DE10151262A1

DE10151262A1 - Gelenk

Info

Publication number: DE10151262A1
Application number: DE2001151262
Authority: DE
Inventors: Erich Lunz; Richard Negele
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2001-10-17
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2003-04-30

Abstract

Ein Gelenk mit zwei in Reihe geschalteten Kugelgelenken (1, 2) ist mit einem Gehäuse (7) mit zwei Öffnungen (21, 22) für je ein Befestigungsteil (3, 4) beider Kugelgelenke (1, 2) versehen. Beide Befestigungsteile (3, 4) sind unabhängig voneinander um eine erste Achse und um eine dazu quer angeordnete zweite Achse und um die Längsachse des Befestigungsteils (3, 4) schwenkbar angeordnet.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Gelenke, wie sie beispielsweise bei der Konstruktion von Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommen.

In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Werkzeugmaschinen mit parallelen Kinematiken zugenommen. Derartige Werkzeugmaschinen können beispielsweise mehrere Teleskoparme umfassen, die einerseits an einer Werkzeugaufnahme befestigt sind, und die andererseits an einem Maschinengestell befestigt sind. Diese Teleskoparme sind an ihren beiden Enden beispielsweise mittels Kugelgelenken schwenkbar gelagert. Eine derartige Werkzeugmaschine ist beispielsweise aus DE 195 22 963 A1 bekannt geworden, bei der eine Vielzahl von Teleskoparmen vorgesehen ist. Die bei derartigen Werkzeugmaschinen verwendeten Kugelgelenke haben bekannterweise drei Freiheitsgrade: der üblicherweise in einer Kugelpfanne gelagerte Kugelkörper ist um eine erste Achse und um eine dazu quer angeordnete zweite Achse schwenkbar und ferner um eine Längsachse des Teleskoparmes drehbar. Für eine Verstellung der Werkzeugaufnahme im Raum ist es bei den bekannten Werkzeugmaschinen erforderlich, dass die Teleskoparme neben den erwähnten drei Freiheitsgraden zusätzlich eine Linearbewegung durchführen, also teleskopförmig ineinander bzw. auseinander heraus beweglich sind. Die Kombination des beschriebenen Kugelgelenks mit dem erwähnten Teleskoparm ermöglicht ein Gelenk mit Freiheitsgraden in fünf Ebenen: nämlich drei Freiheitsgrade, die in bekannterweise ein einfaches Kugelgelenk bietet, und zwei Linearbewegungen aufgrund des Teleskoparmes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Gelenk anzugeben, dass ebenfalls über fünf Freiheitsgrade verfügt.

Erfindungsgemäß wird ein Gelenk mit zwei in Reihe geschalteten Kugelgelenken vorgeschlagen, mit einem Gehäuse mit zwei Öffnungen für je ein Befestigungsteil beider Kugelgelenke, insbesondere Gewindezapfen, wobei beide Befestigungsteile unabhängig voneinander um eine erste Achse und um eine dazu quer angeordnete zweite Achse und um die Längsachse des Befestigungsteils schwenkbar angeordnet sind. Jedes der beiden Kugelgelenke verfügt in bekannterweise über drei Freiheitsgrade, so dass theoretisch sechs Freiheitsgrade zur Verfügung stehen, jedoch sind zwei Drehfreiheiten redundant. Der besondere Vorteil kann darin gesehen werden, dass die Ausführung eines Anschlußteils an das Befestigungsteil als Teleskoparm nicht länger erforderlich ist. Denn durch die Kombination der beiden Kugelgelenke ergeben sich zusätzlich zwei lineare Bewegungsmöglichkeiten. Wenn beispielsweise das eine Befestigungsteil an einem Maschinengestell befestigt ist, und das andere Befestigungsteil an einem Arm befestigt ist, der an einer Werkzeugaufnahme angreift, dann sind mit dem erfindungsgemäßen Gelenk lineare Verschiebungen des Arms bei gleichzeitiger paralleler Verschiebung möglich. Die Parallelverschiebung kann bei der Anschlußkonstruktion berücksichtigt werden. Das Gehäuse kann sehr kompakt ausgeführt sein und ermöglicht erfindungsgemäße Gelenke als Baueinheit.

