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Vorrichtung zum Planführen eines Läufers mit zwei Freiheitsgraden
in einer Ebene Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Planführen
eines Läufers mit zwei Freiheitsgraden in einer Ebene, d. h. einer Vorrichtung,
die erlaubt, den Läufer in der genannten Ebene in beliebiger Richtung zu bewegen,
wobei aber der Läufer so geführt ist, daß ein beliebiger Punkt des Läufers stets
genau den gleichen Abstand von einer zur erwähnten Ebene parallelen Bezugsebene
beibehält wie auch die Lage des Läufers sei.
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In bisher bekannten Anordnungen zum nämlichen Zweck ist der Läufer
nur in linearer Richtung verschiebbar auf einem Zwischenstück gelagert, das seinerseits
ebenfalls in nur linearer Richtung, welche die erstgenannte Richtung kreuzt, verschiebbar
auf einem Führungsbett angeordnet ist. Für zwei Freiheitsgrade des Läufers sind
daher voneinander getrennte lineare Führungsmittel vorhanden. Die meist bekannte
Vorrichtung dieser Art ist der Kreuzsupport z. B. an einer Werkzeugmaschine, wo
die zwei getrennten Bewegungseinheiten rechtwinklig zueinander verschiebbar sind.
Das erforderliche Zwischenstück muß mit hoher Genauigkeit bearbeitet sein, damit
jeder Punkt des darauf angeordneten Läufers immer genau in einer Ebene bleibt. Dadurch
wird die Herstellung der Vorrichtung teuer. Des weiteren können Bewegungen des Läufers
in einer zu den linearen Führungen schrägen Richtung nur durch gleichzeitiges Betätigen
beider Geradführungsmittel erzeugt werden.
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Es sind auch andere Planführungsvorrichtungen bekanntgeworden, bei
denen durch zwei an sich getrennte Führungsbahnen eine Bewegung des Läufers in beliebiger
Richtung, auch »schwimmend« genannt, möglich ist, wobei jedoch wiederum ein Zwischenstück
zwischen dem Läufer und dem Führungsbett erforderlich ist. Die Bewegung des Läufers
erfolgt nicht mehr durch Veränderung von zwei rechtwinklig zueinander stehenden
Koordinaten, sondern nach dem Prinzip der Polarkoordinaten, was erlaubt, einen beliebigen
Punkt der Führungsebene auf dem kürzesten Weg anzufahren.
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Alle bekannten Führungsvorrichtungen sind mit dem Nachteil behaftet,
daß zum Bewegen des Läufers nicht immer die gleiche Masse bewegt werden muß. Im
einen Extremfall kommt nämlich zur Masse des Läufers noch jene des Zwischenstückes
voll hinzu; während im andern Extremfall das Zwischenstück in Ruhe bleibt und nur
die Masse des Läufers allein bewegt wird. Dies ist für verschiedene Anwendungszwecke
einer solchen Planführungsvorrichtung besonders dann von Nachteil, wenn Leichtgängigkeit,
hohe Genauigkeit der Planführung und Gleichmäßigkeit des Bewegungswiderstandes in
allen Richtungen innerhalb der durch die zwei Freiheitsgraden gegebenen Ebene gefordert
werden.
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Die Erfindung bezweckt die Beseitigung des geschilderten Nachteiles,
was durch die Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 erreicht wird.
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles, das in der
Zeichnung dargestellt ist; näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt eine bevorzugte Ausbildungsform des Erfindungsgegenstandes
in perspektivischer Darstellung; F i g. 2 ist ein senkrechter Querschnitt nach der
Linie II-II in F i g. 1, während F i g. 3 einen senkrechten Querschnitt nach der
Linie III-III nach F i g. 1 zeigt.
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Die dargestellte Vorrichtung weist einen im Grundriß quadratischen
Rahmen 10 auf, dessen Schenkel je ein Lagerstück 11 oder 12 tragen. Diese Lagerstücke
sind unter Zwischenschaltung von Ausgleichplatten 13 mit Hilfe von Schrauben 14
an den in einer gemeinsamen Ebene liegenden oberen Fläche des Rahmens befestigt.
