DE102020106815A1

DE102020106815A1 - Device for moving a component

Info

Publication number: DE102020106815A1
Application number: DE102020106815.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Reuter
Original assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Current assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2021-09-16

Abstract

Eine Vorrichtung zum Bewegen eines Bauteils in Z-Richtung umfasst einen auf einer Linearführung verfahrbaren Schlitten sowie einen Antrieb zur Bewegung des Schlittens. Zur Kompensation der auf den Schlitten wirkenden Schwerkraft ist eine Ausgleichseinrichtung vorgesehen. Bei abgeschaltetem Antrieb kann der Schlitten durch eine Bremseinrichtung blockiert werden.A device for moving a component in the Z direction comprises a slide that can be moved on a linear guide and a drive for moving the slide. A compensation device is provided to compensate for the force of gravity acting on the slide. When the drive is switched off, the slide can be blocked by a braking device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewegung eines Bauteils in Richtung und entgegen der Schwerkraft. Derartige Vorrichtungen sind als Z-Antrieb grundsätzlich bekannt.The invention relates to a device for moving a component in the direction of and against gravity. Such devices are known in principle as Z-drives.

Portal-Roboter werden üblicherweise aufgebaut, in dem die drei Achsen (X, Y, Z) übereinander bzw. aufeinander sitzen. Die Z-Achse (senkrechte Bewegung parallel zur Richtung der Schwerkraft) ist normalerweise stets die oberste auf X und Y. Dadurch wird die Masse, die gegen die Schwerkraft bewegt werden muss, minimal gehalten. Der Einfluss der Gewichtskraft erschwert die Regelung der Z-Position. Um die Last zu halten, werden teilweise Antriebe mit größerer Übersetzung eingesetzt, oder es werden Federn zum Balancieren dieser Kraft verwendet. Hohe Untersetzungen sind jedoch für die Dynamik nachteilig, Reibung stört bei jeder Regelung und eine Feder balanciert nur ein bestimmtes Gewicht auf einer Arbeitshöhe. Wird das Werkzeug gewechselt oder die Arbeitshöhe wechselt, dann ist diese Balance nicht angepasst.Portal robots are usually built in which the three axes (X, Y, Z) sit one above the other or on top of one another. The Z-axis (vertical movement parallel to the direction of gravity) is usually always the topmost on X and Y. This keeps the mass that has to be moved against gravity to a minimum. The influence of weight makes it difficult to control the Z position. In order to hold the load, drives with a larger gear ratio are sometimes used, or springs are used to balance this force. However, high reductions are disadvantageous for the dynamics, friction interferes with every regulation and a spring only balances a certain weight at a working height. If the tool is changed or the working height changes, this balance is not adjusted.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der vorstehend genannten Art zu schaffen, die eine hohe Dynamik aufweist und flexibel einsetzbar ist.It is the object of the present invention to create a device of the type mentioned above which has high dynamics and can be used flexibly.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.This problem is solved by the features of claim 1.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung einen auf einer Linearführung verfahrbaren Schlitten auf, der mit Hilfe eines Antriebs entlang der Linearführung bewegt werden kann. Weiterhin ist eine auf den Schlitten wirkende Ausgleichseinrichtung zur Kompensation der auf den Schlitten wirkenden Schwerkraft und eine Bremseinrichtung zur Blockierung des Schlittens bei abgeschaltetem Antrieb vorgesehen.According to the invention, the device has a slide which can be moved on a linear guide and which can be moved along the linear guide with the aid of a drive. Furthermore, a compensating device acting on the slide is provided to compensate for the force of gravity acting on the slide and a braking device is provided to block the slide when the drive is switched off.

