DE3143092C2

DE3143092C2 - Führungsteil zur gleichachsigen Führung zweier Elemente zur Verstellung auf verschiedene Abstände

Info

Publication number: DE3143092C2
Application number: DE3143092A
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing.(Grad.) 2300 Kiel Andres; Karl-Heinz Ing.(grad.) 2301 Strande Fichtner; Hartmut Dipl.-Ing. 2300 Kiel Karnick; Norbert 2301 Moenkeberg Schneider
Original assignee: Anschuetz and Co GmbH
Current assignee: Raytheon Anschuetz GmbH
Priority date: 1981-10-30
Filing date: 1981-10-30
Publication date: 1985-03-07
Also published as: DE3143092A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Körper zur gleichachsigen Führung zweier Elemente zur Verstellung auf verschiedene Abstände, z.B. zylindrische Körper von verstellbarer Länge. Damit die Elemente gegenüber Torsion um ihre Längsachse, gegen Querverschiebung und gegen Kippen um eine Querachse starr abgestützt sind und spielraumfrei elastisch geführt werden, ist die Wandung des Körpers mit um seinen Umfang verteilten Gruppen (A, B, C, D) von übereinander angeordneten Ausnehmungen versehen, die zwischen sich parallele, mit Querebenen des Körpers (10) zusammenfallende Blattfedern (12-26) bilden, wobei die Gruppen durch Schlitze (30, 32, 34) verbunden sind und den zylindrischen Körper (10) in zwei nur durch die Blattfedern (12-16) verbundene Teile (36, 38) unterteilen.

Description

in Die Erfindung betrifft ein Führungsieil zur gleichachsigen Führung zweier Elemente zur Verstellung auf verschiedene Abstände gemäß dem Oberbegriff von Anspruch I.
Probleme einer solchen Führung treten auf zahlrcichen Gebieten der Feinmechanik auf, beispielsweise bei Mikromanipulatoren und bei Kugellagern mit einstellbarer Vorspannung, in allen diesen Fällen kommt es entscheidend darauf an, daß

die Führungsachse auch im mikroskopischen Bereich genau definiert und stabil ist.
Spielfrciheit gewährleistet ist,
extrem kleine Wege feinfühlig gestellt werden können,

die Stellbewcgung frei von Reibung insbesondere in der Form des Stick-slip erfolgt,
ein gutes Verhältnis von Tragfähigkeit und elastischer Nachgiebigkeit erreicht wird,
das Problem wirtschaftlich gelöst werden kann.

Bekannt ist es, Führungen dieser Art aus mehreren Elementen zusammenzusetzen, zu denen parallele Blattfedern und Doppclmcnibrane gehören. Insbesondere Doppelmcmbrane dienen der Führung clcktrody-

J¹S namischer Systeme, wie Lautsprecher und Vibratoren. Diese bekannten Führungen erfüllen die Forderungen nach Genauigkeit, Dcfinierbarkcit und Stabilität der Geradführung nur unvollkommen, weil die geometrische Genauigkeit begrenzt ist und weil innere Vcrspannungcn des Führungssyslcms den Führungsweg von der Geraden abweichen lassen, den 'incaren Zusammenhang zwischen Kraft und Weg beeinflussen und den Weg qucrkraftabhängig machen. Solche Mangel ergeben sich bei der Führung wie im Betrieb bei unterschicdlichen Temperaturen infolge der stets vorhandenen Unterschiede der Wärmcdehnungskocffi/.icntcn der verschiedenen miteinander verbundenen Bauteile.

