DE3232933A1

DE3232933A1 - Verstellantrieb

Info

Publication number: DE3232933A1
Application number: DE19823232933
Authority: DE
Inventors: Fritz Dieter 4300 Essen Eller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-08-28
Filing date: 1982-09-04
Publication date: 1984-03-01
Also published as: DE3232933C2

Description

"Verstellantrieb"
Die Erfindung betrifft einen Verstellantrieb mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse gelagerten, axial aus dem Gehäuse herausfahrbaren Schubrohr, einem am Ende des Schubrohres angeordneten Gabelkopf und einer Stellungsüberwachung zur Überwachung der Iststellung des Gabelkopfes, wobei die Stellungsüberwachung einen am Schubrohr angeordneten Stellungsgeber und eine, vorzugsweise in einem auf das Gehäuse aufgesetzten Schaltkasten angeordnete Meß-und Umsetzungseinheit aufweist.
Verstellantriebe der in Rede stehenden Art sind seit langem in verschiedenen Ausführungsformen bekannt (vgl. den Katalog "EUBA Elektro-Verstell-Antriebe" 10.78). Der bekannte Verstellantrieb, von dem die Erfindung im einzelnen ausgeht, ist als Elektro-Verstellantrieb ausgebildet und weist neben den zuvor erläuterten Komponenten eine elektrischen Antriebsmotor auf. Der Antriebsmotor ist mit dem Gehäuse verflanscht. Die Abtriebswelle des elektrischen Antriebsmotors ist mit einer im Gehäuse des Verstellantriebes axial gelagerten Gewindespindel gekuppelt, die ihrerseits mit ihrem Außengewinde in ein Innengewinde des Schubrohres eingeschraubt ist. Eine Drehbewegung der Gewindespindel wird so in eine axiale Verschiebebewegung des Schubrohres und des am Ende des Schubrohres angeordneten Gabel kopfes umgesetzt. Die Gewindespindel ist bei dem bekannten Verstellantrieb in dem Gehäuse in axialer Richtung verschiebbar gelagert und wird über zwei Federelemente in einer bestimmten Mittellage gehalten. Eine axiale Verschiebung der Gewindespindel entgegen der Federkraft der Federelemente indiziert eine Überlastung des Verstellantriebes und führt, bei Überschreiten eines bestimmten Grenzwertes, zum Ansprechen einer Überlastschutzschaltung.
Mitunter ist es notwendig, bei Verstellantrieben der in Rede stehenden Art die Stellung des Gabelkopfes bzw. des Schubrohres zu überwachen. Bei dem bekannten, zuvor erläuterten Verstellantrieb ist eine Überwachung der Stellung des Gabelkopfes bzw. des Schubrohres über die Umdrehungen des Antriebsmotors wegen der axialen Verschiebbarkeit der Gewindespindel im Gehäuse nicht möglich.
Deswegen ist der Stellungsgeber für die Stellungsüberwachung bei dem bekannten Verstellantrieb unmittelbar am Schubrohr angeordnet. Konkret ist der Stellungsgeber-hier als seitlich von dem Schubrohr abragender Bügel mit einer Vierkantöffnung ausgebildet. Durch die Vierkantöffnung des Bügels ist ein parallel zu dem Schubrohr angeordneter, im Gehäuse drehbar gelagerter, in sich tordierter Vierkantstab geführt. Die lineare Bewegung des Bügels führt zu einer Drehbewegung des Vierkantstabes, die über Kegelräder auf die Meß- und Umsetzungseinheit übertragen wird.
Bei dem bekannten, zuvor erläuterten Verstellantrieb wird die lineare Iststellung des Gabelkolifes in der Meß- und Umsetzungseinheit als Winkelstellungdargestellt. Dies it notwendig, um den in Rede stehenden Verstellantrieb mit auf dem Markt befindlichen Umsetzern kompatibel zu machen, so daß ein solcher Verstellantrieb ggf. auch nachträglich an ein vorhandenes elektrisches Steuerungssystem angeschlossen werden kann.
