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Antrieb für die Längsverschiebung von Gegenständen Die Erfindung
bezieht sich auf einen Antrieb für die Längsverschiebung von Gsgenstandcn, ausgehend
von der Drehbewegung einer Antriebswelle, vorzugsweise für den Transport von Gegenstanden
im Innern bzw. in den Innenraum von Vakuumanlagen.
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Antriebe der vorstehend beschriebenen Art werden für die verschiedensten
Zwecke benötigt, Sie werden beispielsweise dann erforderlich, wenn Gegenstände in
einer Produktions- oder Behandlungsvorrichtung in Längsrichtung auf einem genau
vorher-bestimmten Wege transportiert werden sollen. Denkbare Anwendungsfälle sind
beispielsweise metallurgische Behandlungsanlagen, Bestrahlungsanlagen und Vakuumaufdampfanlagen.
Insbesondere bei hermetisch geschlossenen Anlagen wird. auf der Antriebsseite bevorzugt
eine drehbare Antriebswelle benutzt, weil Drehdurchführungen durch Kammerwände in
Bezug auf Antriebskräfte, Abdichtung, Lagerung und Verschleiß relativ unproblematisch
sind.
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Bekannte Antriebe, mit denen eine Drehbewegung in eine Längsbewegung
umgesetzt werden kann, sind beispielsweise Ketten- und Seiltriebe sowie Spindelantriebe.
Beim Spindeltrieb ist es erforderlich, daß sich die Spindel über den gesamten Transportweg
der zu bewegenden Gegenstände erstreckt. Dies gilt auch für Ketten- oder Seiltriebe,
mit denen Antriebskräfte in beiden Bewegungsrichtungen erzielt werden sollen, oder
bei denen ein kontinuierlicher Antrieb gefordert wird.- In diesen Fällen wird an
beiden Enden des Transportweges Je ein Kettenrad bzw. eine Seilrolle benötigt, über
welche die endlosen Antriebsmittel geführt werden?' In den auf gezeigten Fällen
beanspruchen die Antriebe über die gesamte Länge des Transportweges einen nicht
unbeträchtlichen Raum für ihre Unterbringung. Vor allem aber unterbinden sie die
Bewegung von Anlagenteilen quer zur Transportrichtung. Solche Querbewegungen von
Anlagenteilen kommen bei Schleusenanlagen, Schleusenventi len, Absperrschiebern
und dergleichen vor. Eis durch eine verschließbare Bescickungsöffnung einer Vakuumanlage
geführte Betätigungsspindel
ist undenkbar.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb der
eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, mit welchem eine Längsverschiebung von
Gegenständen über eine längere Strecke möglich ist, ohne daß stationäre Antriebsteile
sich über den gesamten Verschiebeweg erstrecken müssen.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung
bei dem eingang beschriebenen Antrieb durch einen auf der Antreibswelle angeordneten,
aus einem inneren und einem äußeren Hebel bestehenden Gelenkhebel, desaen Gelenk
in der Mitte zwischen der Antriebswelle und dem Kraftangriffspunkt "P" angeordnet
ist, sowie durch ein im Gelenk starr mit dem äußeren Hebel verbundenes Getrieberad,
welches mit einem auf der Antriebswelle angeordneten weiteren Getrieberad im Übersetzungsverhältnis
2;1- zusammenwirkt, rkt.
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Die erfindungsgemäße Lösung funktioniert in der Weise, daß bei einer
Schwenkbewegung des inneren Hebels bei stillstehendem großen Getrieberad das kleine
Getrieberad zusammen mit dem äußeren Hebel aufgrund des Übersetzungsverhältnisses
eine Schwenkbewegung mit doppelter Winkelgeschwindigkeit um das Gelenk ausführt.
Zum Beispiel bewegt sich der Gelenkhebel bei einer. Schwenkbewegung des inneren
Hebels 0 um 9o° aus einer völlig gestreckten Lage in eine zusammengeklappte Lage,
bei welcher der Kraftangriffspunkt "P" mit der Drehachse des inneren Hebels zusammenfällt.
