DE4019859A1

DE4019859A1 - ROLLER SCREW DRIVE

Info

Publication number: DE4019859A1
Application number: DE19904019859
Authority: DE
Inventors: Ulrich Kaczynski
Original assignee: Leica Mikroskopie und Systems GmbH
Current assignee: Leica Microsystems Wetzlar GmbH
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1992-01-02
Also published as: DE9007492U1; WO1992000475A1

Abstract

The description relates to a roller friction screw drive to convert a rotary into a linear movement in a movable machine part (2), especially a scanning table for microscopes, in which a rotatable drive shaft (10) with a smooth surface is arranged along the direction of movement of the machine part. At least one spring-loaded roller (4) is fitted on the shaft (10). The longitudinal axis (17) of the roller (4) intersects with the parallel-projected axis (16) of the drive shaft (10) at an angle of incidence (a). This angle (a) is characteristic of the multiplication of the drive.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rollen-Reibschraubantrieb zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine lineare Bewegung eines bewegbaren Maschi nenteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a roller friction screw drive for conversion a rotary movement into a linear movement of a movable machine partly in accordance with the preamble of patent claim 1.

Reibschraubantriebe zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine lineare Bewegung eines bewegbaren Maschinenteils sind bekannt und werden unter dem Begriff Roll- und Reibantrieb geführt. Sollen derartige Antriebe ein geringes Volumen aufweisen und zusätzlich große Untersetzungen zur Anwendung kommen, die einen feinen Vorschub ermöglichen, werden üb licherweise sogenannte Wälzmuttern verwendet. Eine deratige Wälzmutter ist aus der DE 27 09 006 C2 bekannt und beinhaltet einzelne über eine glatte Welle angeordnete Rollringe. Diese wälzen sich mit ihrer Innen lauffläche auf der Welle ab, wobei die Ringe schräg zur Wellenachse angeordnet sind und mit dieser in einer kraftschlüssigen Verbindung stehen.Friction screw drives for converting a rotary movement into a linear one Movement of a movable machine part are known and are under the term rolling and friction drive. Should such drives have a small volume and also large reductions for Applications that allow a fine feed are practiced so-called roller nuts are used. Such a nut is known from DE 27 09 006 C2 and includes individual ones smooth shaft arranged roller rings. These wallow with their inside tread on the shaft, with the rings at an angle to the shaft axis are arranged and with this in a non-positive connection stand.

Weitere derartige Wälzmuttern sind in der DE 33 02 625 C2 und DE 33 02 633 A1 beschrieben. Diese Wälzmuttern weisen jedoch den gemeinsamen Nachteil auf, daß bei der Ankopplung derartiger Elemente an das zu be wegende Maschinenteil ein Parallelitätsausgleich zwischen der An triebswelle und der Führungsbahn des Maschinenteils zusätzlich ge schaffen werden muß.Other such nuts are in DE 33 02 625 C2 and DE 33 02 633 A1. However, these rolling nuts have the common one Disadvantage on that when coupling such elements to be moving machine part a parallelism compensation between the An drive shaft and the guideway of the machine part additionally ge must be created.