Mit Hilfe der Ausgleichseinrichtung kann die auf den Schlitten wirkende Schwerkraft unabhängig davon kompensiert werden, welche Werkzeuge oder Geräte an dem Schlitten montiert sind. Die Ausgleichseinrichtung ist so ausgestaltet, dass diese die auf den Schlitten (und auf daran befestigte Geräte) wirkende Schwerkraft kompensiert. Wird ein an dem Schlitten befestigtes Gerät durch ein anderes mit unterschiedlichem Gewicht ausgetauscht, so kann dies von der Kompensationseinrichtung berücksichtigt werden, so dass nach wie vor die auf den Schlitten wirkende Schwerkraft durch eine entsprechende Gegenkraft kompensiert ist.With the aid of the compensation device, the force of gravity acting on the slide can be compensated regardless of which tools or devices are mounted on the slide. The compensation device is designed in such a way that it compensates for the force of gravity acting on the carriage (and on devices attached to it). If a device attached to the slide is replaced by another with a different weight, this can be taken into account by the compensation device so that the force of gravity acting on the slide is still compensated by a corresponding counterforce.

Da die Bremseinrichtung den Schlitten auch bei abgeschaltetem Antrieb blockiert, kann der Stromverbrauch des Antriebs gering gehalten werden. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass der Schlitten nicht unerwünscht nach unten fällt, falls ein Stromausfall oder dergleichen auftritt.Since the braking device blocks the slide even when the drive is switched off, the power consumption of the drive can be kept low. At the same time, it is ensured that the carriage does not fall down undesirably in the event of a power failure or the like.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous embodiments of the invention are described in the description, the drawing and the subclaims.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform kann die Bremseinrichtung in ihrer Ruhestellung eine Bremskraft ausüben. Somit muss die Bremseinrichtung aktiv gelöst werden, um den Schlitten bewegen zu können. Sollte aufgrund einer Störung die Aktivierung der Bremseinrichtung ausfallen, so kehrt diese in ihre Ruhestellung zurück und bremst den Schlitten.According to a first advantageous embodiment, the braking device can exert a braking force in its rest position. The braking device must therefore be actively released in order to be able to move the slide. If the activation of the braking device fails due to a malfunction, it returns to its rest position and brakes the slide.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Bremseinrichtung zumindest einen Piezoaktor aufweisen. Hierdurch lässt sich die Bremseinrichtung durch Beaufschlagung des Piezoaktors mit Spannung aktivieren. Es kann dabei vorteilhaft sein, wenn ein Piezoaktor eingesetzt wird, der bei Beaufschlagung mit Spannung eine Kippbewegung vollzieht. Derartige Aktoren wurden von der Anmelderin unter der Bezeichnung Torque-Block auf dem Markt eingeführt und erzeugen bei Beaufschlagung mit Spannung eine Verkippung bzw. Torsion des Piezoaktors, wodurch eine Bremskraft auf den Schlitten oder auf ein mit dem Schlitten verbundenes Bauteil ausgeübt werden kann.According to a further advantageous embodiment, the braking device can have at least one piezo actuator. This enables the braking device to be activated by applying voltage to the piezo actuator. It can be advantageous if a piezo actuator is used which, when applied with voltage, performs a tilting movement. Such actuators were introduced on the market by the applicant under the name torque block and, when applied with voltage, produce a tilting or torsion of the piezo actuator, whereby a braking force can be exerted on the slide or on a component connected to the slide.

