DE2550743C2 - Durch eine Gewindespindel gesteuerte Positioniervorrichtung - Google Patents

Description

Zahlreiche Positioniervorrichtungen zur linearen Verstellung -eines MauhinemJIs, Werkzeugs oder Werkstücks werden miileJs einer Gewindespindel betrieben, welche ein darauf gc'ührtes, mit dem zu verstellenden Teil verbundenes Mutterelement steuert. Im allgemeinen ist die Gewindespindel stationär drehbar gelagert und mit einem Antrieb gekoppelt, und die resultierenden Translationsbewegungen des Mutterelements verhalten sich proportional zur Drehung der Gewindespindel; der Drehwinkel des Antriebs bestimmt den Verstellweg.

Angestrebt wird bei derartigen Positioniervorricfltungen, je nach den im Einzelfall gestellten Anforderungen, ein trägheits- und reibungsarmes Arbeiten bei möglichst großer Spielfreiheit der Antriebsverbindung zwischen Gewindespindel und Mutterelement. Um dieses Ziel zu erreichen, hat man anstelle einfacher Gewindemuttern für das Mutterelement bereits Wälzlagerungen vorgesehen, wodurch die Gleitreibung zwischen der Spindel und dem geführten Mutterteil vermieden und duich die wesentlich geringere Rollreibung ersetzt wird. Diese Ausführung hat aber den Nachteil, daß sie aufwendig ist und zur Sicherung der Leichtgängigkeit ein gewisses Spiel zwischen den in Wirkverbindung stehenden Elementen in Kauf genommen werden muß.

Ein anderer bekannter Gewindespindelantrieb, wie er in der US-Patentschrift 35 33 298 beschrieben ist, weist ein Paar bezüglich der Achse der Gewindespindel in einem bestimmten Abstand voneinander angeordneter Mutterteile auf, die zur Ausschaltung des Spiels zwischen Spindel und Mutter durch Relativdrehung zueinander justiert werden können. Diese Konstruktion erfordert somit eine manuelle Justage, und im praktischen Betrieb treten zwangsläufig relativ hohe Reibungskräfte zwischen den zusammenwirkenden Bauteilen auf. die sich sowohl hinsichtlich der Einstellge nauigkeit als auch in bezug auf die erforderliche Antriebsenergie ungünstig auswirken. Auch hier würd.·, wollte man diese Nachteile vermeiden, der Ersatz uer Mutterelemente durch wälzgelagerte Mutterteile die Anordnung ganz erheblich verteuern, und außerdem wäre ungeachtet dessen eine regelmäßige manuelle Nachjustage erforderlich.

Weite·-hin ist ein in der DE-OS 19 49 049 beschriebener Spindeltrieb bekannt, bei dem zwei an einem

ίο Waagebalken angeordnete, als Mutterelement wirksame drehbare Rollen diametral in den Gewindegängen der Spindel anliegen und gleichzeitig gegeneinander elastisch gelagert sind, z. B. mittels der Kraft von Federn. Bei einer solchen Anordnung ist ein ständiger

i- gleichmäßiger und reibungsarmer Eingriff der Rollen in das Gewinde gewährleistet. Damit die Ausrichtung der Rollen zu den Gewindegängen entsprechend deren Steigung sichergestellt ist, sind die Rollen bei der bekannten Ausführung um eine auf der Gewindespindel-

2" achse senkrecht stehende Achse schwenkbar gelagert. Durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung wird die Aufgabe gelöst, einen Spindeltrieb der vorgenannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß bei vereinfachtem konstruktiven Aufbau und geringer

2^ri Masse durch Verringerung der Reibungskräfte eine höhere Feinfühligkeit und Anpassungsfähigkeit erreicht wird, so daß <i:e erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere auch für Präzisionsgeräte, wie in der Feinmechanik und Optik, eingesetzt werden kann und

i" dort hohe Genauigkeitsanforderungen bei der Positionierung von Geräteteilen zu erfüllen vermag.

Eine Anzahl vorteilhafter Ausbildungen der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung ist in den UnteranspriJchen enthalten.

i"> Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer durch eine Gewindespindel gesteuerter· Positioniervorrich-

■"> tung,

Fig.2 eine vergrößerte schaubildliche Darstellung der Gewinderollführungen und eines Abschnitts der Gewindespindel,

Fig. 3 eine Ansicht einer der Rollen und ihrer

■»'> Lagerung in der Richtung 3-3 der F i g. 2 in vergrößerter Darstellung,

F i g. 4 einen Längsschnitt in der Ebene 4-4 der F i g. 1 und

F i g. 5 einen horizontalen Schnitt in der Ebene 5-5 der

"><> F i g. 4.

Die in Fig. 1 dargestellte Positioniervorrichtung 10 enthält einen Träger 12 mit einem Paar Rahmenleilen 14, in denen sich Lager 16 zur Führung auf einer Führungsstange 18 befinden. Am entgegengesetzten

r> Ende des Trägers 12 sind an einem Halter 23 zwei Rollen 24 so gelagert, daß sie auf der Ober- und der Unterseiie einer weiteren, zur Führungsstange 18 parallel verlaufenden Führungsstange 26 abrollen. Die hierdurch bewirkte zusätzliche Führung des Trägers 12

M) verhindert jegliche Drehbewegung um die Achse der Führungsstange 18 im Verlauf der Positionierbewegungen.

Wie am deutlichsten aus Fig. 4 hervorgehl, isi der Halter 23 für die Rollen 24 mit einem Schlitz 25

h^ri versehen, durch den ein Arm 27 für eine der Rollen 24 gebildet wird. Für eine spielfreie Führung des Rollenpaares 24 auf der lührutigsstange 26 dient eine durch den Arm 27 hindurchgeführte, in den Halter 23

eingeschraubte Stellschraube 29.

