DE3620101A1 - Antriebsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer geradlinigen Antriebsbewegung mit vorgegebenem Hub mit einem motorisch um einen Winkel von wenigstens 180° drehantreibbaren ersten Schwenkarm, in dessen freiem Endbereich das erste Ende eines weiteren, als einarmiger Hebel ausgebildeten zweiten Schwenkarms um eine zur Antriebsachse des ersten Schwenkarms parallele Achse verschwenkbar gelagert ist, wobei konzenbtrisch zur Schwenkachse des ersten Schwenkarms ein Sonnen-Zahnrad drehfest angeordnet ist, mit dem ein drehbar auf dem ersten Schwenkarm gelagertes Zahnrad kämmt, welches seinerseits mit einem konzentrisch zur Schwenkachse des zweiten Schwenkarms und mit diesem drehfest verbundenes Zahnrad kämmt, wodurch das freie Ende des zweiten Schwenkarms bei einem Schwenkantrieb des ersten Schwenkarms um 180° eine geradlinige Hubbewegung ausführt, deren Länge gleich dem Doppelten der Summe der Hebellängen der beiden Schwenkarme ist.

Diese - auch als "Sinusarm" bezeichnete - bekannte Antriebsvorrichtung kann zur Erzeugung einer geradlinigen Antriebsbewegung für Werkstück-Trägerschlitten oder Transportwagen verwendet werden, die z. B. jeweils von einer ersten Bearbeitungs- oder Übergabestation aus um einen vorgegebenen Transportweg oder Hub in eine zweite Bearbeitungs- oder Übergabestation überführt und in den Endstellungen genau positioniert werden müssen. Der bekannte Sinusarm wird dabei direkt über eine an der Schwenkachse des ersten Schwenkarms angekoppelte Welle eines Antriebsmotors bzw. eines diesem nachgeschalteten Getriebes angetrieben. Aufgrund des getrieblichen Aufbaus ist die Bewegungscharakteristik des Sinusarms - zumindest bei Verwendung eines nicht drehzahlgeregelten Antriebsmotors - nicht ruckfrei, weil die Beschleunigungscharakteristik zu Beginn und am Ende der Hubbewegung nicht stetig von Null abnimmt, sondern mit einer Beschleunigung bestimmter Größe einsetzt bzw. aufhört. Diese Beschleunigungscharakteristik führt dazu, daß der bekannte "Sinusarm" nur mit beschränkten Transportgeschwindigkeiten betrieben werden kann, um Ungenauigkeit der Positionierung in den Endlagen bzw. die Anregung von Schwingungen im Transportsystem zu vermeiden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Antriebsvorrichtung so weiterzubilden, daß die mittlere Geschwindigkeit der Transportbewegung eines Werkstücks von der einen in die andere Endposition - sowie erforderlichenfalls zurück - unter gleichzeitiger Verbesserung der Positionierungsgenauigkeit des Werkstücks in den Endpositionen wesentlich erhöht wird.

Ausgehend von einer Antriebsvorrichtung der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen um eine mit der Schwenkachse des ersten Schwenkarms zusammenfallende Schwenkachse motorisch drehantreibbaren Antriebshebel, an dessen freiem Ende ein mit dem drehfesten Sonnen-Zahnrad kämmendes Antriebs-Zahnrad drehbar gelagert ist, welches mittels einer Kulissenführung mit dem ersten Schwenkarm gekoppelt ist. D h. der erste Schwenkarm ist abweichend von der bekannten Antriebsvorrichtung nicht direkt am Antriebsmotor bzw. einem diesem nachgeschalteten Untersetzungsgetriebes angekoppelt, sondern dieser Antrieb erfolgt über das am Antriebshebel drehbar gelagerte und mit dem Sonnen-Zahnrad in Zahneingriff stehende Antriebs-Zahnrad, welches seinerseits über eine Kulissenführung mit dem ersten Schwenkarm verbunden ist. Dadurch kann die Bewegungscharakteristik der Antriebsvorrichtung so modifiziert werden, daß die in der einen Endposition beginnende Antriebsbewegung sowohl bezüglich der Geschwindigkeit als auch der Beschleunigung stetig von Null zunimmt und bei Annäherung an die Endstellung ebenso stetig auf Null abfällt. Es besteht somit die Möglichkeit, die Geschwindigkeit zwischen den Endpositionen erheblich zu steigern, ohne daß hierdurch die Positionierungsgenauigkeit in den Endstellungen verschlechtert würde.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der erste Schwenkarm als bezüglich seiner Schwenkachse zweiarmiger Hebel ausgebildet, wobei die Kulissennut der Kulissenführung in dem, dem mit dem zweiten Schwenkarm gekoppelten Hebelarm gegenüberliegenden Hebelarm ausgebildet ist, und der in die Kulissennut eingreifende Kulissenstein ist drehfest mit dem Antriebs-Zahnrad verbunden. Drehfest bedeutet dabei, daß er sich bei einer Drehung des Zahnrades mit diesem dreht. Hierbei ist eine drehbare Lagerung des Kulissensteins um seine eigene Achse - insbesondere bei einem prismatischen, d. h. nicht zylindrischen - Kulissenstein sogar erforderlich.