Ein besonders effizienter Aufbau kann dadurch erreicht werden, dass zwei gegensinnig wirkende Piezo-Kippaktoren vorgesehen werden, die insbesondere jeweils eine Bremsbacke aufweisen. Hierdurch lässt sich sehr effektiv eine Bremskraft aufbringen, beispielsweise auf eine Antriebswelle des Antriebs des Schlittens oder auf eine separate Bremsstange oder dergleichen.A particularly efficient structure can be achieved in that two oppositely acting piezo tilt actuators are provided, which in particular each have a brake shoe. In this way, a braking force can be applied very effectively, for example on a drive shaft of the drive of the carriage or on a separate brake rod or the like.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Ausgleichseinrichtung eine Messeinrichtung aufweisen, die eine Höhenlage des Schlittens (relativ zu der Linearführung) detektiert. Auf diese Weise lässt sich sowohl die Z-Position des Schlittens wie auch eine Bewegungsrichtung des Schlittens (in oder entgegen der Schwerkraft) ermitteln.According to a further advantageous embodiment, the compensation device can have a measuring device which detects a height position of the slide (relative to the linear guide). In this way, both the Z position of the slide and a direction of movement of the slide (in or against gravity) can be determined.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die eingerichtet und ausgebildet ist, mit Hilfe der Bremseinrichtung und der Messeinrichtung einen zur Kompensation erforderlichen Steuerparameter zu ermitteln. Mit Hilfe der Steuereinrichtung kann beispielsweise ermittelt werden, ob nach Lösen der Bremseinrichtung bei stromlosem Antrieb eine Bewegung des Schlittens erfolgt. Sollte dies der Fall sein, kann die Kompensationseinrichtung aktiviert werden, um den Schlitten in einer gewünschten Nulllage zu halten. Hierzu kann beispielsweise ein Pneumatikzylinder vorgesehen werden, der von der Steuereinrichtung über einen Druckregler mit Druckluft beaufschlagt wird, wobei der ermittelte Steuerparameter den gewünschten Ausgleich der Gewichtskraft bewirkt.According to a further advantageous embodiment, a control device can be provided which is set up and designed to determine a control parameter required for compensation with the aid of the braking device and the measuring device. With the aid of the control device it can be determined, for example, whether the slide is moving after the braking device is released when the drive is de-energized. If this is the case, the compensation device can be activated, to keep the slide in a desired zero position. For this purpose, for example, a pneumatic cylinder can be provided to which compressed air is applied by the control device via a pressure regulator, the determined control parameter causing the desired compensation of the weight force.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Ausgleichseinrichtung einen Pneumatikzylinder umfassen, dessen Kolben über ein Verbindungsmittel mit dem Schlitten verbunden ist, wobei das Verbindungsmittel an dem Schlitten und/oder an dem Kolben gelenkig gelagert ist und insbesondere zumindest ein Kugelgelenk aufweist. Auf diese Weise können geringe Fehler in der Ausrichtung zwischen Pneumatikzylinder und Schlitten ausgeglichen werden, so dass die Bewegung des Schlittens entlang der Linearführung nicht beeinträchtigt wird.According to a further advantageous embodiment, the compensating device can comprise a pneumatic cylinder, the piston of which is connected to the slide via a connecting means, the connecting means being articulated on the slide and / or on the piston and in particular having at least one ball joint. In this way, minor errors in the alignment between the pneumatic cylinder and the slide can be compensated for, so that the movement of the slide along the linear guide is not impaired.

Nach einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln eines zum Ausgleich der Schwerkraft auf einen verfahrbaren Schlitten erforderlichen Steuerparameters mit einer Vorrichtung der vorbeschriebenen Art. Bei dem Verfahren kann zunächst bei ausgeschaltetem Antrieb die Bremseinrichtung aktiviert werden und der Pneumatikzylinder der Ausgleichseinrichtung mit einem Druck beaufschlagt werden. Anschließend wird die Bremseinrichtung gelöst und gegenüber der Messeinrichtung wird ermittelt, ob sich der Schlitten in oder entgegen der Richtung der Schwerkraft bewegt. Danach wird die Bremseinrichtung wieder aktiviert und der Pneumatikzylinder wird entweder mit einem etwas höheren oder mit einem etwas niedrigeren Druck beaufschlagt. Die vorstehend beschriebenen Schritte werden solange wiederholt, bis sich der Schlitten nach Lösen der Bremseinrichtung nicht mehr bewegt und der so ermittelte zuletzt aufgebrachte Druck wird als Steuerparameter für die Ausgleichseinrichtung verwendet.According to a further aspect, the present invention relates to a method for determining a control parameter required to compensate for the force of gravity on a movable slide using a device of the type described above be applied. The braking device is then released and it is determined in relation to the measuring device whether the slide is moving in or against the direction of gravity. The braking device is then activated again and the pneumatic cylinder is subjected to either a slightly higher or a slightly lower pressure. The steps described above are repeated until the slide no longer moves after the braking device has been released and the last applied pressure determined in this way is used as a control parameter for the compensating device.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine stark vereinfachte Schemaansicht einer Vorrichtung zur Bewegung eines Bauteils; und
2 ein Spannungs-Zeit-Diagramm bei der Ansteuerung der Bremseinrichtung.

