DE8629356U1 - Device for the play-free transmission and, if necessary, conversion of a rotary movement - Google Patents
Device for the play-free transmission and, if necessary, conversion of a rotary movementInfo
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Description
Nürnberg, den 31. Okt. 1986 Reg. 28979Nuremberg, 31 October 1986 Reg. 28979
&Pgr; ^ &ogr; Mniiorijnn H &ogr; 7 ^ &eegr; &EEgr; t* ainh auf &agr; &iacgr; &eegr; &lgr; !/««»»»J^f-il-f··-·*·. -»«fm » »« &idiagr; *» 1 _ freien Weiterleiten und ggfs. Umwandeln von Drehbewegungen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.&Pgr; ^ &ogr; Mniiorijnn H &ogr; 7 ^ &eegr;&EEgr; t* ainh on &agr;&iacgr;&eegr;&lgr; !/««»»»J^f-il-f··-·*·. -»«fm » »« &idiagr; *» 1 _ free forwarding and, if necessary, conversion of rotary movements according to the preamble of claim 1.
In der modernen Steuer- und Antriebstechnik kommt einer weitgehend stoßfreien und schnellen Verstellbewegung eine ständig wachsende Bedeutung zu.In modern control and drive technology, a largely shock-free and fast adjustment movement is becoming increasingly important.
Aus der DE-PS 2 910 373 ist eine Antriebsvorrichtung zum spielfreien Umwandeln einer Drehbewegung in eine Linearbewegung mit Hilfe eines Zahnriemens und eines mit diesem in Eingriff stehenden Antriebszahnrades bekannt, das für einen Präzisionsantrieb, insbesondere für die schnelle und repetierbare Verstellung von Werkzeugen, Werkzeugtischen, Handhabungsgeräten oder Robotern geeignet ist, wobei mindestens eine in Verstellrichtung verlaufende Zahnstange vorgesehen ist, mit der der Zahnriemen ständig in Eingriff ist, und wobei zu beiden Seiten des Antriebszahnrades Bogenführungen vorgesehen sind, die den Zahnriemen so in Eingriff mit der Zahnstange halten, daß ein erster Abschnitt die Belastung aufnimmt und nur ein kurzer, definierter zweiter Abschnitt des Zahnriemens außer Eingriff mit der Verzahnung ist. Sofern nur relativ geringe Kräfte auftreten, ist dieser Antrieb sehr genau. 3ei extrem groOen Kräften könnten bsi dieser bekannten Antriebsvorrichtung jedoch gewisse Ungenauigkeiten auftreten .From DE-PS 2 910 373 a drive device is known for the backlash-free conversion of a rotary motion into a linear motion with the aid of a toothed belt and a drive gear engaged with it, which is suitable for a precision drive, in particular for the rapid and repeatable adjustment of tools, tool tables, handling devices or robots, wherein at least one toothed rack running in the adjustment direction is provided, with which the toothed belt is constantly engaged, and wherein curved guides are provided on both sides of the drive gear, which hold the toothed belt in engagement with the toothed rack in such a way that a first section takes up the load and only a short, defined second section of the toothed belt is out of engagement with the teeth. As long as only relatively small forces occur, this drive is very precise. However, with extremely large forces, certain inaccuracies could occur with this known drive device.
Aus der DE-PS 3 433 363 ist eine weitere Antriebsvorrichtung zum spielfreien Umwandeln einer Drehbewegung in eine Linearbewegung bekannt, mit der Werkzeugschlitten und andere zu positionierende Elemente über große bis gröOte Längen spielfrei mit niedrigem Massenträgheitsmoment bei groOer Einstellgenauigkeit linear bewegt werden können, wobei die Antriebsvorrichtung darüber hinaus noch besonders servicefreundlich ist.From DE-PS 3 433 363, another drive device is known for converting a rotary movement into a linear movement without play, with which tool slides and other elements to be positioned can be moved linearly over large to very large lengths without play, with a low moment of inertia and with great adjustment accuracy, whereby the drive device is also particularly easy to service.
