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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine X-Y-Antriebsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine
X-Y-Antriebsvorrichtung für
einen Support in einer Einrichtung zum automatischen Bestücken von
Schaltungsplatten mit elektronischen Bauelementen.
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Eine typische bekannte X-Y-Antriebsvorrichtung
ist in den 2 bis 4 dargestellt. Wie die perspektivische
Ansicht in 2 zeigt,
enthält
diese bekannte Antriebsvorrichtung eine X-Tischantriebseinheit 1 und
eine Y-Tischantriebseinheit 2. Diese beiden Einheiten haben
den gleichen Aufbau, sie sind jedoch aufeinander und senkrecht zueinander
angeordnet. Bei dieser bekannten Konstruktion ist die X-Tischantriebseinheit 1 fest
auf einer nicht dargestellten Unterlage angeordnet und die Y-Tischantriebseinheit 2 ist
derart auf der X-Tischantriebseinheit 1 montiert, daß die Y-Tischantriebseinheit 2 in der
X-Richtung hin- und herbewegt werden kann.
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Wie aus 4 ersichtlich ist, enthalten die X- und
Y-Tischantriebseinheiten
jeweils ein Bett 3 mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt
sowie zwei Seitenplatten 4a und 4b, die an den
Seiten des Bettes 3 befestigt sind und sich vertikal nach
oben erstrecken. Das Bett ist langgestreckt und verläuft horizontal,
dasselben gilt für
die Seitenplatten 4a und 4b. Wie 3 zeigt, sind ein Motor 5, ein
Anschluß 6 für den Motor
sowie Sensoren oder Fühler über ein
Halterungsteil 7 am einen Ende des Bettes befestigt. Am entgegengesetzten
Ende des Bettes 3 ist ein Lagerteil 8 angebracht,
das ein Lager 8' zur drehbaren Lagerung eines Endes einer
Kugelspindeleinheit 10 enthält.
Der Motor 5 ist über
eine Kupplungseinheit 9 funktionsmäßig mit der Kugelspindeleinheit 10 verbunden.
Die Kugelspindeleinheit 10 enthält eine Gewindespindel 11,
eine Mutter 16 mit einem nicht dargestellten Innengewinde
und eine Vielzahl von nicht dargestellten Kugeln, die zwischen der
Gewindespinde 11 und der Schraubenmutter 16 angeordnet
sind.
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Die Gewindespindel 11 ist,
wie 3 zeigt, am einen
Ende durch das Lager 8' drehbar am Lagerteil 8 gelagert,
während
das entgegengesetzte Ende der Gewindespindel 11 einen integralen
Wellenabschnitt 11a aufweist, der durch ein stationäres Lager 14 drehbar
in einer Lagereinheit 12 gelagert ist. Die Bewegung des
Wellenabschnitts 11a in Axialrichtung kann dadurch begrenzt
werden, daß man
das axiale Spiel im stationären
Lager 14 durch Anziehen einer Lagermutter 13 beseitigt.
Da der Wellenabschnitt 11a funktionsmäßig mit der Kupplungseinheit 9 gekoppelt ist,
kann vom Motor 5 ein Drehmoment auf die Kugelspindel übertragen
werden.
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Die Mutter 16, deren Innengewinde über die nicht
dargestellten Kugeln mit der Gewindespindel 11 in Eingriff
steht, ist mit einem Support oder Tisch 17 verbunden, der,
wie 4 zeigt, einen im
wesentlichen T-förmigen
Querschnitt hat. Der Tisch 17 hat zwei Vorsprünge 17a,
die nach oben über
das obere Ende der Seitenplatten 4a und 4b vorspringen.
Diese Vorsprünge 17a dienen
zur Befestigung der Y-Tischantriebseinheit 2. An der einen
Endfläche
des Tisches 17 ist ein Anschlag 18 vorgegebener
Länge befestigt,
um die Bewegung des Tisches 17 in Axialrichtung zu begrenzen.