The present invention is described below purely by way of example using an advantageous embodiment and with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 a greatly simplified schematic view of a device for moving a component; and
2 a voltage-time diagram for the control of the braking device.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Bewegung eines Bauteils in Richtung und entgegen der Schwerkraft (Z-Antrieb) weist die Ausgleichseinrichtung zum Balancieren eines Schlittens 14, der auf einer Linearführung 16 verfahrbar ist, einen Pneumatikzylinder 10 auf. Der Pneumatikzylinder 10 erzeugt eine Kraft, die entgegen der Schwerkraft g wirkt. Um die Kraft einzustellen, wird der Druck in dem Pneumatikzylinder 10 mit einem Druckregler 12 geregelt. Der Druckregler 12 ist an einen Vorlauf P und einen Rücklauf R angeschlossen und weist einen Mikrocontroller zur Regelung des Drucks auf, der dem Pneumatikzylinder 10 zugeführt wird. Ein besonders schneller Druckregler kann mit Piezoventilen realisiert werden. Der Druckregler 12 ist dabei so schnell, dass bei maximaler Fahrgeschwindigkeit des Schlittens 14 der Druck trotz des sich ändernden Volumens des Zylinders 10 schnell genug auf einen konstanten Wert geregelt werden kann. Der Pneumatikzylinder 10 muss nicht absolut dicht sein, da der Druckregler 12 den Druck kontinuierlich auf einen konstanten Sollwert regelt, der zuvor als Steuerungsparameter ermittelt worden ist. Dies ermöglicht es, den Kolben 18 des Pneumatikzylinders 10 ohne Dichtung mit enger Passung spaltgedichtet, luftgelagert und reibungsfrei zu führen.The in 1 The illustrated embodiment of a device for moving a component in the direction of and against gravity (Z-drive) has the compensating device for balancing a slide 14th standing on a linear guide 16 is movable, a pneumatic cylinder 10 on. The pneumatic cylinder 10 generates a force that acts against gravity g. To adjust the force, the pressure in the pneumatic cylinder 10 with a pressure regulator 12th regulated. The pressure regulator 12th is connected to a flow P and a return R and has a microcontroller for regulating the pressure of the pneumatic cylinder 10 is fed. A particularly fast pressure regulator can be implemented with piezo valves. The pressure regulator 12th is so fast that the sled can travel at maximum speed 14th the pressure despite the changing volume of the cylinder 10 can be regulated to a constant value quickly enough. The pneumatic cylinder 10 does not have to be absolutely tight, because the pressure regulator 12th continuously regulates the pressure to a constant target value that has been previously determined as a control parameter. This enables the piston 18th of the pneumatic cylinder 10 without a seal with a tight fit, gap-sealed, air-bearing and friction-free.

Zur Bewegung des Schlittens 14 entlang der Linearführung 16 in Z-Richtung dient ein Antrieb 20, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Elektromotor 22 aufweist, dessen Welle 24 über einen Riementrieb 28 mit einem Befestigungsflansch 26 verbunden ist, der wiederum an dem Schlitten 14 befestigt ist, und an dem ein Werkzeug oder ein anderes Gerät, beispielsweise eine Dosiereinrichtung oder ein Tastkopf, befestigt werden können.To move the slide 14th along the linear guide 16 A drive is used in the Z direction 20th , which in the illustrated embodiment is an electric motor 22nd has whose shaft 24 via a belt drive 28 with a mounting flange 26th is connected, which in turn is attached to the slide 14th is attached, and to which a tool or other device, for example a metering device or a probe head, can be attached.