Bei Fort' setzung der Schwenkbewegung um weitere 900 in gleicher Richtung gelangt
der Gelenkhebel wieder in eine völlig gestreckte Lage, die zur Ausgangsstellung
spiegelsymmetrisch ist. Aufgrund des Ubersetzungsverhältnisses der Getrieberäder
und der gleichen Länge des inneren und des äußeren
Hebels bewegt
sich der Kraftangriffspunkt "P" auf einer absolut geraden Linie, ohne daß hierfür
geradlinige Führungen benötigt werden. Der Hub des Kraftangriffspunktes "P" entspricht
der vierfachen Länge eises der beiden Hebel und ist dabei exakt definiert, so daß
genaue Endlagenpositionen des Kraftangriffspunktes "P" eingehalten werden können.
Durch sinusförmigen Verlauf der Bewegungsgeschwindigkeit des Kraftangriffspunktes
"P" lassen sich auch große Massen verschieben, d.h. beschleunigen und wieder verzögern.
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Da die Gesamtabmessungen des Antriebs in der-sogenannten Mittelstellung,
bei welcher der Gelenkhebel vollkommen zusammengeklappt ist, nur unwesentlich größer
sind, als die Länge-eines der beiden Hebel, läßt sich der Antrieb in einem Raum
unterbringen, der um ein vielfaches kleiner ist, als der Gesamthub bzw. der Transportweg
des zu bewegenden Gegenstandes.
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Nachdem der Kraftangriffspunkt "P" eine Stelle innerhalb des Transportweges
passiert hat, wird diese Stelle sofort wieder freigegeben, so daß Querbewegungen
anderer Gegenstände an dieser Stelle ermöglicht werden. In vollständig zusammengeklapptem
Zustand des Gelenkhebels läßt sich der Antrieb in einer Schleusenkammer unterbringen,
die auf beiden Seiten von Schleusenventilen begrenzt wird. Nach dem Öffnen eines
der Schleusenventile kann ein Teil des Gelenkhebels aus der Schleusenkammer herausbewegt
werden, wo er einen der zu transportierenden Gegenstände erfaßt und in die Schleusenkammer
einführt. Nach dem Schliessen des Schleusenventils kann das andere Schleusenventil
geöffnet und ein Teil des Gelenkhebels durch die Ventilöffnung hindurch transportiert
werden, wobei der zu transportierende Gegenstand mitgenommen wird.
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Die Brfindungsgemäße Lösung ist auf einem sehr breiten Anwendungsgebiet
einsetzbar. In der Automation kann der
Antrieb zum Teil der Bewegungseinrichtungen
von Robotern und Manipulatoren gemacht werden. Im Kraftangriffspunkt "P" können
hierbei besondere Greifzangen angebracht werden, wobei der Antrieb für deren Betätigung
dem erfindungsgemäßen Antrieb verlagert wird. Besondere Vorteile ergeben sich bei
Robotern für den Einsatz im Vakuum, da der Antrieb auf Gleitbewegungen verzichtet,
so daß keine besonderen Schmierprobleme auftreten.
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Das Zusammenwirken der beiden Getrieberäder kann auf verschiedene
Weise bewirkt werden. Wegen des notwendigen gleichen Drehsinns beider Getrieberäder
kann die Kraftübertragung durch ein drittes, an dem inneren Hebel gelagertes Überträgungsrad
-praktisch beliebigen Durchmessers erfolgen. Es ist lediglich erforderlich, daß
das Übersetzungsverhältnis zwischen dem inneren und dem äußeren Getrieberad dem
oben angegebenen Wert entspricht. Es ist jedoch besonders einfach, als Übertragungselement
zwischen den beiden GëtrieberädUrn eine Gliederkette zu verwenden, da durch entsprechendes
Spannen dieser Kette eine spielfreie Kraftübertragung ohne besonderen Aufwand möglich
ist.
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Für die Ausführung einer geradlinigen Bewegung ist es-erforderlich,
daß das auf der Antriebswelle angeordnete Getrieberad gegenüber ortsfesten Vorrichtungsteilen
unverdrehbar ist. Die Herbeiführung einer Verdrehbarkeit des auf der Antriebswelle
angeordneten Getrieberades schafft jedoch die zusätzliche Möglichkeit, die Bewegungsrichtung
des Kraftangriffspunktes "P" zu verändern. Durch eine Schwenkbewegung des auf der
Antriebswelle angeordneten Getrieberades ist es möglich, die Bewegungsrichtung des
des Kraftangriffspunktes "P" so zu verändern, daß sämtliche Punkte in einem Zwei-Koordinatensystem
bestrichen werden können.