In den zwei einander gegenüberliegenden Lagerstücken 11 ist ein Paar von zylindrischen
Führungswalzen 15 drehbar gelagert. Die Längsachsen dieser Walzen, um welche die
Walzen drehbar sind, verlaufen waagerecht und parallel zueinander, so daß die beiden
Walzen 15 einen Abstand voneinander haben. In den zwei anderen, einander ebenfalls
gegenüberliegenden Lagerstücken 12 ist ein zweites Paar zylindrischer Führungswalzen
16 drehbar
gelagert. Die Längsachsen der Walze 16 verlaufen wiederum
waagerecht und parallel zueinander, aber sie kreuzen die Achsen der Führungswalzen
15 unter einem rechten Winkel. Die Walzen 16 des zweiten Paares haben ebenfalls
einen Abstand voneinander und liegen so viel höher als die Walzen 15 des ersten
Paares, daß sich die Walzen nicht berühren.
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Auf den Führungswalzen 15 und 16 ist ein Läufer 17 abgestützt, der
mit zwei Freiheitsgradere in einer Ebene exakt plangeführt werden soll. Zu diesem
Zweck ist eine Auflageplatte 1d des Läufers 17 an ihrer Unterseite mit vier Lagerstücken
19 versehen, die in den Ecken eines Quadrats angeordnet sind. In den Lagerstücken
19 sind zwei Paare von zylindrischen Laufwalzen 20 bzw. 21 um ihre Längsachse drehbar
gelagert, und zwar so, daß die Walzen 20 und 21 entsprechend den Seiten eines Quadrats
angeordnet sind. Demnach haben die beiden Walzen eines jeden Paares waagerecht und
zueinander parallel verlaufende Achsen, wobei die Achsen der Walzen 20 des einen
Paares rechtwinklig zu den Achsen der Walzen 21 des anderen Paares stehen. Ferner
sind die Lagerstücke 19 so ausgebildet, daß die Walzen 20 des einen Paares auf den
Führungswalzen 15 und die Walzen 21 des anderen Paares zugleich auf den Führungswalzen
16 abgestützt sind. Um dies zu ermöglichen, muß die unterste Mantellinie der beiden
Laufwalzen 20 gegenüber der untersten Mantellinie der zwei Laufwalzen 21 um das
gleiche Maß höhenversetzt sein, wie die oberste Mantellinie der zwei Führungswalzen
15 gegenüber jener der beiden Führungswalzen 16 in der Höhe versetzt ist. Die einander
berührenden Führungswalzen 15 und Laufwalzen 20 kreuzen einander unter einem vorzugsweise
90° betragenden Winkel. Dasselbe gilt auch für die einander berührenden Führungswalzen
16 und Laufwalzen 21.
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Aus dem Vorstehenden ist erichtlich, daß der Läufer 17 einzig mit
Hilfe seiner Laufwalzen 20 und 21 auf den Führungswalzen 15 und 16 abgestützt ist,
wobei sich insgesamt acht punktförmige Berührungsstellen ergeben. Die jeweils ein
Paar bildenden Laufwalzen 20 bzw. 21 weisen voneinander einen Abstand auf, der mehrfach
größer ist als der Abstand jeweils ein Paar bildenden Führungswalzen 15 bzw. 16.
So ist es möglich, den Läufer 17 innert gewisser Grenzen in beliebiger Richtung
in einer waagerechten Ebene zu bewegen, bis eine der Laufwalzen 20 an einem Lagerstück
11 oder einer Führungswalze 16 anschlägt bzw. bis eine der Laufwalzen 21 an einem
Lagerstück 12 anschlägt.
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Beim Bewegen des Läufers 17 tritt keine gleitende Reibung zwischen
den Laufwalzen 20 und 21 des Läufers und den stationären Führungswalzen 15 und 16
auf, da alle diese Walzen drehbar gelagert sind und sich beim Bewegen des Läufers
aufeinander abwälzen.
