DE10304927B4

DE10304927B4 - Positionierantrieb mit Spindelgetriebe

Info

Publication number: DE10304927B4
Application number: DE2003104927
Authority: DE
Inventors: Dirk Bahr
Original assignee: Bahr Modultechnik GmbH
Current assignee: Bahr Modultechnik GmbH
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: DE10304927A1

Abstract

Positionierantrieb eines Schlittens (12) in einer linearen Führungsschiene (1) mit einer in dieser parallel dazu angeordneten Gewindespindel (51), die in der Führungsschiene (1) drehfest gehalten ist und mit einem auf dem Schlitten (12) angeordneten Antriebsmotor und in ihm angeordneten axial gelagerten Gewindemutter (38), dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindemutter (38) mit einem koaxialen Zahnrad (38Z) verbunden ist, das über einen Zahnriemen (38R) mit einem im Schlitten (12) gelagerten Antriebszahnrad (69) antriebsmäßig verbunden ist, das von dem Antriebsmotor angetrieben ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Positionierantrieb eines Schlittens in einer linearen Führungsschiene mit einer in dieser parallel dazu angeordneten Gewindespindel, die in der Führungsschiene drehfest gehalten ist und mit einem auf dem Schlitten angeordneten Antriebsmotor und in ihm angeordneten axial gelagerten Gewindemutter.

Ein derartiger Positionierantrieb ist aus der DE 33 09 249 C2 bekannt.

Ein ähnlicher Positionierantrieb ist aus der DE 201 15 647 U1 bekannt.

Weiterhin ist aus der WO 83/02141 A1 ein Positionierantrieb bekannt, der eine mit einem ersten Motor angetriebene Gewindespindel und einer darauf angeordneten Gewindemutter aufweist, die mit einem Schubrohr koaxial fest verbunden ist und die mit diesem zusammen drehfest in einem koaxialen Rohr geführt ist, das in einem Gehäuse drehbar gelagert ist und mittels eines Zahnriementriebes von einem am Gehäuse gelagerten zweiten Motor angetrieben ist. Der Vorschub des Schubrohres ist dadurch additiv oder differentiell von den Motordrehungen abhängig.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den eingangs bezeichenten Positionierantrieb in seiner Positioniergenauigkeit und seiner Grenzbetriebsgeschwindigkeit zu verbessern.

Die Lösung besteht darin, daß die Gewindemutter mit einem koaxialen Zahnrad verbunden ist, das über einen Zahnriemen mit einem im Schlitten gelagerten Antriebszahnrad antriebsmäßig verbunden ist, das von dem Antriebsmotor angetrieben ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Spindel besteht gewöhnlich aus Stahl und die Führungsschiene sowie der Schlitten im wesentlichen aus Leichtmetall. Dadurch sind das Trägheitsmoment des Schlittens und das Gewicht der Schiene gering. Der Schlitten und die Schiene sind gewöhnlich aus stranggepreßten Profilen hergestellt, in die Fahrrollen bzw. Führungsstangen eingebaut sind. Stirnseitig sind die Profile des Schlittens bzw. der Schiene mit Stirnschilden verschraubt.

Das Trägheitsmoment der Spindelmutter mit dem koaxialen Zahnrad, des relativ kurzen Zahnriemens und des im Schlitten gelagerten weiteren Zahnrades ist relativ klein, verglichen zu einem üblichen Spindelantrieb mit drehender Spindel.

Die beidseitig drehfeste Lagerung der Spindel viertelt das Verhältnis der Verwindungen bezüglich der jeweils ungünstigsten Fälle. Diese treten bei einseitig drehfester Spindel beim Bremsen und Anfahren abseits des festgelegten Spindelendes und bei zweiseitig festgelegter Spindel bei mittigem Betrieb auf.

Die Positionsgenauigkeit wird durch die Stahlspindel, die eine wesentlich geringere thermische Ausdehnung aufweist als die Leichtmetallschiene, bestimmt, indem die Spindel einseitig axial an der Schiene fixiert wird. Das andere Ende der Spindel gleitet also axial entsprechend der Wärmeausdehnungsdifferenz zur Schiene.

