-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausrichten eines
Gegenstandes entlang einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse,
wobei die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse senkrecht aufeinander
stehen.
-
Eine
gattungsgemäße Vorrichtung
ist aus der DE-OS 2 056 568 bekannt. Diese Druckschrift offenbart
einen Justiertisch zum Ausrichten eines Gegenstandes in sechs Freiheitsgraden.
Der Gegenstand soll entlang einer X-Achse, einer Y-Achse und einer
Z-Achse, wobei diese Achsen alle senkrecht aufeinander stehen, verschiebbar
und um diese Achsen kippbar sein. Hierfür sind zwei U-förmige Bauteile
ineinander greifend angeordnet und darauf ineinander gelagerte Zylindersegmente
kraftschlüssig
gelagert. Die Zylindersegmente dienen zum Verschieben in X- und Y-Richtung,
und die U-förmigen
Bauteile bewirken die Verschiebung in Z-Richtung. Die Verschiebung
erfolgt über
zahlreiche Schrauben- oder Keilgetriebe. Diese Vorrichtung hat einen äußerst komplexen
und aufwendigen Aufbau. Sie ist daher kein Vorbild für eine Vorrichtung,
bei der lediglich ein Ausrichten entlang der drei Raumachsen gewünscht ist.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen,
die einfach aufgebaut und bequem zu bedienen ist.
-
Die
Lösung
besteht in einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die Vorrichtung eine Grundplatte sowie einen entlang der X-Achse
verstellbaren Tisch, einen entlang der Y-Achse verstellbaren Tisch und
einen entlang der Z-Achse
verstellbaren Tisch aufweist, dass die Tische übereinander angeordnet sind
und dass der mittlere Tisch einerseits mit dem oberen Tisch und
andererseits mit dem unteren Tisch verbunden ist und der untere
Tisch mit der Grundplatte verbunden ist.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist aus lediglich vier einfach herzustellenden Bauteilen zusammengesetzt.
Diese Bauteile sind so miteinander verbunden, dass jeder Tisch sich
entlang der ihm geordneten Achse verschieben lässt und dass der obere Tisch
allein, d.h. unabhängig
von den beiden anderen Tischen bewegbar ist, dass der mittlere Tisch
bei seiner Bewegung den oberen Tisch mitnimmt und dass der untere
Tisch bei seiner Bewegung sowohl den mittleren als auch den oberen
Tisch mitnimmt. Jeder Tisch ist in eine der drei Raumrichtungen
des kartesischen Koordinatensystems bewegbar, wobei es für die Erfindung
unerheblich ist, welcher Tisch im Einzelfall welcher Raumrichtung
zugeordnet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann also in
jeder beliebigen Orientierung in eine für sie vorgesehen Apparatur
eingebaut werden. Dabei kann der auszurichtende Gegenstand immer
auf dem oberen Tisch angeordnet sein.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Die
drei Tische sind bspw. mittels auf der Grundplatte gelagerter Gewindespindeln
entlang der X-Achse, der Y-Achse bzw. der Z-Achse verstellbar. Dies
ermöglicht
eine einfache Handhabung und eine genaue Ausrichtung des jeweiligen
Gegenstandes in der ihm zugedachten Bezugsachse.
-
Eine
besonders bevorzugte Weiterbildung besteht darin, dass die Verbindung
eines oder mehrerer der drei Tische mittels entlang einer Achse
auslenkbarer federelastischer Verbindungselemente erfolgt. Dabei
ist bspw. der untere Tisch mittels mindestens zweier parallel übereinander
liegender, entlang der dem unteren Tisch zugeordneten Achse auslenkbarer
federelastischer Verbindungselemente mit der Grundplatte, vorzugsweise
mit einem auf der Grundplatte angeordneten Bock verbunden. Der mittlere Tisch
kann mittels mindestens zweier parallel zueinander liegender, entlang
der dem mittleren Tisch zugeordneten Achse auslenkbarer federelastischer Verbindungselemente
mit dem unteren Tisch verbunden sein. In vergleichbarer Weise kann
der obere Tisch mittels mindestens zweier parallel zueinander liegender,
entlang der dem oberen Tisch zugeordneten Achse auslenkbarer federelastischer
Verbindungselemente mit dem mittleren Tisch verbunden sein.
