DE69714057T2

DE69714057T2 - Reibungsantrieb durch verwindung

Info

Publication number: DE69714057T2
Application number: DE69714057T
Authority: DE
Inventors: George Michael PIERSE
Original assignee: Unova UK Ltd
Current assignee: Cinetic Landis Grinding Ltd
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2017-05-01
Also published as: GB9618642D0; ES2180039T3; GB2316993B; WO1998010206A1; KR20000064340A; JP3423323B2; GB2316993A; DE69714057D1; EP0925460B1; JPH11502293A; EP0925460A1; US5996431A; KR100313350B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Reibantriebe mit Torsionswirkung.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist ein Reibantrieb mit Torsionswirkung bekannt, bei dem eine Rollenanordnung um eine Achse in Drehung versetzt angetrieben wird, die gegenüber der eines angetriebenen Bauteiles geneigt ist. Diese Rollenanordnung weist drei Rollen auf, die hydrostatisch um Achsen befestigt sind, die relativ zur Achse des angetriebenen Bauteils befestigt sind. Ein derartiger Antrieb wird derzeit von der Firma Zero-Max aus Minnesota, USA vertrieben. Ein weiterer ähnlicher Rollenantrieb mit Torsionswirkung ist aus US-A-44 50 731 bekannt, der alle Merkmale des Oberbegriffes des Anspruches 1 aufweist. Eine derartige Anordnung ist komplex und macht erforderlich, dass alle Rollen mit genau dem gleichen Neigungs- oder Wendel-Winkel befestigt sind, wenn nachteilige Antriebskräfte, die zu einem unvorhersehbaren Vorschub des angetriebenen Bauteiles führen, vermieden werden sollen.
Aufgabe der Erfindung ist, die bekannten Reibantriebe zu vereinfachen.
Beschreibung der Erfindung
Mit der Erfindung wird ein Rollenreibantrieb mit Torsionswirkung vorgeschlagen, der eine rotierende Antriebsstange aufweist, die in Drehung befindliche Rollen antreibt, wobei die Drehachse relativ zur Achse eines drehfesten Antriebsteiles geneigt ist, mit der die Rollenvorrichtung in Eingriff steht. Die geneigte Rollenvorrichtung weist eine einzelne ringförmige Rolle auf, die von der Innenseite in Antriebskontakt mit dem angetriebenen Bauteil über einen oder mehrere hydrostatische Puffer steht.
Vorzugsweise ist das angetriebene Bauteil ein Rohr und die schräge ringförmige Rolle steht in Reibeingriff mit der Bohrung des Rohres. Das Rohr ist zweckmäßigerweise ein Stahlrohr mit einer gehärteten und geschliffenen Bohrung. Bei einem typischen Anwendungsfall ist das Rohr starr an dem Schlitten einer Werkzeugmaschine mit der Maschinenachse ausgerichtet befestigt.
Öl für die hydrostatischen Puffer, die auf die Rolle einwirken, wird vorzugsweise über die Antriebsschiene längs deren Achse zugeführt. Eine derartige Antriebsschiene weist vorzugsweise ein zylindrisches Rohr auf.
Am ablaufenden Ende treibt die Antriebsschiene eine abgeschrägte Rollenanordnung drehend an, in der die ringförmige Rolle eingebaut ist; das entfernte vordere Ende der Antriebsschiene wird dabei, z. B. über einen Elektromotor, in Drehung versetzt. Das drehbar angetriebene Vorderende der Antriebsschiene ist vorzugsweise über einen Elektromotor angetrieben. Das drehbar angetriebene vordere Ende der Antriebsschiene ist vorzugsweise über hydrostatische Lager, z. B. indirekt, angeordnet. Die Öleinspeisung für diese Lager stellt eine zweckmäßige Quelle dar, von der Öl längs der zentrischen Achse der Antriebsschiene an die schräge Rollenanordnung über entsprechende Bemessungsvorrichtungen bzw. Restriktoren gespeist werden kann.
An der abgeschrägten Rollenanordnung werden vorzugsweise Bohrungen vorgesehen, um Öl an die Bohrung und die Endflächen der Rolle heranzuführen, so dass sie vollständig hydrostatisch geflutet wird. Weitere Bohrungen können Öl an vier im gleichen Winkel versetzte hydrostatische Puffer speisen, die die abgeschrägte Rollenanordnung in radialer Richtung so beaufschlagen, dass die Rolle in Reibantriebseingriff mit dem angetriebenen Rohr steht. Öl, das aus der Rollenanordnung entweicht, wird vorzugsweise in einen Auffangbehälter am angetriebenen Ende der Antriebsstange zurückgeführt, zweckmäßigerweise über das Innere eines verlängerbaren Rohres (das für diesen Zweck gewellt oder teleskopförmig ausgebildet sein kann), das zwischen dem vorderen Ende des angetriebenen Rohres und einem Gehäuse am vorderen Ende der Antriebsstange befestigt ist, wo Bohrungen vorgesehen sind, die Öl in die hydrostatischen Lager einführen, die eine rotierende Anordnung festlegen, welche das vordere Ende der Antriebsstange aufnimmt.
