DD220676A1

DD220676A1 - Vorrichtung zum umwandeln einer drehbewegung in eine linearbewegung

Info

Publication number: DD220676A1
Application number: DD25441783A
Authority: DD
Inventors: Jochen Mueller; Wolfgang Seide; Rolf Rueger
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1983-09-01
Filing date: 1983-09-01
Publication date: 1985-04-03

Abstract

Vorrichtung zum Umwandeln einer Drehbewegung in eine Linearbewegung, die traegheitsarm, spielfrei, regelbar, schnell und kostenguenstig ist. Anwendungsgebiet sind Praezisionspositioniersysteme. Die Vorrichtung besteht aus einer auf einer Unterlage montierten vorgespannten Welle, einer Positioniermasse, einem Reibrad, das in Reibschluss mit der Welle steht und dessen Rotationsachse mit der Positioniermasse gekopelt ist, und einem Antriebsmotor zur Erzeugung der Drehbewegung der Welle und des Reibrades, wobei erfindungsgemaess die Rotationsachse der Welle mit der Rotationsachse des Reibrades in der Ebene, die durch den Schenkel, den das Reibrad bildet, und den Schenkel, den die Welle bildet, gespannt wird, einen Winkel a, der von 0 bis 90 veraenderbar ist, einschliesst. Fig. 3

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist allgemein anwendbar in den Fällen, in denen eine Umwandlung einer rotatorischen in eine translatörische Bewegung oder die Umwandlung einer translatorischen in eine rotatorische Bewegung notwendig ist. Insbesondere betrifft sie einen Antrieb für Präzisiohspositioniersysteme in der Feingerätetechnik.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Umwandlung einer rotatorischeri Bewegung in eine translätorische Bewegung ist die Verwendung eines Spindeltriebes in verschiedenen Varianten bekannt (DE-OS 2061101,DE 2022 211). ,

Nachteil dieser Lösungen ist das hohe Masseträgheitsmöment, eine nicht regelbare Übersetzung sowie bei Spielfreiheit eine hohe innere Reibung. * ' , ·

Eine weitere Möglichkeit der Umwandlung einer rotatorischen in eine translatorische Bewegung ist die Verwendung von Reibrollgetrieben. Das Prinzip besteht in einer glatten Welle und einer koaxial um sie frei beweglichen Hülse, wobei sich zwischen Hülse und Welle Kugellager befinden, welche an ihrem Außenring an der Hülse befestigt sind und mit ihrem Inneofing im Reibschlüß mit der Welle stehen. Durch ein'e geringfügige Schrägstellung der Kugellagerachsen zur Wellenachse rollt die Hülse auf einer Sch rauben bahrt um die Welle ab. Derartige Lösungen sind z.B. in DE-OS 3132854 und DE-OS 2459 352 'beschrieben. ' ··. . ·

Nachteil dieser Lösungen ist das hohe Massenträgheitsmoment sowie eine nur in bestimmten Grenzen regelbare Übersetzung.. _N ' > .' . .

Darüber hinaus sind Übersetzungsgetriebe bekannt, die aus zwei Rollengruppen, welche um die Antriebswelle herum und schräg zur Welienachse angeordnet sind, bestehen, so daß die Rollen die Welle reibschlüssig berühren und bei einer Drehung der Welle die Rollen gedreht!und relativ zur Welle axial verschoben werden. Die Rollen werden durch Federkraft an die Welle gedrückt (DE-OS 2846138, US-PS 3272021). Nachteil dieser Lösungen ist, daß die Rollen, bedingt durch ungleiche ScrirägsteHwinke!,leicht verklemmen und diese Verklemmung durch zusätzliche Mittel behöben werden muß und außerdem die Übersetzung nicht regelbar ist.

In DE-OS 3025974 ist eine Lösung angegeben, bei der die lineare Positionierung einer Last durch einen Motor-Direktantrieb mittels Reibung erfolgt, hierbei befindet sich die rotierende Motorachse direkt auf der zu bewegenden Masse und bewegt diese vorwärts.