Die bekannten Anordnungen betreffen ausschließlich die Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung.The known arrangements concern exclusively the conversion of a rotary motion into a linear motion.
Aus der DE-AS 1 059 756 sind Zahnantriebe bekannt, bei denen die Eingriffstiefe der miteinander kämmenden Zähne durch nockenähnliche Kurvenscheiben gesteuert wird.From DE-AS 1 059 756, tooth drives are known in which the depth of engagement of the meshing teeth is controlled by cam-like cam disks.
Aus der DE-OS 2 619 021 ist schließlich eine Motorschraube bekannt, mit deren Hilfe eine Drehbewegung von einer Zahnscheibe auf eine außen gezahnte Trommel untersetzt übertragen werden soll. Bei dieser bekannten Vorrichtung werden Führungsrollen vorgesehen, welche den Eingriffsbogen des Zahnriemens auf einen gewissen kleineren Winkel als im Normalfall begrenzen, um unangenehme Störungen durch geringe Interferenzen der Zahnteilungen des Zahnriemens zu vermeiden.Finally, from DE-OS 2 619 021, a motor screw is known, with the help of which a rotary motion is to be transmitted from a toothed pulley to an externally toothed drum. In this known device, guide rollers are provided which limit the engagement arc of the toothed belt to a certain smaller angle than in the normal case in order to avoid unpleasant disturbances caused by slight interference of the tooth pitches of the toothed belt.
An die Leistungsfähigkeit und Genauigkeit von Meß- und Werkzeugmaschinen sowie Handhabungsgeräten und Robotern herden zunehmend steigende Anforderungen gestellt. Die Bewegungen müssen nicht nur schnell, d. h. mit großen Beschleunigungs- und Verzögerungswerten, sondern auch mit höchster Genauigkeit ausgeführt '.-lecdcn, um die gewünschten Fertigungstoleranzen einhalten zu können. Schließlich soll die Bewegung schlupffrei, spielfrei, schwingungsfrei und bei der Massenfertigung unter reproduzier-Increasing demands are being placed on the performance and accuracy of measuring and machine tools, handling equipment and robots. The movements must not only be carried out quickly, i.e. with high acceleration and deceleration values, but also with the highest precision in order to be able to comply with the desired manufacturing tolerances. Finally, the movement must be slip-free, free of play, free of vibrations and, in mass production, with reproducible
baren Verhältnissen mit Hilfe von numerischen Steuerunger· möglich sein. Hieraus ergeben sich in der Praxis wegen der hohen Beanspruchung der Bauteile unerwünschte VerschleiGerscheinungen, die auf Dauer Ungenauigkeiten und Streuungen bei der numerischen Einstellung zur Folge haben. Die bekannten und üblicherweise zur Ausführung verwendeten Antriebssysteme, die sehr unterschiedlich aijfnehaijf aain Lnnnan f GS!£ &Idigr;&Pgr;&Ogr;&THgr; S" &iacgr; fide If! j K Un2 1 3&eegr;&idiagr;&pgr;&udigr;&thgr; 1 &Pgr; ; Zahnstangen, hydraulische oder pneumatische Kolben oder Zahnriemen), finden wegen der ihnen eigenen Eigenschaften alle ihre Anwendung, und zwar verständlicherweise immer dort, wo sich aufgrund der Anforderungen ihre günstigen Eigenschaften besonders vorteilhaft auswirken und die weniger günstigen Eigenschaften kaum stören. Wenn es nun aber darum geht, eine spielfreie, schwingungsfreie und genaue Einstellung zu erzielen, und zwar in ständig repetierbaren Abläufen, so treten die nachteiligen Wirkungen stark in den Vordergrund.nnnan f GS!