Das Bezugszeichen 30 bezeichnet eine nur schematisch dargestellte Basis für die gesamte Vorrichtung, die mit einer weiteren Basis 32 verbunden ist, an der sich der Elektromotor 22 befindet. Ebenfalls verbunden mit der Basis 30 bzw. 32 ist eine Wegmesseinrichtung 34, mit der die jeweilige Position des Schlittens 14 in Z-Richtung detektierbar ist.The reference number 30th denotes a base, shown only schematically, for the entire device, with a further base 32 connected to the electric motor 22nd is located. Also connected to the base 30th respectively. 32 is a distance measuring device 34 with which the respective position of the slide 14th can be detected in the Z direction.

Zur Kompensation der auf den Schlitten 14 (und auf damit verbundene Geräte) wirkenden Schwerkraft ist der Kolben 18 des Pneumatikzylinders 10 über eine Kolbenstange 36 mit dem Schlitten 14 verbunden, wobei die Kolbenstange 36 an ihren beiden Enden jeweils über ein Kugelgelenk mit einerseits dem Kolben 18 und andererseits dem Schlitten 14 (über ein Verbindungselement 38) verbunden ist. Hierdurch können etwaige Justierungenauigkeiten oder thermische Veränderungen ausgeglichen werden.To compensate for the on the slide 14th The force of gravity acting on (and on related equipment) is the piston 18th of the pneumatic cylinder 10 via a piston rod 36 with the sledge 14th connected, the piston rod 36 at both ends via a ball joint with the piston on the one hand 18th and on the other hand the sledge 14th (via a connector 38 ) connected is. In this way, any adjustment inaccuracies or thermal changes can be compensated for.

Die Vorrichtung weist weiterhin eine Bremseinrichtung 40 auf, die an der Basis 32 befestigt ist und die auf die Welle 24 des Elektromotors 22 wirkt. Hierzu ist auf die Welle 24 ein Bremszylinder 42 aufgebracht, auf den zwei Bremsbacken 44 und 46 einwirken können. Die beiden Bremsbacken 44 und 46 sind jeweils am Ende eines Piezo-Kippaktors 48 und 50 befestigt. Die anderen Enden der beiden parallel ausgerichteten Piezoaktoren 48 und 50 sind jeweils an der Basis 32 befestigt, die hierdurch als Drehmomentstütze wirkt.The device also has a braking device 40 on that at the base 32 is attached and which is on the shaft 24 of the electric motor 22nd works. This is on the shaft 24 a brake cylinder 42 applied, on the two brake shoes 44 and 46 can act. The two brake shoes 44 and 46 are each at the end of a piezo tilt actuator 48 and 50 attached. The other ends of the two parallel aligned piezo actuators 48 and 50 are each at the base 32 attached, which thereby acts as a torque arm.

Beide Piezoaktoren 48 und 50 vollziehen bei Beaufschlagung mit Spannung eine Kippbewegung in Richtung des Bremszylinders 42, wodurch die Welle 24 und somit auch der Schlitten 14 gebremst werden können. Hierbei sind die Piezo-Kippaktoren 48 und 50 so ausgebildet und justiert, dass diese in ihrer (nicht mit Spannung beaufschlagten) Ruhestellung mittels der Bremsbacken 44 und 46 eine Bremskraft auf den Bremszylinder 42 ausüben.Both piezo actuators 48 and 50 perform a tilting movement in the direction of the brake cylinder when voltage is applied 42 causing the wave 24 and thus also the sled 14th can be braked. Here are the piezo tilt actuators 48 and 50 designed and adjusted so that they are in their (not subjected to tension) rest position by means of the brake shoes 44 and 46 a braking force on the brake cylinder 42 exercise.

