DE3233759C2

DE3233759C2 - Vorrichtung zum schrittweisen Vorbewegen einer Welle in axialer Richtung

Info

Publication number: DE3233759C2
Application number: DE3233759A
Authority: DE
Inventors: Yukimasa Nagoya Kajino
Original assignee: Maruha Denki Kk Nagoya Jp
Current assignee: Maruha Denki Kk Nagoya Jp
Priority date: 1981-09-22
Filing date: 1982-09-11
Publication date: 1986-05-28
Also published as: JPS6114059B2; JPS5852147A; DE3233759A1

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur schrittweisen Vorbewegung einer Welle in axialer Richtung ist zunächst ein zylindrischer Kolben vorgesehen, der die Welle umgibt und mit Hilfe eines entsprechenden Antriebes in axialer Richtung zwischen einer vorderen und einer hinteren Endstellung hin- und herbewegbar gehalten ist. Der Kolben ist bei seiner Vorbewegung in die vordere Endstellung mit der Welle gekoppelt. Diese Kopplung wird aber gelöst, wenn der Kolben in die hintere Endstellung bewegt wird. Hierdurch nimmt der Kolben die Welle bei seiner Vorbewegung mit, beläßt der Kolben aber die Welle bei seiner Rückbewegung in der vorgeschobenen Stellung. Die Hin- und Herbewegungen des Kolbens besorgen auf diese Weise eine schrittweise Vorbewegung der Welle.

Description

Die Erfindung betrifft eine dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 entsprechende Vorrichtung zum schrittweisen Vorbewegen einer Welle in axialer Richtung.

Das schrittweise Vorbewegen einer Welle in axialer Richtung wird beispielsweise zum Handhaben von Werkzeugen und/oder Werkstücken in NC-Maschinenwerkzeugen beim Wechseln an einem Ort, zum geringen Bewegen von Proben durch ein Mikroskop, zum Einstellen von Winkeln eines Reflektors in einem optischen Instrument usw. benötigt. Um solche schrittweisen Bewegungen ausführen zu können, ist bisher zumeist ein Schritt- oder Impulsmotor eingesetzt worden. Das erfordert jedoch eine Zusatzeinrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung, wie beispielsweise ein Kugelschraubengetriebe. Es gibt jedoch auch einen linearen Schrittmotor, der keine solche Zusatzeinrichtung zur Umwandlung einef Drehbewegung in eine Linearbewegung benötigt.

So sind bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art (DE-PS 10 79 200), von der die Erfindung ausgeht, die Kugeln bei der Vorbewegung des Kolbens in einem sie haltenden Kugelkäfig bzw. Ringausnehmungen der Welle unverrückbar gehalten und dadurch formschlüssig mit der Welle verbunden. Die Nachteile dieser Vorrichtung sind zunächst darin zu sehen, daß die Welle in äquidistanten Abständen mit den Ringausnehmungen versehen sein muß, was sehr aufwendig ist Der Abstand der einzelnen Ringausnehmungen gibt die

ίο Schrittgröße vor, mit anderen Worten besteht der andere Nachteil, daß die vorzubewegende Welle in ihrer konstruktiven Ausgestaltung der jeweils vorgegebenen Schrittgröße angepaßt sein muß. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß der Gesamthub des Kolbens nur zu einem Teil in eine entsprechende Schrittlänge der Welle umgesetzt wird, weil der andere Teil des Kolbenhubes für das Einschieben der Kugeln in die Ringausnehmungen der Welle benötigt wird.
Bekannt ist zwar auch ein Reibgesperre mit hin- und hergehendem Antrieb (AWF-Getriebeblätter 614 B: Schaltwerke aus Laufgesperren). Dieses Reibgesperre dient aber zum schrittweisen Drehen einer Welle, d. h. die hin- und hergehende Antriebsbewegung wird nicht in eine schrittweise axiale Vorbewegung der Welle umgesetzt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie die Vorrichtung der eingangs genannten Art auszubilden ist, damit bei vollkommen kreiszylindrischer Gestaltung der Welle der Hub des Kolbens voll in eine entsprechende Schrittlänge der Welle umgesetzt wird.

Die Aufgabe wird durch die im' Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind darin zu sehen, daß bei einfacherem konstruktiven Aufbau eine funktionell Verbesserung bzw. Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht worden ist

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Patentansprüchen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform und
F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung 1 dient zum schrittweisen Vorbewegen einer Welle 2 in axialer Richtung, die durch einen Pfeil angedeutet ist. Die Vorrichtung 1 weist einen zylindrischen Kolben 3 auf, der unter Belassung eines Zwischenspaltes koaxial zur Welle 2 angeordnet und für eine hin- und hergehende Bewegung zwischen vorgegebenen Endstellungen, d. h. einer vorderen und einer hinteren Endstellung, deren Ausbildung weiter unten beschrieben ist, gelagert ist. Der zylindrische Kolben 3 weist eine trichterförmige Ausnehmung 301 mit einer in Vorbewegungsrichtung der Welle 2 divergierenden konischen Fläche auf.

