DE102010019284A1

DE102010019284A1 - Vorrichtung zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung

Info

Publication number: DE102010019284A1
Application number: DE102010019284A
Authority: DE
Inventors: Peter Walter Zeirzer; Gerald Marcus Huber
Original assignee: Engel Austria GmbH
Current assignee: Engel Austria GmbH
Priority date: 2009-05-05
Filing date: 2010-05-04
Publication date: 2010-11-25
Anticipated expiration: 2030-05-05
Also published as: CN101907154A; CN101907154B; AT508241B1; AT508241A1; DE102010019284B4

Abstract

Vorrichtung zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung, insbesondere Riementrieb, mit - mindestens einer durch eine Antriebsvorrichtung (8) antreibbaren Antriebswelle (1) - und mindestens einer Umlenkachse (11), - welche mit Rollen (2, 12) versehbar sind, - wobei ein Zugmittel (4) über die Rollen (2, 12) führbar ist, - wobei die Rotationsachse (13) der Umlenkachse (11) zur Rotationsachse (3) der Antriebswelle (1) derart geneigt oder mittels einer Einstellvorrichtung (10) soweit neigbar ist, dass ein über die Rollen (2, 12) geführtes Zugmittel (4) sowohl an der Rolle (2) der Antriebswelle (1) als auch an der Rolle (12) der Umlenkachse (11) berührungsfrei vorbei bewegbar ist, wobei die Umlenkung des Zugmittels (4) an der Antriebsvorrichtung (8) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung, insbesondere Riementrieb, mit mindestens einer durch eine Antriebsvorrichtung antreibbaren Antriebswelle und mindestens einer Umlenkachse, welche mit Rollen versehbar sind, wobei ein Zugmittel über die Rollen führbar ist, wobei die Rotationsachse der Umlenkachse zur Rotationsachse der Antriebswelle derart geneigt oder mittels einer Einstellvorrichtung soweit neigbar ist, dass ein über die Rollen geführtes Zugmittel sowohl an der Rolle der Antriebswelle als auch an der Rolle der Umlenkachse berührungsfrei vorbei bewegbar ist.
Bekannt sind vornehmlich zwei Methoden – unter Einsatz eines Zugmittels – um eine Drehbewegung in eine Linearbewegung umzusetzen (siehe 1 und 2). Diese unterscheiden sich hauptsächlich in der Anordnung des Zugmittels, der Anzahl der Biegewechsel des Zugmittels, der Anzahl der minimal benötigten Umlenkachsen und des benötigten Bauraums.
Bei der sogenannten O-Anordnung (siehe 1) liegt der Verfahrbereich einer Linearachse zwischen der Antriebswelle und der Umlenkachse.
So zeigt etwa die WO 2006/008515 A2 vom 18. Juli 2005 einen Antrieb mit geneigten Umlenkachsen für einen Roboterarm, dabei wird ein Schlitten über geneigte Umlenkrollen verfahren.
Bei der sogenannten Omega-Anordnung (siehe 2a und 2b) wird das Zugmittel über zwei Umlenkachsen und eine Antriebswelle aufgespannt. Der Nachteil der O-Anordnung gegenüber der Omega-Anordnung besteht in der Baulänge, die sich bei der Omega-Anordnung ausschließlich aus der Baulänge der Linearachse ergibt, bei der O-Anordnung verlängert sich hingegen die Baulänge mindestens um die Durchmesser der Rolle der Antriebswelle und der Rolle der Umlenkachse. Der Nachteil der Omega-Anordnung gegenüber der O-Anordnung ergibt sich aus einem höheren Materialaufwand (zwei Umlenkachsen anstatt einer Umlenkachse) und weiters kommt es bei der Omega-Anordnung zu einer sogenannten Rückenumlenkung des Zugmittels (Biegewechsel) welche das Material des Zugmittels stärker beansprucht und somit große Umlenkrollendurchmesser erforderlich macht.
So zeigt etwa die EP 0 790 098 A1 vom 24. April 1996 einen Linearantrieb mit einem endlichen Zugmittel und einer Laufkatze und einer wie eben beschriebenen Omega-Anordnung des Zugmittels.
Weiters erwähnt sei noch die DE 197 44 950 A1 vom 30. September 1997 mit einem Torantrieb und einem Riemengetriebe, das eine Antriebsrolle und eine Abtriebsrolle aufweist.
Die Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, eine Vorrichtung zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung so zu gestalten, dass die eben genannten Nachteile – bezüglich der Baulänge, des Materialaufwandes und die Rückenumlenkung des Zugmittels – behoben werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Umlenkung des Zugmittels an der Antriebsvorrichtung erfolgt.
Dadurch wird eine kompakte und platzsparende Anordnung geschaffen, da sich somit die Zugmittelumlenkung an der Antriebsvorrichtung selbst befinden und nicht ein einer von der Antriebsvorrichtung getrennten Einheit.
