DE3904374A1 - Maschinenelement zur erzeugung von linear- und drehbewegungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Maschinenelement zur Erzeugung von Linear- und Drehbewegungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung soll es ermöglichen, definierte Linear- und Drehbewegungen zum Beispiel im Bereich der Handhabungs­ technik zu erzeugen, wobei die Antriebe zur Erzeugung dieser Bewegung bezogen auf die bezeichnete Bewegung stationär angeordnet sind und die Welle, an dessen Ende weitere Bewegungsachsen angebaut sein können, die Bewegungen ausführt.

Es ist bekannt, daß zum Erzielen von Linear- und Drehbewegungen Maschinenelemente eingesetzt werden, die Linearbewegungen bei stationärem Antrieb über ein in sich nicht drehbares Maschinenelement, z. B. eine Zahnstange oder eine Spindel, erzeugt werden, und zur Erzeugung der Drehbewegung ein Antrieb auf dem Linearelement mitgefahren wird oder das gesamte Linearelement mit seinen Führungen und dem Antrieb gedreht wird.

Diese Baugruppen sind aufwendig, benötigen Bauraum und bedingen Gewichte, die insbesondere in der Handhabungstechnik möglichst minimiert werden sollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erzeugung von kombinierbaren Linear- und Drehbewegungen in einem Maschinenelement zusammenzufassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Maschinenelement eingesetzt wird, welches aus einer Welle besteht, die sowohl ein Schraubengewinde, welches sich im Eingriff mit einer axial fixierten, drehbar gelagerten und angetriebenen Spindelmutter befindet, als auch Laufbahnen oder Nuten in axialer Richtung aufweist, die sich im Eingriff mit einer axial fixierten, drehbar gelagerten und angetriebenen Nabe befinden.

Die Linear- und Drehbewegungen werden dadurch erzeugt, daß die Spindelmutter und die Nabe zur Axialführung je über einen Vorschubantrieb gedreht werden, wobei für eine reine Linearbewegung der Welle die Spindelmutter gedreht und die Nabe festgehalten wird, für eine reine Drehbewegung der Welle sowohl die Spindelmutter als auch die Nabe zur Axialführung um den gleichen Drehwinkel gedreht werden, und zum Erreichen einer kombinierten Dreh- und Linearbewegung die Nabe zur Axialführung um den Betrag des gewünschten Drehwinkels und die Spindelmutter unter Berücksichtigung der Vorzeichen der gewünschten Bewegungen um die Summe aus Drehwinkel der Welle und dem aus der Gewindesteigung resultierenden Drehwinkel für die Linearbewegung gedreht wird.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß die Antriebe zur Erzielung der Bewegungen bezogen auf die Bewegungen stationär angeordnet werden können und daß dadurch, daß sowohl die Gewindenuten wie auch die Axialführungsnuten sich auf der Welle überschneiden können und bei entsprechender Länge der Welle Bewegungen ermöglichen, die nicht durch den Abstand von Spindelmutter und Axialführungsnabe begrenzt sind.

Weiter ist bei Verwendung einer Hohlwelle die Unterbring­ ung von Energiezuführungsleitungen oder weiterer Antriebe z. B. für am Wellenende benötigte Bewegungsachsen möglich. Bezüglich der Ausführung des Spindel- und Axialführungssystems sind Kombinationsmöglichkeiten gemäß Anspruch 2 bis 6 möglich.

Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Hohlwelle 1 mit dem Querschnitt 1 a trägt 3 Nuten für die als Kugelumlaufelement ausgeführte Axialführungsnabe 3 als auch die Laufbahn für die Kugeln der Kugelumlaufspindelmutter 2, wobei die Kugeln von 2 und 3 gleichen Durchmesser und die dazugehörigen Nuten die gleiche Tiefe haben. Die Kugelumlaufspindelmutter ist über das Lager 9 im geteilten Gehäuse 4 gelagert und über die verschraubten Deckel 5 und 6 axial fixiert. Ebenso ist die Axialführungsnabe 3 im Lager 10 im gleichen geteilten Gehäuse 4 gelagert und über die Deckel 7 und 8 axial gesichert. Die Kugelrollspindelmutter wird über ein Kegelradpaar 11 und dem auf die Welle 13 arbeitenden Stellantrieb gedreht. Die Axialführungsnabe wird über das Kegelradpaar 12 und dem auf die Welle 14 arbeitenden Stellantrieb gedreht.