Bei der Anordnung nach der Erfindung wird die axiale Bewegung des angetriebenen Bauteils hauptsächlich durch den Neigungswinkel der Rolle bestimmt. Wenn dieser Winkel sehr klein ist, können kleine, präzise Axialbewegungen von 1 nm (Nanometer) oder weniger des angetriebenen Bauteils auf einfache Weise pro Umdrehung der Antriebsstange erzielt werden, beispielsweise im Vergleich zu axialen Bewegungen in der Größenordnung von 150 mm pro Umdrehung mit einem Windenantrieb und 10–15 mm im Falle eines hydrostatischen Schraubmutterantriebs. Daraus folgt, dass ein Antriebsmotor mit relativ hoher Geschwindigkeit verwendet werden kann, was für die Geschwindigkeits-Rückkopplungssteuerung von Vorteil ist.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Eine praktische Ausführungsform des Reibantriebs mit Torsionswirkung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
1 den vollständigen Antrieb in axialem Querschnitt,
2 und 3 axiale Querschnitte in unterschiedlichen Ebenen,
4 eine Schnittansicht durch die schräge Rollenanordnung.
Der Reibangriff mit Torsionswirkung nach 1 weist auf der linken Seite einen Antriebskopf 10 auf, in welchem eine Anordnung 12 innerhalb eines Gehäuses 14 durch einen Elektromotor 16 in Drehung versetzt werden kann, um dem vorderen Ende der Antriebsstange 18 einen Drehantrieb zu erteilen. Die Antriebsstange 18 hat die Form eines Zylinders mit einem zentrischen axialen Durchgang 19. Die Konstruktion des Antriebskopfes 10 ist für vorliegende Erfindung nicht entscheidend, mit Ausnahme der hydrostatischen Lager 20, die in der Drehanordnung 12 verwendet werden. Eine Öl-Rückführleitung zum Auffangbehälter ist mit 22 angedeutet.
Die Erfindung betrifft im wesentlichen die schräge Rollenanordnung 24, die auf der rechten Seite in 1 und auch in den 2–4 gezeigt ist. Der Zweck dieser schrägen Rollenanordnung besteht darin, ein äußeres Rohr 26, das in der Praxis fest mit dem Schlitten einer Werkzeugmaschine befestigt ist, mit einer genau gesteuerten linearen axialen Bewegung anzutreiben.
Die schräge Rollenanordnung wird von einer zentralen Welle 28 aufgenommen, die mit dem ablaufenden Ende der Antriebsstange 18 starr befestigt ist und von diesem ablaufenden Ende ausgeht, wobei die Achse in einem kleinen Neigungswinkel zu dem der Antriebsstange verläuft. Die ringförmige Rollenanordnung, die aus inneren und äußeren Teilen 30, 32 besteht, ist mit der Welle 28 so befestigt, dass sie konzentrisch mit ihr um die schräge Achse rotiert. Der schräge äußere Teil 32 wird durch vier hydrostatische Puffer 34 (in den 2 und 4 dargestellt) so beaufschlagt, daß sie gegen das Innere des äußeren Rohres 26 an Stellen um einen spiralförmigen Pfad anliegen, wobei das äußere Rohr durch Reibwirkung mit einer linearen Axialbewegung angetrieben wird, wenn die Rollenanordnung rotiert.
3 zeigt insbesondere, dass Öl, wie mit 36 dargestellt, an die axiale Stirnfläche und die Endflächen der Rollenanordnung 30, 32 gespeist wird, damit die Anordnung hydrostatisch voll geflutet wird. Der Öldruck an der Rollenanordnung einschließlich der der hydrostatischen Puffer 34 wird durch die Begrenzungsvorrichtung 38 im zentrischen axialen Durchgang in der Antriebsstange 18 gesteuert.
Das Austreten von Öl an die Außenseite der Rollenanordnung 30, 32 und die Tendenz, das angetriebene Rohr vor und hinter der Rollenanordnung zu füllen, wird zweckmäßigerweise in den Antriebskopf 10, wo die Öl-Rückführleitung 22 ausgebildet ist, über die Innenseite eines gewellten und axial verlängerbaren Rohres 40 zurückge führt, das zwischen dem vorderen Ende des angetriebenen Rohres 26 und dem Gehäuse des antreibenden Kopfes fixiert ist.