Mit dem Träger 12 und den Rahmenteilen 14 am entgegengesetzten Ende des Trägers 12 sind Führungswände 28 verbunden, wie insbesondere aus den Fig,4 und 5 erkennbar ist, derart, daß die Führungswände 28 und die Rahmenteile 14 einen unten offenen Kasten bilden (F i g. 1). An der Außenseite jeder Führungswand 28 sind Abwinkelungen 30 vorgesehen, die paarweise als Lagerelemente für eine Gewinderollführung 32 dienen.

Parallel zur Führungsstange 18 ist unterhalb derselben eine Gewindespindel 34 angeordnet, die mit den Gewinderollführungen 32 in Eingriffsverbindung steht. Die schraubenförmige Nut 36 in der Umfangsfläche der Gewindespindel 34 kann entweder als aus einem Rundmaterial ausgefräste Nut oder mittels eines Stahlrohres gebildet sein. Die Gewindespindel 34 ist in (nicht dargestellten) Lagern geführt, und es ist ein (ebenfalls nicht gezeigter) Antrieb für die Drehbewegungen der Gewindespindel 34 vorgesehen.

Jede der Gewinderollführungen 32 besteht gem. Fig.2 aus einem L-förmigen Rollführungsträger, in welchem eine Rolle 41 so geführt ist, daß sie sich im Eingriff mit der schraubenförmigen Nut 36 in der Gewindespindel 34 befindet Zu diesem Zweck besteht jeder der Rollführungsträger aus einer Wange 40 mit einer Bohrung, durch die ein Stift 42 hindurchgesteckt ist. Die Stifte 42 ragen, wie F i g. 5 zeigt, außerdem durch entsprechende Bohrungen 43 in den Abwinkelungen 30 hindurch, so daß jede Gewinderollführung 32 auf diese Weise drehbar in der vom Träger 12, den Rahmenteilen 14 und den Führungswänden 28 gebildeten Anordnung geführt ist.

Am unteren Teil der Wangen 40 der Gewinderollführungen 32 sind Lagerringe 44 angebracht, in denen Laufringe 46 drehbar geführt sind (F i g. 2 und 3). Jede Rolle 41 hat somit in Drehrichtung zwei Freiheitsgrade bezüglich des Lagerringes 44, in dem die Rolle 41

einerseits um die Achse von Bolzen 48 drehbar gelagert ist, welche im Laufring 46 befestigt sind und Kugellager 50 und 52 tragen (Fig.3), und andererseits ist der Laufring 46 relativ zum Lagerring 44 drehbar.

Der Eingriff zwischen den Rollen 41 und den Nuten 36 der Gewindespindel 34 wird erreicht durch die Drehlagerung der Gewinderollführung 32 um die Stifte 42. Um einen ständigen spielfreien Eingriff in den Nuten 36 zu gewährleisten, sind im oberen Teil der Wangen 40 zwei Druckfedern 56 vorgesehen, weiche die oberen Bereiche der Wangen 40 auseinanderzudrücken suchen. Wie in den F i g. 2 und 4 gezeigt, dient ein Ansatz 58 am Träger 12 als Anschlag für die Druckfedern 56. Dadurch wird eine Zentrierung der Gewinderollführungen 32 in bezug auf den Träger 12 bewirkt. Da die Rollen 41, wie bereits erwähnt, bezüglich ihrer Drehrichtung und -einstellung in bezug auf die Gewinderollführungen 32 zwei Freiheitsgrade zu ihrer Einstellung aufweisen, können sie sich selbsttätig dem Winkel der Nuten 36 der Gewindespindel 34 anpassen.

Die durch die Druckfedern 56 üb*.;· die Rollen 41 auf die Gewindespindel 34 ausgeübten Kri-fte sind grundsätzlich hinsichtlich des Betrages gleich groß und in der gleichen Wirkungslinie entgegengesetzt gerichtet. Daher wird auf die Gewindespindel 34 in radialer bzw. tangei.iialer Richtung, d. h. in der Ebene rechtwinkelig zu ihrer Achse, keine Kraftresultierende wirksam.

Wie aus F i g. 1 weiterhin hervorgeht, befindet sich am Träger 12 ein Tragrahmen 60, an dem sich ein Werkstück 62 oder irgendein Gerät oder eine Vorrichtung, die längs der Gewindespindel 34 bewegt bzw. positioniert werden soll, befindet. Daher repräsentiert das Werkstück 62 lediglich irgendeine Anordnung beliebiger Art, die in Richtung parallel zur Gewindespindel 34 in unterschiedliche Positionen eingestellt werden soll.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Durch eine Gewindespindel gesteuerte Positioniervorrichtung, bei der zwei als Mutterelement wirksame drehbare Rollen unter Federkraft diametral in den Gärigen der Gewindespindel anliegen und ihrerseits um ihre radial zur Gewindespindel verlaufende Diametralachse drehbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (41) in je einer Gewinderollführung (32) gelagert sind, die jede aus einer um eine zur Gewindespindel (34) parallele Schwenkachse (Stifte 42) schwenkbar gelagerten Wange (40) bestehen, wobei auf der einen Seite der Schwenkachsen eine zwischen den beiden Wangen (40) wirksame Druckfeder (56) angeordnet ist und auf der anderen Seite der Schwenkachsen die Rollen (41) auf einer die Achse der Gewindespindel (34) schneidenden Bogenbahn liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wange (40) eine Druckfeder (56) zugeordnet ist. die sich gegen einen Ansatz (58) des zu positionierenden Teils (12,14,28,30) abstützt

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zu positionierende Trägerteil (12,14,28,30) auf zwei zur Gewindespindel (34) parallelen Führungsstangen (18, 26) geführt ist.