Entsprechend der Spindellänge ergibt sich beim Antrieb der Spindelmutter eine Torsion der Spindel, die einen genauen und insbesondere schnellen Betrieb des Antriebes beeinträchtigt und eine Einhaltung einer kritischen Drehzahlgrenze bedingt. Vorteilhaft wird daher auch das axial freie Spindelende drehfest in der Schiene gehalten, so dass die Verwindungssteifigkeit verdoppelt ist und außerdem die Länge der jeweils zu tordierenden, beidseitig der Spindelmutter sich erstreckenden Spindelbereiche kürzer als die ganze Spindellänge sind.

Erfahrungsgemäß sinkt die kritische Drehzahl bei einer Verdoppelung der freien Spindellänge auf ein Viertel; eine zweiseitige Drehfixierung der Spindel läßt demgegenüber jeweils die doppelte bis vierfache kritische Drehzahl zu.

Die Drehfixierung der Spindel geschieht zweckmäßig über eine Klemmbuchse, die mit axial gerichteten Klauen in einer am Schlitten festgelegten komplementären Klaue in enger Schiebepassung gehalten ist. Vorzugsweise ist in Sektorzwischenräumen zwischen den Klauen ein Paßstern eingesetzt, der die axiale Gleitfähigkeit erhöht. Die komplementäre Klaue ist vorteilhaft an einem Schild ausgebildet, das in einem Stirnschild eingelassen und verschraubt ist.

Die Verdrehsicherung der Spindel in der Klemmbuchse wird zweckmäßig an einem Spindelende durch eine Paßfedereinlage gesteigert.

Die axiale Festlegung der Spindel geschieht zweckmäßig mit einer zentralen Schraube, die das Stirnschild durchsetzt.

Vorzugsweise wird die Positioniervorrichtung mit einer einseitig gerichteten Last betrieben, z. B. in einer Z-Koordinate. Dann kann eine Fixierung des Spindelendes entfallen.

Die Spindel kann je nach Anwendung eine leichtgängige Kugelspindel oder eine Trapezgewindespindel sein, die auch selbsthemmend in der Steigung ausgebildet sein kann, was eine Haltebestromung entbehrlich macht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den 1 bis 8 dargestellt.
1 zeigt eine Draufsicht auf den Positionierantrieb;
2 zeigt eine Perspektivansicht teilweise geschnitten;
3 zeigt eine Ausschnittvergrößerung zu 2;
4 zeigt die Gewindespindel mit Lagerung;
5 zeigt eine Explosionsdarstellung der Spindellagerung;
6 zeigt ein Lagerschild perspektivisch;
7 zeigt eine Spindelmutter mit Zahnrad;
8 zeigt ein Antriebszahnriemenrad.
1 zeigt einen Positionierantrieb mit einem Schlitten 12 aus einem Leichtmetallprofil auf einer Führungsschiene 1, die ebenfalls aus einem Leichtmetallprofil besteht und beidseitig Führungsbahnen enthält auf denen der Schlitten 12 mit Rollen verfahrbar gelagert ist.
Zentral in der Führungsschiene 1 ist eine Gewindespindel 51 angeordnet, die in Stirnschilden 6A, 6B der Führungsschiene 1 drehfest festgelegt ist.
Auf dem Schlitten 12 ist ein Motor M gehaltert, der symbolisch dargestellt ist und mit einem Zahnriemengetriebe 62 gekuppelt ist.
2 zeigt eine Perspektivansicht zu 1, wobei je ein Teil des Schlittens 12 und der Schiene 1 entfernt sind, so dass man vom Zahnriemengetriebe 62 das Antriebszahnrad 69, den Zahnriemen 38R und das Zahnrad 38Z sieht, das mit der Gewindemutter 38 verbunden ist und mit dieser auf der Gewindespindel 51 angeordnet ist. Die Gewindemutter 38 ist drehbar und axial abgestützt in dem Schlitten 12 in Lagerhäusen 32 gelagert. Auch das Antriebszahnrad 69 ist in Lagerböcken 62A, 62B auf dem Schlitten 12 gelagert.
3 zeigt die Einzelheiten des Zahnriemengetriebes 62 noch deutlicher. Das Zahnrad 38Z und der Zahnriemen 38R zeigen eine komplementäre Evolventenverzahnung. Das Antriebsrad 69 weist motorseitig eine Aufnahmebohrung mit einer Paßfedernut 69P für den Anschluß der Motorachse auf.
In der Führungsschiene 1 sind zwei runde Führungsstangen 2 zu sehen, auf denen die Rollen des Schlittens 12 laufen, die nicht zu sehen sind. Die gleiche Bahnführung befindet sich in dem gegenüberliegenden Schlittenschenkel. Die Laufrollenanordnung und die Führungsstangen liegen in einem geschlossenen Bereich, der zum einen vom Schlitten und zum anderen je von einem Abdeckband 4 verschlossen ist, das sich durch den Schlitten 12 jeweils bis zu den Stirnschilden 6A, 6B erstreckt.
4 zeigt perspektivisch die Gewindespindel 51 mit deren Lagerung mit Schilden 58 in den Stirnschilden 6A, 6B des Schlittens.
Die Einzelheiten der Lagerung zeigt die Explosionszeichnung 5. Im Stirnschild 6A, 6B ist jeweils in einer Ausnehmung A, 4, ein Schild 58 befestigt, das Klauen 58K trägt, die axial gerichtet sind und mittels eines Paßsternes 54, 56 in weitere Klauen 52K, 55K von einer Klemmbuchse 52, 55 in enger Gleitpassung axialverschieblich und torsionsfest hineinfassen. Die Klemmbuchsen sind auf dem zugehörigen Spindelende E1, E2 verklemmt, und auf einem Spindelende E1 zusätzlich mit einer Paßfeder 57 drehgesichert. Dieses Spindelende ist außerdem mit einer axialen Schraube 60, 4, im Stirnschild 6A axial festgelegt.
6 zeigt eines der Schilde 58 mit den Klauen 58K, die sektorartig mit konkav gerundeten Flanken ausgebildet sind. Hierzu paßt der Paßstern. Die Klauen an den Klemmbuchsen sind entsprechend ausgebildet.
7 zeigt perspektivisch die Gewindemutter 38, die einstückig mit dem Zahnrad 38Z hergestellt ist. Endseitig ist ein Gewinde G aufgebracht, das das Lager der Gewindemutter 38 im Schlitten hält.
8 zeigt ein Antriebszahnrad 69 mit einer Klauenkupplung perspektivisch. Die konkave Evolventenverzahnung paßt zu der komplementären Evolventenverzahnung des Zahnriemens 38R, 3, und entspricht der des Gewindemutterzahnrades 38Z, 7.

