DE2327081A1

DE2327081A1 - Anordnung fuer eine lineare und drehende bewegung

Info

Publication number: DE2327081A1
Application number: DE2327081A
Authority: DE
Inventors: Roger Edward Lemay; John Frederick Martin
Original assignee: USM Corp
Current assignee: USM Corp
Priority date: 1972-06-01
Filing date: 1973-05-28
Publication date: 1973-12-13
Also published as: JPS4955054A; FR2187071A5; US3805629A; CA980832A; IT988809B

Description

München, den 28, Mai 1973

Hein Zeichens P 1684
Anmelder ι USM Corporation

Flemington/Nevr Jersey - USA Zustelladresset
14o Federal Street
Boston/Mass. o21o7
USA

Anordnung für eine lineare und drehende Bewegung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für eine lineare und drehende Bewegung eines auf ihr befestigten Bauteiles relativ zu einer Achse.

Viele industrielle Arbeiten erfordern sowohl eine lineare als auch eine drehende Bewegung eines Teiles. Oftaals ist es er* wünscht, beide Bewegungen von einer Befestigungssäule aus durchzuführen, ua in der Umgebung Konstruktionen zu vermeiden» die die Bewegung dann durchführen. Gleichzeitig ist es oftmals erwünscht, eine Einrichtung mit der kleinstnöglichen Massenträgheit zu schaffen, so daß der kleinste und billigste Motor

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für das Erstellen der gewünschten Bewegung genossen werden kann. Es ist zusätzlich erwünscht, daß schließlich auch die drehende oder lineare Bewegung voneinander unabhängig sind«

Industrielle Bewegungseinrichtungen sind besonders geeignet, durch lohaltmotore angetrieben zu werden, die betrieben werden kunnen, um präzise Bewegungen zu erstellen. Das genaue Starten und Anhalten von solchen Motoren erfordert eine möglichst kleine Masse, um das Auslassen oder Hinzufügen von Schritten beim Starten oder Anhalten zu vermeiden. Gleichzeitig muß das Spiel von den Antriebsmitteln, die den Motor mit des zu bewegenden Teil verbinden, wirksam vermieden werden, so daß eine genaue Schrittbewegung von dem Motor auf das Teil übertragen werden kann.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrund·, eine Einrichtung mit geringer Massenträgheit für sowohl eine lineare als auch drehende Bewegung eines Teiles zu schaffen, bei der das Spiel bei den Antriebsmitteln wirksam eliminiert und bei der sowohl die eine als auch die andere Bewegung voneinander unabhängig ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Zwischensäule, auf der ein Bauteil befestigt ist, eine äußere Säule drehbar befestigt und konzentrisch zu der Zwischensätze angeordnet ist, daß Mittel wirkungsmäßig mit der äußeren Säule verbunden sind, um die Zwischensäule gleichmfßlg zu drehen, daß eine innere Säule drehbar und konzentrisch zu der Zwischensäule befestigt ist und Mittel wirkungsmäßig die innere Säule mit der Zwischensäule für eine lineare Bewegung der Zwischensäule verbinden und Mittel für die Drehbewegung der äußeren und inneren Säule vorgesehen sind·

Im Rahmen der Erfindung können die Mittel, die die äußere und die Zwischensäule miteinander verbinden, aus Antriebsrädern mit Nuten auf ihrem Umfang bestehen, die drehbar auf einer Säule befestigt sind, und Spurstücke besitzen, die mit den Antriebsrädern in Eingriff kommen und auf einer Säule fest montiert sind.

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Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung, mit der beabsichtigt wird, eine bildhafte Darstellung, aber keine Begrenzung, der Erfindung zu geben, wird jetzt unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

In der Zeichnung zeigts

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer gemäß der Erfindung aufgebauten Einrichtung}

Fig. 2 einen Längsschnitt eines Teiles der in der Fig. 1 dargestellten Einrichtung;

Fig. 3 und 4 jeweils einen Schnitt längs der Linie III-III bzw. IV-IV der Einrichtung, und

Fig. 5 einen Schnitt der Einrichtung längs der Linie V-V.