-
Durch
diese Art der federelastischen Verbindung wird bewirkt, dass die
Verschiebung der Tische entlang der ihnen jeweils zugeordneten Achse
spielfrei erfolgt. Eine Schmierung ist nicht erforderlich. Außerdem wird
die Beeinflussung der Gängigkeit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
durch unterschiedliche Umgebungstemperaturen weitgehend bis völlig ausgeschlossen.
Diese bevorzugte Weiterbildung zeichnet sich somit durch einen mechanischen,
spiel- und schmierungsfreien Verfahrweg im Raum bei temperaturunabhängiger und
doch gleichmäßiger Gängigkeit
aus.
-
Zweckmäßigerweise
sind an jedem Tisch vier federelastische Verbindungselemente vorgesehen,
wobei jeweils zwei Verbindungselemente in derselben Ebene liegen.
Auf diese Weise wird die Führung
der Tisch bei der Verschiebung entlang der ihnen zugeordneten Achse
optimiert.
-
Die
federelastischen Verbindungselemente sind vorteilhafterweise als
Blattfedern ausgebildet. Als einfache und preiswerte Bauteile mit
konstanten Federeigenschaften sind sie zur Verwendung als Verbindungselemente
besonders gut geeignet.
-
Im
Einzelnen kann die Grundplatte im Bereich der Verbindungselemente
Ausnehmungen aufweisen, um die Bewegungsfreiheit der Tische zu gewährleisten
und die Bauhöhe
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zu reduzieren.
-
Zur
Optimierung der Spielfreiheit und zur Unterstützung der Hin- und Herbewegung
der einzelnen Tische können
Druck- bzw. Zugfedern vorgesehen sein. Insbesondere kann zwischen
dem mittleren Tisch und dem unteren Tisch eine in Richtung der dem
mittleren Tisch zugeordneten Achse wirkende Druckfeder vorgesehen
sein. Zweckmäßigerweise
ist die Druckfeder am mittleren Tisch befestigt und stützt sich
an einer am unteren Tisch vorgesehenen Anlageschulter ab. In vergleichbarer
Weise kann zwischen dem oberen Tisch und dem mittleren Tisch eine
in Richtung der dem oberen Tisch zugeordneten Achse wirkende Druckfeder
vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise
ist die Druckfeder am oberen Tisch befestigt und stützt sich
an einer am mittleren Tisch vorgesehenen Anlageschulter ab. Schließlich kann
zwischen der Grundplatte und dem unteren Tisch eine in Richtung
der dem unteren Tisch zugeordneten Achse wirkende Zugfeder vorgesehen
sein.
-
Um
den Angriff der Gewindespindel an dem ihnen jeweils zugeordneten
Tisch besonders einfach zu gestalten, kann am mittleren und/oder
am oberen Tisch jeweils ein Ausleger angeordnet sein, an dem die
in Richtung der dem jeweiligen Tisch zugeordneten Achse wirksame
Gewindespindel angreift. Dann kann ggf. auch die dem jeweiligen
Tisch zugeordnete Druckfeder in einfacher Weise am Ausleger angebracht
sein.
-
Zu
dem gleichen Zweck kann auf der Grundplatte ein um eine Drehachse
verschwenkbarer Winkelhebel gelagert sein, der sich mit seinem ersten Hebelarm
an der Unterseite des unteren Tisches abstützt und an dessen zweitem Hebelarm
die in Richtung der dem unteren Tisch zugeordneten Achse wirksame
Gewindespindel angreift.
-
Zweckmäßigerweise
kann am oberen Tisch eine Aufnahme zur reversiblen Befestigung des
auszurichtenden Gegenstandes vorgesehen sein.
-
Der
obere Tisch kann bspw. der Y-Achse, der mittlere Tisch der X-Achse
und der untere Tisch der Z-Achse des kartesischen Koordinatensystems
zugeordnet sein.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist insbesondere zur Ausrichtung von Gegenständen, bspw. Lampenwendeln,
in einem optischen Strahlengang geeignet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
kann darüber
hinaus auch auf den Gebieten der Pharmazie, der Medizin sowie der
Umwelt- und Raumfahrttechnik eingesetzt werden.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen
näher beschrieben.