Bei dem bekannten Verstellantrieb, von dem die Erfindung ausgeht, ist die Genauigkeit der Überwachung der Iststellung des Gabelkopfes noch nicht optimal. Insbesondere das zwischen dem Bügel mit der Vierkantöffnung und dem Vierkantstab notwendigerweise vorhandene Spiel führt zu einem nicht zu vernachlässigenden Übertragungsfehler. Das ist bei Verstellantrieben mit großen Verstellwegen (bis zu 2.000 mm) besonders problematisch. Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Verstellantrieb anzugeben, bei dem eine möglichst genaue, insbesondere mit geringen Übertragungsfehlern behaftete Überwachung der Iststellung des Gabelkopfes möglich ist.
Der erfindungsgemäße Verstellantrieb, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung zwischen dem Stellungsgeber und der Meß- und Umsetzungseinheit ein Übertragungsseil vorgesehen ist. Die Übertragung der Bewegung des Stellungsgebers auf die Meß-und Umsetzungseinheit mit Hilfe eines Übertragungsseiles hat gegenüber der bekannten, zuvor erläuterten Konstruktion den großen Vorteil, daß übertragungsfehler praktisch ausgeschlossen werden können. Das gilt unabhängig von dem maximalen Verstellweg des jeweiligen Verstellantriebes, insbesondere also auch für Verstellantriebe mit großen Verstellwegen bis zu 2.000 mm.
Allenfalls im Dauerbetrieb des Verstellantriebes auftretende Längenveränderungen des Umlenkseiles kommen hier als Fehlerquelle in Betracht, wobei die Größe eines auf diese Weise entstehenden Übertragungsfehlers durch passende Auswahl des Übertragungsseiles auf ein Minimum begrenzt werden kann.
Grundsätzlich ist die Verwendung eines Übertragungsseiles im erfindungsgemäßen Sinne natürlich nicht auf Verstellantriebe der in Rede stehenden Art beschränk Ein Übertragungsseil kann vielmehr im erfindungsgemäßen Sinne überall dort eingesetzt werden, wo eine lineare Verstellbewegung in eine Drehbewegung umgesetzt werden soll, um Anzeigefunktionen oder Steuerfunktionen zu erfüllen.
Das ist beispielsweise bei Werkzeugmaschinen wie Drehbänken, Stanzautomaten usw. ebenso möglich, wie bei Positioniereinrichtungen od. dgl.
Für die genauere konstruktive Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verstellantriebes mit einem Übertragungsseil gibt es im wesentlichen zwei Möglich keiten. Dabei ist zu berücksichtigen, daß über das Übertragungsseil grundsätzlich nur Zugkräfte übertragen werden können. Insoweit ist der erfindunysgemäße Verstellantrieb in einer ersten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsseil als geschlossenes Endlosseil ausgeführt und geführt ist. Die Führung des als Endlosseil ausgeführten Übertragungsseiles kann dabei über oberhalb und unterhalb des Stellungsgebers angeordnete Umlenkrollen und durch eine Öffnung im Gehäuse zur Meß- und Umsetzungseinheit erfolgen. Ist es erforderlich, die grundsätzlich lineare Bewegung des Übertragungsseiles in der Meß- und Umsetzungseinheit in eine Drehbewegung umzusetzen, wie das in Verbindung mit dem Stand der Technik zuvor erläutert worden ist, so kann hierzu eine Spule dienen, um die das übertragungsseil einmal oder mehrmals geschlungen ist. Der wirksame Umfang der Spule ihm Verhältnis zum maximalen Verstellweg ergibt dann den maximalen Schwenkwinkel, der vielfach aus Gründen der Kompatibilität vorgegeben ist.