Claims

Rollenreibantrieb mit Torsionwirkung, mit einer drehbaren Antriebsstange (18), einer Rollenanordnung (24), die von ihr drehbar um eine Achse angetrieben ist, die relativ zur Achse eines rotationsfesten angetriebenen Bauteils (26) geneigt ist, das von der Rollenanordnung (24) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die geneigte Rollenanordnung eine einzige ringförmige Rolle (32) sowie eine Vorrichtung (30, 34) aufweist, die die Rolle in Antriebskontakt mit dem angetriebenen Bauteil (26) drückt, das mindestens eine hydrostatische Puffervorrichtung (34) aufweist, die von innerhalb der ringförmigen Rolle (32) betätigbar ist.
Reibantrieb nach Anspruch 1, bei dem das angetriebene Bauteil (26) ein Rohr ist, und die ringförmige Rolle (32) in Reibeingriff mit der Innenbohrung des Rohres (26) steht.
Reibantrieb nach Anspruch 2, bei dem das Rohr (26) aus Stahl besteht.
Reibantrieb nach Anspruch 3, bei dem die Bohrung des Rohres (26) gehärtet und geschliffen ist.
Reibantrieb nach Anspruch 1, bei dem das angetriebene Bauteil (26) fest mit dem Schlitten einer Werkzeugmaschine verbunden ist oder einem integralen Teil dieses Schlittens darstellt und mit der Maschinenachse ausgerichtet ist.
Reibantrieb nach Anspruch 1, bei dem Öl für die hydrostatische Puffervorrichtung (34), die auf die Rolle einwirkt, über die Antriebsstange (18) längs deren Achse eingespeist wird.
Reibantrieb nach Anspruch 6, bei dem die Antriebsstange (18) ein zylindrisches Rohr darstellt.
Reibantrieb nach Anspruch 7, bei dem die Antriebsstange (18) an ihrem ablaufenden Ende eine schräge Rollenanordnung (24) drehend antreibt, in die die ringförmige Rolle eingesetzt ist, und das entfernte vordere Ende der Antriebsstange durch eine Antriebsvorrichtung in Drehung versetzt und durch hydrostatische Lager positioniert ist.
Reibantrieb nach Anspruch 8, bei dem die Öleinspeisung für die hydrostatischen Lager eine Quelle darstellt, aus der Öl längs der zentrischen Achse der Antriebsstange an die schräge Rollenanordnung gespeist wird.
Reibantrieb nach Anspruch 9, bei dem das Öl der schrägen Rollenanordnung über eine Begrenzungsvorrichtung zugeführt wird.
Reibantrieb nach Anspruch 10, bei dem an der schrägen Rollenanordnung Bohrungen vorgesehen sind, um Öl an die Bohrung und Endflächen der Rolle zu speisen, so dass sie voll hydrostatisch schwimmend ausgebildet ist.
Reibantrieb nach Anspruch 11, bei dem über weitere Bohrungen Öl in vier in gleichem Winkelabstand versetzte hydrostatische Puffer eingespeist wird, die die schräge Rollenanordnung in radialer Richtung so beaufschlagen, dass die Rolle in Reibantriebseingriff mit dem angetriebenen Rohr steht.
Reibantrieb nach Anspruch 12, bei dem Öl, das aus der Rollenanordnung austritt, in einen Auffangbehälter am angetriebenen Ende der Antriebsstange über das Innere eines verlängerbaren Rohres zurückgeführt wird, das zwischen dem vorderen Ende des angetriebenen Rohres und einem Gehäuse am vorderen Ende der Antriebsstange befestigt ist, wobei Bohrungen vorgesehen sind, um Öl in die hydrostatischen Lager einzuspeisen, die eine rotierende, das vordere Ende der Antriebs stange aufnehmende Anordnung positionieren.
Reibantrieb nach Anspruch 13, bei dem das verlängerbare Rohr gewellt oder teleskopförmig ausgebildet ist.
Reibantrieb nach Anspruch 1, bei dem die axiale Bewegung des angetriebenen Bauteils hauptsächlich durch den Winkel der Schräge der Rolle bestimmt ist.
Reibantrieb nach Anspruch 15, bei dem der Schrägwinkel sehr klein ist.
Reibantrieb nach Anspruch 16, bei dem kleine exakte Axialbewegungen des angetriebenen Bauteils (26) in der Größenordnung von 1 nm (Nanometer) pro Umdrehung der Antriebsstange (18) erreicht werden.
Reibantrieb nach Anspruch 15, bei dem ein Hochgeschwindigkeits-Antriebsmotor (16) mit Geschwindigkeits-Rückkopplungssteuerung verwendet wird.