Claims

Positionierantrieb eines Schlittens (12) in einer linearen Führungsschiene (1) mit einer in dieser parallel dazu angeordneten Gewindespindel (51), die in der Führungsschiene (1) drehfest gehalten ist und mit einem auf dem Schlitten (12) angeordneten Antriebsmotor und in ihm angeordneten axial gelagerten Gewindemutter (38), dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindemutter (38) mit einem koaxialen Zahnrad (38Z) verbunden ist, das über einen Zahnriemen (38R) mit einem im Schlitten (12) gelagerten Antriebszahnrad (69) antriebsmäßig verbunden ist, das von dem Antriebsmotor angetrieben ist.
Positionierantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (51) aus Stahl besteht und in der Führungsschiene (1) aus Leichtmetall zur Erhöhung ihrer Verwindungssteifigkeit beidendig drehfest gelagert ist.
Positionierantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (51) einenends in der Führungsschiene (1) axial festgelegt ist.
Positionierantrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (E1, E2) der Gewindespindel (51) keine Gewinde tragen und je mit einer Klemmbuchse (52, 55) eingespannt gehalten sind, die axial nach außen gerichtete Klauen (52K, 55K) trägt, die in Gegenklauen (58K) axial verschieblich drehfest gehalten sind, die sich auf einem Schild (58) befinden, das in einem Stirnschild (6A, 6B) der Führungsschiene (1) eingelassen und verschraubt gehalten ist, und dass das eine der Gewindespindelenden (E1) axial mit einer zentralen Schraube (60) in dem zugehörigen Stirnschild (6A) verschraubt ist.
Positionierantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Klauen (52K, 55K) und den Gegenklauen (58K) jeweils ein gleitfähiger Paßstern (54, 56) angeordnet ist.
Positionierantrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das axial verschraubte Gewindespindelende (E1) mit einer Paßfeder (57) in der Klemmbuchse (55) gesichert festgelegt ist.
Positionierantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (51) ein leichtgängiges Kugelgewinde oder ein selbsthemmendes Trapezgewinde trägt.
Positionierantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er stets unter einseitig gerichteter Belastung betrieben ist, die auf das festgelegte Gewindespindelende (E1) gerichtet ist.