Der Kulissenstein hat zweckmäßig einen dem Teilkreisradius des Antriebs-Zahnrades entsprechenden Abstand von der Drehachse des Antriebs-Zahnrades, wobei er in der anfänglichen Strecklage der beiden Schwenkarme auf der Verbindungsgeraden zwischen der Schwenkachse des ersten Schwenkarms und der Drehachse des Antriebs- Zahnrades positioniert ist. Infolge des Eingriffs des Antriebs-Zahnrades mit dem Sonnen-Zahnrad führt der mit dem Antriebs-Zahnrad gekoppelte Kulissenstein eine Epizykloiden-Bewegung in einer rechtwinklig zur Achse des Antriebs-Zahnrades und zur Drehachse des ersten Schwenkarm verlaufenden Ebene aus.

Die Längsmittellinie der Kulissennut liegt dann zweckmäßig in der die Schwenkachse des ersten Schwenkarms und die Drehachsen der den zweiten Schwenkarm antreibenden Zahnräder enthaltenden Ebene.

Um den maximalen Bewegungshub bei einer Schwenkbewegung des ersten Schwenkarms um 180° zu erhalten, ist die Bemessung der zusammenwirkenden Zahnräder so gewählt, daß der Teilkreisdurchmesser des drehfest mit dem zweiten Schwenkarm gekoppelten Zahnrades ebenso wie der Teilkreisdurchmesser des Antriebs-Zahnrades jeweils gleich dem halben Teilkreisdurchmesser des drehfesten Sonnen-Zahnrades ist.

Der erste und der zweiten Schwenkarm sind dabei so bemessen, daß die zwischen der Schwenkachse des ersten und der Schwenkachse des zweiten Schwenkarms am ersten Schwenkarm einerseits und zwischen der Schwenkachse und dem freien Ende des zweiten Schwenkarms andererseits gemessenen wirksamen Hebellängen gleich sind.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine stark schematisierte Draufsicht auf eine in der erfindungsgemäßen Weise aufgebaute Antriebsvorrichtung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Antriebsvorrichtung, wobei ein Teil der Vorrichtung in einem Längsmittelschnitt, gesehen in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1 geschnitten ist; und

Fig. 3 zwei schematische Diagramme, in denen die Geschwindigkeits- und Beschleunigungscharakteristik der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung während der Antriebsbewegung den entsprechenden Charakteristiken des bekannten Sinusarms gegenübergestellt ist.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte, in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete Antriebsvorrichtung geht - wie insbesondere aus der schematischen Draufsich gemäß Fig. 1 erkennbar ist - in ihrem grundsätzlichen Aufbau auf den sogenannten "Sinusarm" zurück, mit dem es bereits möglich ist, eine geradlinige Antriebsbewegung mit vorgegebenem Hub zu erzeugen, welche beispielsweise zum Verfahren eines Schlittens 12 (Fig. 2) zwischen zwei Positionen anwendbar ist. Im vorliegenden Fall sei angenommen, daß die Antriebsvorrichtung 10 oberhalb des geradlinig zwischen den Endpositionen verfahrbaren Schlittens 12 angeordnet ist, wobei der eigentliche Antriebsmotor ein Elektromotor 14 sein möge, der ein auf der Oberseite einer horizontalen Trägerplattform 18 angeordnetes, Untersetzungsgetriebe 20 antreibt, dessen Abtriebswelle 22 die Trägerplattform 18 durchsetzt und die eigentliche Antriebsvorrichtung 10 antreibt.