Des Weiteren wird eine Rückenumlenkung eines Zugmittels vermieden, da die Schrägstellung (Lagerung) der Rotationsachse der Antriebswelle zur Rotationsachse der Umlenkachse einen Versatz des Zugmittels bewirkt, wodurch das Zugmittel (welches zum Beispiel an einer Linearachse befestigt wird) sowohl an der Rolle der Antriebswelle als auch an der Rolle der Umlenkachse vorbei gezogen werden kann. Da diese Vorrichtung seitlich angebracht werden kann ergibt sich die benötigte Baulänge ausschließlich aus der Länge der Linearachse, weiters ist nur eine Umlenkachse nötig und eine Rückenumlenkung des Zugmittels wird vermieden. Die Schrägstellung der Achsen zueinander kann auf mehrere Arten bewerkstelligt werden. Eine kostengünstige Variante wäre durch eine fixe Schrägstellung der Achsen zueinander zu erreichen. Dabei wird der Neigungswinkel werksseitig durch Versuche ermittelt und die Anbauteile werden in der optimalen Stellung justagefrei montiert. Die Schrägstellung der Achsen zueinander kann auch durch eine Einstellvorrichtung erzeugt werden. Eine Möglichkeit besteht zum Beispiel darin, die Umlenkachse zu lagern (mittels Gleitbuchse, Lager oder ähnlichem). Dadurch justieren sich die beiden Rotationsachsen selbsttätig zueinander aus, der Neigungswinkel der Achsen zueinander ergibt sich automatisch. Ebenso können die Antriebsachse und die Umlenkachse einstellbar – mittels Klemmverbindungen – zueinander geführt werden. Der optimale Neigungswinkel wird dabei durch mehrmaliges Abfahren des Hubes und gleichzeitigem Nachjustieren ermittelt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert:
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die beiden Rollen an der Antriebsvorrichtung angebracht sind.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Vorrichtung genau eine Umlenkachse aufweist. Dadurch ist eine kostengünstige Variante erzielbar, da somit Material eingespart werden kann.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Zugmittel ein formschlüssiges Zugmittel ist, da dadurch ein Durchrutschen zwischen den eingreifenden Partnern verhindert wird.
Als besonders vorteilhaft hat sich dabei herausgestellt, wenn das Zugmittel als endliches Zugmittel ausführt ist, da dies für den Einsatz der Vorrichtung auf einer Laufkatze oder als Antrieb für einen Linearschlitten geeignet ist. Dabei würde sich der Verlauf dieses endlichen Zugmittels von seiner ersten Befestigung berührungsfrei an der Rolle der Antriebswelle vorbei, über die Rolle der Umlaufachse und die Rolle der Antriebswelle, berührungsfrei an der Rolle der Umlenkachse vorbei, zu seiner zweiten Befestigung hin erstrecken.
Als besonders vorteilhaft hat sich dabei herausgestellt, wenn das Zugmittel als Zahnriemen und die Rollen als korrespondierende Zahnräder ausgeführt sind, da dadurch ein exaktes Positionieren ermöglicht wird. Ebenso könnten die Zahnräder natürlich auch als Zahnscheiben, Riemen(zahn)-Rollen o. ä. ausgebildet sein.
Als besonders vorteilhaft kann dabei weiters vorgesehen sein, dass die Vorrichtung über eine Spannvorrichtung verfügt, mit dem das Zugmittel gespannt werden kann, um beispielsweise nach einem Wechsel des Zahnriemens eine geeignete Riemenspannung herzustellen. Die Spannung des Zugmittels wird dadurch erzeugt, dass mindestens ein Klemmelement – mit dem die Enden des Zugmittels an den Enden der Linearachse befestigt werden – einstellbar in Langlöchern ausgeführt wird. Ebenso könnte der Abstand der Antriebsrolle zur Umlenkrolle variabel ausgeführt werden, in dem zum Beispiel die Führung der Umlenkrollenhalterung oder der Einstelleinrichtung in Längslöchern stattfindet und somit als Spannvorrichtung dient. Eine derartige Spannvorrichtung könnte ebenso aus einer Spannrolle bestehen, die zum Beispiel zwischen der Antriebsrolle und der Umlenkrolle angebracht wird, auf den Riemen drückt und somit eine geeignete Riemenspannung herstellt. Ebenso könnte die Spannung des Zugmittels mittels Exzenterbolzenr der Umlenkrolle erreicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Antriebsvorrichtung einen Elektromotor umfasst.
Als besonders geeignetes Einsatzgebiet kann hier vorgesehen sein, dass die Vorrichtung dafür verwendet wird, um eine Linearachse in einem Handlingsystem zu bewegen.
Deshalb wird auch Schutz für ein derartiges Handlingsystem begehrt, das vorzugsweise in einem Roboter zum Einsatz gebracht wird.