Da der Antrieb 20 reibungsarm und gering untersetzt aufgebaut ist, kann die zu kompensierende Kraft über den Luftdruck des Pneumatikylinders mit der Wegmesseinrichtung 34 und einer nicht näher dargestellten Steuereinrichtung ermittelt werden. Da das System auch eine Bremse hat, um den Schlitten 14 in jeder Höhe parken zu können, kann auch diese zum Ermitteln des Druckes, der das Gewicht kompensiert, verwendet werden. Hierzu wird der Z-Schlitten 14 von dem Motor 22 in eine Position gebracht, in der gefahrlos die Höhe Z etwas geändert werden darf. Es wird dann ein mittlerer Druck - beispielsweise etwa 3 bar - angelegt und die Bremse wird langsam geöffnet. Sobald eine Bewegung zu erkennen ist, wird die Bremse wieder geschlossen. Bewegte sich der Schlitten 14 abwärts, wird der Druck um z.B. 1 bar erhöht. Stieg jedoch der Schlitten 14 auf, wird der Druck um 1 bar abgesenkt. Anschließend wird der Test wiederholt. Wechselt der Schlitten 14 die Richtung, wird der Test mit der Änderung um 0,5 bar fortgesetzt, dann mit 0,25 bar und mit 0,125 bar. Bei einer Abweichung von ca. 0.1 bar kann der so ermittelte Druckwert als Steuerungsparameter für den Druckregler 12 verwendet werden, um allein mittels der Druckregelung den Z-Schlitten 14 bei ausgeschaltetem Motor 22 und gelöster Bremse 40 in seiner Position zu halten. Eine Verschiebung des Schlittens 14 mit Hilfe des Antriebs 20 kann dadurch kraftfrei mit hoher Präzision und Dynamik erfolgenBecause the drive 20th is constructed with low friction and low gear reduction, the force to be compensated can be measured via the air pressure of the pneumatic cylinder with the displacement measuring device 34 and a control device, not shown in detail, can be determined. Because the system also has a brake on the slide 14th To be able to park at any height, this can also be used to determine the pressure that compensates for the weight. The Z slide is used for this 14th from the engine 22nd brought into a position in which it is safe to change the height Z slightly. A medium pressure - for example about 3 bar - is then applied and the brake is slowly released. As soon as a movement can be recognized, the brake is closed again. The sled moved 14th downwards, the pressure is increased by, for example, 1 bar. However, the sledge rose 14th on, the pressure is reduced by 1 bar. The test is then repeated. Changes the carriage 14th the direction, the test continues with a change of 0.5 bar, then 0.25 bar and 0.125 bar. In the event of a deviation of approx. 0.1 bar, the pressure value determined in this way can be used as a control parameter for the pressure regulator 12th can be used to control the Z slide by means of the pressure control alone 14th with the engine off 22nd and released brake 40 hold in place. A shift in the slide 14th with the help of the drive 20th can thus be carried out force-free with high precision and dynamics

Anschließend kann auch getestet werden, wie groß die Reibung ist. Dazu wird bestimmt, bei welchem Druckwert der Z-Schlitten 14 angehoben werden kann und bei welchem Druckwert dieser absinkt. Für den Betrieb wird dann ein Druckwert zwischen diesen beiden Messwerten verwendet.Then you can also test how great the friction is. For this purpose, it is determined at which pressure value the Z slide 14th can be raised and at what pressure value it falls. A pressure value between these two measured values is then used for operation.

Der Motor 22 ist so dimensioniert, dass dieser den Z-Schlitten 14 mit dem daran befestigten Gerät anheben kann. Die Bremse kann auf die Motorwelle, auf den Schlitten oder auf eine separate Bremsstange wirken und ist stark genug, um ohne Motorkraft oder Balancierung den Schlitten 14 in seiner Lage zu halten.The motor 22nd is dimensioned so that it supports the Z slide 14th can lift with the attached device. The brake can act on the motor shaft, on the slide or on a separate brake rod and is strong enough to operate the slide without motor power or balancing 14th to keep in its position.