An der Unterseite des Tisches sind zwei Schlitten 19 befestigt,
deren Querschnitt im wesentlichen einem kopfstehenden U entspricht,
und diese Schlitten 19. sitzen verschiebbar auf zwei Führungsschienen 15,
welche auf entsprechenden Lagerflächen 3a des Bettes
befestigt sind.
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Das Bett 3 weist zwei Fühler-Halterungsnuten 20 auf,
in denen Fühler 51a und 51b zur
Feststellung der Position des Tisches 17 bezüglich der
Schienen 15 angeordnet sind. Wie 3 zeigt, sind mehrere Deckelpositionierungsnuten 22 vorgesehen,
um einen Deckel 21 (4)
zu positionieren, ferner sind Positionierungsnuten 50 zur
Positionierung der Seitenplatten oder Seitenabdeckungen 4a und 4b vorgesehen.
Im Betrieb wird nach dem Einschalten von einer äußeren Spannungsquelle über die
Anschlüsse 6
der jeweiligen X- und
Y-Antriebseinheiten 1 und 2 den entsprechenden
Motoren 5 sowie den verschiedenen Sensoren oder Fühlern 51a und 51b,
die in den Fühler-Halterungsnuten 20 angeordnet
sind, Leistung zugeführt.
Wenn dem Motor 5 der X-Tischantriebseinheit 1 elektrische
Leistung zugeführt
wird, beginnt der Motor 15 zu laufen, und es wird ein Drehmoment über die
Kupplungseinheit 10 auf die Kugelspindeleinheit 10 übertragen.
Durch das Drehen der Schraubenspindel 11 der Kugelspindeleinheit 10 wird die
Schraubenmutter 16 und damit der Tisch oder Schlitten,
mit dem die Schraubenmutter 16 fest verbunden ist, longitudinal
entlang den Führungsschienen 15 bewegt.
Da der Tisch 17 der Y-Tischantriebseinheit 2 unabhängig von
der X-Tischantriebseinheit 1 in Y-Richtung verfahren werden kann, läßt sich
der Tisch l7 der Y-Tischantriebseinheit 2 in einer
durch die X- und die Y-Achse
definierten Ebene in beliebiger Richtung verstellen, indem man die
Motoren 5 der X- bzw. der Y-Tischantriebseinheiten 1 bzw.
2 über
eine nicht dargestellte Steuerschaltung entsprechend betätigt.
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Nachteilig an der oben beschriebenen
bekannten X-Y-Antriebseinheit ist, daß für die X-Tischantriebseinheit 1 ein
Motor mit einer relativ hohen Nennleistung verwendet werden muß, da ,die
Y-Tischantriebseinheit 2 auf der X-Antriebseinheit 1 montiert
ist. Die Gesamtkonstruktion wird dadurch sperrig und die Arbeitsgeschwindigkeit
leidet. Wegen des zusätzlichen
Gewichtes muß außerdem die
Kugelspindeleinheit 10 entsprechend bemessen werden, so dass
sie die erforderliche Starrheit und den optimalen Durchmesser hat.
Da der Motor 5 der Y-Tischantriebseinheit 2 zusammen
mit dieser eine Linearbewegung ausführt, bewegt sich auch das mit
dem Anschluß 6 verbundene
Kabel und man muß dafür Sorge
tragen, dass sich dieses Kabel während
des Betriebes nicht verhakt.
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Aus
US
4 409 860 ,
US 4 676
649 und
US 4 729 536 sind
X-Y-Antriebsvorrichtungen
bekannt, bei denen Kopplungseinrichtungen zwischen Antrieben für verschiedene
Richtungen in der X-Y-Ebene vorgesehen sind. Aus
US 4 341 128 ist eine Antriebsvorrichtung
zur X-Y-Bewegung eines Tisches bekannt, bei der der Tisch zwischen
zwei Führungsspindeln angeordnet
ist die mit Profilen am Tisch derart zusammenwirken, dass je nach
Richtung der Rotation der Führungsspindeln
der Tisch in verschiedene X- und Y-Richtungen beweglich ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte X-Y- oder Koordinaten-Antriebsvorrichtung
zu schaffen, die kompakt, leistungsfähig und zuverlässig im
Betrieb ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung
mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 gelöst.
