DE3610988A1

DE3610988A1 - Play-free gearing for a limited range of movement

Info

Publication number: DE3610988A1
Application number: DE19863610988
Authority: DE
Inventors: Juergen Tappert
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1985-07-01
Filing date: 1986-04-02
Publication date: 1987-01-08
Also published as: DD239027A1

Abstract

The invention relates to a play-free gearing for a limited range of movement, in which the play of all the movement-transferring elements is eliminated by means of a spring element which is fastened on the one hand on the driven element and on the other hand via a pull rope on a rope pulley fixedly arranged on a shaft. The shaft provided with the rope pulley is in this case in engagement via a gearing element with the shaft of a drive unit and consequently with the system transferring the movement to the driven element. Irrespective of the direction of movement of the driven element, a driven movement with constant play-eliminating force is transferred by winding up and unwinding of the pull rope on the rope pulley. The gearing may be used for precision drives, for example on scanning tables of microscopes or on measuring instruments.

Description

Die Erfindung betrifft ein spielfreies Getriebe für einen begrenzten Bewegungsbereich. Es kann für Präzisionsantriebe, beispielsweise an Scanningtischen von Mikroskopen oder an Meßgeräten, eingesetzt werden.The invention relates to a backlash-free transmission for one limited range of motion. It can be used for precision drives, for example at microscope scanning tables or at Measuring devices are used.

In vielen Anwendungsfällen ist es erforderlich, das Spiel in Getrieben zu beseitigen um somit zwischen An- und Abtrieb eine feste Zuordnung zu erreichen. Dazu sind eine Vielzahl von Getriebeanordnungen bekannt.In many applications, it is necessary that To eliminate play in gearboxes in order to and downforce to achieve a fixed assignment. To do this a variety of gear arrangements known.

Bei Stirnradgetrieben wird das Spiel beispielsweise dadurch beseitigt, daß zwei gleiche aufeinanderliegende Stirnräder, von denen eines mit der Drehachse fest verbunden ist, gegen einander über ein Federelement verspannt werden und ge meinsam in ein folgendes Stirnrad oder eine Zahnstange eingreifen. Durch die Verspannung werden stets die Zahn flanken der ineinander eingreifenden Stirnräder gegenein ander gedrückt. Bei mehrstufigen Getrieben ist es erforder lich, die Verspannung in jeder Stufe durchzuführen. Das hat zur Folge, daß der Montageaufwand sehr hoch ist.With spur gears, for example, the game eliminated that two identical spur gears lying on top of each other, one of which is firmly connected to the axis of rotation, against are clamped together via a spring element and ge together in a following spur gear or rack intervention. Due to the tension, the teeth are always flank the meshing spur gears against each other other pressed. It is required for multi-stage gearboxes Lich to carry out the bracing in each stage. The has the consequence that the assembly effort is very high.

Bei der Übertragung hoher Kräfte über die nachgiebigen Zahnflanken kann es zum Abheben von der festen Zahnflanke kommen, was einer Lose entspricht. Das gleiche Prinzip wird auch bei Schneckengetrieben angewandt, wobei das Schneckenrad senkrecht zur Drehachse geteilt wird und die Teile gegeneinander verspannt in eine Schnecke eingreifen. Weiterhin sind spielfreie Schneckengetriebe bekannt, bei denen ein Schneckenrad über einen zusätzlichen Motor gegen die Schnecke gedreht wird. Dadurch wird ein Drehmoment erzeugt, so daß das Schneckenrad immer an einer Flanke der Schnecke anliegt. Das Anwendungsgebiet derartiger Getriebe ist jedoch, bedingt durch die zusätzliche Antriebseinheit, stark eingeschränkt.When transmitting high forces via the compliant Tooth flanks can be used to lift off the fixed tooth flank come, which corresponds to a lot. The same principle is also used for worm gears, whereby the Worm gear is divided perpendicular to the axis of rotation and the Engage parts clamped against each other in a screw. Backlash-free worm gears are also known at against which a worm wheel has an additional motor the snail is turned. This creates a torque generated so that the worm wheel always on a flank of the Snail rests. The field of application of such gears however, due to the additional drive unit, highly limited.

In DD-WP 2 03 610 wird eine Kombination von Schneckengetriebe mit verspanntem Stirnradgetriebe beschrieben, wobei über die verspannten Stirnräder das Spiel im Schneckengetriebe beseitigt wird.In DD-WP 2 03 610 a combination of worm gear described with tensioned spur gear, with about the braced spur gears play in the worm gear is eliminated.