In einer zweiten Ausführungsform, die in der Praxis besonders vorteilhaft einzusetzen ist, ist der erfindungsgemäße Verstellantrieb dadurch aekennzeichnet, daß zur Verbindung zwischen dem Stellungsgeber und der Meß- und Umsetzungseinheit ein Übertragungsseil vorgesehen ist. Bei diesem Verstellantrieb muß das Übertragungsseil nur einmal vom Stellungsgeber zu der Meß-und Umsetzungseinheit geführt werden, eine Rückführung, die aus Platzgründen vielfach problematisch ist, kann entfallen. Anstattdessen wird das Übertragungsseil unabhängig von der Bewegungsrichtung des Schubrohres stets auf Zug belastet. Die in einer der beiden Bewegungsrichtungen des Schubrohres vom Antriebsmotor durch diese Konstruktion ergänzend zu leistende Arbeit fällt in der Praxis tatsächlich nicht ins Gewicht. Für die Darstellung der jeweiligen Iststellung des Gabelkopfes als Winkelstellung kann die Aufwickelspule unmittelbar herangezogen werden.
Von entscheidender Bedeutung für die Genauigkeit der Überwachung der Iststellung des Gabel kopfes ist es, daß die Aufwickelspule bei jeder Umdrehung für das Übertragungsseil den gleichen Umfang aufweist. Insoweit geht eine weitere Lehre der Erfindung dahin, die Aufwickelspule auf ihrem Umfang mit einer gewindeartig geführten Aufwickelrille zu versehen. Das Übertragungsseil folgt beim Aufwickeln der Aufwickelrille, so daß ein Überkreuzen des Übertragungsseiles sicher verhindert wird.
Aus Platzgründen empfiehlt es sich, die Rückstellfeder so auszubilden und anzuordnen, daß sie in einem ansonsten ungenutzten Raum untergebracht werden kann. Insbesondere empfiehlt es sich, als Rückstellfeder eine innerhalb der Aufwickelspule angeordnete Spiralfeder vorzusehen.
Zuvor ist schon mehrfach angesprochen worden, daß aus Gründen der Kompatibilität, insbesondere aus Gründen der Anschließbarkeit an vorgegebene Steuerungssysteme, auf der Ausgangsseite der Meß- und Umsetzungseinheit eine Drehbewegung, vorzugsweise mit einem maximalen Schwenkwinkel von 2700 vorliegen sollte. Um auch für unterschiedliche maximale Verstellwege bei beibehaltener Größe der Aufwickelspule stets ein und denselben maximalen Schwenkwinkel gewährleisten zu können, empfiehlt sich der Einsatz eines Untersetzungsgetriebes. Ein derartiger Verstellantrieb ist also dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Umsetzungseinheit ein an die Aufwickelspule angeschlossenes Untersetzungsgetriebe aufweist. Durch Wahl der Untersetzung des Untersetzungsgetriebes und/oder durch Wahl der Aufwickelspule läßt sich eine Stellungsüberwachung mit einer solchen Meß- und Umsetzungseinheit problemlos auf praktisch jeden beliebigen maximalen Verstellweg einstellen.
Hinsichtlich der Führung des Übertragungsseiles hat es sich in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen, das Übertragungsseil über eine nahe dem von dem Gabelkopf entfernten Ende des Schubrohres angeordnete Umlenkrolle zu führen. Diese Konstruktion hat den besonderen Vorteil, daß eine solche Stellungsüberwachung auch bei schon vorhandenen, bekannten Verstellantrieben der eingangs erläuterten Art nachgerüstet werden kann.
Was die Auswahl des Übertragungsseiles betrifft, so ist diese, wie zuvor schon kurz angesprochen worden ist, für die langfristige Genauigkeit der Überwachung der Iststellung des Gabelkopfes von erheblicher Bedeutung. Als besonders praktisch hat sich ein Übertragungsseil in Form eines rostfreien Stahlseiles mit einem Durchmesser von 0,5 bis 1,5 mm erwiesen. Ein solches Übertragunsseil ist einerseits flexibel genug, um leicht auf der Aufwickelspule aufgewickelt werden zu können, andererseits treten bei einem solchen Übertragungsseil auch im Dauerbetrieb nur sehr geringe langfristige Längenveränderungen auf. Im übrigen darf der Vollständigkeit halber noch darauf hingewiesen werden, daß der Begriff des Übertragungsseiles nicht auf Seile im engeren Sinne beschränkt ist, sondern auch Übertragungsketten, -riemen, -zahnriemen usw. umfaßt, die je nach Anwendungsfall eingesetzt werden können.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt Fig. 1 in perspektivischer Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verstellantriebes, Fig. 2 den Gegenstand nach Fig. 1 schematisiert, teilweise geschnitten und Fig. 3 ausschnittweise und in vergrößerter Darstellung eine Meß- und Umsetzungseinheit einer Stellungsüberwachung für einen Verstellantrieb gemäß Fig. 2.
