DD239027A1

DD239027A1 - PLAYFREE TRANSMISSION FOR A LIMITED MOTION RANGE

Info

Publication number: DD239027A1
Application number: DD27806185A
Authority: DD
Inventors: Juergen Tappert
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1985-07-01
Filing date: 1985-07-01
Publication date: 1986-09-10
Also published as: DE3610988A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein spielfreies Getriebe fuer einen begrenzten Bewegungsbereich, bei dem ueber ein Federelement, welches einmal am Abtriebsglied und zum anderen ueber ein Zugseil an einer auf einer Welle fest angeordneten Seilrolle befestigt ist, das Spiel saemtlicher Bewegungsuebertragungselemente beseitigt wird. Die mit der Seilrolle versehene Welle steht dabei ueber ein Getriebeglied mit der Welle einer Antriebseinheit und somit mit dem die Bewegung auf das Abtriebselement uebertragenden System im Eingriff. Unabhaengig von der Bewegungsrichtung des Abtriebsgliedes wird durch Auf- und Abwickeln des Zugseils auf die Seilrolle eine Abtriebsbewegung mit konstanter spielbeseitigender Kraft uebertragen. Das Getriebe kann fuer Praezisionsantriebe, beispielsweise am Scanningtischen von Mikroskopen oder an Messgeraeten, eingesetzt werden. FigurThe invention relates to a backlash-free transmission for a limited range of motion, in which over a spring element, which is once attached to the output member and on the other via a pull cable to a shaft fixedly mounted pulley, the game is eremtlicher Bewegungsuebertragungselemente eliminated. The shaft provided with the pulley stands thereby via a gear member with the shaft of a drive unit and thus with the movement of the output member on the transmitting system in engagement. Regardless of the direction of movement of the output member, an output motion with constant play eliminating force is transmitted by winding and unwinding of the pull rope on the pulley. The gearbox can be used for precision drives, for example on the scanning tables of microscopes or on measuring devices. figure

Description

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Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein spielfreies Getriebe für einen begrenzten Bewegungsbereich. Es kann für Präzisionsantriebe, beispielsweise an Scanningtischen von Mikroskopen oder an Meßgeräten, eingesetzt werden.The invention relates to a backlash-free transmission for a limited range of motion. It can be used for precision drives, for example on scanning tables of microscopes or on measuring instruments.

Characteristic of the known technical solutions

In vielen Anwendungsfällen ist es erforderlich, das Spiel in Getrieben zu beseitigen um somit zwischen An- und Abtrieb eine feste Zuordnung zu erreichen. Dazu sind eine Vielzahl von Getriebeanordnungen bekannt.In many applications, it is necessary to eliminate the game in transmissions in order to achieve a fixed assignment between input and output. For this purpose, a plurality of gear arrangements are known.

Bei Stirnradgetrieben wird das Spiel beispielsweise dadurch beseitigt, daß zwei gleiche aufeinanderliegende Stirnräder, von denen eines mit der Drehachse fest verbunden ist, gegeneinander über ein Federelement verspannt werden und gemeinsam in ein folgendes Stirnrad oder eine Zahnstange eingreifen. Durch die Verspannung werden stets die Zahnflanken der ineinander eingreifenden Stirnräder gegeneinander gedrückt. Bei mehrstufigen Getrieben ist es erforderlich, die Verspannung in jeder Stufe durchzuführen. Das hat zur Folge, daß der Montageaufwand sehr hoch ist. Bei der Übertragung hoher Kräfte über die nachgiebigen Zahnflanken kann es zum Abheben von der festen Zahnflanke kommen, was einer Lose entspricht. Das gleiche Prinzip wird auch bei Schneckengetrieben angewandt, wobei das Schneckenrad senkrecht zur Drehachse geteilt wird und die Teile gegeneinander verspannt in eine Schnecke eingreifen.In spur gears, the game is eliminated, for example, characterized in that two identical superimposed spur gears, one of which is fixedly connected to the axis of rotation, are braced against each other via a spring element and engage together in a following spur gear or a rack. Due to the tension, the tooth flanks of the intermeshing spur gears are always pressed against each other. For multi-stage transmissions, it is necessary to perform the tensioning in each stage. This has the consequence that the assembly cost is very high. When transmitting high forces on the flexible tooth flanks, it can come to lift off the fixed tooth flank, which corresponds to a loose. The same principle is also used in worm gears, wherein the worm wheel is divided perpendicular to the axis of rotation and the parts against each other clamped engage in a worm.