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Außerdem ist es möglich, durch eine Schwenkbewegung des auf der Antriebswelle
angeordneten Getrieberad es gegenüber dem festgehaltenen inneren Hebel eine Schwenkbewegung
des äußeren Hebels in der Weise zu-bewirken, daß sich der Kraftangriffspunkt "P"
aus der Bewegungsachse heraus bewegt.
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Hierdurch sind beispielsweise Möglichkeiten zum Ein- und Auskuppeln
eines im Kraftangriffspunkt ttptt angeordneten Mitnehmers an dem zu bewegenden Gegenstand
gegeben. Die Betätigung von Getrieberad und innerem Gelenkhebel läßt sich in besonders
einfacher Weise durch eine solche Konstruktion erreichen, bei der die Verstellwelle
für das Getrieberad und die Antriebswelle für den Gelenkhebel koaxial ausgebildet
sind.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und seine Funktionsweise
seien nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 4 näher beschrieben.
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Es zeigen: Figuren 1 bis 3 Seitenansichten des vollständigen Antriebes
in verschiedenen Stellungen und Figur 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV -
IV gemäß Figur 1.
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In Figur 1 ist mit lo ein Ausschnit aus einer Wand einer Vakuumkammer
bezeichnet. Durch die Wand 1o ist vakuumdicht eie Antriebswelle 11 hindurchgeführt,
an deren innerhalb der Kammer liegenden Ende ein innerer Hebel 12 unverdrehbar befestigt
ist, so daß der Hebel 12 jede Drehbewegung der Antriebswelle 11 ausführt. Am freien
Eride des inneren Hebels 12 ist ein äußerer Hebel 13 gelagert, der zusammen mit
dem inneren Hebel 12 ein Gelenk 14 bildet. Am freien Ende des äußeren Hebels 13
befindet sich der Kraftangriffspunkt "P", der gegenständlich in Form eines Zapfens,
einer Klaue oder eines anderen Mitnehmers ausgeführt sein kann. Die Hebel 12 und
13 sind in ihrer Länge so bemessen, daß das Gelenk 14 in der Mitte zwischen der
Antriebwelle 11 und dem Kraftangriffspunkt "P" liegt.
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Im Gelenk 14 ist ein (kleineres) Getrieberad 15 angeordnet, welches
mit dem äußeren Hebel 13 starr, d.h. unverdrehbar verbunden ist. Dies geschieht
am einfachsten in der Weise, daß eine im Gelenk 14 angeordnete, nicht näher bezeichnete
Gelenkwelle durch den Hebel 12 hindurchgeführt ist und auf der einen Seite den äußeren
Hebel 13, auf der anderen Seite das Getrieberad 15 trägt.
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Auf der Antriebswelle ist ein (größeres) Getrieberad 16 angeordnet,
welches mit dem Getrieberad 15 im Übersetzungsverhältnis 2:1 zusammenwirkt. Das
Zusammenwirken erfolgt durch eine Gliederkette 17, wie sie in ihrer einfachsten
Form von Fahrrädern her bekannt ist. Das Getrieberad 16 nimmt an der Drehbewegung
der Antriebswelle 11 nicht teil. Es ist jedoch über eine koaxiale Hohlwelle mit
einem außerhalb der Wand lo liegenden Betätigungshebel 18 verbunden, durch den es
um einen Winkel d/2 geschwenkt werden kann. Eine Schwenkung
des
Betätigungshebels 18 mit dem Getrieberad 16 um diesen Winkel hat zur Folge, daß
das Getrieberad 15 und mit ihm der äußere Hebel 13 eine Schwenkbewegung vom doppelten
Winkelbetra84ausfhrt, wenn der innere Hebel 12 seine Lage beibehält. Die jeweiligen
Endlagen des Betätigungshebels 18 und des äußeren Hebels 13 sind in Figur 1 gestrichelt
dargestellt, wobei auch die jeweiligen Schwenwinkel angegeben sind. Die beiden'Hebel
12 und 13 bilden zusammen einen Gelenkhebel, der mit dem SAmmelbezugszeichenl9 versehen
ist. In Figur 1 nimmt dieser Gelenkhebel 19 eine völlig gestreckte Lage ein, bei
der sich der Kraftangriffspunkt "P" links außen in maximaler Entfernung von der
Antriebswelle 11 befindet. Durch eine Schwenkbewegung der beschriebenen Art in eine
der gestrichelt dargestellten Positionen kann der Kraftangriffspunkt 11p11 bzw.
eine entsprechender Mitnehmer in Eingriff mit einem zu transportierenden, in der
Zeichnung nicht dargestellten Gegenstand gebracht werden. Die völlig geradlinig
verlaufende Bewegungsachse ist mit "A1' bezeichnet.