Es zeigen in schematischer, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:
-
1 eine
Draufsicht eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
-
2 eine
Frontansicht, teilweise im Schnitt, der Vorrichtung gemäß 1;
-
3 eine
Seitenansicht, teilweise im Schnitt, der Vorrichtung gemäß 1,
in Richtung des Pfeils A in 1;
-
4a eine
Draufsicht einer Grundplatte der Vorrichtung gemäß 1;
-
4b eine
Frontansicht, teilweise im Schnitt, der Grundplatte gemäß 4a;
-
4c eine
Seitenansicht der Grundplatte gemäß 4a in
Richtung des Pfeils B in 4a;
-
5a eine
Draufsicht eines Y-Tisches (oberen Tisches) der Vorrichtung gemäß 1;
-
5b eine
Frontansicht des Y-Tisches gemäß 5a;
-
5c eine
Seitenansicht des Y-Tisches gemäß 5a in
Richtung des Pfeils C in 5a
-
6a eine
Draufsicht eines X-Tisches (mittleren Tisches) der Vorrichtung gemäß 1;
-
6b eine
Frontansicht des X-Tisches gemäß 6a;
-
6c eine
Seitenansicht des X-Tisches gemäß 6a in
Richtung des Pfeils D in 6a;
-
7a eine
Draufsicht eines Z-Tisches (unteren Tisches) der Vorrichtung gemäß 1;
-
7b eine
Frontansicht, teilweise im Schnitt, des Z-Tisches gemäß 7a;
-
7c eine
Seitenansicht des Z-Tisches gemäß 7a in
Richtung des Pfeils E in 7a;
-
7d eine
Seitenansicht des Z-Tisches gemäß 7a in
Richtung des Pfeils F in 7a.
-
Die 1 bis 3 zeigen
ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Die
Vorrichtung 10 weist eine Grundplatte 11, einen unteren
Tisch 12, einen mittleren Tisch 13 und einen oberen
Tisch 14 auf, die in Richtung der X-, Y- bzw. Z-Achse des
kartesischen Koordinatensystems bewegbar sind. Die Grundplatte 11 und
die Tische 12, 13, 14 sind vorzugsweise
aus Metall hergestellt.
-
Im
Ausführungsbeispiel
ist der untere Tisch 12 der Z-Achse zugeordnet und wird
im Folgenden als Z-Tisch 12 bezeichnet. Der mittlere Tisch 13 ist der
X-Achse zugeordnet und wird im Folgenden als X-Tisch 13 bezeichnet.
Schließlich
ist der obere Tisch der Y-Achse zugeordnet und wird im Folgenden
als Y-Tisch 14 bezeichnet. Jedem der Tische 12, 13, 14 ist
ferner je eine Gewindespindel zugeordnet, die entsprechend ihrer
Zuordnung im Folgenden als Z-Spindel 15, X-Spindel 16 und
Y-Spindel 17 bezeichnet werden.
-
Auf
dem Y-Tisch ist eine Aufnahme 18 für einen auszurichtenden Gegenstand
(nicht dargestellt), bspw. zum Ausrichten in einem optischen Strahlengang,
angeordnet.
-
Im
Folgenden wird der Aufbau des Ausführungsbeispiels von der Grundplatte 11 ausgehend
im Einzelnen beschrieben.
-
Aus
den 1 bis 3 und 4a bis 4c ist
ersichtlich, dass die Grundplatte 11 so geformt ist, dass
je ein Lagerbock 19 für
die Z-Spindel 15, 20 für die X-Spindel 16 und 21 für die Y-Spindel 17 auf
ihrer Oberfläche
angeordnet ist und zwar derart, dass die beiden Lagerböcke 19, 20 auf
einer Achse fluchtend zueinander liegen und der Lagerbock 21 rechtwinklig
hierzu angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel
weist die Grundplatte 11 eine angenäherte Dreiecksform auf, jedoch
sind alle Grundformen, welche die beschriebene Anordnung der Lagerböcke 19, 20, 21 erlauben,
geeignet.
-
In
der Grundplatte 11 sind zwei im Wesentlichen rechteckförmige Ausnehmungen 22, 23 vorgesehen,
die sich zwischen den Lagerböcken 19, 20 erstrecken
und einen Steg 24 einschließen. Auf dem Steg 24 sitzt
ein Bock 25, der seitlich in die Ausnehmungen 22, 23 hineinragt.
-
Gegenüber dem
Lagerbock 19 für
die Z-Spindel 15 ist auf der Grundplatte 11 ein
Lagerkörper 26 für einen
Winkelhebel 27 mit zwei rechtwinklig zueinander stehenden
Hebelarmen 27a, 27b angeordnet. Dabei greift die
Z-Spindel 15 am Hebelarm 27a an.