In der trichterförmigen Ausnehmung 301 sind rund um die Welle 2 mit gegenseitigem Abstand mehrere Kugeln 4 aus Stahl angeordnet. Die Kugeln 4 sind in einem Käfig 5 gehaltert, um den gegenseitigen Abstand der Kugeln 4 zu wahren. Außerdem sind die Kugeln 4 mit Hilfe einer weiter unten erläuterten Federanordnung 6 zum konvergierenden Ende der trichterförmigen Ausnehmung 301 hin beaufschlagt, so daß sie sowohl die Innenfläche der Ausnehmung 301. als auch die Außenfläche der Welie 2 berühren. Der Winkel, den die konische Fläche bezüglich der Achse der Welle 2 cinnimml, und die Größe der Kraft, die von der Federanordnung 6

auf die Kugeln 4 ausgeübt wird, sind so festgelegt, daß der Kolben 3 und die Welle 2 durch Reibung miteinander vereinigt sind, wenn der Kolben 3 zur vorderen (in der F i g. 1 linken) Endstellung hin angetrieben wird.

Als Mittel zur Bewegung des aus magnetischem Material bestehenden Kolbens 3 in Richtung der vorderen Endstellung ist eine elektromagnetische Einrichtung mit einem ortsfesten zylindrischen Eisenkern 7 vorgesehen. Der zylindrische Eisenkern 7 ist koaxial zur Welle 2 angeordnet und weist eine Bohrung 701 auf, durch die sich die Welle 2 ohne Reibungsberührung erstreckt Die elektromagnetische Anordnung weist darüber hinaus eine Spule 8 auf, die auf einen geflanschten zylindrischen Spulenkörper 801 aufgewickelt ist und über Leitungen 9 mit elektrischem Strom versorgbar ist um den Eisen- is kern 7 zu magnetisieren. Auf diese Weise kann der Eisenkern 7 eine axial gerichtete magnetische Kraft auf den Kolben 3 ausüben. Der Spulenkörper 801 ist mit seinem vorderen Ende passend auf einem verminderten Durchmesser aufweisenden zylindrischen Vorsprung 702 des Kernes 7 befestigt Das andere Endteil des Spulenkörpers 801 erstreckt sich über das hintere Ende des zylindrischen Vorsprunges 702 hinaus.

Der Spulenkörper 801 mit der darauf aufgewickelten Spule 8 ist von einem rohrförmigen Gehäuse 10 umgeben, dessen eines Ende passend auf dem Kern 7 befestigt ist und dessen anderes Ende sich um ein geringes Maß über den hinteren Flansch des Spulenkörpers 801 hinaus erstreckt. Ein ringförmiges Schließelement 11 ist mit seinem abgestuften oder verminderten Durchmesser aufweisenden Endteil passend in das erwähnte andere Ende des rohrförmigen Gehäuses 10 eingesetzt, so daß die vordere Stirnfläche des Schließelementes 11 am hinteren Flansch des Spulenkörpers 801 anschlägt, wodurch der Spulenkörper 801 zusammen mit dem Gehäuse 10 an Ort und Stelle gehalten ist. In den Spulenkörper 801 und das ringförmige Schließelement 11 ist eine zylindrische Hülse 12 passend eingesetzt, die als Führung für den Kolben 3 dient Zur Begrenzung des Hubes des Kolbens 3 is* ein Ringanschlag 13 am hinteren Ende des Schließelementes 11 mit Hilfe einer Befestigungsplatte 14 befestigt die ihrerseits durch Schrauben 15 mit. dem Schließelement 11 verbunden ist Zwischen dem Kolben 3 und der Welle 2 ist eine Buchse 16 so angeordnet, daß sich der Kolben 3 und die Welle 2 ohne Auftreten von Reibung zwischen den entsprechenden Teilen bewegen können. Das hintere Ende der Buchse 16 ist mit einem Flansch ausgebildet, der zwischen dem Anschlag 13 und der Befestigungsplatte 14 befestigt ist, so daß die Buchse 16 in vorgegebener Stellung festgehalten ist. Das vordere Ende der Buchse 16 ragt in die Ausnehmung 301 hinein und liegt am Käfig 5 der Kugel 4 an, um zu verhindern, daß die Kugeln 4 zu weit in das Innere der Ausnehmung 301 des in der hinteren Endstellung befindlichen Kolbens 3 gelangen, wodurch ό\ζ Kugeln 4 daran gehindert würden, vom Reibungskontakt mit der Ausnehmung 301 und der Welle 2 freizukommen und sodann die Welle 2 eine unerwünschte Rückbewegung vollführen würde, wenn der Kolben 3 in die hintere Endstellung bewegt wird.