Ein Führungsteil ähnlich dem in Oberbegriff des Anspruches I beschriebenen ist aus der VDI-Zeitschrift.

to Band 83, Nummer 45 vom 11. November 1939. insbesondere Seile 1194. Bilder 29 bis 34, dargestellt. Gleichartige Federn werden nach Art eines Gelcnkvicrcckes durch eine Koppel verbunden und bilden eine einfache, kurze Parallelführung. Im einfachsten Fall besteht ein derartiges Führungsteil aus zwei Blattfedern und einer Koppel, also drei Teilen, die aufeinander abgestimmt werden müssen und deren Lage so wie ihre Federungsund Führungscigenscharten während des Betriebes aufrecht erhalten werden müssen. In Bild 34 ist gezeigt, wie

bo man eine im wesentlichen zylindrische Blattfeder durch entsprechende, in etwa spiralförmige Ausnehmungen aus einer Blechplatte erhalten kann. In Bild 32 siml zwei übereinander an einer gemeinsamen Achse angeordnete gespannte Bänder dargestellt, die etwa eine Kreis-

t>5 form bilden.

Aus Applied Optics. Bd. Π, Nummer 4, April 1974. Seiten 737 und 738. ist eine bewegliche elastische Montage zum genauen Posiiioniereti von optischen Kleinen

ten bekannt Es handelt sich um die Verbindung von zwei Körpern über ein einstückig damit ausgebildetes schmales BrückenelemcnL Hiermit sollen Winkelfehler bei der Reflexion eines Laserstrahles verringert werden.

I η der DE-AS 10 08 966 ist eine Vorrichcung zur Feineinstellung von Maschinenteilen beschrieben. Hier sind zwei oder drei einzelne Führungskc;per über Federn miteinander verbunden. Durch diese Anordnung soll eine Relativbewegung zweier Maschinenteile gegeneinander durch die elastische Verformung von Federn hinsichtlich ihrer Lage besonders genau festgelegt werden. Nach einer besonderen Anordnung sollen derartige Federn verwendet werden, daß eine Bewegung nur in eine Richtung oder Ebene, der Verstellebene, zugelassen ist und die senkrecht zu dieser Ebene auftretenden Kräfte aufgenommen werden können. Um eine Verschiebung in der Verstellcbene während der Arbeitsoperation zu vermeiden, ist ein Schlitten mit einer magnetischen Spannplatte so aufgehängt, daß sie sich senkrecht, nicht aber waagerecht bewegen kann. Dieses Führungsteil bringt zum einen Probleme in der Herstellung mit sich, insbesondere hinsichtlich der gleichbleibenden Federungs- und Führungscigenschaften. Eine hohe Führungsgenauigkeit in axialer Richtung dürfte kaum gewährleistet sein, insbesondere nicht bei längerer Betriebszeit. Es besteht auch die Gefahr, daß sich die einzelnen Federn allmählich verschieben oder an ihren Halterungen abbrechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Führungsteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so auszugestalten, daß die Herstellung vereinfacht und eine zuverlässige Abstützung der geführten Elemente gegenüber Torsion um ihre Längsachse, gegen Querverschiebung und gegen Kippen um eine Querachse sowie eine spielfreie und elastische Führung bei allen Betriebsbedingungen erzielt wird.

Auf diese Weise soll gleichzeitig eine Führung und eine Federung erreicht werden.

Die Aufgabe wird erfinclungsgcmäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst.

Weitere Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Der Anspruch 5 sowie die darauf zurückbe/.ogcnen Unieransprüche schildern eine spezielle Lösung der Erfindung, wobei das Führungsteil im wesentlichen als Rad mit Felge, Nabe und zwei in parallelen Ebenen liegenden Speichen ausgebildet ist. Hierbei wird nicht für Einzclmerkmale, die aus der VDI-Zeitschrift, Band 83, Nr. 45, II. Nov. 1939. Seite 1194, Bild 32, bekannt sind, selbständiger Schutz beansprucht.