Der in Fig. 1 dargestellte elektrische Verstellantrieb 1 weist ein Gehäuse 2 mit einem axial aus dem Gehäuse 2 herausfahrbaren Schubrohr 3 auf. Am Ende des Schubrohres 3 ist ein Gabelkopf 4 angeordnet, über den der Verstellantrieb 1 mit einem zu verstellenden Objekt verbunden werden kann. Außen am Gehäuse 2 sind Drehzapfen 5 sowie Schaltkästen 6, 7 angeordnet. Der Schaltkasten 6 ist für eine in Fig. 1 nicht erkennbare Überlastschutzschaltung bestimmt, während der Schaltkasten 7 für eine in Fig. 1 ebenfalls nicht erkennbare Stellungsüberwachung bestimmt ist. Im übrigen ist das Gehäuse 2 mit einem elek-.rischen Antriebsmotor 8 verflanscht.
Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 schematisch dargestellten Verstellantrieb 1 in einer detaillierten Darstellung, teilweise im Schnitt. Deutlich erkennbar ist eine Antriebswelle 9 des elektrischen Antriebsmotors 8, die über eine Kupplung 10 mit einer Gewindespindel 11 gekuppelt ist. Die Gewindespindel 11 ist gegenüber dem Gehäuse 2 und der Antriebswelle 9 axial verschiebbar gelagert und wird über Federelemente 12 in einer Mittellage gehalten.
Die axiale Verschiebung der Gewindespindel 11 indiziert eine Überlastung des Verstellantriebes 1, die bei Überschreiten bestimmter Grenzwerte zum Ansprechen der überlastschutzschaltung 13 führt.
Die Gewindespindel 11 ist mit einem Außengewinde 14 in ein Innengewinde 15 des Schubrohres 3 eingeschraubt, so daß eine Drehbewegung der Gewindespindel 11 in eine axiale Verschiebbewegung des Schubrohres 3 mit dem Gabelkopf 4 umgesetzt wird.
Zur Überwachung der Iststellung des Gabelkopfes 4 ist eine Stellungsüberwachung 16 vorgesehen, die in Fig. 2 nur schematisch dargestellt ist. Die Stellungsüberwachung 16 weist einen am Schubrohr 3 angeordneten Stellungsgeber 17 in Form eines seitlich vom Schubrohr abragenden Bügels sowie eine Meß- und Umsetzungseinheit 18 auf. Die Meß- und Umsetzungseinheit 18 ist in dem auf das Gehäuse 2 aufgesetzten Schaltkasten 7 angeordnet.
Zur Verbindung zwischen dem Stellungsgeber 17 und der Meß- und Umsetzungseinheit 18 ist ein Übertragungsseil 19 vorgesehen. Das Übertragungsseil 19 ist mit seinem einen Ende fest mit dem Stellungsgeber 17 verbunden, während es mit seinem anderen Ende über eine Öffnung 20 im Gehäuse 2 in den Schaltkasten 7 und dort zur Meß- und Umsetzungseinheit 18 geführt ist.
Fig. 3 zeigt die Konstruktion der Meß- und Umsetzungseinheit 18 in besonderer Deutlichkeit. Die Meß- und Umsetzungseinheit 18 weist eine Aufwickelspule 21 für das Übertragungsseil 19 auf. Die Aufwickelspule 21 für das Übertragungsseil 19 ist mit einer das Übertragungsseil 19 stets auf Zug belastenden Rückstellfeder 22 versehen. Die Aufwickelspule 21 weist auf ihrem Umfang eine gewindeartig geführte Aufwickelrille 23 auf, so daß der für das Übertragungsseil 19 wirksame Umfang der Aufwickelspule 21 stets exakt gleich ist.
Aus Fig. 3 ist deutlich erkennbar, daß als Rückstellfeder 22 eine innerhalb der Aufwickelspule 21 angeordnete Spiralfeder vorgesehen ist.