Weiterhin sind spielfreie Schneckengetriebe bekannt, bei denen ein Schneckenrad über einen zusätzlichen Motor gegen die Schnecke gedreht wird. Dadurch wird ein Drehmoment erzeugt, so daß das Schneckenrad immer an einer Flanke der Schnecke anliegt. Das Anwendungsgebiet derartiger Getriebe ist jedoch, bedingt durch die zusätzliche Antriebseinheit, stark eingeschränkt.Furthermore, backlash-free worm gears are known in which a worm wheel is rotated by an additional motor against the worm. As a result, a torque is generated, so that the worm wheel is always applied to an edge of the screw. However, the field of application of such transmissions is severely limited, due to the additional drive unit.

In DD-WP 203610 wird eine Kombination von Schneckengetriebe mit verspanntem Stirnradgetriebe beschrieben, wobei über die verspannten Stirnräder das Spiel im Schneckengetriebe beseitigt wird.In DD-WP 203610 a combination of worm gear with braced spur gear is described, over the strained spur gears, the game is eliminated in the worm gear.

Neben den genannten Möglichkeiten zur Beseitigung des Spiels in Getrieben ist auch eine Lösung bekannt, bei der Stirnräder aus nachgiebigem Material verwendet werden. Diese Stirnräder werden spielfrei montiert, wobei die Unrundheit der Stirnräder durch die Nachgiebigkeit des verwendeten Materials ausgeglichen wird.In addition to the above-mentioned possibilities for eliminating the game in transmissions, a solution is known in which spur gears are used made of resilient material. These spur gears are mounted without backlash, whereby the runout of the spur gears is compensated by the flexibility of the material used.

Der wesentliche Nachteil der beschriebenen Getriebearten besteht darin, daß bei mehrstufigen Anordnungen je Stufe mit den entsprechenden spielbeseitigenden Elementen versehen werden muß.The main disadvantage of the types of transmission described is that must be provided with multi-stage arrangements per stage with the appropriate game-eliminating elements.

Eine weitere, sehr häufig angewendete Lösung zur Beseitigung des Spiels in Getrieben, die für einen begrenzten Bewegungsbereich eingesetzt werden, besteht darin, daß das gesamte Spiel durch eine Feder, die einmal mit dem anzutreibenden Teil und zum anderen mit einem Fixpunkt der Einrichtung verbunden ist, herausgedrückt wird. Nachteilig dabei ist jedoch, daß die Feder entsprechend dem Bewegungsbereich mehr oder weniger gespannt wird und somit unterschiedliche Kräfte auftreten. Soll diese Kräftedifferenz in erträglichen Grenzen gehalten werden, muß die eingesetzte Feder zum Bewegungsreich relativ lang sein. Das hat zur Folge, daß neben den veränderlichen Kräften die Baugröße des Getriebes oftmals relativ groß ist. Um eine konstante spielbeseitigende Kraft zu erhalten, werden mitunter Gewichte verwendet, deren Einsatz bei beweglichen Einrichtungen, insbesondere bei Präzisionsantrieben in der Feingerätetechnik bedingt durch Größe, Masse, Beschleunigung, Lage, Weg usw. mit hohem konstruktiven Aufwand verbunden ist.Another very often used solution for eliminating the play in transmissions, which are used for a limited range of motion, is that the entire game is connected by a spring, which is once connected to the part to be driven and on the other with a fixed point of the device, is pushed out. The disadvantage here, however, is that the spring is stretched more or less according to the range of motion and thus different forces occur. If this difference in forces should be kept within tolerable limits, the spring used for the range of motion must be relatively long. This has the consequence that in addition to the variable forces, the size of the transmission is often relatively large. In order to obtain a constant game-eliminating force, weights are sometimes used whose use in mobile devices, especially in precision drives in precision engineering due to size, mass, acceleration, position, path, etc. is associated with high design effort.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, durch ein in seinem konstruktiven Aufbau einfaches Getriebe, den zeitlichen Montageaufwand, insbesondere bei Getriebeanordnungen mit mehreren Stufen, unter Gewährleistung einer minimalen Umkehrspanne zu senken.The aim of the invention is to reduce by a simple in its structural design gear, the time-consuming assembly, especially in gear arrangements with multiple stages, while ensuring a minimum inversion margin.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein spielfreies Getriebe für einen begrenzten Bewegungsbereich zu entwickeln, welches über den gesamten Bewegungsbereich eine konstante, das Spiel beseitigende Kraft besitzt und beim Zuschalten weiterer Getriebestufen keine weiteren spielbeseitigenden Mittel erfordert.The invention has for its object to develop a backlash-free transmission for a limited range of motion, which has a constant, the game eliminating force over the entire range of motion and requires no additional game-eliminating means when switching additional gear stages.

