreizbandes und daraus ab- geleitet die Position des Endes des Spreizbandes bestimmt wird.

Nachteilig bei den bekannten Positionserfassungseinrichtungen für Linearantriebe mit Spreizbändern ist, dass die Messgenauigkeit von ortsfest angebrachten Sensoren, wie Induktivsensoren, vom Abstand zur Messstelle auf dem sich bewegenden Spreizband sowie von den Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Bauraum, Störfeldern oder anderen Faktoren abhängig ist. Bei einer Positionsbestimmung über Drehwinkelencoder in der Antriebseinheit bleiben dagegen Einflüsse wie Wärmedehnung, Durchbiegung, Schwingung des Bandes und andere Faktoren unberücksichtigt.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearantrieb zu schaffen, der die geschilderten Nachteile beseitigt. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, eine zuverlässige und exakt arbeitende Messeinrichtung zur

Erfassung der Position eines definierten Punktes auf dem Spreizband des

Linearantriebes zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen aus der DE 10 2006 059 187 bekannten Linearantrieb hinsichtlich der Erfassung der Position eines definierten Punktes auf dem Spreizband des Linearantriebes zu verbessern.

Beschreibung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe dadurch lösen lässt, dass das Spreizband selbst mit einer Signalgebereinrichtung versehen ist, welche mit einem Messsensor zusammenwirkt.

Die Erfindung geht gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs daher aus von einem Linearantrieb mit wenigstens einem Spreizband, welches mit ei- nem ersten Ende mit einem Antriebsmittel in Form einer motorisch angetriebenen Wickelspule und mit einem zweiten Ende mit einem Abtriebsmittel verbunden ist, wobei das Spreizband im aufgewickelten Zustand auf der Wickelspule flach und im abgewickelten Zustand zum übertragen von Zug- und Druckkräften von der Wickelspule auf das Abtriebsmittel gewölbt ist, wobei eine Oberseite des Spreizbandes eine konvexe und eine Unterseite des Spreizbandes eine konkave Wölbung aufweist, sowie mit einer Positi- onserfassungseinrichtung zur Erfassung der Wegposition des Spreizbandes. Außerdem ist vorgesehen, dass die Oberfläche des Spreizbandes mit wenigstens einer Signalgebereinrichtung der Positionserfassungseinrichtung versehen ist.

Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass die Position des Spreizbandes direkt und sehr genau erfasst werden kann. Eine direkte Positionsoder Wegerfassung des Spreizbandes beziehungsweise seiner Oberfläche bietet den Vorteil, dass negative Einflüsse und Messfehler so weit wie möglich ausgeschaltet werden können. Ferner lässt sich die erfindungsgemäße Ausgestaltung auf einfachste Weise realisieren und es lassen sich bereits

bestehende gattungsgemäße Linearantriebseinrichtungen auch mit dem erfindungsgemäßen System nachrüsten. Dabei können verschiedenste Arten von Signalgebereinrichtungen und der damit korrespondierenden Positi- onserfassungseinrichtungen realisiert werden. Besonders vorteilhaft ist es, ein aus der DE 10 2006 059 187 bekanntes Linearführungsmodul mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Spreizband auszurüsten, da die Wegpositionsbestimmung des mit dem zweiten Ende des erfindungsgemäß ausgestalteten Spreizbands verbundenen Führungswagen, welcher das Abtriebselement darstellt, noch präziser als bisher vorgenommen werden kann.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Signalgebereinrichtung als eine harmonische oder disharmonische Abfolge von in das Spreizband eingebrachten und dessen Topographie wellenartig verändernden Dellen in Form von Aussparungen, Löchern oder Kerben, jeweils mit kreisrunder, ovaler oder eckiger Grundform ist, welche entsprechend von einem beispielsweise optischen Sensor erfasst werden.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Löcher jeweils in den Zenit der Oberseite des gewölbten Spreizbandes eingebracht sind. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass die Kerben jeweils im seitlichen Rand des Spreizbandes eingeformt sind.

In anderen praktischen Weiterbildungen kann vorgesehen sein, dass die Signalgebereinrichtung als eine harmonische oder disharmonische Abfolge von auf das Spreizband aufgebrachten Skalenmarkierungen ausgebildet ist, welche eine von der Oberfläche des Spreizbandes abweichende Helligkeit aufweisen. Darunter ist zu verstehen, dass die Skalenmarkierungen für elektromagnetische Wellen ein anderes Rückstrahlvermögen aufweisen als ihre unmittelbare Umgebung.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Signalgebereinrichtung durch eine auf der Oberfläche des Spreizbandes aufgebrachte magnetisierbare Beschichtung in Form eines Magnetstreifens gebildet ist. Ein solcher Magnetstreifen kann beispielsweise aus einem flexiblen Kunststoffmaterial bestehen, welches eine magnetisierbare Beschichtung aufweist und auf die Oberfläche des Spreizbandes aufgeklebt oder auf derselben abgeschieden ist.