In der Zeitschrift "Feingerätetechnik", 6.Jahrgang, Heft 7, Juli 1957, wird auf der Seite 298 eine luftgelagerte Gewindespindel mit glatter Oberfläche beschrieben, an der kräftschlüssig ein Schneidenrad ange ordnet ist. Dieses Rad ist in einer Halterung angeordnet, die durch Verdrehen um die vertikale Achse einen Winkel gegen die Gewindespindel bildet. Dadurch erfolgt, bei einem Antrieb des Schneidenrads, nicht nur eine drehende Bewegung der Spindel, sondern auch eine Bewegung in axialer Richtung. Nachteilig ist der hohe Aufwand für das beschriebene Luftlager und außerdem die Notwendigkeit eines zusätzlichen Paral lelitätsausgleichs zwischen der Antriebswelle und der Führungsbahn des Maschinenteils.In the magazine "Feingerätetechnik", year 6, issue 7, July 1957, on page 298 an air-bearing threaded spindle with a smooth Surface described, on which a cutting wheel is positively attached is arranged. This wheel is arranged in a holder that by Twist an angle against the threaded spindle around the vertical axis forms. This does not occur when the cutting wheel is driven just a rotating movement of the spindle, but also a movement in axial direction. The high outlay for the described is disadvantageous Air bearings and also the need for an additional parallel Reliability compensation between the drive shaft and the guideway of the Machine part.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Antrieb zur Umwand lung einer Dehbewegung in eine lineare Bewegung derart zu verbessern, daß kein zusätzlicher Parallelitätsausgleich notwendig ist und dabei die auf das Maschinenteil wirkenden Antriebskräfte begrenzt werden.It is an object of the present invention to provide a drive for conversion to improve the movement of a linear motion in such a way that no additional parallelism compensation is necessary and thereby the driving forces acting on the machine part are limited.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegen stand der Unteransprüche.This object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved. Advantageous further developments are counter stood the subclaims.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß neben einer hochaufge lösten Positionierung des Maschinenteils auch beliebig lange Antriebs wellen verwendet werden können, wobei die Rolle(n) in einem separat gefertigten Bauteil gelagert ist (sind) und die kraftschlüssige Wirk verbindung zwischen Rolle und Antriebswelle über Federn hergestellt wird. Dabei ist es außerdem vorteilhaft, wenn die Lagerung der Rol le(n) über ein Federparallelogramm oder ein Federgelenk erfolgt, da mit diesen einfachen Mitteln ein Parallelitätsausgeleich zwischen der Antriebswelle und dem zu bewegenden Maschinenteil durchgeführt wird.The invention is characterized in that in addition to a hochaufge also solved positioning of the machine part of any length Shafts can be used, with the roll (s) in one separately manufactured component is (are) and the non-positive effect connection between roller and drive shaft via springs becomes. It is also advantageous if the storage of the Rol le (n) via a spring parallelogram or a spring joint, because with these simple means a parallelism compensation between the Drive shaft and the machine part to be moved is performed.

Ein weiterer besonderer Vorteil des nachfolgend beschriebenen Antriebs liegt darin, daß die auf das Maschinenteil wirkenden Antriebskräfte durch die Kräfte der Andruckfedern begrenzt werden können. Damit wird erreicht, daß bei Überlastung des Antriebs, z. B. durch unbeabsich tigtes Eingreifen der Bedienperson in den Antriebsmechanismus, ein dann vorhandener Schlupf zwischen Antriebswelle und Rolle besteht und somit das Maschinenteil nicht weiterbewegt wird.Another particular advantage of the drive described below is that the driving forces acting on the machine part can be limited by the forces of the pressure springs. So that will achieved that when the drive is overloaded, e.g. B. by unintentionally Intervention of the operator in the drive mechanism then there is slip between the drive shaft and roller and thus the machine part is not moved.

In einer besonderen Ausführungsform wird eine exakte Positionierung des Maschinenteils trotz eines vorhandenen Schlupfs, der auch aus einer zu hoch gewählten Umdrehungszahl der Antriebswelle resultieren kann, dadurch sichergestellt, daß am Maschinenteil ein Längenmeßsystem angeordnet ist. Die von diesem System ermittelten Daten werden zur Steuerung des Antriebsmotors verwendet.In a special embodiment, an exact positioning of the machine part in spite of an existing slip, which also from too high a selected speed of the drive shaft result can, thereby ensuring that a length measuring system on the machine part is arranged. The data determined by this system become Control of the drive motor used.

Selbstverständlich können auch Endschalter vorgesehen sein, die den Antrieb beim Erreichen einer bestimmten Position des Maschinenteils abschalten. In diesem Fall kann auf ein o. a. Längenmeßsystem ver zichtet werden.Of course, limit switches can also be provided, which the Drive when a certain position of the machine part is reached switch off. In this case, an o. Length measuring system ver to be waived.

In den Zeichnungen ist die Erfindung in Ausführungsbeispielen schema tisch dargestellt. Es zeigen:In the drawings, the invention is schematic in exemplary embodiments represented table. Show it:

Fig. 1 ein als Führungsschlitten ausgebildetes Maschinenteil mit Rollen-Reibschraubantrieb, Fig. 1 is embodied as a guiding slide machine part with roller Reibschraubantrieb,

Fig. 2 den Rollen-Reibschraubantrieb gemäß Fig. 1 im Detail Fig. 2 shows the roller friction screw drive according to Fig. 1 in detail

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Antriebs mit einer zusätzlichen Führungswelle, Fig. 3 shows another embodiment of the drive with an additional guide shaft,

Fig. 4 den Rollen-Reibschraubantrieb gemäß Fig. 3 im Detail. Fig. 4 shows the roller friction screw drive according to Fig. 3 in detail.