Diese Aufgabe wird durch ein spielfreies Getriebe, bestehend aus einem translatorisch oder rotatorisch geführten mit einer Zahnstange oder einem Zahnrad verbundenem Abtriebsglied sowie zwei auf einer lagefixierten Antriebswelle befestigten Bewegungsübertragungselementen, von denen das eine als Antriebsritzel dient und das andere mit der Welle einer Antriebseinheit im Eingriff steht, wobei die Zahnflanken des Antriebsritzels über ein Federelement kraftschlüssig in die Zahnflanken der mit dem Abtriebsglied verbundenen Zahnstange bzw. des Zahnrades eingreifen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zur Lage der Antriebswelle eine zweite mit einem weiteren Bewegungsübertragungselement sowie einer Seilrolle versehene Welle angeordnet ist, das Bewegungsübertragungselement neben dem Bewegungsübertragungselement der Antriebswelle mit der Welle der Antriebseinheit im Eingriff steht und das gespannte Federelement einerseits am Abtriebsglied befestigt sowie andererseits über einen Seilzug mit der Seilrolle verbunden ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Welle der Antriebseinheit als Schneckenwelle und die mit der Welle im Eingriff stehenden Bewegungsübertragungselementeals Schneckenräder ausgebildet sind. Weiterhin ist es vorteilhaft ein Federelement zu verwenden, welches in seiner Federkraft verstellbar ist.This object is achieved by a backlash-free transmission consisting of a translationally or rotationally guided output member connected to a toothed rack or a toothed wheel and two motion transmission elements mounted on a positionally fixed drive shaft, one of which serves as a drive pinion and the other engages the shaft of a drive unit , wherein the tooth flanks of the drive pinion via a spring element frictionally engage in the tooth flanks of the driven member connected to the rack or gear according to the invention solved in that parallel to the position of the drive shaft, a second provided with a further motion transmission element and a pulley shaft is arranged, the motion transmission element next to the motion transmission element of the drive shaft with the shaft of the drive unit is engaged and the tensioned spring element on the one hand attached to the output member and on the other hand via a n cable is connected to the pulley. It is advantageous if the shaft of the drive unit as a worm shaft and the shaft engaging motion transmission elements are designed as worm wheels. Furthermore, it is advantageous to use a spring element which is adjustable in its spring force.

Bedingt durch die Anordnung der Bewegungsübertragungselemente sowie des Federelementes wird bei gespanntem Federelement auf das Abtriebsglied eine Kraft übertragen.Due to the arrangement of the motion transmission elements and the spring element is transmitted to a tensioned spring element on the output member, a force.

Unabhängig von der Bewegungsrichtung des Abtriebsgliedes tritt bei allen Getriebeelementen eine einseitige Flankenanlage und somit eine spielfreie Bewegungsübertragung auf. Durch die Befestigung des Federelementes einmal am Abtriebsglied und zum anderen am mit der Seilrolle verbundenen Seil wird bei Bewegung des Abtriebsgliedes das Seil in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Abtriebsgliedes auf- bzw. abgewickelt. Der zurückgelegte Weg des Seiles ist dabei mit dem Weg des Abtriebsgliedes identisch, so daß die Andruckkraft an die Zahnflanken der Bewegungsübertragungselemente über den gesamten Bewegungsbereich konstant ist. Sie kann durch Verändern der Federkraft dem jeweiligen Anwendungszweck angepaßt werden.Regardless of the direction of movement of the output member occurs in all transmission elements on a one-sided edge system and thus a backlash-free motion transmission. By attaching the spring element once on the output member and the other connected to the pulley rope, the rope in response to the movement direction of the output member is up or unwound on movement of the output member. The traversed path of the rope is identical to the path of the output member, so that the pressure force on the tooth flanks of the motion transmission elements over the entire range of motion is constant. It can be adapted to the respective application by changing the spring force.

Gegenüber konventionellen Getriebeanordnungen mit konstanter spielbeseitigender Kraft, beispielsweise beim Einsatz von verspannten Stirnzahnrädern, bedarf es bei dem erfindungsgemäßen Getriebe in Verbindung mit einem mehrstufigen Aufbau nur einer entsprechend beschriebenen Anordnung zur Beseitigung des Spiels.Compared to conventional gear arrangements with constant clearance clearance force, for example when using strained spur gears, it requires in the transmission according to the invention in conjunction with a multi-stage construction only one arrangement described in order to eliminate the game.

embodiment

In einem nachstehenden Ausführungsbeispiel soll das erfindungsgemäße spielfreie Getriebe für einen begrenzten Bewegungsbereich näher erläutert werden.In an embodiment below, the backlash-free transmission according to the invention for a limited range of motion is to be explained in more detail.