£ &Idigr;&Pgr;&Ogr;&THgr;S"&iacgr; fide If! j KU n 2 1 3 &eegr; &idiagr;&pgr;&udigr;&thgr; 1 &Pgr;; racks, hydraulic or pneumatic pistons or toothed belts) all find application due to their own properties, and understandably always where, due to the requirements, their favorable properties have a particularly advantageous effect and the less favorable properties hardly cause any interference. However, when it is a question of achieving a play-free, vibration-free and precise adjustment in constantly repeatable processes, the disadvantageous effects come to the fore.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Weiterleiten und ggf. Umwandeln einer Drehbewegung zur schaffen, mit der Werkzeuge, Werkzeugtische, Handhabungsgeräte oder Roboter schwingungs- und schlupffrei bei geringem Massenträgheitsmoment, mit hohen Beschleunigungs- und Verzögerungswerten und bei großer Einsteligenauigkeit bewegt werden können.The innovation is based on the task of creating a device for transmitting and, if necessary, converting a rotary movement, with which tools, tool tables, handling devices or robots can be moved without vibration or slippage, with a low moment of inertia, with high acceleration and deceleration values and with great setting accuracy.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt neuerungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen.According to the innovation, this problem is solved by the measures specified in the characterizing part of claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Advantageous further training can be found in the subclaims.
Zahnriemen, Insbesondere Kunststoffzahnriemen, künnen zwischenzeitlich hinsichtlich Zahnform und Zahnteilung mit großer Genauigkeit hergestellt werden, sind hinreichend flexibel, verschleißfest und geräuscharm und haben einen günstigen Wirkungsgrad. Sie werden auch in endloser Ausführung hergestellt und können sowohl mit Stahldrahtseele als auch mit Glasfaserarmierung versehen sein.Timing belts, especially plastic timing belts, can now be manufactured with great precision in terms of tooth shape and tooth pitch, are sufficiently flexible, wear-resistant and quiet, and have a good level of efficiency. They are also manufactured in endless versions and can be provided with either a steel wire core or with glass fiber reinforcement.
Die Neuerung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung zur übertragung einer Drehbewegung zwischen zwei in der Größe stark voneinander abweichenden Zahnrädern,The innovation is explained below with reference to the drawing figures. They show: Fig. 1 a device for transmitting a rotary motion between two gears that differ greatly in size,
Fig. Z eine Vorrichtung zur übertragung einer Drehbewegung zwischen zwei im wesentlichen gleichgroßen Zahnrädern.Fig. Z a device for transmitting a rotary motion between two gears of essentially the same size.
Fig. 3 eine Vorrichtung nach Fig. 1 oder 2, bei der die Umlenkrollen unterschiedliche Durchmesser aufweisen .Fig. 3 a device according to Fig. 1 or 2, in which the deflection rollers have different diameters.
