DE3806613C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Linearantrieb gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a linear drive according to Preamble of claim 1.

Ein solcher Linearantrieb ist grundsätzlich bereits aus der EP-OS 00 97 785 bekannt. Bei diesem bekannten An­ trieb wird ein Zahnriemen in vorgegebenen Abständen über Zahnstangenstücke geführt, um die freien Dehnlängen zu begrenzen. Je nach Stellung des Werkzeugschlittens können jedoch beim Verfahren zwischen zwei Zahnstangenstüc­ ken unterschiedliche wirksame Dehnlängen auftreten. Darüber hinaus kann beim Durchlauf des Zahnriemens wegen der wechselnden Steifigkeit von Zahn bzw. Zahnlücke bei dy­ namischen Abläufen ein Pulsieren auftreten, das in der Regel ein exaktes Verfahren, insbesondere ein exaktes Konturenabfahren, mit großer Präzision unmöglich macht.Such a linear drive is basically already out known from EP-OS 00 97 785. With this well-known An a toothed belt is driven at specified intervals Rack pieces guided to the free stretch lengths too limit. Depending on the position of the tool slide however, when moving between two rack pieces Different effective stretch lengths can occur. About that In addition, when passing through the toothed belt because of changing stiffness of tooth or tooth gap at dy Namely processes a pulsation occur, which is usually an exact Method, in particular exact contour traversing, impossible with great precision.

Aus der US-PS 42 27 421 ist eine Umsteuerung für einen längsbeweglichen Wagen oder Schlitten bekannt, bei der bei Erreichen bestimmter vorgegebener einstellbarer End­ punkte über zwei luftbetätigte Kupplungen eine Umsteue­ rung durch Abschalten der einen und Einschalten der ande­ ren Kupplung erfolgt.From US-PS 42 27 421 is a reversal for one longitudinally movable carriage or sledge known at the upon reaching certain predetermined adjustable end points via two air-actuated clutches by switching off one and switching on the other Ren coupling takes place.

Aus der DE-PS 29 10 373 sind einerseits eine mit Druck­ luft betätigte Kupplung und andererseits ein der Vermin­ derung der Reibung dienendes Luftpolster bekannt, das eine Reibungsverminderung im Bereich einer Bogenführung bewirkt.From DE-PS 29 10 373 are on the one hand with pressure air operated clutch and on the other hand one of the min the friction serving air cushion known a reduction in friction in the area of a sheet guide  causes.

Aus der DE-OS 33 28 889 ist es ferner auch bekannt, im Querschnitt kreisbogenförmig verwölbtes Band als Antriebselement zu ver­ wenden und mit einem Arretierglied in entsprechende Öff­ nungen eines Bandes einzugreifen. Eine stufenlose Arre­ tierung und eine pulsationsfreie Bewegung sind mit die­ ser bekannten Einrichtung nicht gefordert.From DE-OS 33 28 889 it is also known in Cross section of arched band to ver as drive element turn and with a locking element in the corresponding opening interventions of a tape. A stepless array and a pulsation-free movement are included ser known device not required.

Die steigenden Anforderungen an Antriebs- und Umsetzungs­ systeme im dynamischen Bereich, die sich durch den ver­ stärkten Einsatz von CNC-Technik ergeben, lassen bestimm­ te Kriterien wie beispielsweise Spielfreiheit, Steifig­ keit, Verminderung der Massen, und zwar unter Beibehal­ tung einer hohen Lebensdauer und Verfügbarkeit, bei weit­ gehender Wartungsfreiheit und Schwingungsdämpfung, immer wichtiger werden. Darüber hinaus kommen einer vom Ver­ fahrweg unabhängigen Systembauweise sowie einer puls- und ruckfreien Bewegung erhebliche Bedeutung zu.The increasing demands on drive and implementation systems in the dynamic range, which are characterized by the ver increased use of CNC technology, let determine te criteria such as freedom from play, stiff speed, reduction of the masses, while keeping long service life and availability, by far No maintenance and vibration damping, always become more important. In addition, one comes from Ver system design independent of the route and a pulse and jerk-free movement.