Die Fig. 1 zeigt ein als Führungsschlitten ausgebildetes Maschinen teil 1, 2 mit einem daran angeordneten Längenmeßsystem 3. Das Oberteil 2 des Führungsschlittens ist in der durch einen Pfeil gekennzeichneten Richtung bewegbar ausgebildet. Als Führungselemente sind im Oberteil 2 Nuten 18 eingelassen, in denen zwei Führungsschienen 19, 20 laufen. Diese sind dem Basisteil 1 des Maschinenteils zugeordnet. Ferner sind in dieser Figur zwei Lagerböcke 11, 12 dargestellt, die fest mit dem Oberteil 2 verbunden sind und die je eine Buchse 21 aufweisen, in denen eine drehbare Antriebswelle 10 gelagert ist. Die Antriebswelle 10 ist mit einem Motor 13 gekoppelt. Dieser Antrieb kann selbstver ständlich auch als Handgriff ausgebildet sein. Fig. 1 shows a part designed as a guide carriage machines 1, 2 with a length measuring system arranged thereon. 3 The upper part 2 of the guide carriage is designed to be movable in the direction indicated by an arrow. As the guide elements 2 grooves 18 are embedded in the upper part, in which two guide rails 19 , 20 run. These are assigned to the base part 1 of the machine part. Furthermore, two bearing blocks 11 , 12 are shown in this figure, which are fixedly connected to the upper part 2 and each have a bushing 21 in which a rotatable drive shaft 10 is mounted. The drive shaft 10 is coupled to a motor 13 . This drive can of course also be designed as a handle.

Am Basisteil 1 ist eine Adapterplatte 8 feststehend angeordnet, die zwei über ein Federparallelogramm 6, 7 gelagerte Rollen 4, 5 trägt. Das Parallelogramm wird mit zwei über Blattfedern 6, 7 an der Adapterplatte 8 befestigte Lagerböcke 22 gebildet. Jedem dieser Lagerböcke 22 ist eine Rolle 4 bzw. 5 zugeordnet. Die Rollen 4, 5 stehen in punkt förmiger Anlage mit der Antriebswelle 10. Dabei sind die Lagerböcke 22 mit Federn 9 gegeneinander vorgespannt, so daß zwischen den Rollen 4, 5 und der Antriebswelle 10 eine kraftschlüssige Wirkverbindung besteht.An adapter plate 8 is fixedly arranged on the base part 1 and carries two rollers 4 , 5 supported by a spring parallelogram 6 , 7 . The parallelogram is formed with two bearing blocks 22 fastened to the adapter plate 8 by means of leaf springs 6 , 7 . A roller 4 or 5 is assigned to each of these pillow blocks 22 . The rollers 4 , 5 are in point-shaped contact with the drive shaft 10 . The bearing blocks 22 are biased with springs 9 against each other, so that there is a positive connection between the rollers 4 , 5 and the drive shaft 10 .