Als besonderer Vorteil sei erwähnt, daß durch die Herstellung sämtlicher Teile des Führungsteiles aus einem Stück und damit zwangsläufig aus gleichem Material auch alle diese Teile den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, somit bei verschiedenen Temperaturen nicht unterschiedlich reagieren und dadurch zu Verfälschungen führen, daß sie somit frei von inneren Spannungen sind und sich durch eine hohe geometrische Genauigkeit auszeichnen. Füge-Vorgänge mit ihren unvermeidlichen Fehlern entfallen vollständig,

Ausführungsbcispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. I einen kreiszylindrischen Körper von verstellbarer Länge in perspektivischer Darstellung,

I·' i g. 2 einen zylindrischen Körper mit eckigem Querschnitt, ebenfalls in schaubildlicher Darstellung,

Fig. J einen radförmigen Führungskorper, dessen I eine mit Jem einen und dessen Nabe mit dem anderen der beiden gleichachsig federnd zu fuhrenden Elemente starr verbunden ist, wobei die Speichen als Blattfedern ausgestaltet sind, ebenfalls in schaubiidlicher Darstellung,

Fig.4 einen aus zwei gleichachsigen ineinandergeschachtelten Teilen bestehenden einstückigen Führungskörper, dessen parallele Blattfedern in zwei parallelen Querebenen liegen und bogenförmig gestaltet sind.

F i g. 5 einen Führungskörper ähnlich demjenigen der Fig. 3.

F i g. 6 einen Führungskörper, der aus zwei gleichachsig ineinandergeschachtelten Führungskörpern gemäß F i g. 1 besteht, die ein einziges Stück bilden, und

F i g. 7 einen Führungskörper ähnlich demjenigen der Fig. 3.

Die Wandung des in Fig. 1 gezeigten zylindrischer Körpers 10 weist vier Gruppen A, B, C und D von übereinander angeordneten Ausnehmungen auf, die zwischen sich parallele Blattfedern 12—26 bilden. Diese Blattfedern fallen mit Querebenen des zylindrischen Körpers zusammen, und zwar die Blattfedern 12,16,20 und 24 mit einer oberen Querebene und die Blattfedern 14,18,22 und 26 mit einer dazu parallelen unteren Querebene, die rechtwinklig zur Achse 28 des zylindrischen Körpers verläuft. Die vier Gruppen A, B, C und D von Löchern sind durch Schlitze verbunden, und zwar die unteren Löcher der Gruppen A und B durch einen Schlitz '30, die unteren Löcher der Gruppen C und D

jo durch einen zweiten Schlitz, der in F i g. 1 nicht zu sehen ist, die oberen Löcher der Gruppen A und Cdurch einen dritten Schlitz 32 und die oberen Löcher der Gruppen B und D durch einen vierten Schlitz 34. Diese Schlitze durchtrennen die Wandung des zylindrischen Körpers

j5 und unterteilen ihn in zwei Hälften, die nur durch die Blattfedern 12—26 verbunden sind. Die eine Hälfte bildet das eine Ende 36 des zylindrischen Körpers und die andere Hälfte bildet sein anderes Ende 38. Von den beiden spielraumfrei und abgefedert längs ihrer gcrneinsamen Achse zu verstellenden Elementen ist das eine fest in das Ende 36 des zylindrischen Körpers montiert, während das andere vom Ende 38 des zylindrischen Körpers starr getragen wird. Diese beiden Elemente lassen sich dann auf verschiedene Abstände einstellen, wobei sich die Blattfedern entsprechend biegen. Dabei erfolgt die Führung der beiden Elemente längs der Achse 28 völlig spielfrei. Gegenüber Torsion um die Achse 28, gegenüber einer etwaigen Verschiebung quer zur Achse 28 und gegen eine etwaige Kippbewegung der

so Elemente zueinander um eine quer zur Geraden 28 verlaufende Achse sind die Elemente abgestützt.

