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Die
Erfindung bezieht sich auf eine feinmechanische Vorrichtung, wie
sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher umrissen
ist.
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Derartige
Vorrichtungen dienen vorzugsweise in der Optik, aber auch auf anderen
feinmechanischen Gebieten, zum sehr feinfühligen Verstellen
eines beweglichen, zumindest annähernd plattenförmigen
Verstellkörpers relativ zu einem feststehenden, ebenfalls
zumindest annähernd plattenförmigen Grundkörper.
Hierbei spielt in der Regel die meist rechteckige Umrißform
der Körper für die Erfindung keine Rolle. Die
Winkelverstellung erfolgt maschinell oder von Hand und kann zu sehr
verschiedenen Zwecken eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine solche
Vorrichtung als Spiegelhalter dienen. In diesem Anwendungsfall kann
im oder am Verstellkörper ein Spiegel gelagert sein, der
zur Lenkung eines auftreffenden und reflektierten Laserstrahls dient.
Anstelle eines Spiegels kann auch eine Linse angeordnet sein, bei
der ein durchgehender Lichtstrahl in eine bestimmte Richtung gelenkt
werden soll. Im Übrigen ist die Erfindung generell überall
da verwendbar, wo es auf eine sehr präzise Verstellung
zweier flächiger Körper zueinander ankommt.
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Aus
der
DE 20 2007
011 486 U1 der Anmelderin ist eine Vorrichtung bekannt,
von der die Erfindung zunächst ausgeht. Dort hat der feststehende, plattenförmige
Grundkörper eine Winkelform, um einen mittigen Durchgang
frei zu lassen. Der zumindest etwa parallel zum Grundkörper
gelagerte, plattenförmige, nahezu quadratische Verstellkörper
weist eine mittige, gestufte, runde Durchgangsöffnung zur Aufnahme
eines Spiegels oder dergleichen auf. Unter der Einwirkung von zwei
Zugfedern stützen sich Grundkörper und Verstellkörper
axial an drei Verstellschrauben ab. Durch Verdrehen der dortigen
Verstellschrauben von Hand um ihre Schraubenachsen kann die Winkellage
der beiden Körper infolge des bei der Verstellschraube
verwendeten Fein- oder Feinstgewindes sehr genau und übergangslos,
d. h. gleitend, verstellt werden. Hierbei ist zu berücksichtigen,
dass schon sehr kleine Verstellwege zu relativ großen Winkelverstellungen
führen können.
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Die
vorgenannte Vorrichtung hat sich sehr gut bewährt, kann
aber bei speziellen Anordnungen auch Nachteile aufweisen. Wenn zum
Beispiel der zu lenkende Lichtstrahl durch die Vorrichtung hindurch geführt
werden muss und die zum Verstellen benutze Hand schädigen
könnte, dann werden die Verstellschrauben nicht axial,
sondern radial am Grundkörper angeordnet. Dann liegen die
von Hand zu verdrehenden Schraubenköpfe sicher außerhalb
des Durchgangs und außerhalb des Lichtstrahls. Zur Umlenkung
der durch die Verstellschraube erzielten, nun radial gerichteten
Längsbewegung wird bisher eine Art einfaches Umlenkgetriebe
angeordnet. Hierzu liegt das mit einer Kugel versehene freie Ende
der Verstellschraube auf einer 45° schrägen Fläche
des Verstellkörpers auf. Wird die radiale Verstellschraube verdreht,
so gleitet die Kugel nach Art eines Stößels über
die schräge Fläche und verschiebt den Verstellkörper
etwas in axialer Richtung, so dass die Ausrichtung der beiden Körper
zueinander verändert wird, wie oben zum Stand der Technik
schon beschrieben.