Die Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der Fig. 1 mit der Adapterplatte 8, dem Parallelogramm mit den Blattfedern 6, 7 sowie den über die Federn 9 gegen die Antriebswelle 10 vorgespannten Rollen 4, 5. Aus dieser Figur wird deutlich, daß die Rollen 4, 5 unter einem Anstellwinkel a an der Antriebswelle 10 anliegen. Die Mittelachse der Antriebswelle 10 ist mit dem Bezugszeichen 15 versehen und die Projek tion dieser Mittelachse mit 16. Die Rolle 4 weist eine Achse 17 auf, die sich unter dem Anstellwinkel a mit der projizierten Mittelachse 16 der Antriebswelle 10 schneidet. Der gleiche Anstellwinkel a, mit umge kehrten Vorzeichen, ist zwischen der Rolle 5 und der Antriebswelle 10 realisiert. Aus dieser Darstellung wird deutlich, daß über diesen An stellwinkel a der Betrag der linearen Vorschubbewegung des Maschinen teils 2 zur umlaufenden Antiebswelle 10 gesteuert wird. Die lineare Vorschubbewegung ist somit abhängig von der Drehzahl des Motors 13 bzw. der Antriebswelle 10 und dem Anstellwinkel a der Rollen 4, 5. Durch diesen Anstellwinkel a besteht die kraftschlüssige Wirkver bindung zwischen der Antriebswelle 10 und den Rollen 4, 5 nur in einer angenäherten Punktberührung. FIG. 2 shows an enlarged section from FIG. 1 with the adapter plate 8 , the parallelogram with the leaf springs 6 , 7 and the rollers 4 , 5, which are prestressed against the drive shaft 10 via the springs 9 . It is clear from this figure that the rollers 4 , 5 rest against the drive shaft 10 at an angle of attack α. The central axis of the drive shaft 10 is provided with the reference numeral 15 and the projection of this central axis with the 16th The roller 4 has an axis 17 which intersects with the projected central axis 16 of the drive shaft 10 at the angle of attack α. The same angle of attack a, with the opposite sign, is realized between the roller 5 and the drive shaft 10 . From this representation it is clear that the amount of the linear feed movement of the machine part 2 to the rotating drive shaft 10 is controlled via this setting angle a. The linear feed movement is thus dependent on the speed of the motor 13 or the drive shaft 10 and the angle of attack α of the rollers 4 , 5 . By this angle of attack a, there is the positive connection between the drive shaft 10 and the rollers 4 , 5 only in an approximate point contact.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Führungsschlitten 18, der Antriebswelle 10 und einer fest stehenden Welle 14. Die Wellen 10 und 14 sind parallel zueinander ausgerichtet, wobei der Führungsschlitten 18 eine Lagerbuchse 23 zur Aufnahme der feststehenden Welle 14 aufweist. Im Gegensatz zur Welle 14 ist die Antriebswelle 10 in den Lagerböcken 11, 12 drehbar ange ordnet und mit dem Motor 13 verbunden. Der Führungsschlitten 18 ist auf der Welle 14 über ein nicht mit dargestelltes Gleit- oder Linear kugellager geführt und auf der Antriebswelle 10 mit der Rolle 5 abge stützt. Die Rolle 4, der ein Federgelenk 24 zugeordnet ist, ist mit den Federn 9 gegen die Antriebswelle 10 gezogen. Diese kraftschlüssige Verbindung mit den Anstellwinkeln a der Rollen 4, 5 zu der Antriebs welle 10 wurde bereits zu den Fig. 1 und 2 beschrieben. FIG. 3 shows another embodiment of the invention with a guide carriage 18, the drive shaft 10 and a fixed shaft 14. The shafts 10 and 14 are aligned parallel to one another, the guide carriage 18 having a bearing bush 23 for receiving the fixed shaft 14 . In contrast to the shaft 14 , the drive shaft 10 is rotatably arranged in the bearing blocks 11 , 12 and connected to the motor 13 . The guide carriage 18 is guided on the shaft 14 via a slide or linear ball bearing, not shown, and is supported on the drive shaft 10 with the roller 5 . The roller 4 , which is assigned a spring joint 24 , is pulled with the springs 9 against the drive shaft 10 . This positive connection with the angles of attack a of the rollers 4 , 5 to the drive shaft 10 has already been described with reference to FIGS. 1 and 2.

