DE4023361C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Endschalter-Meßgetriebe, insbesondere für Handhabungs- und Automatisierungsgeräte, zur Begrenzung der Anzahl der Umdrehungen einer Welle, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Mechanische Endschalter-Meßgetriebe der gattungsgemäßen Art haben die Aufgabe, bei Überschreitung einer vorgegebenen Anzahl an Umdrehungen einer Welle die Abschaltung ihres Antriebs zu bewirken. Derartige Vorrichtungen werden in der Handhabungs- und Automatisierungsindustrie (Industrieroboter) eingesetzt, um die Manipulatoren und die von ihnen gehandhabten Werkzeuge bei auftretenden Störungen, wie etwa Kabelbrüchen und softwarebedingten Fehlreaktionen vor Kollisionen und Beschädigungen zu schützen, die ansonsten durch unkontrollierte Bewegungen zu besorgen wären. Zu diesem Zweck wird durch die gattungsgemäßen Endschalter-Meßgetriebe der durch den Antriebsmotor vorgegebene Bewegungsbereich räumlich eingegrenzt. Zu diesem Zweck muß die Anzahl der Umdrehungen des Antriebsmotors bzw. der von ihm angetriebenen Antriebswelle auf eine vorgegebene, jedoch veränderbare Anzahl an Umdrehungen begrenzt werden.

Prinzipiell ist es möglich, die Anzahl der Umdrehungen des Motors mit Hilfe eines Zahnraduntersetzungsgetriebes und der dadurch bewirkten Verringerung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle zu begrenzen. Die Schaltgenauigkeit einer derartigen Anordnung ist jedoch sehr gering.

Weiter ist aus der auf die gleiche Anmelderin zurückgehenden DE-GBM 89 01 571 bekannt, durch eine Vorrichtung gattungsgemäßer Art die Anzahl der Umdrehungen in einer Richtung zu begrenzen. Um eine Begrenzung der Bewegung eines Freiheitsgrades zu erreichen, muß in jeder Richtung für jeden Endpunkt jeweils ein Endschalter, d. h. insgesamt zwei, eingesetzt werden.

Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Schaffung eines Endschalter-Meßgetriebes zur Aufgabe gemacht, mit dessen Hilfe eine zuverlässige Abschaltung des Motors bei präziser Schaltgenauigkeit in zwei unterschiedlichen Schaltpunkten erreichbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, mindestens drei koaxiale Scheiben durch diejenige Welle, deren Anzahl an Umdrehungen gemessen werden soll, anzutreiben, wobei sich die Drehzahl der Scheiben geringfügig unterscheidet. Als Folge dieser Anordnung ist zu beobachten, daß sich nach einer Umdrehung der Welle die räumliche Zuordnung der Scheiben ändert und erst nach einer gewissen Anzahl an Umdrehungen, die in ihrem absoluten Betrag bestimmt ist, durch die jeweils zugeordnete Zahl des Quotienten der Drehzahlverhältnisse der Scheiben die gleiche Relativstellung der Scheiben zueinander entsteht. Je geringer die Differenz der Drehzahl der Scheiben ist, um so größer ist die Anzahl der Umdrehungen, um wieder die gleiche Relativstellung der Scheiben zueinander zu erhalten. An Hand zweier Scheiben, deren spezielles Übersetzungsverhältnis zueinander 100 : 99 beträgt, soll dies näher erläutert werden. Dann vollführt die eine der Scheiben 100 und die andere 99 Umdrehungen, um die zu Anfang eingenommene Relativposition wieder einzunehmen. Analog gilt dieser Zusammenhang bei einer größeren Anzahl von Scheiben. Die Erfindung geht nun davon aus, daß bei einer bestimmten Relativstellung von je zwei der drei Scheiben zueinander der auf den Antrieb einwirkende Schalter betätigt wird. Das Ergebnis ist, daß nach einer Vielzahl von Umdrehungen der Welle der Schalter erstmalig betätigt wird.

Der mit dieser Erfindung erreichbare Vorteil besteht in erster Linie in der Realisierung hoher Über-/Untersetzung der Drehzahl sowie der Möglichkeit der Schaffung zweier verschiedener Schaltpunkte, die eine Drehzahlbegrenzung in zwei Richtungen gestattet. Da der Schalter mittelbar oder unmittelbar durch die sich mit einer hohen Drehzahl bewegende Scheibe geschaltet wird, erhält man eine hohe Schaltgenauigkeit. Zudem ist ein stirnseitiges Aufsetzen auf die Welle bzw. den Motor möglich, so daß ein problemloser Zugang besteht und eine Neueinstellung von der Stirnseite her einfach bewerkstelligt werden kann. Die geringe Bauhöhe erleichtert die nachträgliche Integration des erfindungsgemäßen Endschalter-Meßgetriebes in bestehende Anlagen. Aus der hohen Schaltgenauigkeit folgt weiter, daß die Schalthysterese, d. h. der Abstand zwischen der Ein-/Ausschaltposition sehr gering ist.

Die konkrete bauliche Gestaltung, die darüber entscheidet, auf welche Art und Weise bei einer bestimmten Relativstellung der Scheiben der Schalter betätigt wird, steht im Rahmen der Erfindung in weiten Grenzen frei. Grundsätzlich lassen sich sowohl mechanische als auch optoelektronische Auslösungen des Schalters denken. Im ersteren Fall sind jeder Scheibe Schaltelemente zugeordnet, die bei einer bestimmten Relativschaltung der Scheiben zueinander zu einer Auslösung des Schalters führen.

