DE10055188A1 - Querkraftfreier Antrieb - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb von linear geführten Maschinenteilen, wie beispielsweise dem beweglichen Schlitten des Koordinatenmeßgerätes. Die Antriebsvorrichtung umfaßt eine motorisch betriebene Antriebseinheit (26), die beispielsweise als Bandantrieb ausgestaltet sein kann und eine Verbindungseinheit mit einem federnden Abschnitt (28), die die Vorschubbewegung der Antriebseinheit querkraftfrei auf das geführte Maschinenteil überträgt. Zur querkraftfreien Übertragung weist der federnde Abschnitt (28) wenigstens eine Blattfeder (18a, b; 19a, b) auf, deren Biegeachse (a¶F¶) parallel zur Antriebsrichtung (X) der Antriebseinheit (26) ausgerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb von linear geführten Maschinenteilen umfassend eine motorisch betriebene Antriebseinheit und eine Verbindungseinheit mit einem federnden Abschnitt, die die Vorschubbewegung der Antriebseinheit querkraftfrei auf das geführte Maschinenteil überträgt.

Eine derartige Antriebsvorrichtung ist beispielsweise aus unserer deutschen Offenlegungsschrift DE 38 33 577 A1 bekannt. Hierin ist die motorisch verstellbare Antriebseinheit als Spindelantrieb ausgebildet, wobei die Verbindungseinheit zur querkraftfreien Verbindung der Spindelmutter mit dem geführten Maschinenteil ein die Spindel umgebenes Rohr ist, das an wenigstens zwei axial beabstandeten Stellen mit Schlitzen versehen ist. Die Schlitze sind hierbei derart vorgesehen, daß die Wandung des Rohres an den beiden Stellen stark geschwächt ist und nur noch in Form von schmalen Stegen verbleibt. Hierdurch ist das Rohr an diesen Stellen elastisch verformbar, so daß das geführte Teil bezüglich Querkräften senkrecht zur Führungsrichtung durch entsprechende Verbiegung der Stege entkoppelt werden kann.

Obwohl die hierin gezeigte Antriebsvorrichtung in der Vergangenheit hervorragenden Dienste geleistet hat, werden zunehmend anstelle der relativ aufwendigen Spindelantriebe Bandantriebe verwendet. Eine Übertragung des Rohres auf einen Bandantrieb ist jedoch nicht mehr ohne weiteres möglich, da die aus der DE 38 33 577 A1 bekannte Lösung nur sehr geringe Querbewegungen zuläßt, so daß die relativ großen Querbewegungen bei Bandantrieben nicht mehr ausgeglichen werden können.

Hiervon ausgehend liegt deshalb unserer Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Antriebsvorrichtung mit einer Verbindungseinheit anzugeben, über die Antriebe mit größeren Querbewegungen, wie beispielsweise Bandantriebe, besonders geeignet querkraftfrei mit einem linear geführten Maschinenteil gekoppelt werden können.

Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst.

Die Besonderheit der Lösung ist hierbei darin zu sehen, daß der federnde Abschnitt der Verbindungseinheit wenigstens eine Blattfeder umfaßt, deren Biegeachse parallel zur Antriebsrichtung der Antriebseinheit ausgerichtet ist.

Unter dem Begriff Biegeachse soll hierbei diejenige Achse verstanden werden, um die die Blattfeder bei bestimmungsgemäßer Verbiegung des Federnden Abschnitts eine Rotation beschreibt.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Verbindungseinheit ist hierbei darin zu sehen, daß bei einem relativ einfachen Aufbau insbesondere große Querbewegungen der Antriebseinheit gegenüber dem geführten Maschinenteil problemlos ausgeglichen werden können.

Obwohl als Antriebseinheit prinzipiell unterschiedlichste Antriebe, wie beispielsweise Spindelantriebe, Reibradantriebe oder Zahnstangenantriebe in Betracht kommen, eignet sich die Verbindungseinheit in besonderer Weise für Bandantriebe, da gerade Bandantriebe quer zur Vorschubrichtung relativ große Bewegungen ausführen.

Auch beim linear geführten Maschinenteil kann es sich um unterschiedlichste Teile handeln. Beispielsweise kann es sich um den Schlitten eines Portal-Koordinatenmeßgerätes handeln, der entlang der den Meßtisch überspannenden Portal-Traverse verfahren werden kann oder um das Portal selber. Genauso gut könnte es sich jedoch auch um den horizontal verfahrbaren Ständer eines Ständermeßgerätes oder den hieran vertikal verfahrbaren Kreuzschieber handeln. Natürlich sind auch Schlitten von anderen Werkzeugmaschinen, wie beispielsweise Fräsmaschinen, denkbar.