Neben den genannten Möglichkeiten zur Beseitigung des Spiels in Getrieben ist auch eine Lösung bekannt, bei der Stirn räder aus nachgiebigem Material verwendet werden. Diese Stirnräder werden spielfrei montiert, wobei die Unrundheit der Stirnräder durch die Nachgiebigkeit des verwendeten Materials ausgeglichen wird.In addition to the mentioned ways to eliminate the game a solution is also known in gears, for the forehead wheels made of flexible material can be used. These Spur gears are mounted without play, with the out-of-roundness the spur gears by the flexibility of the used Material is balanced.

Der wesentliche Nachteil der beschriebenen Getriebearten besteht darin, daß bei mehrstufigen Anordnungen jede Stufe mit den entsprechenden spielbeseitigenden Elementen ver sehen werden muß.The main disadvantage of the types of gears described consists of the fact that in the case of multi-level arrangements, each level ver with the corresponding game-eliminating elements must be seen.

Eine weitere, sehr häufig angewendete Lösung zur Beseitigung des Spiels in Getrieben, die für einen begrenzten Bewegungs bereich eingesetzt werden, besteht darin, daß das gesamte Spiel durch eine Feder, die einmal mit dem anzutreibenden Teil und zum anderen mit einem Fixpunkt der Einrichtung verbunden ist, herausgedrückt wird.Another very common elimination solution of the game in gears for limited movement area is that the whole Play through a spring that is once driven Part and the other with a fixed point of the facility connected, is pushed out.

Nachteilig dabei ist jedoch, daß die Feder entsprechend dem Bewegungsbereich mehr oder weniger gespannt wird und somit unterschiedliche Kräfte auftreten. The disadvantage, however, is that the spring according to the Movement area is more or less tense and therefore different forces occur.

Soll diese Kräftedifferenz in erträglichen Grenzen ge halten werden, muß die eingesetzte Feder zum Bewegungsbe reich relativ lang sein. Das hat zur Folge, daß neben den veränderlichen Kräften die Baugröße des Getriebes oftmals relativ groß ist. Um eine konstante spielbeseitigende Kraft zu erhalten, werden mitunter Gewichte verwendet, deren Einsatz bei beweglichen Einrichtungen, insbesondere bei Präzisionsantrieben in der Feingerätetechnik bedingt durch Größe, Masse, Beschleunigung, Lage, Weg usw. mit hohem konstruktiven Aufwand verbunden ist.Should this difference in forces be within tolerable limits be kept, the spring used for movement must rich to be relatively long. As a result, in addition to the variable forces the size of the gearbox is relatively large. To a constant game-ending Weights are sometimes used to maintain strength, their use in moving devices, in particular due to precision drives in fine device technology by size, mass, acceleration, position, distance etc. with high design effort is connected.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, durch ein in seinem konstruktiven Aufbau einfaches Getriebe, den zeitlichen Montageaufwand, insbesondere bei Getriebean ordnungen mit mehreren Stufen, unter Gewährleistung einer minimalen Umkehrspanne zu senken.The aim of the invention is through an in its construction simple gear, the time-consuming assembly work, especially with gearboxes orders with multiple levels, ensuring one to reduce the minimum reversal margin.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein spiel freies Getriebe für einen begrenzten Bewegungsbereich zu entwickeln, welches über den gesamten Bewegungsbereich eine konstante, das Spiel beseitigende Kraft besitzt und beim Zuschalten weiterer Getriebstufen keine weiteren spiel beseitigenden Mittel erfordert.The invention has for its object a game free gear for a limited range of motion develop which over the entire range of motion constant, game-eliminating power and at Switching on further gear stages no further play eliminating agents required.