In einer besonders praktischen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Signalgebereinrichtung des Spreizbandes durch einen auf der Oberfläche des Spreizbandes aufgebrachtes streifenförmiges Sensorelement gebildet ist, welches mit einem Positionsmagneten am zweiten Ende des Spreizbandes und mit einem in der Wickelspule integrierten magnetorestriktiven Sensor zusammenwirkt, welcher die Laufzeit eines Signals des Positionsmagneten am zweiten Ende des Spreizbandes erfasst.

Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass die Positionser- fassungseinrichtung ein optischer Sensor ist. Diese Ausgestaltung lässt sich noch dadurch ergänzen, dass eine Lichtquelle im Bereich der Unterseite des Spreizbandes und der optische Sensor im Bereich der Oberseite des Spreizbandes angeordnet ist. In Umkehr diese Anordnungsverhältnisse kann aber auch vorgesehen sein, dass eine Lichtquelle im Bereich der Oberseite des Spreizbandes und der optische Sensor im Bereich der Unterseite des Spreizbandes angeordnet sind. Ferner lassen sich diese Ausgestaltungen der Erfin- düng noch dadurch ergänzen, dass der optische Sensor als ein Scanner-Laser ausgebildet ist.

Besonders vorteilhaft ist ebenso eine andere Variante der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung einen induktiv messenden Sensor aufweist.

Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass die Positionser- fassungseinrichtung eine kapazitive Messeinrichtung umfasst. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Spreizband mit einer Ultraschallsonde als Signalgebereinrichtung verbunden ist.

Besonders vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass das Abtriebselement des Linearantriebs ein Führungswagen gemäß der DE 102006059 187 ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden nachfolgend mehrere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäß ausgebilde- ten Linearantriebs näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht eines erstes Ausführungsbeispiels eines Linearantriebs gemäß der Erfindung von der Seite;

Figur 2 den Linearantrieb gemäß Figur 1 von oben gesehen;

Figur 3 das Spreizband des Linearantriebs gemäß den Figuren 1 und 2 im Querschnitt sowie mit zwei Positionserfassungseinrich- tungen;

Figur 4 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Linearantriebs gemäß der Erfindung von oben;

Figur 5 das Spreizband des Linearantriebs gemäß Figur 4 im Quer- schnitt und mit einer Positionserfassungseinrichtung;

Figur 6 eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Linearantriebs gemäß der Erfindung von oben;

Figur 7 das Spreizband des Linearantriebs gemäß Figur 6 im Querschnitt und mit einer Positionserfassungseinrichtung;

Figur 8 eine schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines Linearantriebs gemäß der Erfindung von der Seite gesehen;

Figur 9 den Linearantrieb gemäß Figur 8 von oben gezeigt;

Figur 10 das Spreizband des Linearantriebs der Figuren 8 und 9 im

Querschnitt sowie mit einer Positionserfassungseinrichtung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In den Figuren 1 bis 10 ist jeweils schematisch von der Seite, von oben oder im Querschnitt eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Linearantriebs 1 dargestellt, wobei für gleiche Bauteile die gleichen Bezugsziffern verwendet werden.

Der Linearantrieb 1 besteht im Wesentlichen aus einem Spreizband 2, welches mit einem ersten Ende 3 auf ein Antriebsmittel in Form einer motorisch angetriebenen Wickelspule 4 aufwickelbar und von dieser abwickelbar ist, und welches mit einem zweiten Ende 5 mit einem nicht dargestellten Ab- triebsmittel verbunden ist, welches durch das Spreizband 2 auf Zug oder auf Druck belastbar und betätigbar, beispielsweise auf Führungsschienen verfahrbar ist. Das erste Ende 3 des Spreizbandes 2 ist drehfest mit der Wickelspule 4 verbunden, wozu dieses erste Ende 3 des Spreizbandes 2 in einen Schlitz 6 in der Wickelspule 4 eingeführt und mit dieser kraftschlüssig verbunden ist.

Das Spreizband 2 ist im aufgewickelten Zustand flach und im abgewickelten Zustand zum übertragen von Zug- und Druckkräften von der Wickelspule 4 auf das Abtriebsmittel gewölbt, wobei eine Oberseite 7 des Spreizbandes 2 eine konvexe und eine Unterseite 8 des Spreizbandes 2 eine konkave Wöl- bung aufweist.