Im einfachsten Fall umfaßt der federnde Abschnitt eine einzelne Blattfeder, deren erstes Ende fest mit der Antriebseinheit verbunden ist und deren zweites Ende fest mit dem linear geführten Maschinenteil verbunden ist. Da jedoch insbesondere bei Bandantrieben die Querbewegungen relativ groß sind, wird man den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Ende, an dem die Blattfeder mit dem Maschinenteil und der Antriebseinheit verbunden ist relativ groß wählen müssen; hierunter leidet jedoch die Steifigkeit, insbesondere die Torsionssteifigkeit des federnden Abschnitts. In einer erheblich verbesserten Variante umfaßt der federnde Abschnitt hierbei zwei Blattfedern, die über ein weitgehend starres Zwischenstück miteinander verbunden sind. Hierdurch kann die Torsionssteifigkeit des federnden Abschnitts erheblich verbessert werden. Die Blattfedern und das starre Zwischenstück können monolithisch aus einem Stück gefertigt sein.

Besonders geeignet wird man jedoch als federnden Abschnitt ein Blattfederparallelogramm verwenden, das aus zwei parallel angeordneten Einheiten besteht, die jeweils zwei Blattfedern umfassen die über ein starres Zwischenstück miteinander verbunden sind. Die Torsionssteifigkeit kann sogar zusätzlich noch erhöht werden, indem anstelle dieser Blattfedergelenke Kreuzfedergelenke mit sich kreuzenden Blattfedern verwendet werden.

Oftmals wir der Abstand der Ankoppelungspunkte der Verbindungseinheit am Maschinenteil und an der Antriebseinheit nicht so sein, daß der federnde Abschnitt genau dazwischen paßt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die erfindungsgemäße Verbindungseinheit in bereits bestehende Konstruktionen von beispielsweise Koordinatenmeßgeräten integriert werden soll. Um dieses Problem zu beheben, kann die Verbindungseinheit ferner Bauteile umfassen, über die die Antriebseinheit mit dem einen ersten Ende des federnden Abschnitts starr gekoppelt ist und das geführte Maschinenteil mit dem zweiten Ende des federnden Abschnitts starr gekoppelt ist, wobei die Bauteile derart ausgestaltet sind, daß die Projektion des Ankoppelungspunktes am Antrieb und/oder am geführten Maschinenteil auf die Verbindungslinie zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des federnden Abschnitts nicht mit dem ersten oder dem zweiten Ende des federnden Abschnitts zusammenfällt.

Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Hierin zeigen:

Fig. 1 ein Koordinatenmeßgerät;

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Traverse des Portals (2) des Koordinatenmeßgerätes gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Ausschnitt eines Schnittes durch den X-Schlitten (3) und die Traverse des Portals (2) gemäß Fig. 2 entlang der Linie III-III

Fig. 4 einen Schnitt durch die Platte 13 gemäß Fig. 3 entlang der Linie IV-IV

Fig. 1 zeigt rein beispielhaft ein Koordinatenmeßgerät vom sogenannten Portaltyp, in dem die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung, wie weiter unten ausgeführt, eingebaut ist. Das Koordinatenmeßgerät weist einen Meßtisch (1) auf, auf dem das zu vermessende Werkstück (7) gelagert ist und auf dem auch das Portal (2) in der mit dem Pfeil (Y) bezeichneten Richtung verfahrbar geführt ist. Auf der den Meßtisch (1) überspannenden Traverse des Portals (2) ist wiederum der sogenannte X-Schlitten (3) in der mit dem Pfeil (X) bezeichneten Richtung beweglich geführt, wobei wiederum am X-Schlitten (3) die Pinole (4) in der mit dem Pfeil (Z) bezeichneten Richtung beweglich geführt ist. Am unteren Ende der Pinole (4) befindet sich ein Tastkopf (5) an dessen unteren Ende ein Taststift (6) befestigt ist. Die Position des Tastkopfes (5) in den Koordinatenrichtungen (X, Y, Z) kann über optisch ablesbare Maßstäbe (8a, 8b, 8c) ermittelt werden; außerdem wird die Auslenkung des Taststiftes (6) gegenüber dem Tastkopfgehäuse (5) in den Koordinatenrichtungen (X, Y, Z) durch entsprechende Sensoren gemessen und komponentenrichtig mit den gemessen Meßwerten der Maßstäbe (8a, 8b, 8c) verrechnet und als Meßwert dargestellt. Die Bewegung des Portals (2), des Schlittens (3) und der Pinole (4) erfolgt über entsprechende Antriebe. Zur Ansteuerung dieser Antriebe und zur Auswertung der Meßergebnisse ist eine Steuerung (10) und ein Auswerterechner (9) vorgesehen. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung, die in dem in Fig. 1 dargestellten Koordinatenmeßgerät zum Antrieb des X-Schlittens (3) vorgesehen ist, ist nunmehr in Fig. 2 dargestellt, die eine Aufsicht auf das Portal (2) zeigt. Wie hierin zu sehen ist, ist der X-Schlitten (3) auf einer Führung (17) in der mit dem Pfeil (X) bezeichneten Richtung beweglich geführt; zum Antrieb ist ein Elektromotor (25) vorgesehen, der eine Walze (16) antreibt. Die Rotationsbewegung der Walze (16) wird auf ein umlaufendes Band (14) übertragen, das am anderen Ende über eine Rolle (15) ebenfalls drehbeweglich gelagert ist. Das Band (14) ist hierbei über eine Verbindungseinheit (27) mit dem X-Schlitten (3) in erfindungsgemäßer Weise verbunden, wie wir dies weiter unten im Detail anhand der Fig. 3 und 4 erläutern werden.