Diese Aufgabe wird durch ein spielfreies Getriebe, bestehend aus einem translatorisch oder rotatorisch geführten mit einer Zahnstange oder einem Zahnrad verbundenem Abtriebs glied sowie zwei auf einer lagefixierten Antriebswelle befestigten Bewegungsübertragungselementen, von denen das eine als Antriebsritzel dient und das andere mit der Welle einer Antriebseinheit im Eingriff steht, wobei die Zahn flanken des Antriebsritzels über ein Federelement kraft schlüssig in die Zahnflanken der mit dem Abtriebsglied verbundenen Zahnstange bzw. Zahnrades eingreifen erfindungs gemäß dadurch gelöst, daß parallel zur Lage der Antriebs welle eine zweite mit einem weiteren Bewegungsübertragungs element sowie einer Seilrolle versehene Welle angeordnet ist, das Bewegungsübertragungselement neben dem Bewe gungsübertragungselement der Antriebswelle mit der Welle der Antriebseinheit im Eingriff steht und das gespannte Feder element einerseits am Abtriebsglied befestigt sowie andererseits über einen Seilzug mit der Seilrolle verbunden ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Welle der An triebseinheit als Schneckenwelle und die mit der Welle im Eingriff stehenden Bewegungsübertragungselemente als Schneckenräder ausgebildet sind. Weiterhin ist es vorteil haft ein Federelement zu verwenden, welches in seiner Feder kraft verstellbar ist.This task is accomplished by a backlash-free gear from a translationally or rotationally guided with a rack or a gear connected output link and two on a fixed drive shaft attached motion transmission elements, of which the one serves as the drive pinion and the other with the shaft a drive unit is engaged, the tooth flanks of the drive pinion via a spring element conclusively in the tooth flanks with the output member connected rack or gear mesh fiction solved according to that parallel to the position of the drive wave a second with another motion transmission element and a shaft provided with a pulley is the movement transmission element next to the movement transmission element of the drive shaft with the shaft of Drive unit is engaged and the tensioned spring element on the one hand attached to the output link and on the other hand connected to the pulley by a cable is. It is advantageous if the wave of the drive unit as a worm shaft and the one with the shaft in Engaged motion transmission elements as Worm wheels are formed. It is also an advantage is liable to use a spring element which is in its spring force is adjustable.

Bedingt durch die Anordnung der Bewegungsübertragungsele mente sowie des Federelementes wird bei gespanntem Feder element auf das Abtriebsglied eine Kraft übertragen.Due to the arrangement of the motion transmission elements elements and the spring element is when the spring is tensioned transfer a force to the output member.

Unabhängig von der Bewegungsrichtung des Abtriebsgliedes tritt bei allen Getriebeelementen eine einseitige Flanken lage und somit eine spielfreie Bewegungsübertragung auf. Durch die Befestigung des Federelementes einmal am Abtriebs glied und zum anderen am mit der Seilrolle verbundenen Seil wird bei Bewegung des Abtriebsgliedes das Seil in Abhängig keit von der Bewegungsrichtung des Abtriebsgliedes auf- bzw. abgewickelt. Der zurückgelegte Weg des Seiles ist da bei mit dem Weg des Abtriebsgliedes identisch, so daß die Andruckkraft an die Zahnflanken der Bewegungsübertragungs elemente über den gesamten Bewegungsbereich konstant ist. Sie kann durch Verändern der Federkraft dem jeweiligen An wendungszweck angepaßt werden. Regardless of the direction of movement of the output member there is a one-sided flank in all gear elements position and thus a play-free transmission of movement. By attaching the spring element once to the output link and the other on the rope connected to the pulley the rope becomes dependent when the output link moves speed of the direction of movement of the output member or processed. The path of the rope is there identical to the way of the output member, so that the Pressure force on the tooth flanks of the motion transmission elements is constant over the entire range of motion. It can be changed by changing the spring force application are adapted.

Gegenüber konventionellen Getriebeanordnungen mit konstanter spielbeseitigender Kraft, beispielsweise beim Einsatz von verspannten Stirnzahnrädern, bedarf es bei dem erfindungs gemäßen Getriebe in Verbindung mit einem mehrstufigen Aufbau nur einer entsprechend beschriebenen Anordnung zur Besei tigung des Spiels.Compared to conventional gear arrangements with constant game-eliminating force, for example when using braced spur gears are required for the invention appropriate transmission in connection with a multi-stage structure only a correspondingly described arrangement for Besei the game.

In einem nachstehenden Ausführungsbeispiel soll das erfindungsgemäße spielfreie Getriebe für einen begrenzten Bewegungsbereich näher erläutert werden.In an exemplary embodiment below, this is intended backlash-free transmission according to the invention for a limited Range of motion are explained in more detail.

Die dazugehörende Figur zeigt ein Abtriebsglied 1, welches mit einer Zahnstange 2 versehen ist. Die Zahnstange 2 steht mit einem auf einer Antriebswelle 3 angeordneten Ritzel 4 im Eingriff. Ebenfalls auf der Antriebswelle 3 befindet sich ein Schneckenrad 5, das über eine Schneckenwelle 6 einer Antriebseinheit 7 die Drehbewegung der Antriebs einheit 7 auf die Antriebswelle 3 überträgt.The associated figure shows an output member 1 , which is provided with a rack 2 . The rack 2 is in engagement with a pinion 4 arranged on a drive shaft 3 . Also on the drive shaft 3 there is a worm wheel 5, which transmits, via a worm shaft 6 to a drive unit 7 unit the rotational movement of the actuator 7 to the drive shaft. 3

Parallel zur Lage der Antriebswelle 3 ist eine zweite mit einem Schneckenrad 8 versehene Welle 9 so ange ordnet, daß das Schneckenrad 8 in die Schneckenwelle 6 eingreift.Parallel to the position of the drive shaft 3 , a second shaft 9 provided with a worm wheel 8 is arranged so that the worm wheel 8 engages in the worm shaft 6 .