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Nun
hat sich gezeigt, dass ein vorstehend beschriebenes Umlenkgetriebe
keineswegs in jedem Fall eine gleichmäßige Verstellung
des Verstellkörpers bewirkt. Es kann nämlich geschehen,
dass bei dieser Anordnung die Kugel beim Verstellen sich nicht gleichmäßig
abrollt, sondern über die schräge Fläche
rutscht. Die Gleitreibung und die beteiligten Materialverformungen
können zu einer ungleichmäßigen, ja gewissermaßen
ruckeligen Bewegung des Verstellkörpers führen,
wodurch eine sehr feine, stufenlose Bewegung des Verstellkörpers
nicht mehr erzielbar ist. Zum zweiten zeigt die genannte Anordnung
mit Kugel und schräger Fläche beim Zurückdrehen
der Verstellschraube zwangsläufig eine Hysterese. Beide
Umstände führen dazu, dass bei einer solchen Anordnung
eine wirklich exakte Justierung des Verstellkörpers nicht
mehr sicher gestellt ist. Folglich ist eine solche Anordnung für
eine hochpräzise Verstellung von Hand nicht geeignet.
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Ausgehend
von den vorstehend geschilderten Gegebenheiten liegt der Erfindung
das Bestreben zu Grunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art
so auszubilden, dass eine sichere und hochpräzise Verstellung
von Hand gewährleistet ist.
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Ausgehend
von einer feinmechanischen Vorrichtung, mit einem ortsfesten plattenförmigen Grundkörper
und mit einem plattenförmigen Verstellkörper,
der eine zentrische, runde Öffnung umfaßt, sich
etwa planparallel zum Grundkörper erstreckt und sich unter
der Einwirkung zumindest einer Feder an zumindest drei Punkten am
Grundkörper abstützt, wobei am Grundkörper
ein von Hand um eine Lagerachse verdrehbares Verstellglied gelagert
ist, mit dessen Hilfe ein Getriebe betätigt wird, das über
ein zur Achse der Öffnung parallel verschiebbares Ausgangsglied
die planparallele Lage des Verstellkörpers verändert
oder herstellt, schlägt die Erfindung vor, dass die Lagerachse
des Verstellglieds in einem Winkel zur Achse der Öffnung
verläuft.
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Die
Erfindung geht somit aus von den beiden erläuterten Vorschlägen
nach dem Stand der Technik und verbindet die Vorteile beider Vorschläge
zu einer neuen Gestaltung. Die zuerst genannte Literaturstelle sieht
ein Getriebe in Form eines axialen Schraubentriebs vor, dessen axiales
Ausgangsglied als Gewindespindel und Kugel geformt ist. Die zweite
als bekannt vorausgesetzte Lehre sieht hingegen ein Getriebe in
Form eines radialen Schraubentriebs vor, der über eine
schiefe Ebene ein Umlenkgetriebe bildet, dessen Ausgangsglied, die
Kugel, nur teilweise axial auf das Verstellglied einwirkt. Die Erfindung sieht
zunächst hingegen vor, dass die Verstellbewegung über
das Umlenkgetriebe zu einem Ausgangsglied geleitet wird, das weiterhin
exakt nur axial verschoben wird. Infolge dieser neuen Ausbildung
wird eine gleichmäßige und völlig ruckfreie
Verstellung des Verstellglieds erzielt, die auch höchsten
Ansprüchen gerecht wird.
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Während
der Stand der Technik nur eine Umlenkung des Getriebes um 90° offenbart,
kann die Erfindung hiervon abweichend und ohne großen Aufwand
auch eine Umlenkung zwischen 45° und 90° bieten,
was ihre Einsatzmöglichkeiten wesentlich erweitert.
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Während
der Stand der Technik immer von einer Verstellschraube ausgeht,
ist die Erfindung nicht auf eine solche beschränkt. So
kann zwar in einer Ausführung vorgesehen sein, dass das
Verstellglied mit einem Gewindeabschnitt im Grundkörper
in Richtung der Lagerachse beweglich gelagert ist und bei seinem
Verdrehen als Stößel auf eine Umlenkvorrichtung
einwirkt.