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Unter der Voraussetzung, daß die Walzen in ihrem Querschnitt rund,
in ihrer Längsrichtung gerade sind und daß die Achsen der Führungswalzen 15 und
16 genau parallel zu einer (im vorliegenden Beispiel waagerechten) Bezugsebene verlaufen,
bleibt beim Bewegen des Läufers 17 jeder beliebige Punkt desselben exakt in einer
zur genannten Bezugsebene parallelen Ebene. Das Einhalten der genannten Bedingungen
bietet technisch keine großen Schwierigkeiten und ist jedenfalls bedeutend einfacher
und billiger als das Herstellen einer genau ebenen Führungsplatte oder einer exakten
Planführungsvorrichtung der bekannten Art, die dann zusätzlich noch mit dem eingangs
geschilderten Nachteil behaftet wäre. Die zum Bewegen des Läufers benötigte Kraft
ist im Vergleich zum Gewicht des Läufers und der allenfalls darauf angeordneten
Teile sehr gering und beträgt bei einem tatsächlichen Ausführungsbeispiel nur 150g,
wenn die Masse des Läufers 6 kg beträgt. Zudem ist die Antriebskraft zum Verstellen
des Läufers 17 unabhängig von der Bewegungsrichtung, da in jedem Fall die gleiche
Masse bewegt werden muß.
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Das Einstellen der Achsen der Führungswalzen 15 und 16 in eine zur
gewählten Bezugsebene parallele Richtung kann beispielsweise durch passende Wahl
der Dicke der Ausgleichsplatten 13 erfolgen. Es ist möglich, die Ausgleichsplatten
13 oder andere an ihrer Stelle vorhandene Mittel elastisch komprimierbar zu machen
und die gewünschte Einstellung der Lagerstücke 11 und 12 durch mehr oder weniger
starkes Anziehen der Schrauben 14 herbeizuführen.
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Eine andere vorteilhafte Verfahrensweise besteht darin, die Ausgleichsplatte
13 durch ein plastisch verformbares Material zu bilden, das später erhärtet. Hierfür
ist z. .B ein mit Metallpulver durchsetztes Kunstharz od. dgl. geeignet. Das plastische
Material wird auf die oberen Flächen 10 a des Rahmens 10 aufgetragen und dieser
dann umgekehrt, d. h. mit dem aufgetragenen Material voran, auf eine absolut ebene
Richtplatte gedrückt, wonach man das plastische Material erhärten läßt. Auf diese
Weise ergeben sich am Rahmen 10 vier genau in einer gemeinsamen Ebene liegende Auflageflächen,
auf denen dann die Lagerstücke 11 und 12 abgestützt werden. Die Lagerstücke selbst
lassen sich mit genügender Genauigkeit ohne Schwierigkeiten bearbeiten.
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Wenn vermieden werden soll, daß sich der Läufer 17 während seiner
Bewegung auf den Führungswalzen 15 und 16 dreht, wird er zweckmäßig mit einem Parallelkurbelgetriebe
verbunden, das seinerseits an einer passenden Stelle des Rahmens 10 angeordnet ist.
Die Ausbildung eines solchen Parallelkurbelgetriebes ist von vielen Zeichenmaschinen
her bekannt (zwecks Parallelführung der Reißlineale) und braucht deshalb hier nicht
näher erläutert zu werden.
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Bei anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Planführungsvorrichtung können die Anzahl und die Anordnung der Laufwalzen und Führungswalzen
vom gezeigten und beschriebenen Beispiel abweichen.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann in verschiedenen Gebieten
der Technik Anwendung finden, überall dort, wo ein Gegenstand, wie z. B. ein Werkstück,
ein Abtastmodell, ein Bearbeitungswerkzeug, ein optisches Gerät usw., in zwei Freiheitsgraden
genau parallel zu einer Bezugsebene bewegt werden muß. Eine bevorzugte Anwendung
ist das Positionieren eines kleinen Ausschnittes einer photographischen Aufnahme
in bezug auf eine Maskenöffnung, wobei der in der Maskenöffnung erscheinende Ausschnitt
der photographischen Aufnahme seinerseits wieder durch optische Mittei abgebildet
wird, weshalb die photographische Aufnahme genau in einer Ebene verschoben werden
muß, damit die Schärfe der Abbildung stets erhalten bleibt.
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Da zwischen dem Läufer und den zu seiner Planführung dienenden Teilen
keine gleitende Reibung auftritt, ist die Abnutzung äußerst gering und ohne
Einfluß
auf die Höhenlage der Auflageplatte 18 des Läufers 17.