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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Verstellvorrichtung zur ferngesteuerten
oder unmittelbaren Verstellung von Aggregaten, z.B. Lichtquellen,
Kameras od.dgl., in Bezug auf zwei Schwenkachsen, mit einem Verbindungsglied,
mittels dem das Aggregat mit der Verstellvorrichtung verbunden ist,
einer ersten Motoreinheit, mittels der das Verbindungsglied um die
erste Schwenkachse schwenkbar ist, und einer zweiten Motoreinheit,
mittels der das Verbindungsglied um die zweite Schwenkachse schwenkbar
ist.
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Bei
der ferngesteuerten oder direkten Verstellung von Werkstücken bzw.
Aggregaten, wie Lichtquellen und Kameras, ist es vergleichsweise häufig nötig, Schwenkbewegungen
in Bezug auf zwei Schwenkachsen zu realisieren. Die hierfür vorgesehenen,
aus dem Stand der Technik bekannten Verstellvorrichtungen sind vergleichsweise
aufwendig, wobei ihre Herstellung mit einem relativ hohen technisch-konstruktiven
und wirtschaftlichen Aufwand einhergeht.
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Aus
der
DE 102 48 023
A1 ist eine Verstellvorrichtung bekannt, mittels der ein
Aggregat um zwei Schwenkachsen schwenkbar ist. Bei dieser bekannten
Verstellvorrichtung sind ein erster Schrittmotor und ein zweiter
Schrittmotor vorgesehen. Dem ersten Schrittmotor ist ein Riementrieb
nachgeschaltet, dessen Ausgangsseite ein mit einer Schwenkwelle
verbundenes Schneckenrad antreibt. Hierdurch wird ein Träger geschwenkt.
Auf diesem Träger
ist der zweite Schrittmotor angeordnet. Auch diesem zweiten Schrittmotor
ist ein Riementrieb nachgeschaltet, der seinerseits den eigentlichen
Aggregathalter mittels eines Schneckenrads um eine Kippwelle dreht.
Die Antriebsverbindung zwischen dem ersten Schrittmotor und dem
Aggregat läuft über den Träger und
den Kamerahalter, wobei der Kamerahalter in Bezug auf den Träger beweglich
ist und zwischen dem Träger
und dem Kamerahalter der zweite Schrittmotor sitzt. Der zweite Schrittmotor
ist in Bezug auf den ersten Schrittmotor mit dem Träger bewegbar
angeordnet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem eingangs
geschilderten Stand der Technik eine Verstellvorrichtung zur ferngesteuerten
oder unmittelbaren Verstellung von Aggregaten, z.B. Lichtquellen,
Kameras od.dgl., in bzw. in Bezug auf zwei Schwenkachsen zur Verfügung zu
stellen, deren Abmessungen im Vergleich zum Stand der Technik erheblich
reduziert sind, die mit einem im Vergleich zum Stand der Technik
geringeren technisch-konstruktiven und damit wirtschaftlichen Aufwand
herstellbar ist und die darüber
hinaus die für das
Aggregat angestrebten Bewegungen mit hoher Genauigkeit und Geschwindigkeit
durchführen
kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die erste Motoreinheit und die zweite Motoreinheit als voneinander
unabhängige Mikroschrittmotoren
und getriebelos ausgebildet sind, dass ein mittels des ersten Mikroschrittmotors ro tierbares
erstes Mitnehmerglied so mit dem Verbindungsglied verbunden ist,
dass das Verbindungsglied mittels des ersten Mikroschrittmotors
um die erste Schwenkachse schwenkbar ist, und dass ein mittels des
zweiten Mikroschrittmotors hin und her bewegbares zweites Mitnehmerglied
so mit dem Verbindungsglied verbunden ist, dass das Verbindungsglied
mittels des zweiten Mikroschrittmotors um die zweite Schwenkachse
schwenkbar ist. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der beiden
Motoreinheiten durch voneinander unabhängige Mikroschrittmotoren erlaubt
eine unabhängige
Verschwenkung des Verbindungsglieds und damit des Aggregats um zwei
unterschiedliche Schwenkachsen. Die Ausgestaltung der Motoreinheiten
als Mikroschrittmotoren sichert eine exakte Einhaltung der angestrebten
Bewegungsabläufe.