Die in der Figur 1 dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Antriebs-Ritzel 10, einem endlosen Übertragungselement, insbesondere aus einem Zahnriemen 11, zwei Umlenkrollen 12 und 13 und einem Abtriebs-Zahnrad 14, das im vorliegend dargestellten Fall einen erheblich größeren Teilkreis als das Antriebs-Ritzel 10 hat. Das Antriebs-Ritzel 10 wird durch einen nicht dargestellten Motor oder auf andere an sich bekannte Weise angetrieben. Der Zahnriemen 11 wird über die Umlenkrollen 12 und 13 in die Verzahnungen von Antriebs-Ritzel 10 und Abtriebs-Zahnrad 14 gepreßt. Es ergeben sich damit die Eingriffsbereiche A bzw. 8. Außerhalb dieser Eingriffsbereiche A und B von Antriebs-Ritzel 10 bz'-j. Abtriebs-Zahnrad 14 liegt der Zahnriemen 11 mib seiner Rückseite aufThe device shown in Figure 1 consists essentially of a drive pinion 10, an endless transmission element, in particular a toothed belt 11, two deflection rollers 12 and 13 and an output gear 14, which in the case shown here has a considerably larger pitch circle than the drive pinion 10. The drive pinion 10 is driven by a motor (not shown) or in another known manner. The toothed belt 11 is pressed into the teeth of the drive pinion 10 and the output gear 14 via the deflection rollers 12 and 13. This results in the engagement areas A and B. Outside of these engagement areas A and B of the drive pinion 10 and the output gear 14, the toothed belt 11 rests with its back on
den Umfangsflachen der Umlenkrollen 12 und 13 im Bereich
C kraftschlüssig auf. Der Bereich, in dem der Zahnriemen
11 weder kraft- noch formschlüssig geführt wird, kann wie
die Zeichnung ohne weiteres erkennen läßt - durch
entsprechende Maßnahmen praktisch zu Null gemacht werden, so daß freie Dehnungen des Zahnriemens 11 ausge- |
schlossen sind. Antriebs-Ritzel 10 und Abtriebs-Zannrad !;■
.14 greifen von zwei gegenüberliegenden Seiten her derart § in die Verzahnung der durch den Zahnriemen 11 gebildeten .'
Schleife ein, daß sie jnter Zwischenschaltung des Zahn- - ■ riemens 11 an den Umlenkrollen 12 und 13 anliegen. Dies !.
hat zu bedeuten, daß dort, wo die Eingriffsbereiche A
und B von Antriebs-Ritzel 10 und Abtriebs-Zahnrad 14 enden, zwangsläufig die Auflage des Zahnriemens 11 auf den
Umlenkrollen 12 und 13 und damit die kraftschlüssige Auf- : lage des Zahnriemens 11 auf den Umlenk'rollen 12 und 13
beginnt. i the circumferential surfaces of the pulleys 12 and 13 in the area
C. The area in which the timing belt
11 is neither force-locked nor form-locked, as the drawing clearly shows - by
appropriate measures can be made practically zero, so that free expansion of the toothed belt 11 is excluded. The drive pinion 10 and the driven gear 14 engage from two opposite sides in the teeth of the loop formed by the toothed belt 11 in such a way that they rest against the deflection rollers 12 and 13 with the toothed belt 11 in between. This means that where the engagement areas A
and B of drive pinion 10 and driven gear 14, inevitably the support of the toothed belt 11 on the
Deflection rollers 12 and 13 and thus the force-fitting support of the toothed belt 11 on the deflection rollers 12 and 13
begins. i
In den Bereichen C, in denen der Zahnriemen 11 mit sei- i
ner Rückseite kraftschlüssig auf den Umlenkrollen 12 und
13 aufliegt, ist lediglich dann ein Schlupf möglich, 'In the areas C, in which the toothed belt 11 rests with its rear side on the pulleys 12 and
13, slippage is only possible if '
wenn die Ruhreibung zwischen dem Rücken des Zahnriemens
11 und den Umlenkrollen 12 bzw. 13 überschritten wird.
Durch entsprechende Wahl der Reibungsverhältnisse ist Jif the friction between the back of the timing belt
11 and the pulleys 12 and 13 are exceeded.
By appropriate choice of friction conditions, J
dies im normalsn Betrieb jedoch ausgeschlossen. Ledig- [. However, this is not possible in normal operation. Only [.
lieh bei Auftreten von Stoßen erfolgt kurzzeitig ein ;>'When impacts occur, a short ;>'
Schlupf, der zu einem Abbau der Stoßenergie führt. Anschließend sind jedoch die gewünschten Präzisionsverhältnisse sofort wieder gegeben. Auch die kurzzeitig verlorengehende Zuordnung zwischen den Positionen von Antriebe-Ritzel 10 einerseits und Abtriebs-Zahnrad 14 andererseits ist nach Abklingen ck-· Stoßbelastung sofort wieder gegeben.Slippage, which leads to a reduction in the impact energy. However, the desired precision conditions are then immediately restored. The temporarily lost relationship between the positions of the drive pinion 10 on the one hand and the output gear 14 on the other hand is also immediately restored after the shock load has subsided.