Neben dem Schneckenrad 8 befindet sich auf der Welle 9 eine mit einem auf- bzw. abwickelbaren Zugseil 10 ver sehene Seilrolle 11. Das freie Ende des Zugseils 10 ist an einer gespannten Schraubenfeder 12, die fest mit dem Abtriebsglied 1 verbunden ist, befestigt.In addition to the worm wheel 8 is located on the shaft 9 with a windable or unwound pull rope 10 seen rope pulley 11th The free end of the pull cable 10 is fastened to a tensioned helical spring 12 , which is firmly connected to the output member 1 .

Bedingt durch die Anordnung der Schraubenfeder 12 wird auf das Abtriebsglied 1 eine Kraft ausgeübt.Due to the arrangement of the coil spring 12 , a force is exerted on the output member 1 .

Das hat zur Folge, daß sowohl zwischen der Zahnstange 2 und dem Ritzel 4 als auch zwischen den Schneckenrädern 5 und 8 und der Schneckenwelle 6 eine einseitige Flanken anlage hervorgerufen wird. The result is that a one-sided flank system is caused both between the rack 2 and the pinion 4 and between the worm wheels 5 and 8 and the worm shaft 6 .

Über die Antriebseinheit 7 wird der Schneckenwelle 6 eine Drehbewegung zugeführt. Diese Drehbewegung wird über das Schneckenrad 5 sowie das Ritzel 4 auf die Zahn stange 2 des Abtriebsgliedes 1 übertragen.The worm shaft 6 is supplied with a rotary movement via the drive unit 7 . This rotary movement is transmitted via the worm wheel 5 and the pinion 4 to the rack 2 of the output member 1 .

Durch die einseitige Flankenanlage in allen Bewegungsüber tragungselementen kann das Abtriebsglied 1 spielfrei in beiden Bewegungsrichtungen verschoben werden. Gleich zeitig erfolgt über das Schneckenrad 8 eine Drehbewegungs übertragung auf die Welle 9, so daß die auf der Welle 9 fixierte Seilrolle 11 das Zugseil 10 ent sprechend der Bewegungsrichtung auf- bzw. abgewickelt wird. Der zurückgelegte Weg des Abtriebsgliedes 1 ist mit dem Weg eines definierten Punktes am Zugseil 10 identisch, das heißt, über gesamten Bewegungsbereich des Ab triebsgliedes 1 ist die auf die einzelnen Bewegungs übertragungselemente wirkende, von der Schraubenfeder 12 erzeugte Kraft konstant.Due to the one-sided flank system in all motion transmission elements, the output member 1 can be moved without play in both directions of movement. At the same time via the worm wheel 8, a rotary motion transmission to the shaft 9 , so that the cable pulley 11 fixed on the shaft 9, the traction cable 10 is wound up or unwound accordingly. The distance traveled by the output member 1 is identical to the route of a defined point on the traction cable 10 , that is, over the entire range of motion of the output member 1 , the force acting on the individual motion transmission elements generated by the coil spring 12 is constant.

Claims

1. Backlash-free gearbox for a limited range of movement, consisting of a translatory or rotationally guided, with a rack or a gear connected ver output member, and two fixed on a fixed drive shaft motion transmission elements, one of which serves as an output pinion and the other with the shaft a drive unit is engaged, the tooth flanks of the drive pinion via a spring element non-positively engaging in the tooth flanks of the toothed rack or gear connected to the drive member, characterized in that the second parallel to the position of the drive shaft with a further movement transmission element and a rope pulley Provided shaft is arranged, the motion transmission element in addition to the motion transmission element of the drive shaft with the shaft of the drive unit in engagement and the spring element attached to the output member and tensioned with a cable pull with the cable roller e is connected.

2. Backlash-free gearbox for limited movement area according to claim 1, characterized in that the Shaft of the drive unit as a worm shaft and with the shaft engaged motion transmission elements are designed as worm wheels.

3. Backlash-free gearbox for limited movement area according to claim 1, characterized in that the spring element is adjustable in its spring force.