Jedes Kugelgelenk kann einen Kugelkörper umfassen, der in einer Kugelpfanne gelagert ist, wobei das Befestigungsteil an dem Kugelkörper befestigt ist. Diese erfindungsgemäße Weiterbildung eignet sich in besonders günstiger Weise für die Ausbildung als Baueinheit. Denn während die Kugelpfannen an dem Gehäuse befestigt sein können, ragen die Befestigungsteile der Kugelkörper aus den erwähnten Öffnungen des Gehäuses heraus. Die beiden Kugelpfannen der beiden Gelenke können also auf diese Weise unbeweglich zueinander angeordnet sein.

Vorzugsweise ist die Kugelpfanne aus zwei Pfannenteilen zusammengesetzt, die gemeinsam mehr als die Hälfte einer Kugelfläche umgreifen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Kugel einwandfrei in der Kugelpfanne aufgenommen und in allen Richtungen abgestützt ist. Das eine Pfannenteil umgreift vorzugsweise etwa die Hälfte einer Kugel bis zu deren Äquatorialebene, wobei das andere Pfannenteile eine jenseits der Äquatorialebene angeordnete Kugelschicht umgreift. Das erste, also größere Pfannenteil nimmt die größeren Lasten auf, so dass hier beispielsweise der Kugelkörper über eine Kugellagerung gelagert sein kann. Anstelle des o. g. Umgreifens einer Kugelfläche kann auch ein Umschließen vorgesehen sein, wonach eine Umschließung in sich ringförmig geschlossen ist.

Die beiden anderen Pfannenteile können in besonders günstiger Weise Teil des Gehäuses sein. Da diese anderen Pfannenteile lediglich eine Kugelschicht umgreifen, geben sie eine Öffnung frei, durch die die bereits erwähnten Befestigungsteile der Kugelkörper hindurch geführt werden können. Diese anderen Pfannenteile können demzufolge als Deckel des Gehäuses dienen, um den Kugelkörper einwandfrei in dem Gehäuse aufzunehmen. Vorzugsweise sind diese beiden anderen Pfannenteile mittels eines Gehäusemittelteils fest miteinander verbunden.

Dieses Gehäusemittelteil ist vorzugsweise durch einen Hohlzylinder gebildet, in das die beiden einen Pfannenteile beider Kugelgelenke eingepasst sind. Insbesondere mit dem zuletzt genannten Ausführungsbeispiel sind in besonders günstiger Weise preiswerte Gelenk-Baueinheiten ausgebildet, denn das Gehäusemittelteil kann beispielsweise ein Rohr sein.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt vier Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gelenk
Fig. 2 einen Draufsicht auf das erfindungsgemäße Gelenk aus Fig. 1
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung dieses Gelenks und
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Freiheitsgrade des erfindungsgemäßen Gelenks.
Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte erfindungsgemäße Gelenk zeigt zwei in der Reihe geschaltete Kugelgelenke 1, 2, mit je einem Befestigungsteil 3, 4. Die beiden Befestigungsteile 3, 4 sind hier als Gewindezapfen 5, 6 ausgeführt. Die beiden Kugelgelenke 1, 2 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 7 angeordnet. Das Gehäuse 7 umfasst ein Gehäusemittelteil 8, dass hier als Hohlzylinder 9 ausgebildet ist. Das Gehäuse 7 umfasst ferner zwei Gehäusedeckel 10, 11, die stirnseitig an den Hohlzylinder 9 mittels Schrauben 12 angeschraubt sind.
Die Kugelgelenke 1, 2 umfassen Kugelkörper 13, 14 an denen die bereits erwähnten Gewindezapfen 5, 6 einstückig ausgebildet sind. Die Kugelkörper 13, 14 sind jeweils in Kugelpfannen 15, 16 derart schwenkbar aufgenommen, dass Bewegungen jeweils in bekannter Weise in drei Freiheitsgraden möglich sind. Die beiden Kugelpfannen 15, 16 umfassen jeweils zwei Pfannenteile 17, 18, 19, 20. Die einen Pfannenteile 18, 20 beider Kugelgelenke 1, 2 umschließen die Kugelkörper 13, 14 jeweils etwa bis zu deren Aquatorialebene. Die Pfannenteile 18, 20 sind in dem Hohlzylinder 9 spielfrei eingepasst. Zwischen den Kugelkörpern 13, 14 und den Pfannenteilen 18, 20 ist jeweils eine Kugellagerung 21, 22 vorgesehen.
Die beiden anderen Pfannenteile 17, 19 umschließen jenseits der erwähnten Äquatorialebene lediglich eine Kugelschicht und geben somit jeweils eine Öffnung 21, 22 frei, durch die die Gewindezapfen 5, 6 hindurchgeführt sind. Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, dass die Pfannenteile 17, 19 zugleich die bereits oben beschriebenen Gehäusedeckel 10, 11 bilden.
Der Gewindezapfen 6 des Kugelgelenks 2 ist in eine Gewindebohrung eines Anschlusselementes 23 hinein geschraubt.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Gelenk.
Fig. 3 zeigt deutlich in perspektivischer Darstellung das beschriebene erfindungsgemäße Gelenk, dass als Baueinheit 24 auf einfach Art und Weise an vorgesehene Anschlussstellen einer nicht weiter dargestellten Werkzeugmaschine angeschlossen werden kann.
Fig. 4 zeigt schematisch die Freiheitsgrade, die mit dem erfindungsgemäßen Gelenk erzielt werden können: unter der Annahme, dass der Kugelkörper 14 des Kugelgelenks 2 ortsfest angeordnet ist, kann der Gewindezapfen 5 um seine Längsachse drehen, in zwei Raumebenen schwenken, und im Raum entlang seiner Längsachse bei gleichzeitiger Parallelverbindung verlagert werden. Es stehen somit fünf Freiheitsgrade zur Verfügung. Positionszahlenliste 1 Kugelgelenk
2 Kugelgelenk
3 Befestigungsteil
4 Befestigungsteil
5 Gewindezapfen
6 Gewindezapfen
7 Gehäuse
8 Gehäusemittelteil
9 Hohlzylinder
10 Gehäusedeckel
11 Gehäusedeckel
12 Schraube
13 Kugelkörper
14 Kugelkörper
15 Kugelpfanne
16 Kugelpfanne
17 Pfannenteil
18 Pfannenteil
19 Pfannenteil
20 Pfannenteil
21 Öffnung
22 Öffnung
23 Anschlussteil