Konkret kann eine derartige Vorrichtung in einem Handlingsystem für eine Spritzgussmaschine dienen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele im Folgenden näher erläutert. Darin zeigen
1 O-Anordnung eines Riementriebes (Stand der Technik),
2a Omega-Anordnung eines Riementriebes (Stand der Technik),
2b Omega-Anordnung eines Riementriebes („Laufkatze”, Stand der Technik) und
3 bis 6 Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Anordnung in vier schematischen Ansichten.
In 1 ist eine dem Stand der Technik entsprechende O-Anordnung gezeigt, in der eine Linearachse 7 mittels eines Zugmittels 4 zwischen der Rolle 2 der Antriebswelle 1 und der Rolle 12 der Umlenkachse 11 verfahren wird.
In 2a ist eine dem Stand der Technik entsprechende Omega-Anordnung gezeigt, in der eine Linearachse 7 mittels des Zugmittels 4 verfahren wird. Dabei wird das Zugmittel 4 von der Rolle 2 der Antriebswelle 1 angetrieben und mittels Rückenumlenkung über die Rollen 12, 12' der Umlenkachsen 11, 11' zur Linearachse 7 geführt.
In 2b ist eine dem Stand der Technik entsprechende Omega-Anordnung gezeigt, in der eine Linearachse 7 („Laufkatze”) – auf welcher sich die Rolle 2 der Antriebswelle 1 und die zwei Rollen 12, 12' der Umlenkachsen 11, 11' befinden – mittels des Zugmittels 4 verfahren wird.
In 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung gezeigt, bei der ein endliches Zugmittel 4 (Zahnriemen) über eine Rolle 12 der Umlenkachse 11 und weiters über eine Rolle 2 der Antriebswelle 1 gespannt ist. Die beiden Enden des Zugmittels 4 sind dabei mittels der Klemmelemente 5 und 6 mit einer Linearachse 7 (zum Beispiel ein Linearschlitten oder Tisch) verbunden. Die Klemmelemente 5 und 6 und damit die beiden Enden des Zugmittels 4 befinden sich in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel in einer Ebene. Dies ist von Vorteil für die Lebensdauer des Zugmittels 4. Ebenso wäre es natürlich vorstellbar, dass zumindest eines der Klemmelemente 5 oder 6 und damit auch die beiden Enden des Zugmittels 4 nicht auf einer Ebene liegen.
Wie in 3 bis 6 ersichtlich ist, findet die Umlenkung des Zugmittels 4 direkt an der Antriebsvorrichtung 8 statt. Dabei sind die Antriebswelle 1 und die Umlenkachse 11 und die darauf angeordneten Rollen 2 und 12 an der Antriebsvorrichtung 8 angebracht.
Wie aus diesem bevorzugtem Ausführungsbeispiel hervorgeht, reicht eine geneigte Umlenkachse 11 aus um den gewünschten Versatz des Zugmittels 4 zu erzielen.
Mittels der Einstellvorrichtung 10 wird die Umlenkachse 11 dabei soweit geneigt, dass sich das Zugmittel 4 bewegungsfrei an der Rolle 2 der Antriebswelle 1 und an der Rolle 12 der Umlenkachse 11 vorbei bewegt. Die Antriebswelle 1 ist von einer Antriebsvorrichtung 8 angetrieben. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist Antriebswelle 1 vertikal angeordnet und die Umlenkachse 11 dazu geneigt. Ebenso könnte natürlich auch zusätzlich oder ausschließlich die Antriebswelle 1 geneigt sein.
In 4 ist im Detail der Verlauf eines Zugmittels 4 gezeigt, wie es sich von links kommend – berührungsfrei an der Rolle 2 der Antriebswelle 1 vorbei – über die Rolle 12 der geneigten Umlenkachse 11 zur Rolle 2 der Antriebswelle 1 nach rechts – berührungsfrei an der Rolle 12 der Umlenkachse 11 vorbei – und anschließend nach rechts erstreckt.
In 5 wird eine Draufsicht von 4 gezeigt.
In 6 wird die Neigung der Rotationsachse 13 der Umlenkachse 11 gezeigt, wodurch es zu dem gewünschten Versatz des Zugmittels 4 kommt.
Wenn auch die Erfindung anhand des gezeigten Ausführungsbeispieles konkret beschrieben wurde, versteht es sich von selbst, dass der Anmeldungsgegenstand nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Vielmehr versteht es sich von selbst, dass Maßnahmen und Abwandlungen, die dazu dienen den Erfindungsgedanken umzusetzen, durchaus denkbar und erwünscht sind.
So könnte beispielsweise das Zugmittel als Kette ausgeführt sein. Weiters könnte beispielsweise bei einer Anwendung, bei der geringere Ansprüche in die Positioniergenauigkeit gestellt werden, das Zugmittel als kraftschlüssiges Zugmittel ausgeführt sein, wie zum Beispiel als Flach-, Keil- oder Rundriemen.
Weiters könnte beispielsweise die Vorrichtung ebenso auf einem bewegten Schlitten und bei befestigtem Zugmittel zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel bei einer Laufkatze.