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Die in der Figur dargestellte Vorrichtung zur Weiterleitung bzw. Umwandlung von Drehbewegungen ist auch dann vorteilhaft einzusetzen, wenn anders als im in der Figur I dargestellten Ausführungsbeispiel nur ein geringes Über- oder Untersetzungsverhältnis gegeben ist. Dieser Fall ist in Figur 2 dargestellt, bei dem die dort gezeigte Vorrichtung zwei etwa gleichgroße Zahnräder 14 und J5 miteinander verkoppelt.The device shown in the figure for transmitting or converting rotary movements can also be used advantageously if, unlike in the embodiment shown in Figure I, only a small increase or decrease ratio is present. This case is shown in Figure 2, where the device shown there couples two gear wheels 14 and J5 of approximately the same size to one another.
Wegen der günstigen Eingriffsverhältnisse empfiehlt sich die Verwendung der beschriebenen Vorrichtung in vielen Fällen auch beim Übersetzungsverhältnis 1:1.Due to the favorable engagement conditions, the use of the described device is recommended in many cases even with a transmission ratio of 1:1.
Es können mehrere solcher Antriebsvorrichtungen auf dem Umfang eines einzelnen Zahnrades 14 bzw. 15 angeordnet werden. So können beispielsweise von einem einzigen Antriebs-Zahnrad 15 über die beschriebene Vorrichtung mehrere Abtriebs-Zahnräder 14 angetrieben werden. Dies ist insbesondere bei Handhabungsgeräten und Robotern von erheblichem Vorteil, da dort häufig verschiedene Abtriebsbewegungen zwangsläufig von einer einzigen Antriebsbewegung ableitbar und somit zwangsläufig aynchronisierbar sein müssen.Several such drive devices can be arranged on the circumference of a single gear 14 or 15. For example, several output gears 14 can be driven by a single drive gear 15 via the device described. This is particularly advantageous in handling devices and robots, since there often different output movements must be derived from a single drive movement and thus inevitably synchronized.
Es kann aber auch umgekehrt ein einziges Abtriebs-Zahnrad 14 von mehreren Antriebs-Ritzeln 10 oder Antrieus-Zahnrädern 15 über die oben beschriebene Vorrichtung angetrieben werden. Dies hat den Vorteil( daß selbst bei Ausfall eines Antriebs im Notfall durch die weiteren Antriebe noch eine Verstellbewegung (','ienn auch mit verminderter Kraft) möglich ist.Conversely, a single output gear 14 can also be driven by several drive pinions 10 or drive gears 15 via the device described above. This has the advantage that even if one drive fails, an adjustment movement (even with reduced power) is still possible in an emergency using the other drives.
In vielen Fällen - insbesondere bei Handhabungsgeräten und Robotnrn - i'/erdsn nur !<loine Vorste 1 lbevmgungen notvj &pgr; &eegr; d i &pgr; &eegr; r? 1 &eegr; . In solchen Fällen können a &eegr; s t e .11« dor Zahn-In many cases - especially with handling equipment and robots - only a few ideas are necessary. In such cases, a s t e .11« of the tooth
•«••»•iittiti &eegr;•«••»•iittiti &eegr;
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räder 14 bzw. 15 Kreissegmente 14a bzw." 15a mit Verzahnung vorgesehen werden. Durch den Fortfall eines Teils der an sich erforderlichen vollen Zahnräder 14 bzw. 15 läßt sich die Baugröße nicht unerheblich verringern.gears 14 and 15, circular segments 14a and 15a with teeth can be provided. By eliminating some of the required full gears 14 and 15, the size can be reduced considerably.