Durch die getriebelose Ausgestaltung der Mikroschrittmotoren wird
die Anzahl der für die
Realisierung der Verstellvorrichtung erforderlichen Bauteile erheblich
reduziert. Durch die unmittelbare Kopplung zwischen den seitens
der Mikroschrittmotoren angetriebenen Mitnehmergliedern und dem
Verbindungsglied ergibt sich eine direkte Übertragung der seitens der
Mikroschrittmotoren eingeleiteten Stellvorgänge auf das mit dem Verbindungsglied
fest verbundene Aggregat.
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Zweckmäßigerweise
ist die erste Schwenkachse des Verbindungsglieds koaxial zu einer
Abgangswelle des ersten Mikroschrittmotors angeordnet. Die Drehung
der Abgangswelle kann damit unmittelbar eine Schwenkung des Verbindungsglieds um
die erste Schwenkachse bewirken.
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Hierzu
ist die Abgangswelle des ersten Mikroschrittmotors vorzugsweise
drehfest mit dem ersten Mitnehmerglied verbunden.
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Entsprechend
ist vorzugsweise das erste Mitnehmerglied in Bezug auf die erste
Schwenkachse drehfest mit dem Verbindungsglied verbunden.
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Um
mit einem möglichst
geringen Aufwand die Schwenkbewegung des Verbindungsglieds realisieren
zu können,
ist vorteilhaft das erste Mitnehmerglied in Bezug auf die zweite
Schwenkachse drehbar mit dem Verbindungsglied verbunden. Ein vergleichsweise
geringer technisch-konstruktiver Aufwand bei der Verbindung zwischen
erstem Mitnehmerglied und Verbindungsglied wird erzielt, wenn das erste
Mitnehmerglied vorzugsweise zwei Zapfenlager aufweist, in denen
ein erster Achszapfen des Verbindungsglieds drehbar gelagert ist.
Wenn der erste Achszapfen des Verbindungsglieds koaxial zur zweiten
Schwenkachse des Verbindungsglieds angeordnet ist bzw. diese zweite
Schwenkachse bildet, wird erreicht, dass sich die erste Schwenkachse
der Verstellvorrichtung und die zweite Schwenkachse der Verstellvorrichtung
stets in einem Punkt schneiden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung
ist die Abgangswelle des ersten Mikroschrittmotors als Hohlwelle
ausgebildet, die sich vorzugsweise zwischen der Ober- und der Unterseite
des Mikroschrittmotors im Inneren desselben erstreckt. Hierdurch
kann eine besonders kompakte Bauweise der Verstellvorrichtung erreicht
werden.
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Eine
betriebsfeste und akkurate Verbindung zwischen der Hohlwelle des
ersten Mikroschrittmotors und dem ersten Mitnehmerglied wird erzielt, wenn
die Bohrung der Hohlwelle des ersten Mikroschrittmotors zumindest
teilweise als Mehrkant ausgebil det ist, in dem ein Mehrkantabschnitt
des ersten Mitnehmerglieds drehfest aufgenommen ist.
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Der
Zusammenbau der Verstellvorrichtung kann erheblich vereinfacht werden,
wenn der erste Mikroschrittmotor an der Außenseite einer Gehäusewandung
eines das Verbindungsglied aufnehmenden Gehäuses angeordnet ist.