-
Auf
der Grundplatte 11 ist der Z-Tisch 12 gehalten
und geführt.
Die 1 bis 3 und 7a bis 7d zeigen,
dass der Z-Tisch 12 im Wesentlichen U-förmig mit zwei Schenkeln 28, 29 und
einem Steg 30 ausgebildet ist. Der Schenkel 28 weist
zwei Aussparungen auf, die in jeweils einer Anlagefläche 31, 32 enden.
Die Enden zweier Blattfedern 33, 34 liegen auf
den Anlageflächen 31, 32 auf
und sind dort bspw. mittels Schraubverbindungen befestigt. Die anderen
Enden der Blattfedern 33, 34 liegen auf der Oberseite
des Bocks 25 auf und dort ebenfalls bspw. mittels Schraubverbindungen
befestigt. Die Blattfedern 33, 34 sind dabei parallel
zueinander angeordnet. Die Enden zweier weiterer Blattfedern 35, 36 sind
in vergleichbarer Weise einerseits an der Unterseite des Schenkels 28 und
andererseits an der in die Ausnehmungen 22, 23 der
Grundplatte 11 hineinragenden Unterseite des Bocks 25 befestigt.
Die Blattfedern 35, 36 sind dabei parallel zueinander
angeordnet und erstrecken sich im Bereich der Ausnehmungen 22, 23 der
Grundplatte 11. Außerdem
erstreckt sich die obere Blattfeder 33 im Wesentlichen
parallel zur unteren Blattfeder 35, und die obere Blattfeder 34 erstreckt
sich im Wesentlichen parallel zur unteren Blattfeder 36.
Auf diese Weise ist der Z-Tisch 12 am Bock 25 angelenkt
und somit auf der Grundplatte 11 gehalten und geführt.
-
Der
Schenkel 28 weist eine weitere, mittig angeordnete Ausnehmung 37 auf,
in die der Hebelarm 27b des Winkelhebels 27 hineinragt.
Der Hebelarm 27b stützt
sich an einer durch die Ausnehmung 37 gebildeten Abstützfläche 38 ab.
-
Zwischen
dem Steg 30 des Z-Tisches 12 und dem Steg 24 der
Grundplatte 11 ist ferner eine Zugfeder 39 in
Senkbohrungen vorgespannt gehalten.
-
Über dem
Z-Tisch 12 ist der X-Tisch 13 angeordnet. Aus
den 1 bis 3 und 6a bis 6c sind
der Aufbau und die Anordnung des X-Tisches 13 erkennbar.
Der X-Tisch 13 weist eine im Wesentlichen rechteckförmige Platte 40 auf,
die sich oberhalb des Stegs 30 des Z-Tisches 12 in
geringem Abstand und parallel hierzu erstreckt. An jeder Längsseite
der Platte 40 ist je ein L-förmiger
Verbindungsarm 41, 42 mit je einem sich vom jeweiligen Verbindungsarm
weg erstreckenden Stutzen 61 vorgesehen. An der zur X-Spindel 16 hin
orientierten Stirnseite der Platte 40 ist ein Ausleger 43 angeordnet,
der sich vertikal zur Platte 40 in den Bereich der X-Spindel 16 erstreckt,
derart, dass die X-Spindel 16 am Ausleger 43 angreift.
-
Am
Ausleger 43 ist ferner eine Druckfeder 49 bspw.
mittels einer Schraubverbindung befestigt. Die Druckfeder 49 erstreckt
sich parallel zur Platte 40 des X-Tisches 13 und
ist in eine Ausnehmung 50 an der Oberseite des Stegs 30 des
Z-Tisches 12 aufgenommen. Die Ausnehmung 50 bildet
eine Anlageschulter 51, an der sich die Druckfeder 49 abstützt.
-
An
jeder Stirnseite der Platte 40 sind die Enden von je zwei
Blattfedern 44, 45 bzw. 46, 47 bspw. mittels
Schraubverbindungen befestigt. Die anderen Enden der Blattfedern 44, 45 bzw. 46, 47 sind
an den Enden der Schenkel 28 bzw. 29 des Z-Tisches 12 bspw.
mittels Schraubverbindungen befestigt, und zwar an dort vorgesehenen
Vorsprüngen 48.