F i g. 2 zeigt einen zylindrischen Körper, der sich von demjenigen der F i g. 1 durch seine eckige Gestalt unterscheidet. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß die

v" Schlitze ebenso breit bemessen sind wie die Löcher, in die sie münden. Die Blattfedern, die denjenigen der Fig. 1 entsprechen, sind durch Bezugszahlen bezeich· nci, die durch Addition von 100 zu denjenigen der Fig. I entstanden sind.

w) Fig.3 zeigt schaubildlich einen anders gestalteten Körper zur gleichachsigen Führung zweier Elemente auf verschiedene Abstände. Auch dieser Körper löst die oben geschilderte Aufgabe. Er hat die Gestalt eines Rades :nit einer Felge 40, mit einer Nabe 42 und mit zwei in

3^ri parallelen Ebenen liegenden Speichen, die von Blattfedern gebildet werden. Diese Ebenen verlaufen rechtwinklig zur Achse 44 des radförmigen Körpers. Mit der oberen Ebene fallen vier Blattfedern 46, 48, 50 und 52

zusammen, deren Längsmittelünicn 54 und 56 radial zur Achse 44 verlaufen. ]ede Speiche besteht aus einem Stück mit der Nabe 42 und mit der Felge 40. Vorzugsweise sind die mit der einen Ebene zusammenfallenden Speichen 46—52 in Umfangsrichtung um 45" gegenüber ^r> den mit der anderen Ebene zusammenfallenden Speichen versetzt, die hier insgesamt mit 58 bezeichnet sind. Der eine der beiden gleichachsig zueinandcrgeführten Elemente sitzt starr an der Nabe 42 und das andere starr an der Felge 40. Die Versetzung der Speichen der to einen Ebene gegenüber denen der anderen gestattet die Herstellung des radförmigen Körpers durch Fräsen oder Senkerodieren.

F i g. 4 besteht aus zwei ein einziges Stück bildenden gleichachsig angeordneten Teilen, von denen sich das ι ^r, eine innerhalb des anderen befinde. Der äußere Teil besteht aus zwei gleiehachsigen, im Abstand voneinander angeordneten zylindrischen Ringen 410 und 412, die starr miteinander durch vier, gleichmäßig um den Umfang herum verteilten achsparallelen Stangen vcrbunden sind, von denen nur zwei Stangen 414 und 416 in F i g. 4 zu sehen sind. Der innere Teil besteht aus einem zylindrischen Körper 418. Der Ring 410 hat zwei einwärts gerichtete Zungen 620 und 622, die bis dicht an den zylindrischen Körper 418 heranreichen, ohne ihn 2^r> jedoch zu berühren. Dieser zylindrische Körper 418 hat an seinem oberen Ende zwei einander gegenüberliegende, auswärts gerichtete Zungen 424 und 426. deren Oberseiten in derselben Querebene liegen wie die Oberseiten der Zungen 420 und 422. In einer dicht darunter jo befindlichen Querebene sind nun zwischen dem inneren Teil 418 und dem äußeren Ring 410 vier bogenförmige Blattfedern 428, 430, 432 und 434 angeordnet, die mit ihren Enden an den Zungen sitzen. Diese Blattfedern gestatten dem inneren Teil und dem äußeren Teil eine js gegenseitige Verschiebung in Achsenrichtung.

Während sich nun diese Blattfedern am oberen Ende des in F i g. 4 gezeigten Körpers befinden, sind vier entsprechende Blattfedern dicht am unteren Ende dieses Körpers angeordnet. Eine dieser Blattfedern 436 erstreckt sich zwischen der Stange 414 und einer äußeren Rippe 438 des zylindrischen Körpers 418. Die nächste Blattfeder 440 erstreckt sich zwischen der Stange 414 und einer äußeren Rippe 442, die sich am zylindrischen Körper 418 der Rippe 438 gegenüber befindet. Die beiden weiteren Blattfedern am unteren Ende des in F i g. 4 gezeigten Körpers sind in Fig.4 nicht zu sehen. Jedenfalls liegen auch die am unteren Ende vorgesehenen vier Blattfedern in einer gemeinsamen Querebene und sind bogenförmig gestaltet, ebenso wie die oberen vier Blattfedern 428-434.