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Die
Verbindung zwischen Mikroschrittmotor einerseits und Verbindungsglied
andererseits lässt sich
in einfacher Weise bewerkstelligen, wenn diejenige Gehäusewandung,
an deren Außenseite
der erste Mikroschrittmotor angeordnet ist, eine Ausnehmung aufweist,
in der ein die beiden Zapfenlager des ersten Mitnehmerglieds ausbildender
Lagerabschnitt desselben drehbar ist.
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Der
erste Mikroschrittmotor kann gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung
an seiner der Gehäusewandung
abgewandten Oberseite mit einer Leiterplatte versehen sein.
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Die
zweite Schwenkachse des Verbindungsglieds ist zweckmäßigerweise
senkrecht zu einer Abgangswelle des zweiten Mikroschrittmotors angeordnet.
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Vorteilhaft
ist die Abgangswelle des zweiten Mikroschrittmotors in Radialrichtung
fixiert und in Axialrichtung beweglich mit dem zweiten Mitnehmerglied
verbunden.
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Das
zweite Mitnehmerglied kann zweckmäßigerweise in Bezug auf die
erste Schwenkachse drehbar mit dem Verbindungsglied verbunden sein, wobei
des Weiteren das zweite Mitnehmerglied in Bezug auf die zweite Schwenkachse
drehfest mit dem Verbindungsglied verbunden sein kann.
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Die
angestrebten Freiheitsgrade der Bewegung zwischen dem zweiten Mitnehmerglied
und dem Verbindungsglied lassen sich erreichen, wenn zwischen dem
zweiten Mitnehmerglied und dem Verbindungsglied eine Gelenkhalterung
angeordnet ist, die in Bezug auf eine zur Abgangswelle des zweiten Mikroschrittmotors
senkrechte Drehachse drehbar und axial verschieblich mit dem zweiten
Mitnehmerglied und gelenkig mit einem zum ersten parallelen zweiten
Achszapfen des Verbindungsglieds verbunden ist.
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Auch
das zweite Mitnehmerglied kann vorzugsweise zwei Zapfenlager aufweisen,
in denen der zweite Achszapfen des Verbindungsglieds drehbar gelagert
ist. Eine entsprechend drehbare Verbindung zwischen Mitnehmerglied
und Gelenkhalterung lässt sich
erreichen, wenn das zweite Mitnehmerglied eine Aufnahmehülse aufweist,
in der ein mitnehmergliedseitiger Drehzapfen der Gelenkhalterung
drehbar und axial verschieblich aufgenommen ist. Bei Schwenkbewegungen
des Verbindungsglieds um die zweite Schwenkachse kann dann der sich ändernde Abstand
zwischen dem zweiten Achszapfen und der Abgangswelle des zweiten
Mikroschrittmotors durch die axiale Beweglichkeit des Drehzapfens
innerhalb der Aufnahmehülse
ausgeglichen werden.
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Auch
die Abgangswelle des zweiten Mikroschrittmotors kann vorteilhaft
als Hohlwelle ausgebildet sein, die sich zweckmäßigerweise zwischen der Vorder-
und der Hinterseite des zweiten Schrittmotors im Inneren desselben
erstreckt. Durch diese Ausgestaltung lässt sich ebenfalls eine sehr
kompakte Ausgestaltung der Verstellvorrichtung erreichen.
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Zur
Antriebsenergieübertragung
zwischen dem zweiten Mikroschrittmotor und dem zweiten Mitnehmerglied
ist die Bohrung der Hohlwelle des zweiten Schrittmotors vorteilhaft
zumindest teilweise als Innengewinde ausgebildet, mit dem ein Gewindespindelabschnitt
des zweiten Mitnehmerglieds drehfest und in Axialrichtung verstellbar
in Gewindeeingriff ist. Der zweite Mikroschrittmotor kann vorteilhaft an
der Rückseite
des das Verbindungsglied aufnehmenden Gehäuses angeordnet werden, um
eine kompakte Ausgestaltung der Verstellvorrichtung sicherzustellen.