Zur Erfassung der Position des Spreizbandes 2 und damit des Abtriebsmittels, das vorzugsweise ein aus der DE 10 2006 059 187 bekannter Führungswagen ist, ist die Oberfläche 9 des Spreizbandes 2 mit wenigstens ei- ner Signalgebereinrichtung 10 versehen. Die Signalgebereinrichtung 10 wirkt jeweils mit einer jeweils nur angedeuteten Positionserfassungseinrichtung 11 zusammen, welche die Signale der Signalerfassungseinrichtung 10 erfasst und einer Steuerungseinrichtung, beispielsweise einer elektronischen Steuer- und Rechnereinheit, zuführt. Aus den von der Positionserfassungseinrich- tung 11 erfassten Signalen des Spreizbandes 2 wird die lineare Wegposition des Spreizbandes 2 bzw. des mit dem Abtriebsmittel versehenen Endes und damit des Abtriebsmittels erfasst sowie bestimmt, so dass im Bedarfsfall die Steuerungseinrichtung korrigierend einwirkt, indem die Wickelspule 4 durch einen nicht dargestellten Motor gedreht wird.

Die direkte Erfassung der Position des Spreizbandes 2 durch die auf der Oberfläche 9 des Spreizbandes 2 aufgebrachte Signalgebereinrichtung 10 lässt sich auf einfachste und genaueste Weise die jeweilige Position des zweiten Endes 5 des Spreizbandes 2 berechnen, so dass Störtaktoren, wie Winkeländerungen, Dehnungserscheinungen und dergleichen ausgeschaltet werden können.

In den Figuren 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Linearantriebs 1 dargestellt. Bei diesem weist die Oberfläche 9 des Spreizbandes 2 eine Abfolge von in das Spreizband 2 eingebrachten und dessen Topographie wellenartig verändernden Dellen 12 in Form von Löchern 13 und Kerben 14 auf, welche die Signalgebereinrichtung 10 bilden. Die Löcher

13 sind jeweils in den Zenit der gewölbten Oberseite 7 eingebracht und durchbrechen das Spreizband 2 jeweils. Die Kerben 14, von denen in Fig. 1 nur drei Kerben 14 dargestellt sind, sind im seitlichen Rand 15 des Spreizbandes 2 eingeformt, wobei die Kerben über die gesamte Länge des Spreizbandes 2 in den Rand 15 eingeformt sind. Die Abfolge der Kerben 14 bildet ein wellenartiges Muster.

Die Dellen 12 sind jeweils als harmonische Abfolge in das Spreizband 2 eingebracht. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, die Dellen 12 in dishar- monischer Abfolge anzuordnen. Ebenso ist es möglich, entweder nur Löcher 13 oder nur Kerben 14 in das Spreizband 2 einzubringen. Auch ihre Grundform kann von der dargestellten Konfiguration abweichen. Anstelle von kreisrunden Löchern lassen sich auch solche mit einer ovalen oder eckigen Grundform in das Spreizband 2 einformen.

Die Dellen 12 und ihre Lage werden jeweils durch die Positionserfassungs- einrichtung 11 erfasst. Bei dieser handelt es sich gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 um einen optischen Sensor 16, welcher Hell- / Dunkeländerungen des längs des Sensors 16 verfahrenden Spreizbandes 2 er- fasst. Um diese durch die Dellen 12 hervorgerufenen Helligkeitsveränderungen zu verstärken, ist eine nur angedeutete Lichtquelle 17 im Bereich der Unterseite 8 des Spreizbandes 2 angeordnet, wobei die Lichtquelle 17 durch die Löcher 13 Licht in Richtung zu dem optischen Sensor 16 strahlen lässt.

In den Figuren 4 und 5 ist eine zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Linearantriebs 1 von oben und im Querschnitt dargestellt, bei dem die Signalgebereinrichtung 10 des Spreizbandes 2 als eine axialen Abfolge von auf das Spreizband 2 aufgebrachten Skalenmarkierungen 18 ausgebildet ist, welche jeweils eine von der Oberfläche 9 des Spreizbandes 2 abweichende Helligkeit aufweisen. Bei diesen Skalenmarkierungen 18 handelt es sich um dunkle Striche 19, die ähnlich einem Strichcode wirken und entsprechend ausgebildet sein können, also durch eine Abfolge von

unterschiedlich breiten oder gleichbreiten Strichen 19, welche dem ebenfalls optischen Sensor 16 ein entsprechendes Signal liefern. Die unterschiedlichen Strichbreiten der Striche 19 bieten zudem die Möglichkeit, die aktuelle Bewegungsrichtung des Spreizbandes 2 zu ermitteln. Es ist auch möglich, die Skalenmarkierungen 18 als Punkte oder als andere Symbole auszugestalten. Der optische Sensor 16 kann ein handelsüblicher Scanner-Laser sein.