Diese Antriebsvorrichtung 10 weist ein mit Abstand unterhalb der Trägerplattform angeordnetes, mittig von der Welle 22 durchsetztes Sonnen-Zahnrad 24 auf, welches über an der Trägerplattform einerseits und an ihr selbst starr befestigte hülsenartige Abstandsstücke 26, 28 drehfest an der Trägerplattform 18 gehaltert ist. Der Teilkreisdurchmesser des feststehenden Sonnen-Zahnrades 24 möge D betragen. Relativ zum Sonnen-Zahnrad 24 ist um dessen Längsmittelachse - welche mit der Längsmittelachse der Abtriebswelle 22 zusammenfällt - ein erster Schwenkarm 30 auf dem Abstandsstück 28 und dem das Sonnen-Zahnrad 24 durchsetzenden freien Ende der Abtriebswelle 22 frei drehbar gelagert. Der erste Schwenkarm 30 ist als horizontal teilbares langgestrecktes Gehäuse 32 ausgebildet, in welchem zwei Zahnräder 34, 36 drehbar gelagert sind, von denen das erste Zahnrad 34 mit dem feststehenden Sonnen-Zahnrad 24 und das zweite Zahnrad 36 mit dem ersten Zahnrad 34 kämmt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Achsen des Sonnen-Zahnrades 24 und der Zahnräder 34, 36 auf der Längsachse des Schwenkarms 30 liegen. Das zweite Zahnrad 36 ist seinerseits über seine aus der Unterseite des Schwenkarm-Gehäuses 32 herausgeführte Lagerachse drehfest mit dem einen Ende eines als einarmiger Hebel ausgebildeten zweiten Schwenkarms 38 verbunden, der somit bei einer Verschwenkung des ersten Schwenkarms 30 über die vom Sonnen-Zahnrad 24, dem ersten Zahnrad 34 und dem zweiten Zahnrad 36 gebildete Antriebskette relativ zum ersten Schwenkarm 30 verschwenkt wird. Der Teilkreisdurchmesser d des zweiten Zahnrades 36 ist gleich dem halben Teilkreisdurchmesser des Sonnen-Zahnrades 24, d. h. gleich D/2 gewählt, wodurch der zweite Schwenkarm 38 bei einer Verschwenkung des ersten Schwenkarms 30 um 90° einen Schwenkwinkel von 2 × 90° = 180° bzw. bei einer Verschwenkung des ersten Schwenkarms 30 um 180° einen Schwenkwinkel von 2 × 180° = 360°, d. h. eine vollständige Drehung ausführt. Da die Drehbewegung des zweiten Schwenkarms 38 jedoch auf den ersten Schwenkarm 30 zu beziehen ist und die Schwenkrichtung der beiden Schwenkarme durch die Zwischenschaltung des Zahnrades 34 entgegengesetzt gerichtet ist, entsteht eine von außerhalb des Systems der Antriebsvorrichtung betrachtete Gesamtverschwenkung des zweiten Schwenkarms 38 um nur 180°.

Am freien Ende des zweiten Schwenkarms 38 ist ein nach unten in Richtung zum Schlitten 12 vortretendes Mitnehmerelement 40 drehbar gelagert, welches in eine zugeordnete Aufnahme 42 des Schlittens 12 eingreift. Wenn nun angenommen wird, daß die wirksamen Hebellängen l des ersten Schwenkarms, d. h. der Abstand zwischen der Längsmittelachse des Sonnen- Zahnrades 24 bzw. der Abtriebswelle 22 und der Drehachse des zweiten Zahnrades 36 einerseits und der Drehachse des zweiten Zahnrades 36 und der Drehachse des Mitnehmerelements 40 andererseits gleich groß sind, resultiert bei einer Verschwenkung des ersten Schwenkarms 30 infolge der dabei auftretenden gegensinnigen Verschwenkung des Schwenkarms 38 eine geradlinige Verschiebung des Mitnehmerelements 40, welches somit geeignet ist, auf den Schlitten 12 eine geradlinige Hubbewegung zu übertragen, wodurch der Schlitten von seiner - bezogen auf Fig. 1 - rechten Endstellung nach links verschoben wird. Der bei einer Verschwenkung des ersten Schwenkarms 30 im 180° erreichte maximale Hub der Antriebsbewegung beträgt dann 4 × 1.

Wenn die Abtriebswelle 22 mit dem ersten Schwenkarm 30 drehfest gekoppelt wäre, würde die bisher beschriebene Antriebsvorrichtung dem bekannten "Sinusarm" entsprechen. Tatsächlich ist die Abtriebswelle 22 aber nicht mit dem Schwenkarm 30 gekoppelt, sondern zwischen die Abtriebswelle und den Schwenkarm ist ein Epizykloiden- Getriebe geschaltet, welches nachstehend beschrieben wird.