Eine vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung ist im abhängigen
Anspruch genannt.
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Die vorliegende Erfindung geht aus
von einer X-Y-Antriebsvorrichtung, die eine erste Antriebseinheit
mit einem ersten Tisch oder Support, der in einer ersten Richtung
hin- und herbeweglich ist, enthält, und
ferner eine zweite Antriebseinheit, die am ersten Tisch oder Support
befestigt ist und einen zweiten Tisch oder Support enthält, der
in einer von der ersten Richtung verschiedenen zweiten Richtung
hin- und herbeweglich ist.
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Die erste Antriebseinheit enthält eine
erste Antriebsvorrichtung, die mit dem ersten Tisch oder Support
funktionsmäßig gekoppelt
ist, um diesen in einer ersten Richtung anzutreiben. Bei der vorliegenden
Vorrichtung enthält
die erste Antriebseinheit ferner noch eine zweite Antriebsvorrichtung.
Der zweite Tisch oder Support ist funktionsmäßig mit der zweiten Antriebsvorrichtung
durch eine Kopplungseinrichtung gekoppelt, so dass der zweite Tisch
oder Support in der zweiten Richtung angetrieben wird, wenn auf
ihn eine Antriebskraft von der zweiten Antriebsvorrichtung zur Einwirkung
gebracht wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
enthalten die erste und die zweite Antriebsvorrichtung jeweils einen
Motor. Der erste Motor treibt eine erste Antriebswelle an, die in
der ersten Antriebseinheit angeordnet und mit dem ersten Tisch oder
Support gekoppelt ist. Mit der Motorwelle des zweiten Motors ist vorzugsweise
eine genutete Keil- oder Schiebewelle gekoppelt, mit der eine erste
Abnahmeeinrichtung verbunden ist, die längs dieser Welle verschiebbar ist,
sich jedoch mit dieser dreht. In der zweiten Antriebseinheit ist
eine zweite Antriebswelle vorgesehen, die mit dem zweiten Tisch
oder Support gekoppelt ist, so daß der zweite Tisch oder Support
sich in der zweiten Richtung bewegt, wenn die zweite Antriebswelle
gedreht wird. Auf der zweiten Antriebswelle ist eine zweite Abnahmevorrichtung
befestigt, welche mit der ersten Abnahmevorrichtung im Hinblick
auf eine Leistungsübertragung
gekoppelt ist, so daß von
der Keilwelle ein Drehmoment auf die zweite Antriebswelle übertragbar
ist.
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Die vorliegende X-Y-Antriebsvorrichtung
ist kompakt, leistungsfähig
und betriebssicher, sie zeichnet sich ferner durch eine hohe Betriebsgeschwindigkeit
und niedrige Kosten aus.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, dabei werden noch weitere Merkmale
und Vorteile der Erfindung erkennbar. Es zeigen:
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1a eine
vereinfachte perspektivische Darstellung einer X-Y-Antriebsvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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1b eine
auseinandergezogene Darstellung eines Getriebes zur Leistungsübertragung
zwischen der X- und der Y-Antriebseinheit
der Vorrichtung gemäß 1a;
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1c eine
schematische Querschnittsansicht der X-Tischantriebseinheit der
Vorrichtung gemäß 1a;
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2 eine
vereinfachte perspektivische Darstellung einer typischen bekannten
X-Y-Antriebseinheit;
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3 eine
etwas vergrößerte Draufsicht
einer Antriebseinheit der Vorrichtung gemäß 2 und
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4 ein
etwas vereinfachter Querschnitt in einer Ebene I-I der 3.