Zur optoelektronischen Auslösung befindet sich in jeder Scheibe mindestens eine Öffnung, die bei einer bestimmten Position zweier oder mehrerer Scheiben zueinander die Öffnungen durchgreift und von einem Detektor erfaßt wird, der den Schalter auslöst. In anderen Relativpositionen der Scheiben zueinander wird der Lichtstrahl durch eine der Scheiben unterbrochen und der Schalter demnach nicht betätigt.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen ein Teil der Scheiben Stifte auf, die durch Nocken auf der benachbarten Scheibe entgegen einer Rückstellkraft bewegbar sind. Die Bewegung der Stifte durch die Nocken definiert den Schaltpunkt. Mit Beendigung des Kontaktes zwischen Nocken und Stiften kehren letztere in ihre Ausgangspositionen zurück.

Weiterhin wird vorgeschlagen, eine Schaltscheibe zu verwenden, in die die Stifte eingreifen. Da eine Begrenzung der Drehzahl in zwei Richtungen zu erfolgen hat, können ein und derselben Scheibe zwei, in unterschiedlichen Punkten angreifende Stifte zugeordnet werden, die die Scheiben hin und her verschwenken.

Der Vorteil besteht darin, daß die zum Bewegen des Stiftes erforderliche Kraft sehr gering ist und der vergleichsweise eine hohe Kraft erfordernde Schaltvorgang, dem hier die Bewegung der Schaltscheibe entspricht, aufgrund der Rotation der Scheibe mit einer vergleichsweise geringen Kraft vornehmbar ist. Weiter ist als Vorteil anzusehen, daß mit Ausnahme des Schaltzeitpunkts zwischen beiden Scheiben völliger Freilauf, d. h. kein Kontakt besteht und damit kein Verschleiß auftreten kann.

Von Vorteil ist, den Schalter in Ein-/Ausschaltposition auf die übliche Art und Weise fixiert zu halten, so daß sich insgesamt ein bistabiles Verhalten ergibt. Im Falle der Verwendung einer Schaltscheibe können Kugelraster die Stabilität in den beiden Schaltzuständen bewirken.

Um die Anzahl der möglichen Umdrehungen bis zur Erreichung des Schaltpunktes zu erhöhen, empfiehlt sich die Vorschaltung eines Untersetzungsgetriebes.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Beschreibungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt in perspektivischer Darstellung die Ansicht eines erfindungsgemäßen Endschalter-Meßgetriebes. Über eine Welle 1 werden über drei kämmend eingreifende Zahnräder 2, 3, 4 die Scheiben 5, 6, 7 angetrieben, wobei sich bei gleichem Umfang die Anzahl der Zähne der Zahnräder 2, 3, 4 geringfügig z. B. um einen einzigen Zahn unterscheidet. Die Folge ist, daß neben einer Rotation der Scheiben 5, 6, 7 eine Relativbewegung dieser Scheiben 5, 6, 7 zueinander stattfindet. Auf der unteren und der oberen Scheibe 5 und 7 steht in radialer Richtung ein Stift 8 über, der in axialer Richtung beispielsweise dadurch bewegt wird, daß auf der mittleren Scheibe 6 ein hier nicht erkennbarer Nocken angeordnet ist, der die Stifte 8 bei einer bestimmten Relativposition von jeweils zwei Scheiben zueinander axial nach unten drückt.

Den Scheiben 5, 6, 7 ist ein Schalter 9 mit einer stirnseitig verschwenkbar angeordneten Schaltscheibe 10 zugeordnet. Bei einer Rotation der Scheiben greift der Stift 8, falls er vortritt, in die Aussparungen in der hier kreisrunden Schaltscheibe (10) ein und betätigt seinerseits den Schalter.

Im Ergebnis erhält man ein Endschalter-Meßgetriebe, das eine hohe Über- und Untersetzung, eine hohe Schaltgenauigkeit und eine sehr geringe Schalthysterese sowie keine dem Verschleiß unterliegenden Berührungen aufweist.

Claims (7)

1. Endschalter-Meßgetriebe, insbesondere für Handhabungs- und Automatisierungsgeräte, zur Begrenzung der Anzahl der Umdrehungen einer Welle, mit zwei koaxialen, von der Welle angetriebenen Scheiben, die sich in der Drehzahl geringfügig unterscheiden, und einem Schalterelement, das bei einer bestimmten relativen Stellung der Scheiben zueinander einen Schalter betätigt, gekennzeichnet durch eine dritte Scheibe (7), die mit einer (6) der erstgenannten Scheiben (5, 6) zusammenwirkt, derart, daß sich die zusammenwirkenden Scheiben (6, 7) in der Drehzahl geringfügig unterscheiden und daß bei einer bestimmten relativen Stellung dieser Scheiben (6, 7) zueinander ein weiteres Schaltelement den Schalte (9) betätigt.

2. Endschalter-Meßgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder der Scheiben (5, 6, 7) Schaltelemente angeordnet sind, von denen jeweils zwei bei einer bestimmten Relativstellung von jeweils zwei Scheiben zueinander den Schalter (9) betätigen.

3. Endschalter-Meßgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Öffnungen in jeder der Scheiben (5, 6, 7) in einer bestimmten Position von je zwei der drei Scheiben zueinander ein Lichtstrahl läuft, der einen Schaltvorgang auslöst.

4. Endschalter-Meßgetriebe nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Scheiben (5, 6, 7) Stifte (8) aufweisen, die durch Nocken auf einer der anderen der Scheiben (6), entgegen einer Rückstellkraft bewegbar sind.

5. Endschalter-Meßgetriebe nach der Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (8) in eine Schaltscheibe (10) eingreifen, die drehbar und senkrecht zu den Scheiben (5, 6, 7) angeordnet ist.

6. Endschalter-Meßgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen bistabilen Schalter (9).

7. Endschalter-Meßgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Vorschaltung eines Untersetzungsgetriebes.