Fig. 3 zeigt hierbei einen Ausschnitt eines Schnittes durch das Portal (2) und den X-Schlitten (3) nach Fig. 2 entlang der Linie III-III. Wie hieraus zu sehen ist, umfaßt der Schlitten (3) ein U- förmiges Profil (24), das über Luftlager (23) auf der Führung (17) beweglich gelagert ist. Die Verbindungseinheit (27), die den oberen Teil des Bandes (14) mit dem X-Schlitten (3) verbindet, weist hierbei eine Platte (13) auf, an der ein Winkel (12) starr befestigt ist. Außerdem umfaßt die Verbindungseinheit (27) zwei Metallplatten (20) und (22) die über Schrauben an dem oberen Teil des umlaufenden Bandes (14) fixiert sind. Damit die Koppelung in Antriebsrichtung (X), die in Fig. 3 senkrecht zur Zeichenebene steht, starr ist und andererseits Bewegungen des Bandes (14) quer zur Antriebsrichtung, daß heißt also in der mit dem Pfeil (Y) bezeichneten Richtung, ausgeglichen werden können, ist ein federnder Abschnitt (28) vorgesehen. Der federnde Abschnitt (28) ist in diesem Ausführungsbeispiel als Blattfederparallelogramm aufgebaut, welches zwei Baugruppen umfaßt die jeweils aus Blattfedern (18a) und (18b) bzw. (19a) und (19b) bestehen, die über starre Verbindungsteile (29a) bzw (29b) miteinander verbunden sind. Wie aus der Fig. 4 nachfolgend zu sehen, die ausschnittsweise einen Schnitt durch die Platte (13) gemäß Fig. 3 entlang der Linie IV-IV zeigt, sind hierbei die Biegeachsen (a_F) der Blattfedern (19a) und (19b) parallel zur Antriebsrichtung gemäß dem Pfeil (X) ausgerichtet.

Wie bereits oben ausgeführt, passen die Ankoppelpunkte (a_B) und (a_M), an denen die Verbindungseinheit (27) an der Antriebseinheit (26) und dem geführten Maschinenteil befestigt sind, oftmals nicht exakt mit der Länge des federnden Abschnitts (28) zusammen. Dies wird in der hier dargestellten Ausführungsvariante dadurch gelöst, daß - siehe auch Fig. 3 - die Enden des federnden Abschnitts (28) über den Winkel (12) mit der Platte (13) verbunden sind, die am X-Schlitten (3) befestigt ist. Hierdurch ergibt sich, daß die Projektion des Ankoppelpunktes (a_M) am X-Schlitten (3) auf die Verbindungslinie zwischen den Enden (E1, E2) des federnden Abschnitts (28) deutlich nicht mit den Enden (E1, E2) des federnden Abschnitts (28) zusammenfällt. Vielmehr liegt die besagte Projektion zwischen den Enden (E1 und E2) des federnden Abschnitts (28).

Claims (5)

1. Antriebsvorrichtung zum Antrieb von linear geführten Maschinenteilen (3) umfassend eine motorisch betriebene Antriebseinheit (26) und eine Verbindungseinheit (27) mit einem federnden Abschnitt (28), die die Vorschubbewegung der Antriebseinheit querkraftfrei auf das geführte Maschinenteil (3) überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde Abschnitt (28) wenigstens eine Blattfeder (18a, b; 19a, b) umfaßt, deren Biegeachse (aF) parallel zur Antriebsrichtung (IX) der Antriebseinheit (26) ausgerichtet ist.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (26) ein Bandantrieb ist.

3. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde Abschnitt (28) als Blattfederparallelogramm ausgeführt ist.

4. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinheit ferner Verbindungsteile (20, 22 und 12, 13) umfaßt, über die die Antriebseinheit mit einem ersten Ende (E1) des federnden Bauteils (28) starr gekoppelt ist und das geführte Maschinenteil (3) mit dem zweiten Ende (E2) des federnden Bauteils (28) starr gekoppelt ist, wobei die Bauteile derart ausgestaltet sind, daß die Projektion des Ankoppelungspunktes am Antrieb (a_B) und/oder am geführten Maschinenteil (a_M) auf die Verbindungslinie zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (E1, E2) des federnden Bauteils (28) nicht mit dem ersten oder dem zweiten Ende (E1, E2) des federnden Abschnitts (28) zusammenfällt.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Projektion des Ankoppelungspunktes am Maschinenteil und/oder an der Antriebseinheit auf die Verbindungslinie zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (E1, E2) des federnden Abschnitts zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (E1, E2) liegt.