Eine wirklich gleichförmige Bewegung ist mit den bekann­ ten Antriebssystemen, wie beispielsweise Zahnstange/Rit­ zel im allgemeinen nicht möglich, da der ein- und auslaufende Zahn, wenn er vorgespannt sein muß, wechselnde Reibwerte der Abwälzung erzeugt.A really uniform movement is known with them drive systems, such as rack / rit Generally not possible because the tooth entering and leaving if it has to be preloaded, changing friction values of the Shifting generated.

Selbst bei Kugelspindeln ist die ein- bzw. auslaufende Kugel im Umlenksystem noch spürbar.Even with ball screws, the incoming or outgoing one Ball still noticeable in the deflection system.

Mangels anderer Lösungen ist aber dennoch noch immer das Zahnriemen-Antriebsprinzip weitverbreitet, das ohne eine Reibschlußunterstützung und somit mit störenden Dehnun­ gen arbeitet, die sich während des Bewegungsablaufes ständig ändern. Diese wechselnde Steifigkeit kann bei dynamischen Bewegungsverknüpfungen ein Pulsieren des Be­ wegungsablaufes bewirken, wodurch ein wirklich präziser Bewegungs­ ablauf unmöglich wird.In the absence of other solutions, however, this is still the case Timing belt drive principle widely used, that without one Frictional support and thus with disruptive stretching gene that works during the course of movement constantly changing. This changing stiffness can  dynamic movement links a pulsation of the loading cause movement sequence, creating a really precise movement process becomes impossible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Positio­ niergenauigkeit eines mit Hilfe eines Riemens verfahr­ baren Teils zu verbessern.The invention has for its object the position kidney accuracy of one using a belt improved part.

Die Lösung erfolgt mit Hilfe der Merkmale des Anspruches 1. The solution is achieved using the features of the claim 1.  

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.Advantageous further developments result from the Unteran sayings.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels im einzelnen beschrieben. Es zeigtThe invention is based on an embodiment example described in detail. It shows

Fig. 1 in einer schematischen Schnittdarstellung die Funktion des Riemenantriebs sowie Fig. 1 in a schematic sectional view of the function of the belt drive and

Fig. 2a und b eine speziell für gewölbte Auflageflächen aus­ gebildete Unterlage im Längsschnitt bzw. im Quer­ schnitt. Fig. 2a and b a section for arched support surfaces made of underlay in longitudinal section or in cross section.

In der Fig. 1 ist mit 11 ein feststehendes Bett darge­ stellt, auf dem sich eine Unterlage 12 für einen Riemen 13 befindet. Durch entsprechende Formgebung und Materialwerte der Oberfläche der Unterlage 12 wird ein Reibwert von nahezu 1,0 gegenüber dem aufliegenden Riemen 13 erreicht. Um auch hohe Kräfte übertragen zu können, sind im Riemen 13 in seiner Längsrichtung Zugstränge 20 aus glasfaserverstärktem Kunststoff, aus kohlefaserverstärktem Kunststoff oder aus Stahl eingebettet. Die Enden des Riemens 13 werden an Span­ nern 14 befestigt. Der Antrieb erfolgt über ein Antriebsrad 15, das aber anders als bei den bisher üblichen Antriebsvor­ richtungen nicht als Antriebsritzel, sondern als ein An­ triebsrad mit Reibbelag ausgebildet ist.In Fig. 1, 11 is a fixed bed Darge provides on which there is a pad 12 for a belt 13 . By means of appropriate shaping and material values of the surface of the base 12 , a coefficient of friction of almost 1.0 compared to the belt 13 lying thereon is achieved. In order to also be able to transmit high forces, tensile strands 20 made of glass fiber reinforced plastic, made of carbon fiber reinforced plastic or made of steel are embedded in the belt 13 in its longitudinal direction. The ends of the belt 13 are attached to span 14 . The drive takes place via a drive wheel 15 , which, however, unlike the previously common Antriebsvor directions, is not designed as a drive pinion, but as a drive wheel with a friction lining.