Nachteil dieser Lösung ist, daß keine hohen Übersetzungen möglich sind, dadurch keine Leistungsanpassung zwischen Motor und Last gegeben ist und daraus resultierend das System zu langsam ist. Darüber hinaus ist die Übersetzung nicht regelbar. Sämtliche Lösungen haben einen hohen materiell-technischen Aufwand.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine kostengünstige Äntriebsmöglichkeit für schnelle, geregelte Präzisionspositioniersysteme. Darlegung des Wesens der Erfindung .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen regelbaren, trägheitsarmen, spielfreien, schnellen und aus einer minimalen Anzahl von Resonatoren bestehenden Motor-Direktantrieb zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung zu schaffen. Die Aufgabe löst eine Vorrichtung aus einer auf einer Unterlage montierten vorgespannten Welle, einer Positioniermasse, einem Reibrad, das in Reibsehluß mit der Welle steht und dessen Rotationsachse mit der Positioniermasse gekoppelt ist und einem Antriebsmotor zur Erzeugung der Drehbewegung der Welle und des Reibrades, erfindungsgemäß dadurch, daß die Rotationsachse der Welle mit der Rotationsachse des Reibrades in der Ebene, die durch den Schenkel, den das Reibrad bildet, und den Schenkel, den die Welle bildet, gespannt wird, einen Winkel α einschließt und der Winkel α von 0 bis 90° veränderbar ist. Dabei kann der Motor so angeordnet sein, daß die Welle die Verlängerung der Motorachse bildet oder daß die Motorachse gleichzeitig die Rotationsachse des Reibrades ist. In Abhängigkeit vom Durchmesser des Antriebsmotors ist im zweiten Fall eine Neigung der Motorachse der Art erforderlich, daß die Motorachse mit einer senkrecht in der Zeichenebene stehenden, die Motorachse schneidenden Geraden einen Winkel β einschließt, wobei 0 <ß < 90° sein kann.

Durch Drehen der Motorachse läuft das Reibrad mit einer Steigung entsprechend Winkel α auf der Welle ab und bewegt die Positioniermasse. Die Bewegung der Positioniermasse ist dabei sowohl durch die Drehzahländerung des Motors als auch durch Änderung des Winkels α gesteuert. Darüber hinaus ist durch Änderung des Winkels α eine Veränderung des Positionierbereiches möglich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist spielfrei und reibungsarm, weist einen geringen materiellen und technischen Aufwand auf und besitzt darüber hinaus günstige dynamische Eigenschaften. Mit der Veränderung des Winkels α ist eine Massen- oder ,Distanzanpassung möglich.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1: zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die Welle die Verlängerung der Mqtorachse ist.

Fig. 2: zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die MotOrachse die Rotationsachse des Reibrades ist.

Fig.3: zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Draufsicht.

In Fig. 1 ist eine vorgespannte Welle 1, die zum Beispiel ausgehärtetem Stahlsein kann, auf einer Unterlage 2 montiert. Die Montage erfolgt über zwei fest auf der Unterlage 2 montierbare Lagerungen 3. Zum Zwecke der Spielfreimachung und Vorspannung der Welle 1 kann diese durch nicht dargestellte Mittel an der Lagerung 3 axial vorgespannt werden. Ein Motor 4 ist so mit der Welle 1 verbunden, daß die Welle 1 eine Verlängerung der Motorachse 5 darstellt. Die Verbindung zwischen Welle 1 und Motorachse 5 wird über eine Kupplung 6 realisiert. Im Reibschluß mit der Welle 1 ist ein Reibrad 7 angeordnet, daß z. B. ein Kugellager aus gehärtetem Stahl mit balliger Lauffläche sein kann. Die Rotationsachse 8 des Reibrades 7 ist über eine nicht näher dargestellte Verbindungsbaugruppe 11 mit einer Positioniermasse 9, z. B. einem Positioniertisch, gekoppelt.

Die Rotationsachse 8 ist erfindungsgemäß-zur Rotationsachse 10 der Welle 1 parallel oder die beiden Achsen schließen in der Ebene, die durch den Schenkel, den das Reibrad 7 bildet, und den Schenkel, den die Welle 1 bildet, gespannt wird, einen Winkel α ein.