Die dazugehörige Figur zeigt ein Abtriebsglied 1, welches mit einer Zahnstange 2 versehen ist. Die Zahnstange 2 steht mit einem auf einer Antriebswelle 3 angeordneten Ritzel 4 im Eingriff. Ebenfalls auf der Antriebswelle 3 befindet sich ein Schneckenrad 5, das über eine Schneckenwelle 6 einer Antriebseinheit 7 die Drehbewegung der Antriebseinheit 7 auf die Antriebswelle 3 überträgt. Parallel zur Lage der Antriebswelle 3 ist eine zweite mit einem Schneckenrad 8 versehene Welle 9 so angeordnet, daß das Schneckenrad 8 in die Schneckenwelle 6 eingreift.The accompanying figure shows a driven member 1, which is provided with a rack 2. The rack 2 is engaged with a pinion 4 arranged on a drive shaft 3. Also located on the drive shaft 3 is a worm wheel 5, which transmits the rotational movement of the drive unit 7 to the drive shaft 3 via a worm shaft 6 of a drive unit 7. Parallel to the position of the drive shaft 3, a second provided with a worm wheel 8 shaft 9 is arranged so that the worm wheel 8 engages in the worm shaft 6.

Neben dem Schneckenrad 8 befindet sich auf der Welle 9 eine mit einem auf- bzw. abwickelbaren Zugseil 10 versehene SeilrolleIn addition to the worm wheel 8 is located on the shaft 9 a provided with an up or unwound traction cable 10 pulley

11. Das freie Ende des Zugseils 10 ist an einer gespannten Schraubenfeder 12, die fest mit dem Abtriebsglied 1 verbunden ist, befestigt.11. The free end of the traction cable 10 is attached to a tensioned coil spring 12 which is fixedly connected to the output member 1.

Bedingt durch die Anordnung der Schraubenfeder 12 wird auf das Abtriebsglied 1 eine Kraft ausgeübt.Due to the arrangement of the coil spring 12, a force is exerted on the output member 1.

Das hat zur Folge, daß sowohl zwischen der Zahnstange 2 und dem Ritzel 4 als auch zwischen den Schneckenrädern 5 und 8 und der Schneckenwelle 6 eine einseitige Flankenanlage hervorgerufen wird. Über die Antriebseinheit 7 wird der Schneckenwelle 6 eine Drehbewegung zugeführt. Diese Drebewegung wird über das Schneckenrad 5 sowie das Ritzel 4 auf die Zahnstange 2 des Abtriebsgliedes 1 übertragen. Durch die einseitige Flankenanlage in allen Bewegungsübertragungselementen kann das Abtriebsglied 1 spielfrei in beiden Bewegungsrichtungen verschoben werden. Gleichzeitig erfolgt über das Schneckenrad 8 eine Drehbewegungsübertragung auf die Welle 9, so daß über die auf der Welle 9 fixierte Seilrolle 11 das Zugseil 10 entsprechend der Bewegungsrichtung auf-bzw. abgewickelt wird. Der zurückgelegte Weg des Abtriebsgliedes 1 ist mit dem Weg eines definierten Punktes am Zugseil 10 identisch, das heißt, über den gesamten Bewegungsbereich des Abtriebsgliedes 1 ist die auf die einzelnen Bewegungsübertragungselemente wirkende, von der Schraubenfeder 12 erzeugte, Kraft konstant.This has the consequence that both on the rack 2 and the pinion 4 and between the worm wheels 5 and 8 and the worm shaft 6, a one-sided flank system is caused. Via the drive unit 7, the worm shaft 6 is supplied with a rotational movement. This Drebewegung is transmitted via the worm wheel 5 and the pinion 4 on the rack 2 of the output member 1. Due to the one-sided flank system in all motion transmission elements, the output member 1 can be moved without play in both directions of movement. At the same time via the worm wheel 8 is a rotary motion transmission to the shaft 9, so that on the fixed shaft 9 on the pulley 11, the traction cable 10 according to the direction of movement on or. is handled. The covered path of the output member 1 is identical to the path of a defined point on the traction cable 10, that is, over the entire range of motion of the output member 1 acting on the individual motion transmission elements, generated by the coil spring 12, force is constant.

Claims

claims:

1. Backlash-free transmission for a limited range of motion consisting of a translatory or rotationally guided output member connected to a rack or a toothed wheel, and two motion transmission members mounted on a fixed-position drive shaft, one of which serves as a drive pinion and the other engages the shaft of a drive unit. wherein the tooth flanks of the drive pinion via a spring element frictionally engage in the tooth flanks of the driven member connected to the rack or the gear, characterized in that parallel to the position of the drive shaft, a second provided with a further motion transmission element and a pulley shaft is arranged, the motion transmission element next the motion transmission element of the drive shaft with the shaft of the drive unit is engaged and the spring element attached to the output member and a cable tensioned with the Seilro All connected.

2. A backlash-free limited range movement mechanism according to claim 1, characterized in that the shaft of the drive unit as a worm shaft and the shaft-engaging motion transmission elements are formed as worm wheels.

3. play free transmission for a limited range of motion according to claim 1, characterized in that the spring element is adjustable in its spring force.