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Um
dem zweiten Mitnehmerglied eine geführte Axialbewegung zu ermöglichen,
ist es vorteilhaft, wenn eine weitere Gehäusewandung einen Schlitz aufweist,
in dem die Aufnahmehülse
des zweiten Mitnehmerglieds geführt
und in Axialrichtung desselben verschieblich ist.
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Der
zweite Mikroschrittmotor kann an seiner der Rückseite des Gehäuses abgewandten
Hinterseite mit einer Leiterplatte versehen sein, wodurch die Kompaktheit
der Verstellvorrichtung unterstützt wird.
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Das
Verbindungsglied kann vorteilhaft als Aggregatwippe ausgebildet
werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung;
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2 eine
Draufsicht auf die Verstellvorrichtung im montierten Zustand;
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3 eine
Vorderansicht der in den 1 und 2 gezeigten
Verstellvorrichtung im montierten Zustand;
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4 den
Schnitt A-A in 3;
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5 eine
Seitenansicht der in den 1 bis 4 gezeigten
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung.
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Eine
in den 1 bis 5 gezeigte und in der folgenden
Beschreibung näher
erläuterte
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung 1 dient
dazu, die Position und Ausrichtung eines in den Figuren nicht gezeigten
Aggregats, z.B. einer Lichtquelle oder einer Kamera, einzustellen
und zu verändern.
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Hierzu
ist das in den Figuren nicht gezeigte Aggregat fest mit einem Verbindungsglied
bzw. einer Aggregatwippe 2 verbunden, die teilweise in
einem Gehäuse 3 aufgenommen
ist. Im Gehäuse 3 ist
die Aggregatwippe 2 um eine erste Schwenkachse 4 und um
eine zweite Schwenkachse 5, die zur ersten Schwenkachse 4 senkrecht
angeordnet ist, verschwenkbar gelagert. Entsprechend ist das in
den Figuren nicht gezeigte, mit dem Verbindungsglied bzw. der Aggregatwippe 2 fest
verbundene Aggregat um die erste 4 und die zweite Schwenkachse 5 verschwenkbar
gehaltert.
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Zur
Verschwenkung der Aggregatwippe 2 um die erste 4 bzw.
die zweite Schwenkachse 5 weist die Verstellvorrichtung 1 eine
erste Motoreinheit in Form eines ersten Mikroschrittmotors 6 bzw.
eine zweite Motoreinheit in Form eines zweiten Mikroschrittmotors 7 auf.
Die beiden Mikroschrittmotoren 6, 7 können die
Aggregatwippe 2 unabhängig
voneinander in Bezug auf die erste Schwenkachse 4 bzw. die
zweite Schwenkachse 5 einstellen.
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Der
erste Mikroschrittmotor 6 hat eine sich zwischen seiner
Oberseite 8 und seiner Unterseite 9 erstreckende
Hohlachse, in der seine als Hohlwelle 10 ausgebildete Abgangswelle
sitzt. Die Bohrung der Hohlwelle 10 des ersten Mikroschrittmotors 6 ist
zumindest teilweise als Mehrkant 11 ausgebildet. In diesem
Mehrkant 11 der Hohlwelle 10 sitzt formschlüssig und
damit drehfest ein Mehrkantabschnitt 12 eines mittels des
ersten Mikroschrittmotors 6 angetriebenen ersten Mitnehmerglieds 13.
Das erste Mitnehmerglied 13 hat an seinem mikroschrittmotorfernen Ende
einen Lagerabschnitt 14, an dem zwei Zapfenlager 15, 16 ausgebildet
sind. In den beiden Zapfenlagern 15, 16 des Lagerabschnitts 14 des
ersten Mitnehmerglieds 13 ist ein erster Achszapfen 17 der
Aggregatwippe 2 gehaltert. Der erste Achszapfen 17 ist aufgrund
der Ausgestaltung des Lagerabschnitts 14 bzw. der Anordnung
der Zapfenlager 15, 16 desselben senkrecht zur
Hohlwelle 10 des ersten Mikroschrittmotors 6 und
damit senkrecht zur ersten Schwenkachse 4 der Verstellvorrichtung 1 angeordnet.