Wie in der Fig. 1 dargestellt, enthält die Einrichtung eine bevorzugte Baugruppe 10, die die Erfindung im wesentlichen körperlich darstellt und ein Bauteil 12 umfaßt, das in gewünschter VeIse beide Bewegungen ausführen kann, nämlich eine lineare (achsial) und eine Drehbewegung relativ zu einer Längsachse der Einrichtung, auf der das Bauteil befestigt ist. Ein Steuerpult 14 ist mit Schrittmotoren 16, von denen nur einer dargestellt ist, verbunden, um die Schrittmotoren eine vorher bestimmte Anzahl von Schritten ausführen zu lassen.

Die Sehrittmotore sind durch Antriebsriemen 20 und 22 (Fig. und 5) an eine äußere und innere kreisförmige Säule angeschlossen, um auf diese Weise Antriebsmittel für die äußere und innere Säule zu bilden. Die äußere Säule 24 und die innere Säule 26 sind wirkungsmäßig mit einer Zwischensäule 18 der Baugruppe verbunden, die ihrerseits tragend mit dem Bauteil 12 für eine lineare und drehbare Bewegung des Bauteils verbunden ist.

Zur weiteren Darstellung zeigt die Fig. 2 die Baugruppe 10 in einem Längsschnitt. Ein Teil des Bauteiles 12 ist, wie dargestellt, auf eine Zwischensäule 18 montiert, die sich durch

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die Baugruppe koachslal zur äußeren Säule 24 und zur inneren Säule 26 erstreckt· Die äußere Säule ist für eine Drehung an beiden Enden in einem Rannen 28 der Einrichtung gelagert. Ein Antriebsrad 30 ist für die Aufnahme des Antriebsriemens 22 (Fig. 5) auf der äußeren Säule befestigt und wird durch einen der Schrittmotoren angetrieben, um die äußere Säule 24 relativ zu dem Rahmen 28 der Einrichtung zu drehen. Das Gewicht des Motors und seines zugeordneten Antriebs wird nicht mit der ausseren Säule gedreht und erhöht auf diese Weise nicht die Hasse des Bauteiles und der Säule während der Drehung«

Die innere Säule hat ein äußeres Gewinde und ist mit einer entsprechenden Mutter 32 in Eingriff, die auf einem Ende der Zwischensäule 18 befestigt ist. Die innere Säule 26 ist ebenfalls mit einem Antriebsrad 34 zur Aufnahme des Antriebriemens 20 (siehe Fig. 5) verbunden, der durch den Schrittmotor 16 zur Drehung der mit einem Gewinde versehenen Säule angetrieben wird. Durch das Ineingrlffkommen der Mutter 32 mit der inneren Säule 26 über ein Gewinde bewirkt eine Drehung der inneren Säule 26 eine lineare Bewegung der Zwischensäule 18.

Die Fig. 3 zeigt in einer Guerschnittdargtellung weitere für eine gleichmäßige Drehung vorgesehene Einzelheiten der Terbindungs- und Befestigungsmittel der Zwischensäule 18 mit der äußeren Säule 24. Die äußere Säule 24 ist mit einem Antrieberäderpaar 40 ausgerüstet, von denen jedes auf seinem !Anfang eine Nut besitzt und auf einem Haltesegment 44 diametral entgegengesetzt befestigt ist. Die Haltesegmente 44 sind auf einem Kragen 42, der sich ringsum die äußere Säule erstreckt, befestigt. Jede» der mit einer Nut versehenen Antriebsräder 40 koimtt mit einem in die Nut hineinragenden Spurstück 46 in Eingriff, das durch Bolzen 48 auf der Zwischensäule 18 befestigt ist. Das Ineingriffkommen der Antriebsräder 40 mit den Sperrstücken 46 veranlaßt die Zwischensäule 18, sich mit der äußeren Säule 24 zu drehen. Um für die Spurstücke 46 Raum zu gewinnen, ohne den Zwischenraum zwischen der Zwischensäule 18 und der äußeren Säule 24 anwachsen zu lassen, ist ein Teil der ansonsten Zylindrisch ausgeführten Zwischensäule 18 abgeflacht, um die '

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Sperretücke 46 aufzunehmen und eine flache Oberfläche 50 mit einem breiteren Abstand zwischen der Zwiechensäule 18 und der äußeren Säule 24 als an den nicht abgeflachten Wänden der Säule zu schaffen.