Die Bremseinrichtung ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit Piezo-Kippaktoren (Torque-Blöcken) realisiert. Diese haben den Vorteil, dass sie temperaturkompensiert sind. Weiterhin besitzt jeder Kippaktor 48 und 50 zwei sich in Längsrichtung erstreckende piezoaktive Bereiche. Die Kippbewegung des Aktors entsteht dadurch, dass jeweils ein piezoaktiver Bereich mit Spannung beaufschlagt wird und der andere Bereich spannungsfrei bleibt. Zum Lösen bzw. Öffnen der Bremse wird die jeweils innen (zum Bremszylinder hin gerichtete) Seite mit Spannung beaufschlagt, so dass die Bremsbacken 44 und 46 durch Ausdehnung des mit Spannung beaufschlagten Teilbereichs von dem Bremszylinder 42 wegbewegt werden. Zum Bremsen wird die jeweils andere (äußere) piezoaktive Seite jedes Kippaktors 48 und 50 mit Spannung beaufschlagt, wodurch die Bremsbacken 44 und 46 gegen den Bremszylinder 42 gedrückt werden. Zur ErhöOhung der Bremskraft können die Bremsbeläge mit erhöhtem Reibkoeffizient vorgesehen sein.In the exemplary embodiment shown, the braking device is implemented with piezo tilt actuators (torque blocks). These have the advantage that they are temperature compensated. Furthermore, each has a tilt actuator 48 and 50 two longitudinally extending piezoactive areas. The tilting movement of the actuator results from the fact that voltage is applied to one piezo-active area and the other area remains free of tension. To release or open the brake, voltage is applied to the side facing the inside (towards the brake cylinder) so that the brake shoes 44 and 46 by expanding the tensioned part of the brake cylinder 42 be moved away. The other (outer) piezo-active side of each tilt actuator is used for braking 48 and 50 applied tension, causing the brake shoes 44 and 46 against the brake cylinder 42 be pressed. To increase the braking force, the brake linings can be provided with an increased coefficient of friction.

Die Ansteuerung der beiden Piezo-Kippaktoren ist in 2 skizziert. Hierbei ist der Spannungsverlauf des inneren piezoaktiven Bereichs mit I und der Spannungsverlauf des äußeren piezoaktiven Bereichs des gleichen Piezoaktors mit A bezeichnet. Vor dem Zeitpunkt t1 ist die Bremse gelöst, d.h. im offenen Zustand O. Hierzu ist der innere Bereich I jedoch nicht der äußere Bereich A mit Spannung beaufschlagt. Zum Zeitpunkt t1 wird umgepolt, so dass sich der äußere Bereich A ausdehnt und der innere Bereich I eine Längenverkürzung durchführt, was bewirkt, dass die Bremsbacken 44, 46 sehr schnell gegen den Bremszylinder 42 gedrückt werden und ein Bremsvorgang b beginnt. Während den Zeitpunkten t1 und t2 wird die Bremse gehalten, indem nur der äußere Bereich A mit Spannung beaufschlagt wird.The control of the two piezo tilt actuators is in 2 outlined. Here, the voltage curve of the inner piezoactive area is included I. and the voltage curve of the outer piezoactive area of the same piezo actuator A. designated. The brake is released before time t1, ie in the open state O. The inner area is for this purpose I. but not the outer area A. charged with voltage. At time t1, the polarity is reversed, so that the outer area A. expands and the inner area I. shortens the length, which causes the brake shoes 44 , 46 very quickly against the brake cylinder 42 are pressed and a braking process b begins. During times t1 and t2, the brake is held by only the outer range A. voltage is applied.