Zu beiden Seiten des Antriebsrades 15 sind Umlenkelemente 16, insbesondere Umlenkrollen vorgesehen, die für eine sol­ che Führung des Riemens 13 sorgen, daß dieser mit dem An­ triebsrad 15 einen möglichst großen Umschlingungswinkel bil­ det.On both sides of the drive wheel 15 deflection elements 16 , in particular deflection rollers are provided, which ensure a sol guidance of the belt 13 that this with the drive wheel 15 to the largest possible wrap angle bil det.

Zu beiden Seiten der Anordnung von Antriebsrad 15 und Um­ lenkelementen 16 können druckbeaufschlagte Andrückkufen 17 vorgesehen werden, an deren Unterseite in an sich bekannter Weise ein Luftpolster aufgebaut werden kann, dessen Druck ge­ genüber der nicht der Übertragung der Vorschubkraft dienenden Rückseite des Riemens 13 zumindest geringfügig größer ist als der an sich vorhandene Druck - z. B. durch eine Feder - auf die Andrückkufe 17, so daß bei Vorhan­ densein des Luftpolsters die Andrückkufe 17 von der Rückseite des Riemens 13 abgehoben wird und dieser somit ohne Reibung gegen­ über der Andrückkufe 17 gleiten kann, aber dennoch einen so großen Vertikaldruck erfährt, daß die gewünschte Reibschluß­ unterstützung an der Unterlage 12 an jedem Fall gewährlei­ stet ist.On both sides of the arrangement of the drive wheel 15 and order for steering elements 16 pressurized pressure runners 17 can be provided, on the underside of which an air cushion can be built up in a manner known per se, the pressure of which compared to the rear of the belt 13, which does not serve to transmit the feed force, at least slightly is greater than the existing pressure - e.g. B. by a spring - on the pressure skids 17 , so that when the air cushion is present, the pressure skids 17 are lifted off the back of the belt 13 and can thus slide without friction against the pressure skids 17 , but nevertheless experience such a large vertical pressure, that the desired frictional support on the pad 12 is guaranteed in any case.

Während bei mehreren bekannten Linearantrieben mit Stützzahn­ stangen das Problem mit der Zahnteilungs-Ungenauigkeit und der gezielten Spielfrei-Einstellung über die Umlenkrollen 16 besteht, kann bei der oben beschriebenen Ausführungsform mit festen Achsabständen beim Antriebsrad 15 und bei den Umlenk­ elementen 16 gearbeitet werden und die Spannung an den Span­ nern 14 den gewünschten Andrückkräften bei den Umschlin­ gungsantrieben problemlos angepaßt werden.While in several known linear drives with a supporting tooth, the problem with the tooth pitch inaccuracy and the targeted play-free adjustment via the deflection rollers 16 exists, in the embodiment described above it is possible to work with fixed center distances for the drive wheel 15 and the deflection elements 16 and the tension at the Span nern 14 the desired pressure forces in the Umschlin supply drives can be easily adjusted.

In diesem Zusammenhang ist es von untergeordneter Bedeutung, daß keine formschlüssige Verbindung zwischen dem Antriebsrad 15 und dem Riemen 13 und damit keine aus sich heraus positi­ onsgenaue Zuordnung gegeben ist, da modernere Antriebe mit unabhängigen Meßsystemen arbeiten, d. h. ihre Wegmessung zum Zweck der Positionierung über parallelliegende Maßstäbe erfolgt.In this context, it is of secondary importance that there is no positive connection between the drive wheel 15 and the belt 13 and therefore no position-specific assignment from itself, since more modern drives work with independent measuring systems, ie their path measurement for the purpose of positioning via parallel Standards.

