DE10339813A1

DE10339813A1 - Antriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE10339813A1
Application number: DE10339813A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Dr.-Ing. Timtner
Original assignee: Ringspann GmbH
Current assignee: Ringspann GmbH
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-03-24
Also published as: JP2005069489A; US20050044973A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb eines zumindest annähernd geradlinig verfahrbaren Maschinenelementes (2), insbesondere eines Schlittens, Werkzeughalters oder dergleichen, mittels eines Schraubgetriebes, insbesondere einer Gewindespindel/Mutter-Kombination (3, 4) unter Zwischenschaltung eines kardan-ähnlichen Gelenkes (5) mit zumindest zwei Gelenkhälften (5a, 5b). Wesentlich dabei ist, dass die Gelenkhälften (5a, 5b) zur exakten Positionierung des Maschinenelementes (2) durch mehrere in Umfangsrichtung elastische, in Verfahrrichtung des Maschinenelementes hingegen steife Verbindungsglieder (25a, 25b) miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb eines zumindest annährend geradlinig verfahrbaren Maschinenelementes, insbesondere eines Schlittens, Werkzeughalters oder dergleichen mittels eines Schraubgetriebes, insbesondere einer Gewindespindel/Mutter-Kombination unter Zwischenschaltung eines kardanähnlichen Gelenkes mit zumindest zwei Gelenkhälften.
Bei derartigen Antriebsvorrichtungen wird eine Gewindespindel oder deren Mutter in Rotation versetzt, so dass das nicht rotierende Teil eine Axialverschiebung erfährt, die auf das Maschinenelement übertragen wird. Zum Ausgleich eventueller Winkelfehler und/oder Fluchtungsdifferenzen zwischen der Verfahrrichtung des Maschinenelementes einerseits und der Achse der Gewindespindel/Mutter-Kombination andererseits ist es bekannt, den Kraftfluss zwischen den genannten Teilen durch ein oder zwei Kardangelenke hindurchzuleiten.
Bei bestimmten Anwendungsfällen besteht jedoch das Bedürfnis, eine sehr exakte Zuordnung zwischen der Drehstellung der Gewindespindel/Mutter-Kombination und der entsprechenden Position des geradlinig verfahrbaren Maschinenelementes zu gewährleisten. Eine definierte Verdrehung an der Gewindespindel/Mutter-Kombination soll also einen exakt reproduzierbaren Verfahrweg am Maschinenelement erzeugen.
Zu diesem Zweck ist es bereits bekannt, Kugelumlauf-Spindeln einzusetzen, die spielfrei arbeiten. Eine gewisse Ungenauigkeit resultiert aber noch aus den Kardangelenken, weil hier vier Gelenkpunkte vorhanden sind, die jeweils ein gewisses Spiel verursachen.
Hiervon ausgehend liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, den bekannten Antrieb dahingehend zu verbessern, dass die Position des verfahrbaren Maschinenelementes exakter als bisher anzufahren ist, unabhängig davon, ob zwischen dem Maschinenelement und seinem Antrieb Winkel- und/oder Fluchtungsdifferenzen auszugleichen sind. Außerdem soll sich die erfindungsgemäße Lösung durch zuverlässigen und kostengünstigen Aufbau auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die genannten Gelenkhälften durch mehrere in Umfangsrichtung elastische, in Verfahrrichtung des Maschinenelementes hingegen steife Verbindungsglieder miteinander verbunden sind.
Die bisher notwendigen vier Gelenkpunkte des Kardangelenks werden also erfindungsgemäß durch einstückig an beiden Enden angeformte Verbindungsglieder ersetzt, so dass eine absolut spielfreie Kraftübertragung gewährleistet ist. Der gewünschte Ausgleich von Ausrichtfehlern, Montageungenauigkeiten oder dergleichen wird dadurch erreicht, dass diese Verbindungsglieder in Umfangsrichtung elastisch, in Verfahrrichtung des Maschinenelements hingegen steif sind. Dadurch können sowohl winklige wie auch radiale Verlagerungen kompensiert werden, das heißt, dass ein erfindungsgemäßes Gelenk zwei hintereinander geschaltete Kardangelenke ersetzen kann.
Grundsätzlich können die Verbindungsglieder weitgehend beliebige Form und Ausrichtung haben. Besonders günstig ist es aber, wenn sich die Verbindungsglieder in Verfahrrichtung des Maschinenelementes erstrecken, weil dann maximale Steifheit in dieser Richtung gegeben ist.