Fig. 3 zeigt außerdem, daß die Meß- und Umsetzungseinheit 18 ein an die Aufwickelspule 21 angeschlossenes Untersetzungsgetriebe 24 aufweist. Durch Wahl eines unterschiedlichen Untersetzungsverhältnisses des Untersetzungsgetriebes 24 kann ohne Änderung der Aufwickelspule 21 unterschiedlichen Verstellwegen des Verstellantriebes 1 Rechnung getragen werden. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn ausgangsseitig, also an der Abtriebswelle 25 des Untersetzungsgetriebes 24, unabhängig von dem Absolutwert des Verstellweges stets ein und derselbe dem maximalen Verstellweg entsprechende maximale Schwenkwinkel auftreten soll. Ist beispielsweise ein maximaler Schwenkwinkel von 270° vorgesehen und weist die Aufwickelspule einen wirksamen Durchmesser von 42,46 mm auf, so entspricht ein Untersetzungsverhältnis von 1 : 1 des Untersetzungsgetriebes 24 einem maximalen Verstellweg von 100 mm. Mit einer Anderung des Untersetzungsverhältnisses von 1 : 1 auf beispielsweise 4 : 1 kann diese Meß- und Umsetzungseinheit 18 leicht auf einen maximalen Verstellweg von 400 mm umgestellt werden.
Aus Fig. 3 ergibt sich im übrigen noch, daß das übertragungsseil 19 über eine nahe dem von dem Gabelkopf 4 entfernten Ende des Schubrohres 3 angeordnete Umlenkrolle 26 geführt ist, die ihrerseits an einem Träger 27 der Meß- und Umsetzungseinheit 18 gelagert ist.
Bei dem im dargestellten Ausführungsbeispiel verwendeten Übertragungsseil 19 handelt es sich um ein rostfreies Stahlseil mit einem Durchmesser von 0,8 mm.
Ein solches Stahlseil erfüllt die hohen Anforderungen an die Flexibilität des Übertragungsseiles 19 und gewährleistet eine geringstmögliche LängenveränderunlJ auch im Dauerbetrieb.
Leerseite

Claims

Patentansprüche: erstellantrieb mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse gelagerten, axial aus dem Gehäuse herausfahrbaren Schubrohr, einem am Ende des Schubrohres angeordneten Gabelkopf und einer Stellungsüberwachung zur Überwachung der IststeIlung des Gabelkopfes, wobei die Stellungsüberwachung einen am Schubrohr angeordneten Stellungsgeber und eine, vorzugsweise in einem auf das Gehäuse aufgesetzten Schaltkasten angeordnete Meß- und Umsetzungseinheit aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Verbindung zwischen dem Stellungsgeber (17) und der Meß- und Umsetzungseinheit (18) ein Übertragungsseil (19) vorgesehen ist.
2. Verstellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsseil als geschlossenes Endlosseil ausgeführt und geführt ist.
3. Verstellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Umsetzungseinheit (18) eine Aufwickelspule (21) für das Übertragungsseil (19) aufweist und daß die Aufwickelspule (21) mit einer das Übertragungsseil (19) stets auf Zug belastenden Rückstellfeder (22) versehen ist.
4. Verstellantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwickelspule (21) auf ihrem Umfang eine gewindeartig geführte Aufwickelrille (23) für das übertragungsseil (19) aufweist.
5-. Verstellantrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückstellfeder (22) eine innerhalb der Aufwickelspule (21) angeordnete Spiralfeder vorgesehen ist.
6. Verstellantrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Umsetzungseinheit (18) ein an die Aufwickelspule (21) angeschlossenes Untersetzungsgetriebe (24) aufweist.
7. Verstellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsseil (19) über eine nahe dem von dem Gabelkopf (4.) entfernten Ende des Schubrohres (3) angeordnete Umlenkrolle (26) geführt ist.
8. Verstellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als übertragungsseil (19) ein Stahlseil, vorzugsweise ein rostfreies Stahlseil mit einem Durchmesser von 0,5 bis 1,5 mm, vorgesehen ist.