Der innere Teil, zu dem der zylindrische Körper 418 gehört, ist also mit dem äußeren Teil, zu dem die beiden Ringe 410 und 412 und die Stangen 414 und 416 gehören, durch die acht Blattfedern so verbunden, daß sich diese beiden Teile nur in Achsenrichtung zueinander bewegen können, wobei sich dann die Blattfedern entsprechend durchbiegen. Jede andere Relativbewegung der beiden Teile würde einige der Blattfedern unter Zugspannung setzen. Solche Zugspannungen leisten to diesen Blattfedern aber einen starken Widersland.

In F i g. 5 ist ein Körper gezeigt, der weitgehend demjenigen der Fig.3 entspricht. Während dort aber die Nabe 42 mit der Felge 40 durch insgesamt acht Blattfedern verbunden ist, weist der in F i g. 5 gezeigte Körper b5 nur vier Blattfedern auf. welche die Nabe 542 mit der Felge 540 verbinden. Es handelt sich dabei um die beiden oberen Blattfedern 548 und die unteren Blattfedern

Bei der Herstellung dieses Körpers aus einem einzigen Stück empfiehlt es sich, /wischen der Felge 540 und der Nabe 542 zunächst radiale Arme 502 und 504 stehen zu lassen, die in Fig. 5 gestrichelt dargestellt sind und die Nabe 542 starr mit der Felge 540 verbinden. Krsi dann, wenn der die Blattfedern umgebende Werkstoff zwischen Felge und Nabe entfernt ist, werden ;iueh diese Arme 502 und 504 entfernt.

Der in I'ig.6 gezeigte Körper besteht gewissermaßen aus zwei gleichachsig incinandcrgesicckten Körpern der Fig. 1, deren obere Enden starr miteinander verbunden sind, während sich die unteren Enden gleichachsig zueinander verschieben können. Das ergibt bei gleich großer axialer Belastung den doppelten Vcrschiebeweg.

Die in I'ig.b verwendeten Bc/ugs/.ahlcn sind durch I lin/.uaddicren von 600 entstanden.

Die Wandung des in F i g. 6 gezeigten äußeren zylindrischen Körpers ist also ebenso wie der zylindrische Körper 10 mit vier Gruppen A, B, D und C von übereinander angeordneten Löchern versehen, die zwischen sich parallele Blattfedern 612—626 bilden. Diese Blattfedern fallen mit Querebenen des zylindrischen Körpers zusammen und zwar die Blattfedern 612, 616, 620 und 624 mit einer oberen Quercbenc und die Blattfedern 614, 618, 622 und 626 mit einer dazu parallelen unteren Querebene, die rechtwinklig zur Achse 628 des zylindrischen Körpers verläuft. Die vier Gruppen A. Ii. fund D von Löchern sind durch Schlitze verbunden, und zwar die unteren Löcher der Gruppen A und B durch einen Schlitz 630 und die unteren Löcher der Gruppen C und D durch einen Schlitz 632. Diese Schlitze durchtrennen die Wandung des äußeren zylindrischen Körpers in eine untere Hälfte 638 und in eine obere zweiteilige Hälfte 636. Diese beiden Hälften sind nur durch die Blattfedern 612—626 verbunden.

Insoweit entspricht also iler in Fig.b gezeigte Körper im wesentlichen demjenigen der Fig. 1. Die zweiteilige obere Hälfte 636 stellt jedoch das obere Ende eines inneren zylindrischen Körpers dar, dessen unteres Ende 650 unten in F i g. b zu ersehen ist. Der innere Körper ist ebenso wie der äußere durch Löcher und Schlitze unterteilt, welche Blattfedern bilden, die das untere Hndc 630 relativ zum oberen Ende 636 in Achsenrichtung führen.