Wenn anschließend die Bremseinrichtung zum Zeitpunkt t2 stromlos gemacht wird, bedeutet dies nicht, dass sich die Welle 24 sofort drehen kann. Ganz im Gegenteil verharren die Piezoaktoren über einen längeren Zeitraum in ihrer Position und die aufgebrachten Ladungen bauen sich nur langsam über einen Zeitraum von vielen Stunden bis hin zu Tagen ab. Wenn sich die Ladungen bzw. die Spannungen in beiden piezoaktiven Bereichen zum Zeitpunkt t3 angeglichen haben, wird immer noch eine Bremskraft ausgeübt, da die Bremseinrichtung so justiert ist, dass auch in dieser spannungsfreien und stromlosen Ruhestellung noch eine Bremskraft auf den Bremszylinder 42 ausgeübt wird. Wenn die Bremse aktiv in einen offenen Zustand O überführt werden soll, muss der innere Bereich I mit Spannung beaufschlagt werden und der äußere Bereich A muss entladen werden, so dass sich die Bremse löst.If the braking device is subsequently de-energized at time t2, this does not mean that the shaft is moving 24 can turn immediately. On the contrary, the piezo actuators remain in their position for a longer period of time and the charges applied only slowly dissipate over a period of many hours or even days. When the charges or the voltages in both piezoactive areas have equalized at time t3, a braking force is still exerted because the braking device is adjusted so that a braking force is still applied to the brake cylinder in this tension-free and currentless rest position 42 is exercised. If the brake is to be actively transferred to an open state O, the inner area must I. are energized and the outer area A. must be discharged so that the brake is released.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass in 2 entlang der Zeitachse zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 eine Zeitdauer im Bereich von Millisekunden aufgetragen ist, wohingegen zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 eine Zeitdauer von vielen Stunden angenommen ist.It should be noted at this point that in 2 A time period in the range of milliseconds is plotted along the time axis between times t1 and t2, whereas a time period of many hours is assumed between times t2 and t3.

Wie 2 verdeutlicht, geht im spannungslosen Zustand des Systems die Ladung über längere Zeit verloren, sodass die Bremskraft langsam geringer wird, wobei aber auch bei ausgeglichener Ladung immer noch eine Bremswirkung vorhanden ist. Diese reduzierte Bremskraft reicht jedoch aus, um den nicht bewegten Z-Schlitten zu halten.As 2 clearly shows, when the system is de-energized, the charge is lost over a longer period of time, so that the braking force slowly decreases, although a braking effect is still present even when the charge is balanced. However, this reduced braking force is sufficient to hold the non-moving Z slide.

Claims

Device for moving a component in the direction of and against gravity, comprising: a slide (14) which can be moved on a linear guide (16), a drive (20) for moving the slide (14), a compensating device (14) acting on the slide (14) 10, 32, 34) to compensate for the force of gravity acting on the slide (14), and a braking device (40) to block the slide when the drive (20) is switched off.

Device according to Claim 1 , characterized in that the braking device (40) exerts a braking force in its rest position.

Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the braking device (40) has at least one piezo actuator (48, 50), in particular one which executes a tilting movement when a voltage is applied.

Device according to Claim 3 , characterized in that two oppositely acting piezo tilt actuators (48, 50) are provided which in particular each have a brake shoe (44, 46).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the compensation device has a measuring device (34) which detects a height position of the carriage (14).

Device according to Claim 5 , characterized in that a control device is provided which is set up to determine a control parameter required for compensation with the aid of the braking device (40) and the measuring device (34).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the compensating device comprises a pneumatic cylinder (10), the piston (18) of which is connected to the slide (14) via a connecting means (36), the connecting means (36) being attached to the slide ( 14) and / or is articulated on the piston (18) and in particular has at least one ball joint.

Method for determining a control parameter required to compensate for the force of gravity on a movable slide with a device according to Claim 6 , in which the compensating device has a pneumatic cylinder, comprising the following steps: a) activating the braking device, b) applying pressure to the pneumatic cylinder, c) releasing the braking device, d) determining a movement of the carriage with the aid of the measuring device, e) activating the Braking device, f) subjecting the pneumatic cylinder to a pressure that is different from the previously applied pressure, and g) repeating steps c) -f) until no movement of the slide is detected after releasing the braking device, and using the last pressure applied as a control parameter.

Procedure according to Claim 8 , characterized in that in step f) an increased or decreased pressure is applied depending on the direction of movement of the carriage.

Procedure according to Claim 8 or 9 , characterized in that the control parameter is used as a setpoint in a pressure regulator of the compensation device.