Als Zahnriemen 11 finden vorzugsweise solche Verwendung, die Profile mit geringem Flankenwinkel aufweisen. Dadurch werden die Auftriebskräfte, die den Zahnriemen 11 aus dem Zahnprofil aufsteigen lassen wollen, sehr gering gehalten. Als sehr günstig hat sich ein Zahnprofil mit halbkreisförmigem Zahnquerschnitt erwiesen.Timing belts 11 are preferably those with profiles with a small flank angle. This means that the lifting forces that would cause the timing belt 11 to rise from the tooth profile are kept very low. A tooth profile with a semi-circular tooth cross-section has proven to be very advantageous.
Es bedarf keinor weiteren Erwähnung, daß die Richtung des Antriebs, d.h. der Kraftfluß, selbstverständlich auch umgekehrt werden kann, so daß das in Fig. 1 dargestelxte Zahnrad 14 treibende Funktion hat und das Ritzel 10 bzw. das Zahnrad 15 angetrieben werden.It goes without saying that the direction of the drive, i.e. the flow of power, can of course also be reversed, so that the gear 14 shown in Fig. 1 has a driving function and the pinion 10 or the gear 15 are driven.
Die oben beschriebene Vorrichtung ist insbesondere für numerische Steuerung sehr gut geeignet, ermöglicht wegen der geringen Massen eine hohe Beschleunigung mit Stoßkompensation, erlaubt eine Komponentenbauweise, bei dec mehrere Antriebs- bzw. Abtriebsvorrichtungen auf einem einzigen Zahnrad angeordnet werden können und hat einen hohen Wirkungsgrad und eine lange '.ebensdauer.The device described above is particularly well suited for numerical control, enables high acceleration with shock compensation due to the low masses, allows a component design in which several drive or output devices can be arranged on a single gear wheel and has a high degree of efficiency and a long service life.
Es können auch beidseitig verzahnte übertragungselemente, und zwar sowohl Zahnriemen 11 als auch Zahnketten, zur Anwendung kommen. In einem solchen Fall erhalten die Umlenkrcllen 12, 13 dann an ihrem Umfang ebenfalls eine Verzahnung, in die der Zahnriemen 11 (mit der Verzahnung seiner Rückseite) oder in die eine Zahnkette eingreift.Transmission elements with teeth on both sides can also be used, namely both toothed belts 11 and toothed chains. In such a case, the deflection rollers 12, 13 also have teeth on their circumference, into which the toothed belt 11 (with the teeth on its back) or a toothed chain engages.
Insbesondere in der Handhabungs- bzvi. Robotertechnik ernibt sioh häufig die Notwendigkeit, unterschiedlicheEspecially in handling and robotics technology, there is often the need to use different
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Drehzahlen van einer gemeinsamen Hauptwelle und mit einer zwangsläufig festen Zuordnung (Übersetzungsverhältnis
und Synchronität) abzuleiten. Zu diesem Zweck werden Umlenkrollen 12' und 13 mit unterschiedlichen Durchmessern
bzw. Teilkreisduchmessern vorgesehen, wodurch sich dann auch entsprechend unterschiedliche Drehzahlen der
Umlenkrollen 12' bzw. 13 ergeben.Speeds from a common main shaft and with a necessarily fixed assignment (transmission ratio and synchronism). For this purpose, deflection rollers 12' and 13 with different diameters or pitch diameters are provided, which then also result in correspondingly different speeds of the
Deflection pulleys 12' and 13 respectively.
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Claims (8)
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Krümmungsradien aufweisen.6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the two toothed circular arcs (10, 14, 14a, 15, 15a) engaging in the toothing of the endless transmission element (11) have greatly differing
have radii of curvature.
Verzahnung aufweisen.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the transmission element (11) on both sides and the deflection rollers (12, 13) on their circumference
have gear teeth.
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Publication number | Publication date |
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WO1988003620A1 (en) | 1988-05-19 |
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