Die Verbindungsglieder sind vorzugsweise an einen Zwischenring derart in Umfangsrichtung aufeinander folgend angeordnet, dass sie jeweils abwechselnd mit der einen beziehungsweise der anderen Gelenkhälfte verbunden sind. Die Zahl der Verbindungsglieder ist an sich beliebig. Optimal werden vier Gruppen von Verbindungsgliedern vorgesehen, die jeweils um 90 Grad versetzt über den Umfang verteilt sind, entsprechend den vier Anlenkpunkten eines Kardangelenkes.
Für die konstruktive Gestaltung der Verbindungsglieder bieten sich dem Fachmann verschiedene Möglichkeiten. Gemäß einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung werden die Verbindungsglieder und vorzugsweise auch die Gelenkhälften durch Schlitzung eines Hohlzylinders gebildet. Zugleich kann diese Schlitzung dazu verwendet werden, den Freiraum zwischen den zueinander beweglichen Gelenkhälften so zu bemessen, dass ein Anschlag gegenüber unzulässig hoher Verformung der Verbindungsglieder geschaffen wird. Dies wird aus der späteren Beschreibung eines Ausführungsbeispieles verdeutlicht.
Des Weiteren können die Schlitze zumindest teilweise mit einer Dämpfungsmasse gefüllt werden. Dadurch lassen sich Resonanzerscheinungen vermeiden und eventuell störende Eigenfrequenzen in den unkritischen Bereich verschieben.
Eine besonders günstige Anwendung der Erfindung ist ihr Einsatz bei der Vermessung eines Werkstückes, das auf einem verfahrbaren Schlitten gelagert ist, dessen Antrieb über eine Kugelrollspindel erfolgt.
Grundsätzlich spielt es keine Rolle, ob die Gewindespindel oder die Gewindemutter die Verdrehung beziehungsweise die Axialverschiebung durchführt. Für die zuvor beschriebene Verwendung für die Werkstück-Vermessung hat es sich aber als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn die Gewindespindel an beiden Enden axial ortsfest, aber drehbar gelagert ist, während die Spindelmutter über die elastisch verbundenen Gelenkhälften mit dem verfahrbaren Maschinenelement verbunden ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung und aus der Zeichnung selbst, dabei zeigt;
1 eine Draufsicht auf einen Tisch-Antrieb mit dem erfindungsgemäßen elastischen Gelenk;
2 eine Schrägansicht des elastischen Gelenkes;
3 einen Axialschnitt durch das Gelenk;
4 eine Seitenansicht einer alternativen Bauform.
In 1 erkennt man ein Grundgestell 1, das in Längsrichtung zwei parallele Schienen 1a und 1b aufweist. Auf diesen Schienen ist ein Maschinenelement in Form eines Tisches 2 verschiebbar geführt. Der Antrieb des Tisches 2 erfolgt über eine Gewindespindel 3, die an ihren beiden Enden verdrehbar, aber axial unverschiebbar an dem Grundgestell 1 gelagert und durch einen Motor 7 in Drehung versetzt werden kann. Sie steht in Eingriff mit einer Spindelmutter 4, die ihrerseits undrehbar mit dem Tisch 2 verbunden ist. Die Verbindung der Spindelmutter 4 mit dem Tisch 2 erfolgt über das erfindungsgemäße elastische Gelenk 5, das über ein Befestigungsteil, etwa ein Lager 6 mit dem Tisch 2 verbunden ist.
Der Tisch 2 dient zur Feinpositionierung eines auf ihm montierten, nicht dargestellten Gegenstandes, der zum Beispiel an unterschiedliche Werkzeuge oder Messfühler herangefahren werden soll.
Die 2 und 3 zeigen das elastische Gelenk in vergrößerter Darstellung. Man erkennt, dass es aus zwei gleichartigen Gelenkhälften 5a und 5b besteht. Jede Gelenkhälfte weist einen ringförmigen Anschlussflansch 15a bzw. 15b auf, an dem die Spindelmutter 4 beziehungsweise das Lager 6 montiert werden. Von jedem Anschlussflansch aus erstrecken sich jeweils axial in Richtung zum gegenüberliegenden Anschlussflansch mehrere – vorzugsweise zwei um 180 Grad versetzte – Verbindungsglieder 25a bzw. 25b. Diese Verbindungsglieder sind als in Axialrichtung steife, in Umfangsrichtung hingegen nachgiebige Biegebalken ausgebildet und münden jeweils in einen gemeinsamen Zwischenring 35. Dadurch, dass die Verbindungsglieder 25a und 25b jeweils um 90 Grad über den Umfang versetzt angeordnet und entgegengesetzten Anschlussflanschen zugeordnet sind, können sich die Anschlussflansche 15a und 15b aus ihrer in unbelasteten Zustand parallelen Stellung unter Belastung in beliebige Richtungen abwinkeln. Man erhält also die Funktion zweier Kardangelenke, jedoch unter Eliminierung jeglichen Spieles zwischen den Gelenkhälften.