Am freien Ende der Abtriebswelle 22 ist ein Antriebshebel 44 angekoppelt, dessen freies Ende in der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Endstellung entgegengesetzt zu den Zahnrädern 34, 36 bzw. in die entgegengesetzte Richtung wie das freie Ende des zweiten Schwenkarms 38 weist. Auf dem freien Ende des Antriebshebels 44 ist auf einem nach oben vorstehenden Lagerzapfen 46 ein mit dem Sonnen-Zahnrad 24 kämmendes Antriebs-Zahnrad 48 frei drehbar gelagert. Der Teilkreisdurchmesser des Antriebs-Zahnrades 48 entspricht dem Teilkreisdurchmesser d des drehfest mit dem zweiten Schwenkarm 38 gekoppelten Zahnrades 36, d. h. ist gleich D/2.

Auf der dem Antriebshebel 44 gegenüberliegenden Seite trägt das Antriebs-Zahnrad 48 einen nach oben vorspringenden Kulissenstein 50, der von der Drehachse des Antriebs- Zahnrades 48 genau den Abstand des halben Teilkreisdurchmessers hat, wobei der Kulissenstein 50 in der in den Zeichnungsfiguren dargestellten Endstellung genau über der Eingriffsstellung des Antriebs-Zahnrades 48 mit dem Sonnen-Zahnrad 24 steht. Der Kulissenstein 50 greift in eine Längsnut 52 in der Abschlußwand der oberen Hälfte des Gehäuses 32 des ersten Schwenkarms 30. Die Längsnut 52 stellt also die mit dem Kulissenstein 50 zusammenwirkende Kulissennut einer zwischen dem Antriebs-Zahnrad 48 und dem Gehäuse 32 wirksamen Kulissenführung dar.

Der Antrieb des ersten Schwenkarms erfolgt also über diese Kulissenführung wobei die vom Elektromotor 40 über den Riementrieb 16 und das Untersetzungsgetriebe 20 angetriebene Abtreibswelle 22 den Antriebshebel 44 verschwenkt. Das auf dem Antriebshebel gelagerte Antriebs- Zahnrad 48 wird dabei nicht nur auf dem der Länge des Antriebshebels entsprechenden Bogen versetzt, sondern - infolge des Zahneingriffs mit der Verzahnung des Sonnen-Zahnrades 24 - auch in Umdrehung versetzt. Über den Kulissenstein 50 wird diese überlagerte Bewegung des Antriebshebels 44 und der Drehbewegung des Antriebs- Zahnrades 48 auf die Seitenfläche der Kulissennut 52 und somit den ersten Schwenkarm 30 übertragen. Getriebetechnisch stellt diese Übertragung zwischen der Antriebswelle 22 und dem ersten Schwenkarm 30 ein Epizykloiden- Getriebe dar.

In Fig. 3 ist die durch die Zwischenschaltung des Epizykloiden-Getriebes zwischen die Antriebswelle 22 und den Schwenkarm 30 erreichte Änderung der Antriebscharakteristik der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung der entsprechenden Charakteristik des "Sinusarms" schematisch gegenübergestellt, wobei über den Hub h der Antriebsvorrichtung im oberen Diagramm der Geschwindigkeitsverlauf v und im unteren Diagramm der Beschleunigungsverlauf b des Sinusarms strichpunktiert und der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einer durchgezogenen Linie dargestellt sind.

Aus den Diagrammen ergibt sich ohne weiteres, daß zwar die Geschwindigkeitsverläufe sowohl des Sinusarms als auch der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 10 bei Null beginnend bis zum halben Arbeitshub auf ein Maximum steigen - wobei die Maximalgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung über der Maximalgeschwindigkeit des Sinusarmes liegt - und dann bis zum Ende des Arbeitshubes wieder bis auf Null abfallen, daß beim Sinusarm aber bereits bei beginnendem Arbeitshub schlagartig die maximale Beschleunigung herrscht, die bis zum Erreichen des halben Arbeitshubes auf Null abfällt und dann bis zum Ende des Arbeitshubes von einer zunehmend stärker werdenden Verzögerung gefolgt wird. D. h. die Bewegungscharakteristik des Sinusarms ist nicht "ruckfrei". Demgegenüber weist die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung eine von Null aus stetig ansteigende und bei etwa einem Viertel des Arbeitshubes ein Maximum erreichende Beschleunigung auf, die dann bis zum halben Arbeitshub der Vorrichtung stetig auf Null fällt und dann in eine entsprechende zunächst wiederum bis auf ein Maximum ansteigende und dann bis zum Ende des Antriebshubes stetig bis auf Null fallende Verzögerung übergeht, wobei die Maximalwerte der Beschleunigung bzw. Verzögerung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 10 wieder über den entsprechenden Maximalwerten des Sinusarmes liegen. Festzuhalten ist jedenfalls, daß die Beschleunigungscharakteristik der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung "ruckfrei" ist, was die exakte und schwingungsarme Positionierung eines von der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung angetriebenen Schlittens in seinen Endstellungen in kritischen Fällen erst ermöglicht.