Die Befestigung der Zwischensäule 18 durch die äußere Säule 24 geschieht durch drei Rollen 52, die auf den Haltesegmenten 44 in gleichmäßigen, über den Umfang der äußeren Säule verteilten Abständen drehbar gelagert sind. Die Rollen 52 haben eine zu der Zwischensäule komplementäre Oberflächenstruktur 54, mittels der die Rollen in der Lage sind, einen festen und angrenzenden Halt der Zwischensäule 1Θ zu bewirken. Die Flg. 4 g©igt eben· falls im Querschnitttzusätzliche Befestigungeräder 52 der Zwischensäule 18. Die Sperrstücke 46 erstrecken sich zwar entlang der Oberfläche 50, aber sie kommen nicht mit zusätzlichen, mit Nuten versehenen Antriebsrädern in Eingriff, so daß eine unnötige Duplizität der Funktion der Antriebsräder 40 vermieden ist. Die zusätzlichen Rollen 52 sichern jedoch die koachslale Befestigung der äii0erek Säule gegenüber der Inneren Säule durch das Vorsehen zweier in dsr Längsrichtung voneinander.getrennter Haltepunkte.

Man kann aus der beschriebenen Anordnung ersehen, daß die Drehung der äußeren Säule durch ein v/irksames Ineingriffkoinmen der mit Nuten versehenen Antriebsräder 40 mit den Sperrstücken 46 in Kraft tritt, um die Zwischensäule zu drehen. Die Drehung der Zwischensäule 18 bewirkt durch das Ineingrlffkommen der Nut 32 mit einem Gewinde der inneren Säule 26 eine lineare Bewegung der Zwischensäule im gleichen Maß der Drehung. Die lineare Bewegung ist auf diese Weis© abhängig von der Drehbewegung; jedoch das Gegenteil ist nicht möglich· Die Drehbewegung der Zwischensäule 18 erzeugt nur eine lineare Bewegung über die Nut 32, aber keine Drehung der Zwischensäule 18 oder der äußeren Säule 24. Venn eine solche dem Wesen nach zusammenhängende Linear- und Drehbewegung unerwünscht ist, kann die Steuerung 14 den entsprechenden Schrittmotor veranlassen, die innere Säule 26 in einem solchen Maß und Richtung zu drehen, daß der Betrag und die Richtung der linearen Bewegung, die durch die Drehung

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der Zwischensäule eingeführt war, wieder eliminiert wird. Beides, die Dreh- und die Linearbewegung, können auf diese Weise voneinander unabhängig gemacht werden.

Wie in der Fig. 5 dargestellt, ist der Schrittmotor 16 mit der inneren Säule 26 durch den Antriebsriemen 20 auf dem Antriebsrad verbunden. Gleichseitig ist darin dargestellt, daß das Antriebsrad 30 der äußeren Säule 24 über einen Antriebsriemen 22 an einen Antriebsmechanismus 60 angeschlossen ist, Der Antriebsmechanismus 60 ist durch einen Schaft 62 mit einem nicht dargestellten Schrittmotor verbunden und umfaßt ein Getriebe, da« einen rechtwinkligen Antriebsrichtungswechsler enthält. Das Getriebe des Antriebsmechanismusses besitzt etwas Spielraum zwischen den Zähnen, die das Getriebe enthält« Genauso haben die Zähne des Antriebriemens 22 und des Antriebrades 30 etwas Spiel. Da die Rotation um eine horizontale Achse geschieht, igt keine Stabilisierung des Spielraumes durch die Schwerkraft vorgesehen. Entsprechend-ist auch keine genaue Lagebestia&ung des Bauteiles 12 auf der Zwischensäule 18 möglich, da die verschiedenen Antriebs teile, die die Bewegung von dem Motor auf die Teile übertragen, unregelmäßig ihre Lage innerhalb der Toleranzen verändern.