Um eine reine Linearbewegung der Welle 1 zu erhalten, wird die Spindelmutter 2 durch Drehen des Stellantriebes an der Welle 13 gedreht und die Nabe 3 festgehalten. Für eine reine Drehbewegung der Welle 1 wird sowohl die Spindelmutter 2 über die Welle 13 als auch die Nabe zur Axialführung 3 durch Verdrehen des an der Welle 14 angreifenden Stellantriebes um den gleichen Drehwinkel gedreht.

Zum Erreichen einer kombinierten Dreh- und Linearbewegung wird die Nabe zur Axialführung 3 um den Betrag des gewünschten Drehwinkels und die Spindelmutter 2 unter Berücksichtigung der Vorzeichen der gewünschten Bewegungen um die Summe aus dem Drehwinkel der Axialführungsnabe 3 und dem aus der Gewindesteigung resultierenden Drehwinkel für die Linearbewegung gedreht.

Claims (8)

1. Maschinenelement zur Erzeugung von Linear- und Drehbewegungen zum Einsatz insbesondere im Industrieroboter-, Handhabungs- und Werkzeugmaschinenbereich, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Welle besteht, die sowohl ein Schraubengewinde, welches sich im Eingriff mit einer axial fixierten, drehbar gelagerten und angetriebenen Spindelmutter befindet, als auch Laufbahnen oder Nuten in axialer Richtung aufweist, die sich im Eingriff mit einer axial fixierten, drehbar gelagerten und angetriebenen Nabe befinden.

2. Maschinenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter als bekannte Kugelumlaufspindelmutter und die in den Axialnuten laufende Nabe ebenfalls als ein bekanntes Kugelumlaufelement ausgeführt ist, wobei die Kugeldurchmesser beider Elemente in etwa gleichen Durchmesser und die dazugehörigen Laufbahnen in etwa die gleiche Tiefe aufweisen, um ein Herausfallen der Kugeln an den Kreuzungsstellen von Gewinde- und Axiallaufbahnen zu vermeiden.

3. Maschinenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter als bekannte Kugelumlaufspindelmutter und die in den Axialnuten laufende Nabe ein Keilprofil aufweist, wobei die Gewindegänge der Kugelumlaufgewindes und die Axialnuten in etwa die gleiche Tiefe aufweisen, um ein Herausfallen der Kugeln an den Kreuzungsstellen von Gewindelaufbahnen und Axialnuten zu vermeiden.

4. Maschinenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter und Spindel ein Gewinde aufweisen und die in den Axialnuten laufende Nabe ein Keilprofil aufweist.

5. Maschinenelement nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des Gewindes im Verhältnis zur Ganghöhe sowie die Anzahl und Breite der Axialnuten bzw. Laufbahnen so aufeinander abgestimmt sind, daß ausreichende tragende Flankenabmessungen vorhanden sind.

6. Maschinenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter und die Nabe zur Axialführung in bekannter Weise vorgespannt sind, um einen spielfreien oder spielarmen Lauf zu erzielen.

7. Maschinenelement nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter und die Nabe zur Axialführung je über einen Vorschubantrieb gedreht werden, wobei für eine reine Linearbewegung der Welle die Spindelmutter gedreht und die Nabe festgehalten wird, für eine reine Drehbewegung der Welle sowohl die Spindelmutter als auch die Nabe zur Axialführung um den gleichen Drehwinkel gedreht werden, und zum Erreichen einer kombinierten Dreh- und Linearbewegung die Nabe zur Axialführung um den Betrag des gewünschten Drehwinkels und die Spindelmutter unter Berücksichtigung der Vorzeichen der gewünschten Bewegungen um die Summe aus Drehwinkel der Welle und dem aus der Gewindesteigung resultierenden Drehwinkel für die Linearbewegung gedreht wird.

8. Maschinenelement nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle hohl ausgeführt wird, um darin Energiezuführungsleitungen oder weitere Antriebe z. B. für am Wellenende benötigte Bewegungsachsen unterzubringen.