Claims (7)

1. Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer geradlinigen Antriebsbewegung mit vorgegebenem Hub mit einem motorisch um einen Winkel von wenigstens 180° drehantreibbaren ersten Schwenkarm, in dessen freiem Endbereich das erste Ende eines zweiten, als einarmiger Hebel ausgebildeten Schwenkarms um eine zur Antriebsachse des ersten Schwenkarms parallele Achse verschwenkbar gelagert ist, wobei konzentrisch zur Schwenkachse des ersten Schwenkarms ein Sonnen- Zahnrad drehfest angeordnet ist, mit dem ein drehbar auf dem ersten Schwenkarm gelagertes Zahnrad kämmt, welches seinerseits mit einem konzentrisch zur Schwenkachse des zweiten Schwenkarms und mit diesem drehfest verbundenes Zahnrad kämmt, wodurch das freie Ende des zweiten Schwenkarms bei einem Schwenkantrieb des ersten Schwenkarms um 180° eine geradlinige Hubbewegung ausführt, deren Länge gleich dem Doppelten der Summe der wirksamen Hebellänge der beiden Schwenkarme ist, gekennzeichnet durch einen um eine mit der Schwenkachse des ersten Schwenkarms (30) zusammenfallende Schwenkachse motorisch drehantreibbaren Antriebshebel (44), an dessen freiem Ende ein mit dem drehfesten Sonnen-Zahnrad (24) kämmendes Antriebs-Zahnrad (48) drehbar gelagert ist, welches mittels einer Kulissenführung (50; 52) mit dem ersten Schwenkarm (30) gekoppelt ist.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwenkarm (30) als bezüglich seiner Schwenkachse zweiarmiger Hebel ausgebildet ist, wobei die Kulissennut (52) der Kulissenführung (50; 52) in dem dem mit dem zweiten Schwenkarm (38) gekoppelten Hebelarm gegenüberliegenden Hebelarm ausgebildet ist, und daß der in die Kulissennut (52) eingreifende Kulissenstein (50) drehfest mit dem Antriebs-Zahnrad (48) verbunden ist.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kulissenstein (50) einen dem Teilkreisradius (d/2) des Antriebs-Zahnrades (48) entsprechenden Abstand von der Drehachse des Antriebs-Zahnrades (48) hat.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kulissenstein (50) in der anfänglichen Strecklage der beiden Schwenkarme (30; 38) auf der Verbindungsgeraden zwischen der Schwenkachse des ersten Schwenkarms (30) und der Drehachse des Antriebs-Zahnrades (48) positioniert ist.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsmittellinie der Kulissennut (52) in der die Schwenkachse des ersten Schwenkarms (30) und die Drehachsen der den zweiten Schwenkarm (38) antreibenden Zahnräder (34; 36) enthaltenden Ebene liegt.

6. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilkreisdurchmesser (d) des mit dem drehbar auf dem ersten Schwenkarm (30) gelagerten und dem Sonnen- Zahnrad (24) kämmenden Zahnrades (36) kämmenden, drehfest mit dem zweiten Schwenkarm (48) gekoppelten Zahnrades ebenso wie der Teilkreisdurchmesser (d) des Antriebs-Zahnrades (48) jeweils gleich dem halben Teilkreisdurchmesser (D) des drehfesten Sonnen-Zahnrades (24) ist.

7. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Schwenkarm (30; 38) so bemessen sind, daß die zwischen der Schwenkachse des ersten Schwenkarms (30) und der Schwenkachse des zweiten Schwenkarms (38) einerseits und zwischen der Schwenkachse und dem freien Ende des zweiten Schwenkarms (38) andererseits gemessenen wirksamen Hebellängen (l) gleich sind.