In der Fig. 1 sind die verschiedenen Belastungszonen des Riemens im einzelnen gekennzeichnet. Im Bereich A befindet sich der Riemen 13 im Umschlingungsbetrieb. Der Übergang auf die Umlenkelemente 16 ist sehr kurz, um die frei dehnbaren Bereiche des Riemens 13, d. h. ohne Auflage, so klein wie möglich zu halten.The various load zones of the belt are identified in detail in FIG. 1. In area A , the belt 13 is in the loop operation. The transition to the deflection elements 16 is very short in order to keep the freely stretchable areas of the belt 13 as small as possible, ie without a support.

Im Bereich der Umlenkelemente 16 erhält der Riemen 13 eine Reibschlußunterstützung, während im Bereich R der Kraftfluß, d. h. die Vorschubkraft, bereits auf den feststehenden Reibbe­ lag der Unterlage 12 und das Bett 11 geleitet werden. Die wandernden Längen L 1 und L 2 des Riemens werden demnach nicht zusätzlich durch die Vorschubkraft belastet.In the area of the deflection elements 16 , the belt 13 receives a frictional support, while in the area R the force flow, ie the feed force, was already on the stationary Reibbe of the pad 12 and the bed 11 are guided. The traveling lengths L 1 and L 2 of the belt are therefore not additionally burdened by the feed force.

Bei Fortfall der Preßluft für die Luftpolster werden die druckbelasteten Andrückkufen 17 gegen die Rückseite des Rie­ mens 13 gepreßt und ermöglichen so eine spielfreie, hoch­ wirksame kraftschlüssige Arretierung in den Bereichen R, da sich nach dem Abbau des Luftpolsters die Andrückkufen 17 di­ rekt auf den Rücken des Riemens 13 auflegen und damit als Bremse wirken.If the compressed air for the air cushions ceases to exist, the pressure-loaded pressure skids 17 are pressed against the rear of the belt 13 and thus enable a play-free, highly effective non-positive locking in the areas R , since after the air cushion has been removed, the pressure skids 17 di directly onto the back of the belt 13 and thus act as a brake.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich durch ein Querprofil, wie es in Fig. 2a und 2b dargestellt ist. Durch die tonnen­ förmige Wölbung des Querschnitts der Unterlage 12 (Fig. 2b) und die seitliche Begrenzung durch Borde 21 erfährt der Rie­ men 13 bei seinem Einlaufen in die in diesem Fall nutförmige Unterlage 12 eine geringfügige Pressung in Querrichtung und durch die vorhandene Wölbung gleichzeitig einen erhöhten An­ preßdruck auf die Unterlage 12. Damit wird der Reibschluß weiter verbessert.A further improvement results from a transverse profile, as shown in FIGS. 2a and 2b. Due to the barrel-shaped curvature of the cross-section of the base 12 ( Fig. 2b) and the lateral boundary by shelves 21 , the belt 13 experiences a slight compression in the transverse direction and simultaneously through the existing curvature when it enters the groove-shaped base 12 increased contact pressure on the pad 12 . The frictional engagement is thus further improved.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Reibbelag der Un­ terlage 12 als keramische Schicht mit relativ großem Reib­ wert auszubilden. Das Trägerprofil des Reibbelages kann aber auch mit einer Körnung versehen sein. Er kann auch aus einem aufgespritzten Metallpulver mit Karbiden bestehen. In beson­ deren Fällen können auch Diamantsplitter in das Trägerprofil eingelassen bzw. im Metallspritzverfahren aufgebracht wer­ den.It has proven to be advantageous to design the friction lining of the substrate 12 as a ceramic layer with a relatively high friction value. The carrier profile of the friction lining can also be provided with a grain. It can also consist of a sprayed-on metal powder with carbides. In special cases, diamond chips can also be embedded in the carrier profile or applied in the metal spraying process.