Eine Lösung dieses Problems ist das Ineingriffkommen der verschiedenen gezahnten Bauteile, nüialich der für die Drehbewegung der äußeren Säule 24 vorgesehenen Antriebsmittel einschließlich des Getriebes in dem Antriebsmechanismus 60 durch eine Vorspannung in eine konstante Orientierung zu bringen. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Ende eines Kabels 64 an der äußeren Säule befestigt wird, dann das Kabel so eft um die äußere Säule gewunden wird, daß die Windungszahl der maximal gewünschten Umdrehungszahl der äußeren Säule entspricht und das andere Ende des Kabels mit einer Feder 66 verbunden ist, die mit ihrem anderen End· auf einem nicht dargestellten Rahmen der Baugruppe ' verankert ist. Vorzugsweise ist die Federkonstante der Feder 66 so gewählt, daß die Feder eine konstante Zugkraft auf das Kabel ausübt. Die Kraft, die von der Feder auf das Kabel ausgeübt wird,

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versucht die äußere SHuIe im Uhrzeigersinn, wie in Fig. 5 dargestellt, zu drehen. Einer wirklichen Drehung steht aber der Schrittmotor, der an den Schaft 62 angeschlossen ist, entgegen, außer wenn der Schrittmotor die äußere Säule dreht, dann sorgt das Kabel 64 für ein entgegengesetztes Drehmoment.

Die Drehmomentskraft orientiert jetzt ^edes gezahnte Bauteil direkt an der Seite mit seinem zur Zusammenarbeit vorgesehenen Bauteil gegen die Kraft, die von dem Kabel 64 ausgeht. Solch eine bestimmte Lageorientierung eines jeden gezahnten Bauteiles eliminiert den Spielraum der für die Drehung der Zwischensäule und der daran befestigten Bauteile vorgesehenen Mittel· Seaentsprechend ist eine einwandfreie Lagebestimmung des Bauteiles 12 erreichbar. Die Feder 66 und das Kabel 64 fügen dm Drehsystem keine Massenträgheit hinzu, aber sie lassen die für das Drehen des Systems in der einen Richtung erforderlichen Kraft anwachsen und schwächen die Kraft in der anderen Richtung ab. Die erforderliche Kraft ist jedoch eher konstant als die Impulsbelastung, um die Massenträgheit zu überwinden.

Im Rahmen der Erfindung können auch andere Ausführungen erwogen werden. Zum Beispiel kann die vorzugsweise dargestellte Einrichtung 10 eine innere Säule 26 für die lineare Bewegung und eine äußere Säule 24 für eine Drehbewegung haben. Genauso ist es im Rahmen der Erfindung möglich, die Anordnung und die Funktionen umzutauschen. Genauso können die Querschnitte der Säulen anders als dargestellt sein und es können auch noch andere Varianten im Rahmen der Lehre der Erfindung in Erwägung gezogen werden·

4 Ansprüche

5 Figuren

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Claims

Schutzansprüche

Anordnung für eine lineare und drehende Bewegung eines auf ihr befestigten Bauteiles relativ zu einer Achse, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischensäule (18), auf der ein Bauteil (12) befestigt ist, eine äußere Säule (24) drehbar befestigt und konzentrisch zu der Zvischensäule (18) angeordnet 1st, daß Mittel (40, 4C) wirkungsmäßig mit der äußeren Säule (24) verbunden sind, um die Zwischensäule gleichmäßig zu drehen, daß eine innere Säule drehbar und konzentrisch zu der Zwischensäule befestigt ist und Mittel (32) wirkungsmäöig die innere Säule (26) mit der Zwischensäule für eine lineare Bewegung der Zwischensäule verbinden und Mittel (30, 34) für die Drehbewegung der äußeren und inneren Säule vorgesehen sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (40, 46), die die äußere und die Zwischensäule miteinander verbinden, Aus Antriebsrädern sit Nuten auf ihrem Umfang bestehen, die drehbar auf einer Säule befestigt sind und Spurstücke besitzen, die mit den Antriebsrädern in Eingriff kommen und auf einer Säule fest montiert sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (32), die die innere Säule und die Zwischensäule für eine lineare Bewegung miteinander verbinden aus einer Mutter auf der Zwischensäule (18) und einem mit ihr in Eingriff kommenden Gewinde auf der inneren Säule bestehen.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (30, 34) zum Bewegen der Säulen (24, 26) miteinander zusammenarbeitende gezahnte Bauteile (20, 22, 30, 34) umfassen und daß außerdem Mittel (64, 66) vorgesehen sind, die den zwischen den gezahnten Bauteilen auftretenden Spielraum wirksam eliminieren.

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