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Der
erste Mikroschrittmotor 6 ist an der Außenseite der in 1 unteren
Gehäusewandung 18 angeordnet,
gegen die er mit seiner Oberseite 8 anliegt. An seiner
dem Gehäuse 3 bzw.
der Gehäusewandung 18 abgewandten
Unterseite 9 ist der erste Mikroschrittmotor 6 mit
einer Leiterplatte 19 versehen, die mittels Schrauben 20 an
ihm angebracht ist.
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Die
in 1 untere Gehäusewandung 18 des
Gehäuses 3 hat
eine Ausnehmung 40, in der der Lagerabschnitt 14 des
ersten Mitnehmerglieds 13 drehbar ist.
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Im
Betrieb des ersten Mikroschrittmotors 6 wird dessen Hohlwelle 10 rotiert,
wobei die Rotationsbewegung der Hohlwelle 10 aufgrund des
Mehrkantabschnitts 12 des ersten Mitnehmerglieds 13, der
drehfest im Mehrkant 11 der Hohlwelle 10 sitzt, auf
die Aggregatwippe 2 unmittelbar übertragen wird. Irgendwelche
Getriebeelemente od.dgl. sind zwischen der mikroschrittmotorseitigen
Hohlwelle 10 und der Aggregatwippe 2 nicht vorgesehen.
Mittels des ersten Mikroschrittmotors 6 ist somit die Aggregatwippe 2 und
damit das in den Figuren nicht gezeigte, fest mit der Aggregatwippe 2 verbundene
Aggregat um die erste Schwenkachse 4, die koaxial zur Hohlwelle 10 des
ersten Mikroschrittmotors 6 angeordnet ist, verschwenkbar.
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Der
zweite Mikroschrittmotor 7 der Verstellvorrichtung 1 hat
ebenfalls eine Hohlachse, die sich – bei der Darstellung in 1 – zwischen
der Vorderseite 21 und der Hinterseite 37 des
zweiten Mikroschrittmotors 7 im Inneren desselben erstreckt.
In dieser Hohlachse des zweiten Mikroschrittmotors 7 ist
dessen Abgangswelle, die ebenfalls als Hohlwelle 22 ausgebildet
ist, angeordnet.
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Die
Bohrung der Hohlwelle 22 des zweiten Mikroschrittmotors 7 ist
zumindest teilweise als Innengewinde 23 ausgebildet. In
diesem Innengewinde 23 der Hohlwelle 22 des zweiten
Mikroschrittmotors 7 sitzt ein Gewindespindelabschnitt 24 eines
zweiten Mitnehmerglieds 25. Dieses zweite Mitnehmerglied 25 hat
einen fest mit dem Gewindespindelabschnitt 24 verbundenen Übertragungsabschnitt 26,
der auf seiner in 1 oberen Außenfläche fest mit einer Aufnahmehülse 27 verbunden
ist. Die Aufnahmehülse 27 durchragt
einen Schlitz 28 einer in 1 oberen
Gehäusewandung 29 des
Gehäuses 3.
Dadurch, dass die Aufnahmehülse 27 in
Axialrichtung des Gewindespindelabschnitts 24 verschieblich,
jedoch in Drehrichtung desselben blockiert, innerhalb des Schlitzes 28 der
oberen Gehäusewandung 29 sitzt, wird
eine Rotationsbewegung der Hohlwelle 22 des zweiten Mikroschrittmotors 7 in
eine in Axialrichtung des zweiten Mitnehmerglieds 25 stattfindende
Hin- und Herbewegung des zweiten Mitnehmerglieds 25 umgesetzt.