11: Antriebswelle
2: Rolle der Antriebswelle (1)
33: Rotationsachse der Antriebswelle (1)
44: Zugmittel
55: Erstes Klemmelement, Befestigung Zugmittel
66: Zweites Klemmelement, Befestigung Zugmittel
77: Linearachse, vorzugsweise Linearschlitten
88: Antriebsvorrichtung
10: Einstellvorrichtung
11, 11': Umlenkachse
12, 12': Rolle der Umlenkachse (11)
13, 13': Rotationsachse der Umlenkachse (11)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2006/008515 A2 [0004]
- EP 0790098 A1 [0006]
- DE 19744950 A1 [0007]

Claims

Vorrichtung zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung, insbesondere Riementrieb, mit – mindestens einer durch eine Antriebsvorrichtung (8) antreibbaren Antriebswelle (1), – und mindestens einer Umlenkachse (11), – welche mit Rollen (2, 12) versehbar sind, – wobei ein Zugmittel (4) über die Rollen (2, 12) führbar ist, – wobei die Rotationsachse (13) der Umlenkachse (11) zur Rotationsachse (3) der Antriebswelle (1) derart geneigt oder mittels einer Einstellvorrichtung (10) soweit neigbar ist, dass ein über die Rollen (2, 12) geführtes Zugmittel (4) sowohl an der Rolle (2) der Antriebswelle (1) als auch an der Rolle (12) der Umlenkachse (11) berührungsfrei vorbei bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkung des Zugmittels (4) an der Antriebsvorrichtung (8) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rollen (2, 12) an der Antriebsvorrichtung (8) angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung genau eine Umlenkachse (11) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (4) ein formschlüssiges Zugmittel ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (4) als Zahnriemen ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (4) als endliches Zugmittel ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Verlauf eines Zugmittels (4) von seiner ersten Befestigung (5), berührungsfrei an der Rolle (2) der Antriebswelle (1) vorbei, über die Rolle (12) der Umlaufachse (11) und die Rolle (2) der Antriebswelle (1), berührungsfrei an der Rolle (12) der Umlenkachse (11) vorbei, zu seiner zweiten Befestigung (6) hin erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (2, 12) als Zahnräder ausgeführt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung über mindestens eine Spannvorrichtung (9) verfügt, mit dem ein Zugmittel (4) gespannt werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (8) einen Elektromotor aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zugmittel (4) eine Linearachse (7) bewegt.
Handlingsystem mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Roboter mit einem Handlingsystem nach Anspruch 12.
Spritzgussmaschine mit einem Handlingsystem nach Anspruch 12.