In der Fig. 4 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus der Fig. 3 mit dem Führungsschlitten 18, den Wellen 10 und 14, dem Federgelenk 24 sowie den Rollen 4, 5 mit den Andruckfedern 9 dargestellt. Analog zur Fig. 2 sind auch hier die Rollen 4, 5 unter einem Winkel a zur Antriebs welle 10 schräggestellt angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf eine Darstellung der Achsen gemäß der Fig. 2 verzichtet. Aus dieser Figur wird jedoch auch deutlich, daß der Führungsschlitten 18 als Trägerplatte für einen weiteren Rollen-Reibschraubantrieb aus gebildet sein kann. Dieser ist dann senkrecht zur dargestellten An trieb angeordnet und bildet mit diesem beispielsweise den Antrieb für einen X-Y Scanningtisch eines Mikroskops.In FIG. 4 is an enlarged detail of FIG. 3 with the guide block 18, the shafts 10 and 14, the spring link 24 and the reels 4, 5 with the pressure springs. 9 Analogously to FIG. 2, the rollers 4 , 5 are arranged at an angle a to the drive shaft 10 inclined. For the sake of clarity, the axes according to FIG. 2 have not been shown. From this figure, however, it is also clear that the guide carriage 18 can be formed as a carrier plate for a further roller friction screw drive. This is then arranged perpendicular to the drive shown and forms with this, for example, the drive for an XY scanning stage of a microscope.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Rollen-Reibschraubantriebs wird mit Hilfe der Fig. 1 näher erläutert. Die drehbar gelagerten Rollen 4, 5 sind über das Federparallelogramm mit den Blattfedern 6, 7 mit der Adapterplatte 8 verbunden. Diese ist am feststehenden Basis teil 1 des Schlittens befestigt. Die beiden Federn 9 drücken die Rol len 4, 5 gegen die glatte Antriebswelle 10, so daß eine kraftschlüssige Verbindung zwischen diesen Bauteilen besteht. Die Antriebswelle 10 ist über eine nicht dargestellte Kupplung mit dem Motor 13 verbunden. Die Antriebswelle 10 dreht die Rollen 4, 5 durch den vorhandenen Reib schluß. Durch die Schrägstellung der Rollen 4, 5 zur Antriebswelle 10 wird die Drehbewegung der Antriebswelle in eine lineare Bewegung, ver gleichbar mit der Vorschubbewegung eines Gewindes, über die Adapter platte auf das Schlittenoberteil 2 übertragen. Eventuell vorhandene Fehler in der Positionierung, durch vorhandenen Schlupf zwischen der Antriebswelle 10 und den Rollen 4, 5, werden durch das Längenmeßsystem 3 kompensiert.The functioning of the roller friction screw drive according to the invention is explained in more detail with the aid of FIG. 1. The rotatably mounted rollers 4 , 5 are connected to the adapter plate 8 via the spring parallelogram with the leaf springs 6 , 7 . This is attached to the fixed base part 1 of the carriage. The two springs 9 press the Rol len 4 , 5 against the smooth drive shaft 10 , so that there is a positive connection between these components. The drive shaft 10 is connected to the motor 13 via a coupling, not shown. The drive shaft 10 rotates the rollers 4 , 5 by the existing friction circuit. Due to the inclination of the rollers 4 , 5 to the drive shaft 10 , the rotary movement of the drive shaft in a linear movement, ver comparable to the feed movement of a thread, is transferred via the adapter plate to the upper carriage part 2 . Any existing errors in the positioning, due to existing slippage between the drive shaft 10 and the rollers 4 , 5 , are compensated for by the length measuring system 3 .

BezugszeichenlisteReference symbol list

1 Basisteil des Führungsschlittens
2 Oberteil des Führungsschlittens
3 Längenmeßsystem
4 Rolle
5 Rolle
6 Blattfeder
7 Blattfeder
8 Adapterplatte
9 Feder
10 Antriebswelle
11 Lagerbock
12 Lagerbock
13 Antriebsmotor
14 Führungswelle
15 Achse der Antriebswelle 10
16 Projektion von 15
17 Achse der Rolle 4
18 Nut in 2
19 Führungsschiene
20 Führungsschiene
21 Lagerbuchse
22 Lagerbock
23 Lagerbuchse 1 base part of the slide
2 top part of the slide
3 length measuring system
4 roll
5 roll
6 leaf spring
7 leaf spring
8 adapter plate
9 spring
10 drive shaft
11 bearing block
12 bearing block
13 drive motor
14 guide shaft
15 axis of the drive shaft 10
16 projection of 15
17 axis of roller 4
18 groove in 2
19 guide rail
20 guide rail
21 bearing bush
22 bearing block
23 bearing bush

Claims

1. Roller friction screw drive for converting a rotary movement into a linear movement of a movable machine part, in particular a scanning table for microscopes, with a drive shaft ( 10 ) on which at least one rotatably mounted transmission element is positively arranged at an angle of attack, characterized in that the Drive shaft ( 10 ) arranged along the direction of movement of the machine part, the transmission element is designed as a spring-mounted roller ( 4 ) and is biased against the drive shaft ( 10 ) via additional spring means ( 9 ).

2. Roller friction screw drive according to claim 1, characterized in that two opposing rollers ( 4 , 5 ) are arranged around the drive shaft ( 10 ).

3. roller friction screw drive according to claim 2, characterized in that the rollers ( 4 , 5 ) via a spring parallelogram ( 6 , 7 ) are mounted.

4. Roller friction screw drive according to claim 1, characterized in that the roller ( 4 ) is mounted on a leaf spring ( 21 ).

5. Roller friction screw drive according to one of the preceding claims, characterized in that an additional axis ( 14 ) for parallel guidance of the machine part ( 2 ; 18 ) is provided parallel to the drive shaft ( 10 ).

6. Roller friction screw drive according to one of the preceding claims, characterized in that a length measuring system ( 3 ) is provided for the reproducible control of a certain position of the machine part ( 2 ; 18 ).

7. Roller friction screw drive according to one of the preceding claims, characterized in that several transmission elements are arranged on the drive shaft ( 10 ) to increase the thrust.