Um die Längssteifigkeit des Riemens 13 unter Beibehaltung seiner Querelastizität zu erhöhen, können glasfaserverstärk­ te Kunststoffstränge, kohlefaserverstärkte Kunststoffstränge oder Stahlseile in Längsrichtung des Riemens angeordnet wer­ den.To increase the longitudinal rigidity of the belt 13 while maintaining its transverse elasticity, glass fiber reinforced plastic strands, carbon fiber reinforced plastic strands or steel cables can be arranged in the longitudinal direction of the belt.

Dabei kann die Verteilung der Zugstränge 20, d. h. der Kunst­ stoffstränge oder Stahlseile, ungleichmäßig über die Breite des Riemens 13 verteilt sein. So können die Zugstränge 20 beispielsweise vorzugsweise in der Mitte oder in den Randbe­ reichen des Riemens 13 angeordnet sein, um insbesondere un­ terschiedliche Dehnungen des Riemens 13 über seine Breite im Bereich der gewölbten Umlenkelemente 22 zuzulassen.The distribution of the tension cords 20 , ie the plastic strands or steel cables, can be distributed unevenly over the width of the belt 13 . For example, the tension cords 20 can preferably be arranged in the middle or in the region of the belt 13 , in order to allow un particular different expansions of the belt 13 over its width in the region of the curved deflection elements 22 .

Die Reibkräfte können durch senkrecht zur Oberfläche der Un­ terlage 12 auf einen magnetisierbaren Rie­ men 13, 23 wirkende Magnetkräfte verstärkt werden. Diese Magnetkräfte können beispielsweise durch Elektro-Magnete er­ zeugt werden, die in Längsrichtung der Unterlage 12 gleich­ mäßig verteilt angeordnet sind. So können bei Bedarf magne­ tische Kräfte sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung erzeugt werden. The frictional forces can be increased by perpendicular to the surface of the base 12 on a magnetizable belt 13, 23 acting magnetic forces. These magnetic forces can be generated, for example, by electro-magnets, which are arranged evenly distributed in the longitudinal direction of the base 12 . If necessary, magnetic forces can be generated in both directions.

Wird der Riemen 13 gegen die Unterlage gezogen, so erhöhen sich damit die übertragba­ ren Reibkräfte, wird hingegen durch Umpolung der Elektro- Magnete eine Magnetkraft in der anderen Richtung erzeugt, so wird der Riemen 13 gegen die Andrückkufen 17 des verfahrbaren Teils 25 gedrückt und dieser durch die so erzielte Bremswirkung gegen ungewolltes Verfahren gesichert.If the belt 13 is pulled against the base, this increases the transferable frictional forces, however, a magnetic force is generated in the other direction by reversing the polarity of the electromagnets, so the belt 13 is pressed against the pressing runners 17 of the movable part 25 and this secured against unwanted movement by the braking effect achieved in this way.

Der magnetisierbare Riemen kann auch als Stahl­ band ausgebildet und zumindest einseitig mit einer flexiblen Schicht aus Kunststoff oder anderen geeigneten Materialien als Reibfläche versehen sein.The magnetizable belt can also be used as steel band formed and at least one side with a flexible Layer of plastic or other suitable materials be provided as a friction surface.

Claims (7)