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In
Weiterführung der Erfindung kann hier auch vorgesehen sein,
dass das Verstellglied als Teil einer Differentialschraube ausgebildet
ist. Diese Anordnung ermöglicht eine noch wesentlich präzisere Verstellung.
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Die
Umlenkvorrichtung an sich kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet
sein. So kann die Umlenkvorrichtung, dem Hebelprinzip gemäß ausgebildet,
zumindest einen Hebelarm, vorzugsweise aber einen zweiarmigen Hebel
umfassen.
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Statt
dessen oder zusätzlich hierzu kann die Umlenkvorrichtung
auch zumindest ein Zahnrad und eine Zahnstange umfassen. So kann
ein Hebelarm mit einem Teilzahnrad oder einer Zahnstange zusammen
wirken.
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Abweichend
vom Stand der Technik muß das Verstellglied nicht als axial
bewegliche Schraube ausgebildet sein. Statt dessen kann vorgesehen sein,
dass das Verstellglied zwar als Welle verdrehbar, aber axial unbeweglich
gelagert ist und eine Schnecke umfaßt, die auf eine Umlenkvorrichtung einwirkt.
Eine solche Umlenkvorrichtung kann zum Beispiel von einem mit der
Schnecke und mit einer Zahnstange kämmenden Schneckenrad
gebildet sein. Eine derartige Anordnung bietet eine große
Untersetzung und erzielt damit eine sehr feinfühlige Verstellung.
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Eine
Ausführung sieht vor, dass das Ausgangsglied als reiner
Stößel ausgebildet ist. Ein solcher Stößel
kann z. B. durch einen Hebelarm eines Hebels bewegt werden. Andererseits
kann das Ausgangsglied auch als Zahnstange ausgebildet sein, die
durch ein Zahnrad oder ein Teilzahnrad angetrieben wird. Um eine
besonders kompakte Bauweise insbesondere des Grundkörpers
zu erzielen, kann vorgesehen sein, dass das Verstellglied das Ausgangsglied
durchsetzt. Das Verstellglied kann hierbei geschützt in
einer Ausnehmung oder in einem Kanal des Ausgangsglieds gelagert
sein. Die beiden Teile kreuzen sich also.
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Zur
allseitigen Verstellung genügt es in der Regel, dass an
der Vorrichtung zwei vorzugsweise achsparallel verlaufende Verstellglieder
angeordnet sind, von denen jede eine andere Winkellage des Verstellkörpers
zum Grundkörper verstellen kann.
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Eine
während der Handhabung sichere Anordnung der Verstellglieder
ist meist dann gegeben, wenn beide Verstellglieder an der Oberseite
des Grundkörpers und mit senkrecht verlaufenden Lagerachsen
angeordnet sind, unabhängig davon, ob die Verstellglieder
als Schrauben oder als Wellen ausgebildet sind.
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Wenn
der Grundkörper mit zumindest zwei senkrechten Gewindebohrungen
zum Befestigen an einem Untergrund versehen ist, dann kann zur schwingungsarmen
Befestigung der Vorrichtung vorgesehen sein, dass die beiden Lagerachsen
der Verstellglieder zumindest nahezu mit den Achsen der Gewindebohrungen
fluchten.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind auch der zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung darstellenden Zeichnung und deren nachfolgenden Beschreibung
entnehmbar.
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1 zeigt
eine erste Vorrichtung nach der Erfindung in axialer Seitenansicht.
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2 zeigt
den Schnitt II-II in 1.
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3 zeigt
den Schnitt III-III in 1.
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4 zeigt
eine zweite Vorrichtung nach der Erfindung in axialer Seitenansicht.
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5 zeigt
den Schnitt V-V in 4.
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6 zeigt
den Schnitt VI-VI in 4.