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Zwei Schleusenventile sind nur schematisch durch gestrichelte Linien
dargestellt und tragen die Bezugszeichen 20 und 21. Die Schleusenventile sind senkrecht
zur Zeichenebene bewegbar. Bei einer Stellung gemäß Figur 1 ist das links liegende
Schleusenventil 20 geöffnet, während das rechts liegende Schleusenventil 21 sich
in geschlossener Stellung befinden kann.
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Bei einer Drehung der Antriebswelle 11 im Uhrzeigersinn um beispielsweise
450 folgt der innere Hebel 12 nach und gelangt in eine Position gemäß Figur 2. Wegen
des Stillstandes des Getrieberades 16 wird die G}iederkette 17 auf dem Getrieberad
15 abgewickelt und verdreht dies gegenüber dem inneren Hebel 12 entgegen dem Uhrzeigersinn
um den doppelten Winkelbetrag. Der äußere Hebel 13 folgt
dieser
Drehbewegung, wobei sich der Kraftangriffspunkt "P" völlig geradlinig auf der Bewegungsachse
"A" bewegt.
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Bei Fortsetzung der Drehbewegung der Antriebswelle 11 gelangt der
Antrieb schließlich in eine Position gemäß Figur 3, die auch als Mittelstellung
bezeichnet werden kann. Hierbei befindet sich'der Gelenkhebel 19 in einer völlig
zusammengeklappten Lage, in der er den geringsten Raum beansprucht. Es ist erkennbar,
daß der gesamte Antrieb zwischen den Schleusenventilen 20 und 21 Platz hat, die
eine Schleusenkammer 22 zwischen sich einschliessen.
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In dieser Stellung kann beispielsweise das Schleusenventil 20 geschlossen
und die Schleusenkammer 22 evakuiert werden. In dem Augenblick in dem der Druck
innerhalb der Schleusenkammer 22 dem Druck jenseits des Schleusenventils 21 entspricht,
kann dieses geöffnet werden, worauf die.
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Drehbewegung der Antriebswelle 11 im Uhrzeigersinne fortgesetzt werden
kann. Der gesamte Antrieb kommt hierbei in seiner Endstellung in eine Position die
zu der in Figur 1 gezeigten Position spiegelsymmetrisch ist. Es ist aus den Figuren
1 bis 3 ersichtlich, daß der Gesamthub des Antriebes, d.h. der Abstand der Endstellungen
der Kraftangriffspunkte "P" der vierfachen Länge eines Hebels 12 oder 13 entspricht,
ohne daß ortsfeste Teile des Antriebes sich über den Gesamthub erstrecken würden.
Vielmehr ist aus Figur 3 zu erkennen, daß sich der Antrieb auf kleinstem Raum zusammenlegen
läßt.
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4.fv In Figurfwurden die bisherigen Bezugszeichen beibehalten.
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Es ist zu erkennen, daß der innere Hebel 12 au9 der Antriebswelle
11 unverdrehbar befestigt ist, und daß der Betätigungshebel 18 mit dem Getrieberad
16 über eine koaxiale Hohlwelle 23 in Verbindung steht. Die Hohlwellenanordnung
ist vakuumdicht durch die Wand lo hindurchgeführt.
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Aufgrund der cinematischen Zusammenhänge in den Bewegungsabläufen
der Antriebswelle 11 und des Kraftangriffspunktes "P" ergibt sich, daß bei gleichförmiger
Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 11 der Kraftangriff spunkt "P" beim Erreichen
einer jeden Endstellung allmählich entsprechend einer Sinusfunktion abgebremst wird.
Dieses Verhalten des Antriebs ist für einige Anwendungsfälle von Vorteil; beispielsweise
dann, wenn ein Transport von empfindlichen Gütern bewirkt werden soll.