1. Linearantrieb, insbesondere für Werkzeugtische, wel­ cher eine Unterlage (12) aufweist, auf der ein gegen Ver­ schiebung gesicherter Riemen (13) aufliegt, welcher im Bereich zweier an einem gegenüber der Unterlage ver­ schiebbaren Tisch (25) befindlicher Umlenkelemente (16) von der Unterlage (12) weg über ein zwischen diesen ange­ ordnetes, am Tisch (25) drehbar gelagertes Antriebsrad (15) geführt wird, wobei der Riemen (13) um dieses einen großen Umschlingungswinkel bildet und wobei auf den Rie­ men (13) zwei Andrückelemente (17) wirken, von denen je eines neben einem Umlenkelement (16) am Tisch (25) nach außen gerichtet angeordnet ist und von denen je eines auf einer Seite des Tisches (25) einen sicheren Schluß zwischen dem Riemen (13) und der Unterlage (12) zum Posi­ tionieren des Tisches (25) bewirkt, dadurch gekennzeich­ net, daß beim Verfahren des Tisches (25) jedes als An­ drückkufe (17) ausgebildete Andrückelement mit Hilfe von Preßluft vom Riemen (13) abgehoben ist, damit der Tisch (25) ohne Gleitreibung, die von den Andrückkufen (17) am Riemen verursacht wird, gleiten kann und daß die Positio­ nierung des Tisches (25) durch den Fortfall der Preß­ luft kraftschlüssig erfolgt.1. Linear drive, in particular for tool tables, which has a base ( 12 ) on which a belt ( 13 ) secured against displacement rests, which is located in the region of two deflection elements ( 16 ) located on a table ( 25 ) that can be moved relative to the base ( 25 ) from the pad ( 12 ) over an arranged between them, on the table ( 25 ) rotatably mounted drive wheel ( 15 ) is guided, the belt ( 13 ) forming a large wrap angle around this and wherein on the belt men ( 13 ) two Pressure elements ( 17 ) act, one of which is arranged next to a deflecting element ( 16 ) on the table ( 25 ) facing outwards and one of which on each side of the table ( 25 ) ensures a secure connection between the belt ( 13 ) and the Underlay ( 12 ) for positioning the table ( 25 ) causes, characterized in that, when the table ( 25 ) is moved, each of the press runners ( 17 ) designed with the aid of compressed air t is lifted from the belt ( 13 ) so that the table ( 25 ) can slide without sliding friction, which is caused by the pressure runners ( 17 ) on the belt, and that the positioning of the table ( 25 ) is non-positively due to the elimination of the press . 2. Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kufen (17) und/oder Umlenkelemente (16) ton­ nenförmig gewölbt sind und den Riemen (13) auf eine gleichgewölbte Unterlage (12) drücken. 2. Linear drive according to claim 1, characterized in that the runners ( 17 ) and / or deflection elements ( 16 ) are curved in a ton-like manner and press the belt ( 13 ) onto an arched base ( 12 ). 3. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche des Riemens (13) durch an der Unterlage befindliche Seitenborde be­ grenzt ist, deren Abstand geringfügig kleiner ist als die entspannte Breite des Riemens.3. Linear drive according to one of claims 1 or 2, characterized in that the bearing surface of the belt ( 13 ) is limited by on the base side rims be, the distance between them is slightly smaller than the relaxed width of the belt. 4. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Unterlage eine keramische Schicht oder eine mit einer Körnung oder mit einer mit Diamantsplittern versehene Oberfläche oder ein mit Karbi­ den versehenes aufgespritztes Metallpulver für den Rie­ menkontakt aufweist.4. Linear drive according to one of claims 1 to 3, there characterized in that the base is a ceramic Layer or one with a grain or with one with Surface with diamond chips or a carbine the sprayed metal powder for the Rie has contact. 5. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Riemen Kunststoffstränge oder Stahlseile hat, die ungleichmäßig über die Riemen­ breite verteilt sind.5. Linear drive according to one of claims 1 to 4, there characterized in that the belt plastic strands or has steel cables that are uneven across the straps are widely distributed. 6. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kunststoffstränge oder Stahlseile im Bereich der Riemenmitte oder in den Randbe­ reichen des Riemens (13) vorliegen.6. Linear drive according to one of claims 1 to 5, characterized in that the plastic strands or steel cables in the area of the belt center or in the Randbe range of the belt ( 13 ) are present. 7. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Reibkraft durch senkrecht zu einem magnetisierbaren Riemen (13) wirkende Magnet­ kräfte erhöht wird.7. Linear drive according to one of claims 1 to 6, characterized in that the frictional force is increased by perpendicular to a magnetizable belt ( 13 ) acting magnetic forces.
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