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Gleiche
Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen, aber mit
einem Index versehen. Die Vorrichtung 1 umfasst einen im
Wesentlichen plattenförmigen Grundkörper 2,
der an seiner Unterseite 3 mit zumindest zwei senkrechten
Gewindebohrungen 4 um die Achse Z-Z versehen ist. Im unteren
Bereich 5 ist der Grundkörper 2 zumindest
im Bereich der Gewindebohrungen 4 verdickt ausgebildet.
Der Grundkörper 2 umfasst eine etwa zentrisch angeordnete,
durchgehende, runde Öffnung 6, deren Achse X-X
zumindest etwa waagerecht verläuft.
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Der
Grundkörper 2 umfasst des weiteren vier durchgehende
Bohrungen 7 und eine Lagerplatte 8 mit einer Vertiefung 9.
An der Oberseite 10 sind zwei Verstellglieder 11 und 12 in
Form von Schrauben angeordnet, deren Lagerachsen Y-Y im Winkel α von 90° zu
der Achse X-X stehen, vergleiche 2 und 3.
Das relativ lange Verstellglied 11 ist mit einem Gewindeabschnitt 13 in
einer in den Grundkörper 2 eingepressten Gewindebuchse 14 geführt
und endet mit einer drehbar gelagerten Kugel 15, vergleiche 2.
Die Kugel 15 wirkt auf den ersten Hebelarm 16 eines
zweiarmigen Hebels 17 ein, dessen Drehachse quer zur Achse
Y-Y verläuft. Parallel zur Achse X-X ist im Grundkörper 2 ein
Stößel 18 verschiebbar gelagert, der
eine seitliche Öffnung 19 aufweist, in welche
der zweite, etwa rechtwinkelig zum ersten Arm 16 angeordnete
zweite Hebelarm 20 beweglich eingreift. Der Stößel 18 ist
im Querschnitt etwa quadratisch und endet mit einer beweglich gelagerten Kugel 21,
die auf eine Lagerplatte 22 eines plattenförmigen
Verstellkörpers 23 einwirkt.
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Der
Grundkörper 2 umfasst im Bereich des Verstellglieds 12 eine
zweite Anordnung der zur 2 schon beschriebenen Art, die
in 3 erkennbar ist und die folgende Merkmale aufweist:
Das relativ kurze Verstellglied 12 ist mit einem Gewindeabschnitt 24 in
einer in den Grundkörper 2 eingepressten Gewindebuchse 25 geführt
und endet mit einer drehbar gelagerten Kugel 26. Die Kugel 26 wirkt
auf den ersten Hebelarm 27 eines zweiarmigen Hebels 28 ein,
dessen Drehachse quer zur Achse Y-Y verläuft. Parallel
zur Achse X-X ist im Grundkörper 2 ein im Querschnitt
etwa quadratischer Stößel 29 verschiebbar
gelagert, der eine seitliche Öffnung 30 aufweist,
in welche der zweite, etwa rechtwinkelig zum ersten Hebelarm 27 angeordnete
zweite Hebelarm 31 beweglich eingreift. Der Stößel 29 endet
mit einer beweglich gelagerten Kugel 32, die auf eine Lagerplatte 33 des
plattenförmigen Verstellkörpers 23 einwirkt.
Hierbei hat der Stößel 29 eine Durchgangsöffnung 34,
die größer ist als der Querschnitt des Gewindeabschnitts 24,
so dass das Verstellglied 12 mit seinem Gewindeabschnitt 24 den
Stößel 29 mit Spiel durchdringen kann.
Das heißt, der Stößel 29 kann sich
etwas in Richtung der Achse X-X verschieben.