In Fig.3 ist die Stellung der Achsen gemäß der Erfindung und damit der Winkel α dargestellt. Dreht sich die Achse 5 des Antriebsmotors, so dreht die Welle 1 das Reibrad 7 und dieses läuft mit einer Steigung entsprechend Winkel «auf der Welle 1 ab und bewegt damit die Positioniermasse 9. Durch Änderung des Winkels α kann die Steigung der WeMe 1 und damit die Übersetzung des Systems stufenlos geregelt sowie der Pösitionierbereich beliebig erweitert werden. Mit der Möglichkeit der Verstellbarkeit des Winkels α besteht auch die Möglichkeit der Massen-und Distanzanpassung.

Der Winkel α für Massenanpassung und damit für eine minimale Stillzeit beträgt

OC = arc tan

1	+	2a. ^ri²
		ηη ir ^

wobei y-f= Trägheitsmoment von Motor 4 und Welle 1

y₂ = Trägheitsmoment des verspannten Reibrädchens 7

m = Positioniermasse 9

V₁ = Radius der Welle 1

V₂ = Radius des Reibrädchens7.

In Fig. 2 ist die Vorrichtung in der Art geändert, daß der Motor 4 so angeordnet ist, daß die Motorachse 4 die Rotationsachse 8 des Reibrades ist. Durch Drehung der Motorachse 5 dreht das Reibrad 7 die Welle 1 um das Reibrad 7, läuft mit einerSteigerurtg gemäß Winkel α auf der Welle 1 ab und bewegt die Positioniermasse 9. Die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 2 ist analog der Vorrichtung gemäß Fig. 1. ₍.

Bei einem Motordurchmesser, der größer als der Durchmesser des Reibrades 7 ist, ist eine Kippung der Motorachse 5 notwendig, so daß die Motorachse 5 mit einer senkrecht in der Zeichenebene stehenden Geraden, die die Motorachse 5 schneidet, einen Winkel /3 einschließt, der je nach Bedarf zwischen Ö und 90° veränderbar ist. In Fig. 2 beträgt der Winkel β - 45°. Der Winkel a für Massenanpassung und damit für eine minimale Stellzeit beträgt in diesem Fall

cc = arc sin

4-

&y

mr- _ ζ

wobeiv-,= Radius der WeIIeI

v₂ = Radius des Reibrades 7 bei der Bedingung, daß Radius der Balligkeit des Reibrades gleich dem Radius des Reibrades 7 ist

γ·,= Trägheitsmoment des Motors4 mit Reibrad 7 y₂= Trägheitsmoment der Welle 1 m= Positioniermasse 9 ,S= Winkel zwischen Motorachse5undeinersenkrechtinderZeichenebenestehenden,dieMotorachse5schneidenden Geraden.

Durch die Veränderung sowohl des Winkels α als auch der Motordrehzahl ist ein Regelsystem für eine schnelle und genaue Positionierung mit geringem Aufwand geschaffen worden.

Claims

Erfindungsansprüche:

1. Vorrichtung zum Umwandeln einer Drehbewegung in eine Linearbewegung, bestehend aus einer auf einer Unterlage montierten vorgespannten Welle, einer Positioniermasse, einem Reibrad, das in Reibschluß mit der Welle steht und dessen Rotationsachse mit der Positioniermasse gekoppelt ist, und einem Antriebsmotor zur Erzeugung der Drehbewegung der Welle und des Reibrades, gekennzeichnet dadurch, daß die Rotationsachse der Welle mit der Rotationsachse des Reibrades' in der Ebene, die durch den Schenkel, den das Reibrad bildet, und den Schenkel, den die Welle bildet, gespannt wird, einen

. Winkel α einschließt und der Winkel α von 0 bis 90° veränderbar ist.
2. Vorrichtung nach Punkt T, gekennzeichnet dadurch, daß der Antriebsmotor so angeordnet ist, daß die Welle die Verlängerung der Motorachse bildet.
3. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Antriebsmotor so angeordnet ist, daß die Motorachse die Rotationsachse des Reibrades ist und daß die Motorachse mit einer senkrecht in der Zeichenebene stehenden, die Motorachse schneidenden Geraden einen[Winkel β einschließt und β von 0 bis 90° veränderbar ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen. '