Die Verbindungsglieder 25a und 25b wie auch der Zwischenring 35 und die Anschlussflansche 15a und 15b werden zweckmäßig aus einem einzigen Teil hergestellt, indem der Zwischenring 35 durch in Umfangsrichtung laufende Schlitze 36 und 37 lokal von seinen beiden Anschlussflanschen getrennt und die Verbindungsglieder 25a und 25b durch überwiegend axial verlaufende Aussparungen 26 und 27 in dem Ringkörper freigelegt werden. Man erhält dadurch einen kostengünstigen und kompakten Aufbau des kompletten Gelenkes. Insbesondere bleibt sein Innenraum frei, so dass das Gelenk von der Gewindespindel 3 axial durchquert werden kann.
Die 4 und 5 zeigen im Prinzip das gleiche Gelenk, jedoch ergänzt durch Federelemente 40 und 41, die den Zwischenring 35 unter Überquerung des Schlitzes 36 bzw. 37 mit dem Anschlussflansch 15a bzw. 15b verbinden. Die Federelemente 40 sind in Umfangsrichtung jeweils zwischen den Verbindungsgliedern 25a, die Federelemente 41 jeweils zwischen den Verbindungsgliedern 25b angeordnet. Diese Federelemente sind durch eine in Umfangsrichtung laufende Wellung axial und radial nachgiebig, in Umfangsrichtung jedoch steif. Sie sind formschlüssig und spielfrei in passende Aussparungen des Anschlussflansches und des Zwischenringes montiert und bewirken, dass das erfindungsgemäße Gelenk zwar immer noch gut Winkel- und Radialabweichungen kompensieren kann, dabei aber in Umfangsrichtung steif bleibt, also eine hohe Drehsteifigkeit aufweist. Die Zuordnung zwischen dem Drehwinkel der Gewindespindel 3 und dem linearen Stellweg des Schlittens 2 wird dadurch nochmals verbessert.

Claims

Vorrichtung zum Antrieb eines zumindest annähernd geradlinig verfahrbaren Maschinenelementes (2), insbesondere eines Schlittens, Werkzeughalters oder dergleichen, mittels eines Schraubgetriebes, insbesondere einer Gewindespindel/Mutter-Kombination (3, 4) unter Zwischenschaltung eines kardan-ähnlichen Gelenkes (5) mit zumindest zwei Gelenkhälften (5a, 5b), dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkhälften (5a, 5b) zur exakten Positionierung des Maschinenelementes (2) durch mehrere in Umfangsrichtung elastische, in Verfahrrichtung des Maschinenelementes hingegen steife Verbindungsglieder (25a, 25b) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verbindungsglieder (25a, 25b) in Verfahrrichtung des Maschinenelementes (2) erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verbindungsglieder in Umfangsrichtung aufeinander folgend angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Verbindungsglieder oder Gruppen von Verbindungsgliedern (25a, 25b) abwechselnd mit der einen beziehungsweise mit der anderen Gelenkhälfte (5a, 5b) verbunden sind und in einen gemeinsamen Zwischenring (35) münden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vier um 90 Grad über den Umfang versetzte Verbindungsglieder oder Gruppen von Verbindungsgliedern (25a, 25b) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsglieder (25a, 25b) und vorzugsweise auch der Zwischenring (35) und die Anschlussflansche (15a, 15b) durch Schlitzung eines Hohlzylinders gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze des Hohlzylinders zumindest teilweise mit einer Dämpfungsmasse gefüllt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkhälften (5a, 5b) zusätzlich durch in Umfangsrichtung steife, in Axial- und Radialrichtung nachgiebige Federelemente (40, 41) mit dem Zwischenring (35) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (3) an beiden Enden axial ortsfest, aber drehbar gelagert ist, während die Spindelmutter (4) über die elastisch verbundenen Gelenkhälften (5a, 5b) an das verfahrbare Maschinenelement (2) angeschlossen ist.