DE3233759C2 - Vorrichtung zum schrittweisen Vorbewegen einer Welle in axialer Richtung - Google Patents
Vorrichtung zum schrittweisen Vorbewegen einer Welle in axialer RichtungInfo
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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
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
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.
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 (3)
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.
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