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Der
Verstellkörper 23 hat einen etwa quadratischen
Umriß und erstreckt sich etwa planparallel zum Grundkörper 2,
an dem er sich an drei Punkten abstützt. Diese Punkte werden
durch die Kugeln 21 und 32 der verschiebbaren
Stößel 18 und 29 gebildet und
durch eine dritte, ortsfest gelagerte Kugel 35, die sich
einerseits an der Vertiefung 9 der Lagerplatte 8 des
Grundkörpers 2 und andererseits an der Vertiefung 36 einer
Lagerplatte 37 abstützt. Zum sicheren Halt der
beiden Körper 2 und 23 aneinander dienen vier
Zugfedern 38, die etwa zur Hälfte in den Bohrungen 7 des
Grundkörpers 2 und zur Hälfte in mit
den Bohrungen 7 fluchtenden Bohrungen 39 des Verstellkörpers 23 gelagert
sind. Der Verstellkörper 23 umfasst auch eine
zentrische, durchgehende, runde Öffnung 40, die
den gleichen Durchmesser und die gleiche Achse X-X hat wie die Öffnung 6 im
Grundkörper 2, und eine größere
Stufenbohrung 41, an deren Ringboden vier Bohrungen 42 angeordnet
sind. Die Stufenbohrung 41 und die Bohrungen 42 dienen
zum Befestigen einer nicht dargestellten optischen Vorrichtung,
wie etwa eine Spiegels oder einer Linse. Die Öffnung 6 im
Grundkörper 2 kann entfallen, wenn z. B. ein Lichtstrahl
nur mit Hilfe des Verstellkörpers 23 durch einen
Spiegel reflektiert werden soll, also nicht durch die Vorrichtung 1 hindurch
geleitet werden soll.
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Die
Verstellung der Winkellage des Verstellkörpers 23 gegen
den Grundkörper 2 wird mit Hilfe der 2 erläutert.
Wird das Verstellglied 11 von Hand z. B. im Uhrzeigersinn
verdreht, so bewegt sich der Gewindeabschnitt 6 in der
Gewindebuchse 14 nach unten. Die Kugel 15 drückt
auf den Hebelarm 16, der Hebel 17 verdreht sich,
der Hebelarm 20 bewegt sich nach links und nimmt hierbei
den Stößel 18 mit. Der Stößel
drückt über die Kugel 21 auf die Lagerplatte 21 und
verschiebt die entsprechende Ecke des Verstellkörpers 23 nach
links. Durch diese Bewegung wird die Ausgangslage der beiden Körper, Grundkörper 2 und
Verstellkörper 23, zueinander verändert.
Wird das Verstellglied hingegen jedoch entgegen dem Uhrzeigersinn
verdreht, so verschiebt sich die besagte Ecke des Verstellkörpers 23 unter der
Wirkung der Zugfedern 7 nach rechts, wodurch wiederum die
Winkellage des Verstellkörpers 23 relativ zum
Grundkörper 2 verändert wird.
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Mit
Hilfe des anderen Verstellglieds 12 wird sinngemäß die
andere, gegenüber liegende Ecke des Verstellkörpers 23 verstellt.
Bei beiden Verstellbewegungen wird der Verstellkörper 23 räumlich
in zwei Richtungen um den fixen Drehpunkt, den die Kugel 35 bildet,
verschwenkt. Der Verstellkörper 23 braucht oft
nur eine sehr kleine Strecke verschwenkt zu werden, z. B. im Bereich
von wenigen Millimetern, so dass das Ausgangsglied oft nur eine
entsprechend kurze Strecke zurücklegen muss.
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In
den 4 bis 6 ist eine zweite Ausführung
der Erfindung dargestellt. Der Grundaufbau ist mit der zuvor beschriebenen
Ausführung identisch. Somit werden nur die Unterschiede
beschrieben.