F i g. 7 zeigt eine weitere Ausgestaltung des in F i g. 5 gezeigten Ausführungsbcispicls. Dort ist das untere Ende der rohrförmigen Nabe mit dem unteren Ende der rohrförmigen Felge durch Blattfedern verbunden, die ebenso angeordnet sind, wie die Blattfedern am oberen Ende.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

3i 43 092 Patentansprüche:

1. Führungsteiil (10) zur gleichachsigen Führung zweier Elemente zur Verstellung auf verschiedene Abstände, vorzugsweise zylindrischer Körper von verstellbarer Länge, das aus zwei je mit einem Element verbundenen Hälften (36, 38;...) besteht, die über Federn in Form von parallelen, mit Querebenendes Führungsteils(10) zusammenfallenden Blattfedern (12—26; ...) derart miteinander verbunden sind, daß nur in Verstellrichtung (längs der Achse (28;...)) eine Bewegung möglich ist, wobei die Blattfedern durch das Vorsehen entsprechender Schlitze und Ausnehmungen entstanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Hälften (36,38; ...) des Führungsteils (10) sinstückig ausgebildet iind.

2. Führungsteiil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um seinen Umfang verteilte Gruppen (A. B. C, D) von übereinander angeordneten Ausnehmungen vorgesehen sind, die zwischen sich parallele, mit Querebenen des Körpers (10) zusammenfallende Blattfedern (12—26) bilden, und daß die Gruppen durch Schlitze (30, 32, 34) verbunden sind und den zylindrischen Körper (10) in zwei nur durch die Blattfedern (12—26) verbundene Hälften (36,38) unterteilen.

3. Führungsteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Gruppen (A. Ii. C. D) drei übereinander angeordnete Ausnehmungen enthält, daß vier solche Gruppen in gleicher Höhe um den Umfang des zylindrischen Führungstcilcs (10) symmetrisch angeordnet sind, daß die unteren Ausnehmungen der ersten und /weiten Gruppe (A. B) durch einen ersten Schlitz (30), die unteren Ausnehmungen der dritten und vierten Gruppe (C, Dadurch einen zweiten Schlitz, die oberen Ausnehmungen der ersten und dritten Gruppe (A. C) durch einen dritten Schlitz (32) und die oberen Ausnehmungen der zweiten und vierten Gruppe (B. Dadurch einen vierten Schlitz (34) verbunden sind.

4. Führungsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen eckigen, rechteckigen oder kreiszylindrischen Querschnitt.

5. Führungsteil (10) zur gleichachsigen Führung zweier Elemente zur Verstellung auf verschiedene Abstände, vorzugsweise zylindrischer Körper von verstellbarer Länge, das aus zwei je mit einem Element verbundenen Hälften (36, 38;...) besteht, die über Federn in Form von parallelen mit Querebenen des Führungsteils (10) zusammenfallenden Blattfedern (12—26; ...) derart miteinander verbunden sind, daß nur in Verstellrichtung (längs der Achse (28;...)) eine Bewegung möglich ist, wobei die Blattfedern durch das Vorsehen entsprechender Schlitze und Ausnehmungen entstanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Hälften (36, 38, ...) des Führungsteils (10) einstückig ausgebildet sind und daß es im wesentlichen aus Rad mit Felge (40), Nabe (42) und zwei in parallelen Ebenen liegenden Speichen (46—52, 58) besteht, wobei die Speichen in I orm von Blattfedern ausgebildet sind und eines der zu führenden Elemente an der Felge (40) und das andere an der Nabe (42) sitzt.

6. Führungsteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsmittellinic (54,56) einer jeden Blattfeder radial zur Achse verläuft.

7. Führungsieil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der einen Ebene zusammenfallenden Speichen (46—52) in Umfangsrichtung gegenüber den mit der anderen Ebene zusammenfallenden Speichen (58) versetzt sind.