Claims

1. Gelenk, mit zwei in Reihe geschalteten Kugelgelenken (1, 2), mit einem Gehäuse (7) mit zwei Öffnungen (21, 22) für je ein Befestigungsteil (3, 4) beider Kugelgelenke (1, 2), insbesondere Gewindezapfen (5, 6), wobei beide Befestigungsteile (3, 4) unabhängig voneinander um eine erste Achse und um eine dazu quer angeordnete zweite Achse und um die Längsachse des Befestigungsteils (3, 4) schwenkbar angeordnet sind.

2. Gelenk nach Anspruch 1, bei dem jedes Kugelgelenk (1, 2) einen Kugelkörper (13, 14)umfaßt, der in einer Kugelpfanne (15, 16) gelagert ist, wobei das Befestigungsteil (3, 4) an dem Kugelkörper (13, 14) befestigt ist.

3. Gelenk nach Anspruch 2, bei dem die beiden Kugelpfannen (15, 16) unbeweglich zueinander angeordnet sind.

4. Gelenk nach Anspruch 2, bei der die Kugelpfanne (15, 16) aus zwei Pfannenteilen (17, 18, 19, 20) zusammengesetzt ist, die gemeinsam mehr als die Hälfte einer Kugelfläche umgreifen.

5. Gelenk nach Anspruch 4, bei der das eine Pfannenteil (18, 20) etwa die Hälfte einer Kugel bis zu deren Äquatorialebene umschließt und wobei das andere Pfannenteil (18, 19) eine jenseits der Aquatorialebene angeordnete Kugelschicht umgreift.

6. Gelenk nach Anspruch 5, bei der die anderen Pfannenteile (17, 19) der beiden Kugelgelenke (1, 2) beide Teil des Gehäuses (7) sind.

7. Gelenk nach Anspruch 6, bei der die beiden anderen Pfannenteile (17, 19) mittels eines Gehäusemittelteils (8) fest miteinander verbunden sind.

8. Gelenk-Baueinheit nach Anspruch 7, bei der das Gehäusemittelteil (8) durch einen Hohlzylinder (9) gebildet ist, in das die beiden einen Pfannenteile (18, 20) beider Kugelgelenke (1, 2) eingepaßt sind.