Um den Kolben 3 in die in Fig. 1 dargestellte Stellung zurückzudrücken, ist zwischen dem ortsfesten Eisenkern 7 und dem Kolben 3 eine Druckfeder 17 angeordnet. Das vordere Ende der Feder 17 liegt an einer Schulter 703 an, die an der Grenze zwischen der Bohrung 701 und einer vergrößerten Bohrung 704 gebildet ist. Das hintere Ende de¹ Feder 17 liegt an einer Ringplalte 18 an, die passend in eine Bohrung 302 eingesetzt ist welche denselben Durchmesser wie die Bohrung 704 des Kernes 7 aufweist und der Bohrung 704 gegenüberliegend im Kolben 3 in Verbindung mit der Ausnehmung 301 ausgebildet ist Die Druckfeder 6 zum Zurückdrücken der Kugeln 4 ist zwischen die Ringplatte 18 und dem Kugelkäfig 5 eingesetzt Auf der hinteren Stirnfläche des Kernes 7 ist ein Magnetabschirmring 19 aus nichtmagnetischem Material befestigt

Im Betrieb wird — unter der Annahme, daß sich der Kolben 3 in der dargestellten hinteren Endstellung befindet, in der er an der Anschlagplatte 13 anliegt — zunächst die Spule 8 durch Betätigen eines entsprechenden, nicht dargestellten Schalters über die Leitungen 9 mit elektrischem Strom versorgt wodurch der Kern 7 magnetisiert sowie die Kolben 3 anzieht und letzterer unter Zusammendrücken der Feder 17 nach links bewegt wird, bis die vordere Stirnfläche des Kolbens 3 am Magnetabschirmring 19 anliegt. Im dargestellten Zustand berühren die Kugeln 4 sowohl die konische Fläche der Ausnehmung 301, als auch die Außenfläche der Welle 2 und ist der Kolben 3 mit Hilfe, -der Druckfeder 6 durch Reibung mit der Welle 2 gekoppelt Deshalb nimmt der Kolben 3 bei seiner Vorbewegung die Welle 2 um eine dem Hub des Kolbens 3 entsprechende Länge mit Auf diese Weise wird die Schrittbewegung der Welle 2 in dealer Richtung erhalten. Danach wird durch erneute Schalterbetätigung die Spule S von der Stromversorgung getrennt, wodurch der Eisenkern 7 inaktiviert und der freigegebene Kolben 3 durch die Feder 17 in die dargestellte Ausgangsstellung zurückgedrückt wird. Wie leicht einzusehen ist, geht in diesem Falle die Rückbewegung des Kolbens 3 nicht mit einer entsprechenden Rückbewegung der Welle 2 einher. Der beschriebene Betrieb wird gegebenenfalls mehrmals wiederholt Die Feder 17 kann entfernt werden, wenn man die Spule 8 derart ausbildet, daß der Eisenkern 7 so magnetisierbar ist, daß dieser den Kolben 3 abwechselnd anzieht und abstößt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum schrittweisen Vorbewegen einer Welie in axialer Richtung, bestehend aus einem rohrförmigen Gehäuse, aus einem im Gehäuse eingebauten zylindrischen Kolben, der in axialer Richtung relativ zur Welle bewegbar die Welle umgibt sowie durch einen Antrieb in axialer Richtung zwischen einer vorderen und hinteren Endstellung hin- und herbewegbar ist und der mit einer die Welle aufnehmenden Ausnehmung versehen ist, welche Kreisquerschnitt sowie einen zur Wellenvorbewegungsrichtung hin divergierenden trichterförmigen Abschnitt aufweist und in welcher längs des Umfanges mehrere, mit der Innenfläche des trichterförmigen Ausnehmungsabschnittes bzw. der Außenfläche der Welle in Berührung bringbare Kugeln angeordnet sind, aus einer die Kugeln in Richtung des konvergenten Endes der Ausnehmung beaufschlagenden elastischen Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (4) bei der Vorbewegung des Kolbens (3) an der Innenfläche des trichterförmigen Ausnehmungsabschnittes (301) anliegen und durch Reibung mit der Welle (2) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (4) in Richtung des konvergenten Endes der Ausnehmung (301) beaufschlagende Einrichtung als Druckfeder (6) ausgebildet ist, die zwischen einer sich senkrecht zur Achse der Welle (2) erstreckenden, am Kolben (3) vor dessen trichterförmiger Ausnehmung (301) befestigten Ringplatte (18) und einem die Kugeln (4) längs des Umfanges der Welle (2) in gegenseit'gem Abstand voneinander haltenden Kugelkäfig (5) angeorr-?et ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolben (3) und der Welle (2) eine Buchse (16) angeordnet ist, gegenüber der der Kolben (3) und die Welle (2) ohne Auftreten von Reibung relativ bewegbar sind, und daß das vordere Ende der Buchse (16) in die Ausnehmung (301) hineinragt und am Kugelkäfig (5) anliegt, um die Kugeln (4) an einem zu tiefen Eindringen in die Ausnehmung (301) zu hindern.