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Zwischen
dem Übertragungsabschnitt 26 des
zweiten Mitnehmerglieds 25 und einem zweiten Achszapfen 30 der
Aggregatwippe 2, der im Abstand parallel zu deren die zweite
Schwenkachse 5 der Verstellvorrichtung 1 ausbildenden
ersten Achszapfen 17 angeordnet ist, ist eine Gelenkhalterung 31 angeordnet.
Die Gelenkhalterung 31 ist an ihrem dem Übertragungsabschnitt 26 des
zweiten Mitnehmerglieds 25 zugewandten Ende als Drehzapfen 32 ausgebildet,
wobei dieser Drehzapfen 32 drehbar und axial verschieblich
in der Aufnahmehülse 27 des zweiten
Mitnehmerglieds 25 aufgenommen ist. Die Gelenkhalterung 31 ist
somit um eine zur Axialrichtung des zweiten Mitnehmerglieds 25 senkrechte Drehachse 33 drehbar
in Bezug auf das zweite Mitnehmerglied 25 angeordnet.
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An
ihrem der Aggregatwippe 2 bzw. deren zweiten Achszapfen 30 zugewandten
Ende hat die Gelenkhalterung 31 einen Lagerabschnitt 34 mit
zwei Zapfenlagern 35, 36, in denen der zweite
Achszapfen 30 der Aggregatwippe 2 gelenkig gehaltert
ist.
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Wenn
durch eine Schwenkung der Aggregatwippe 2 um die durch
deren ersten Achszapfen 17 gebildete zweite Schwenkachse 5 der
Abstand zwischen dieser zweiten Schwenkachse 5 und dem zweiten
Mitnehmerglied 25 sich vergrößert oder verkleinert, kann
diese Abstandsänderung
durch die mögliche
Axialbewegung des gelenkhalterungsseitigen Drehzapfens 32 in
der mitnehmergliedseitigen Aufnahmehülse 27 ausgeglichen
werden.
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Der
zweite Mikroschrittmotor 7 liegt bei dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel
mit seiner Vorderseite 21 gegen die Rückseite des Gehäuses 3 an
und ist an seiner dem Gehäuse 3 abgewandten Hinterseite 37 mit
einer Leiterplatte 38 versehen, die mittels Schrauben 39 an
ihm angebracht ist.
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Im
Betrieb des zweiten Mikroschrittmotors 7 wird dessen Abgangs-
bzw. Hohlwelle 22 rotiert. Durch die Rotationsbewegung
der Hohlwelle 22 bzw. deren Außengewindes 23 wird
der Gewindespindelabschnitt 24 und damit das zweite Mitnehmerglied 25 in
Axialrichtung der Hohlwelle 22 bewegt. Diese axiale Verstellung
des zweiten Mitnehmerglieds 25 wird durch dessen Aufnahmehülse 27 auf
den Drehzapfen 32 der Gelenkhalterung 31 und damit – aufgrund der
gelenkigen Verbindung zwischen dem Lagerabschnitt 34 der
Gelenkhalterung 31 und dem zweiten Achszapfen 30 der
Aggregatwippe 2 – in
eine Schwenkbewegung der Aggregatwippe 2 um deren ersten
Achszapfen 17, der die zweite Schwenkachse 5 der
Verstellvorrichtung bildet, übertragen.
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Das
mit der Aggregatwippe 2 fest verbundene Aggregat ist somit
mittels des zweiten Mikroschrittmotors 7 um die zweite
Schwenkachse 5 der Verstellvorrichtung 1 verschwenkbar.
Die Verschwenkbewegung um die zweite Schwenkachse 5 ist
völlig
unabhängig
von der mittels des ersten Mikroschrittmotors 6 bewerkstelligten
Schwenkbewegung um die erste Schwenkachse 4.
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Auch
zwischen der Abgangs- bzw. Hohlwelle 22 des zweiten Mikroschrittmotors 7 und
der Aggregatwippe 2 sind keinerlei Getriebeelemente angeordnet.