In den Figuren 6 und 7 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Linearantriebs 1 von oben und im Querschnitt dargestellt, bei dem die Signalgebereinrichtung 10 des Spreizbandes 2 durch eine auf der Oberfläche 9 des Spreizbandes 2 aufgebrachte magnetisierbare Beschichtung in Form eines aufgeklebten Magnetstreifens 20 gebildet ist. Die im magneti- sierbaren Magnetstreifen 20 enthaltenen Informationen können durch verschiedenartige Positionserfassungseinrichtungen 11 erfasst werden. Ange- deutet ist eine Positionserfassungseinrichtung 11 in Form eines an sich bekannten und nur angedeuteten Magnetstreifenlesegeräts 21.

In den Figuren 8 bis 10 ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Linearantriebs 1 von der Seite, von oben bzw. im Querschnitt dar- gestellt, bei dem die Signalgebereinrichtung 10 des Spreizbandes 2 durch einen auf der Oberfläche 9 des Spreizbandes 2 aufgebrachtes streifenförmiges Sensorelement 22 gebildet ist, welches mit einem Positionsmagneten 23 am zweiten Ende 5 des Spreizbandes 2 und mit einem in der Wickelspule 4 integrierten magnetorestriktiven Sensor 24 zusammenwirkt. Dieser magneto- restriktive Sensor 24 erfasst die Laufzeit eines Signals des Positionsmagneten 23 am zweiten Ende 5 des Spreizbandes 2. Das Sensorelement 22, das ebenfalls als magnetische Beschichtung ausgebildet sein kann, dient der Leitung magnetischer Wellen vom Positionsmagneten 23 zum magnetorestriktiven Sensor 24 in der Wickelspule 4.

Andere, nicht dargestellte Möglichkeiten zur Positionserfassung des Spreizbandes 2, welche aber ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegen, weisen einen induktiv messenden Sensor als Positionserfassungseinrichtung 11 auf. Hierbei wird die Oberflächenstruktur der Dellen 12 aus den Figuren 1 bis 3 durch einen entsprechenden, induktiv messenden Sensor abgetastet. Das resultierende Signal wird in eine Positionsangabe umgewandelt.

Ebenfalls möglich ist eine kapazitive Messung. Hierbei dient eine leitende Beschichtung auf der Oberfläche 9 des Spreizbandes 2 als Kondensatorflä- che, die zum Spreizband 2 isolierend aufgebracht wird. Die Umgebungsluft stellt dabei das Dielekrikum dar.

Ebenso kann das Prinzip der Sonographie genutzt werden. Hierbei wird am Spreizband 2 eine Ultraschallsonde angebracht bzw. mit diesem in Kontakt gebracht, deren Lage mit einem Positionsmesssystem einer Steuereinheit überwacht wird.

Des Weiteren kann das Prinzip der Widerstandsmessung genutzt werden. Dabei wird das Maß für die ausgezogene Spreizbandlänge L über den elekt- rischen Widerstand zwischen dem zweiten Ende 5 des Spreizbandes 2 und der leitfähigen Wickelspule 4 hergeleitet. Das Spreizband 2 weist nämlich einen spezifischen elektrischen Widerstand auf.

Das Spreizband 2 besteht bevorzugt aus einem Band aus Federstahl, wel- ches nach dem Abwickeln in seine gewölbte Form zurückgehrt. Es ist jedoch auch möglich, ein Spreizband 2 zu verwenden, welches aus Kunststoff besteht.

Bezugszahlenliste

1 Linearantrieb

2 Spreizband

3 Erstes Ende des Spreizbandes 2

4 Aufwickelspule

5 Zweites Ende des Spreizbandes 2

6 Schlitz

7 Oberseite des Spreizbandes 2

8 Unterseite des Spreizbandes 2

9 Oberfläche des Spreizbandes 2

10 Signalgebereinrichtung

11 Positionserfassungseinrichtung

12 Delle

13 Loch

14 Kerbe

15 Seitlicher Rand des Spreizbandes 2

16 Optischer Sensor

17 Lichtquelle

18 Skalenmarkierung

19 Strich

20 Magnetstreifen

21 Magnetstreifenlesegerät

22 Sensorelement

23 Positionsmagnet

24 Magnetorestriktiver Sensor