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Das
relativ lange Verstellglied 11' der Vorrichtung 1' ist
mit einem oberen Gewindeabschnitt 13' in einer in den Grundkörper 2' eingepressten
Gewindebuchse 14' geführt. Der untere Endbereich
ist als runde Zahnstange 43 ausgebildet. Die Zahnstange 43 kämmt
mit einem Zahnrad 44 und dieses wiederum mit einer im Querschnitt
quadratischen Zahnstange 45, die quer zur Achse Y'-Y' des
Verstellglieds 11' verschiebbar gelagert ist und als Stößel
arbeitet. Beim Verdrehen des Verstellglieds 11' verdreht
sich die runde Zahnstange 43 zwar, wird jedoch auch nach
unten verschoben und verdreht hierbei das Zahnrad 44, das
wiederum die Zahnstange 45 in Richtung der Achse X'-X'
verschiebt.
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Mit
Bezug auf 5 wird die Verstellung der Vorrichtung 1' beschrieben:
Wird das Verstellglied 11' entgegen den Uhrzeigersinn verdreht,
bewegt sich die Zahnstange 43 nach oben, das Zahnrad 44 verdreht
sich im Uhrzeigersinn, und die Zahnstange 45 verschiebt
sich nach links, in Richtung der Achse X'-X', so dass auch der Verstellkörper 23' nach
links verschoben wird.
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Sinngemäß arbeitet
das relativ kurze Verstellglied 12', das in 6 dargestellt
ist, so dass sich eine wiederholte Beschreibung erübrigt.
Allerdings bewirkt hier eine Rechtsdrehung des Verstellglieds 12' eine
Verschiebung des Stößels 29' nach rechts, auf
das Verstellglied 23' zu.
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Die
Erfindung kann, wie in der obigen allgemeinen Beschreibung schon
ausgeführt, auch verdrehbare Verstellglieder anderer Bauart
verwenden. Insbesondere kann das Verstellglied auch zwar als verdrehbare,
aber axial unbeweglich gelagerte Welle ausgebildet sein. Beim Verdrehen
der Welle kann über entsprechende Getriebeteile, wie Zahnräder oder
Schneckenräder, eine axiale Verschiebung eines Ausgangsteils
und damit eine Verstellung des Verstellglieds bewirkt werden.
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- 1
- Vorrichtung
- 1'
- Vorrichtung
- 2
- Grundkörper
- 2'
- Grundkörper
- 3
- Unterseite
- 4
- Gewindebohrung
- 5
- unterer
Bereich
- 6
- Öffnung
- 7
- Bohrung
- 8
- Lagerplatte
- 9
- Vertiefung
- 10
- Oberseite
- 11
- Verstellglied
- 11'
- Verstellglied
- 12
- Verstellglied
- 12'
- Verstellglied
- 13
- Gewindeabschnitt
- 13'
- Gewindeabschnitt
- 14
- Gewindebuchse
- 14'
- Gewindebuchse
- 15
- Kugel
- 16
- Hebelarm
- 17
- Hebel
- 18
- Stößel
- 19
- Öffnung
- 20
- Hebelarm
- 21
- Kugel
- 22
- Lagerplatte
- 23
- Verstellkörper
- 23'
- Verstellkörper
- 24
- Gewindeabschnitt
- 25
- Gewindebuchse
- 26
- Kugel
- 27
- Hebelarm
- 28
- Hebel
- 29
- Stößel
- 29'
- Stößel
- 30
- Öffnung
- 31
- Hebelarm
- 32
- Kugel
- 33
- Lagerplatte
- 34
- Durchgangsöffnung
- 35
- Kugel
- 36
- Vertiefung
- 37
- Lagerplatte
- 38
- Zugfeder
- 39
- Bohrung
- 40
- Öffnung
- 40'
- Öffnung
- 41
- Stufenbohrung
- 42
- Bohrung
- 43
- Zahnstange
- 44
- Zahnrad
- 45
- Zahnstange
- X-X
- Achse
- X'-X'
- Achse
- Y-Y
- Lagerachse
- Y'-Y'
- Lagerachse
- Z-Z
- Achse
- α
- Winkel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202007011486
U1 [0003]