Sowohl die Blattfedern 44, 45 als auch die Blattfedern 46, 47 erstrecken
sich hierbei parallel zueinander und im Wesentlichen vertikal in
Richtung der Grundplatte 11. Auch die einander gegenüber liegenden Blattfedern 44, 46 bzw. 45, 47 verlaufen
im Wesentlichen parallel zueinander. Auf diese Weise ist der X-Tisch 13 am Z-Tisch 12 gehalten.
-
Über dem
X-Tisch 13 ist wiederum der Y-Tisch 14 angeordnet.
Aus den 1 bis 3 und 5a bis 5c sind
der Aufbau und die Anordnung des Y-Tisches 14 erkennbar.
Der Y-Tisch 14 weist eine im Wesentlichen rechteckförmige Platte 52 auf,
die sich oberhalb der Platte 40 des X-Tisches 13 in geringem Abstand
und im rechten Winkel hierzu erstreckt. An der zur Y-Spindel 17 hin
orientierten Stirnseite der Platte 52 ist ein Ausleger 53 angeordnet,
der sich vertikal zur Platte 52 in den Bereich der Y-Spindel 17 erstreckt,
derart, dass die Y-Spindel 17 am Ausleger 53 angreift.
-
Am
Ausleger 53 ist ferner eine Druckfeder 54 bspw.
mittels einer Schraubverbindung befestigt. Die Druckfeder 54 erstreckt
sich parallel zur Platte 52 des Y-Tisches 14 und
ist in eine Ausnehmung 55 an der Oberseite der Platte 40 des
X-Tisches 13 aufgenommen. Die Ausnehmung 55 bildet
eine Anlageschulter 56, an der sich die Druckfeder 54 abstützt.
-
An
jeder Stirnseite der Platte 52 sind die Enden von je zwei
Blattfedern 57, 58 bzw. 59, 60 bspw. mittels
Schraubverbindungen befestigt. Die anderen Enden der Blattfedern 57, 58 bzw. 59, 60 sind
an den Stutzen 61 der L-förmigen Verbindungsarme 41, 42 des
X-Tisches 13 bspw. mittels Schraubverbindungen befestigt.
Sowohl die Blattfedern 57, 58 als auch die Blattfedern 59, 60 erstrecken
sich hierbei parallel zueinander und im Wesentlichen vertikal in
Richtung der Grundplatte 11. Auch die einander gegenüber liegenden
Blattfedern 57, 59 bzw. 58, 60 verlaufen
im Wesentlichen parallel zueinander. Auf diese Weise ist der Y-Tisch 14 am
X-Tisch 13 gehalten.
-
Zum
Ausrichten eines auf der Aufnahme 18 angeordneten Gegenstandes
werden die Gewindespindeln 15, 16, 17 betätigt und
damit die ihnen zugeordneten Tische 12, 13, 14 in
Z-, X- bzw. Y-Richtung bewegt, bis die gewünschte Ausrichtung des Gegenstandes
erzielt ist. Dabei bewegt sich bei Betätigung der Y-Spindel 17 der
Y-Tisch 14 ausschließlich,
d.h. der X-Tisch 13 und der Z-Tisch 12 werden
nicht mitbewegt. Damit wird der Gegenstand entlang der Y-Achse ausgerichtet.
Bei Betätigung
der X-Spindel 16 wird der X-Tisch 13 bewegt und
der Gegenstand entlang der X-Achse ausgerichtet. Dabei wird der Y-Tisch 14 in
X-Richtung mitgenommen, wobei eine ggf. bereits vorgenommene Ausrichtung
des Gegenstandes in Y-Richtung erhalten bleibt. Bei Betätigung der
Z-Spindel 15 wird der Z-Tisch 12 bewegt und der Gegenstand
entlang der Z-Achse ausgerichtet. Dabei werden der X-Tisch 13 und
der Y-Tisch 14 in Z-Richtung mit bewegt, wobei eine ggf.
bereits vorgenommene Ausrichtung des Gegenstandes in X- bzw. Y-Richtung
erhalten bleibt.
-
Die
konstruktionsbedingte Bewegung der Tische 12, 13, 14 entlang
eines gering ausgeprägten Kreisbogens
kann durch geeignete Korrektureinrichtungen, bspw. Stellmotoren,
ausgeglichen werden.