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Die in 1a als
Ausführungsbeispiel
der Erfindung etwas vereinfacht dargestellte X-Y-Antriebsvorrichtung ähnelt in
mancher Hinsicht der bekannten X-Y-Antriebsvorrichtung, die in den 2 bis 4 dargestellt ist. Gleichartige Elemente
sind daher mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und auf einer
Erläuterung
dieser Elemente wird weitgehend verzichtet.
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Die X-Y-Antriebsvorrichtung gemäß 1a enthält eine X-Antriebseinheit 1', welche
auf einer geeigneten, nicht dargestellten Unterlage befestigt ist, und
eine Y-Antriebseinheit 2'. Die X-Antriebseinheit 1' enthält einen
X-Support 17, der in X-Richtung hin- und herbeweglich ist
und auf dem die Y-Antriebseinheit 2' befestigt ist. Die
Y-Antriebseinheit 2' kann sich daher als Ganzes in der
X-Richtung hin- und
herbewegen. Die Y-Antriebseinheit 2' enthält einen
Y-Support 17a,
der in der Y-Richtung hin- und herbeweglich ist. Der Y-Support 17a
kann also in einer durch d-ie X- und die Y-Achse aufgespannten Ebene
in beliebiger Richtung bewegt werden.
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Die X-Antriebseinheit 1' enthält einen
ersten Motor 5, der am einen Ende eines langgestrecken Gehäuses der
X-Antriebseinheit 1' angebracht ist. In der X-Antriebseinheit 1' befindet
sich eine erste Antriebswelle 10, welche mit der Motorwelle
des ersten Motors 5 gekoppelt ist, so daß die erste
Antriebswelle 10 durch den ersten Motor 5 in Umdrehung versetzt werden
kann. Die erste Antriebswelle 10 ist vorzugsweise eine
Kugelspindel, die ähnlich
wie die in 3 dargestellte
Konstruktion über
nicht dargestellte Kugeln mit einer ebenfalls nicht dargestellten
Schraubenmutter gekoppelt ist, die am X-Support befestigt ist. Wenn
also die Kugelspindel oder erste Antriebswelle 10 durch
den Motor 5 in Umdrehung versetzt wird, wird der X-Support 17 geradlinig
in X-Richtung verschoben. Da die Y-Antriebseinheit 2 auf
dem X-Support 17 angeordnet ist, bewegt sich auch die Y-Antriebseinheit 2' als
Ganzes in der X-Richtung.
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Die X-Antriebseinheit 1' enthält ferner,
was wichtig ist, einen zweiten Motor 25, der bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel über dem
ersten Motor 5 angeordnet ist. Ferner enthält die erste
Antriebseinheit 1' eine genutete Keilwelle 26,
die oberhalb und parallel zur ersten Antriebswelle 10 drehbar
gelagert ist. Die Keilwelle 26 ist mit der Motorwelle des zweiten
Motors 25 gekoppelt, so daß sie durch letzteren in Umdrehung
versetzt werden kann. Wie 1b am
besten zeigt, ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Schneckenrad 27 auf
der Keilwelle 26 längsverschiebbar,
jedoch drehfest angeordnet. Die Keilwelle 26 hat vorzugsweise
mindestens eine Keilnut 26a, die sich irt Längsrichtung
erstreckt, und das Schneckenrad 27 hat ein durchgehendes
Loch mit einem nach innen reichenden Vorsprung, der bei der Montage
in die Keilnut 26a eingesetzt werden kann. Durch diese
Konstruktion kann das Schneckenrad 27 längs der Keilwelle 26 gleiten, eine
Drehung des Schneckenrades 27 bezüglich der Keilwelle 26 ist
jedoch nicht möglich.
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Wie ebenfalls aus 1b ersichtlich ist, hat der X-Tisch 17 eine
im wesentlichen rechteckige Form und in seiner Mitte eine rechteckige Öffnung 30a.
Das Schneckenrad 27 ist in der Öffnung 30a des X-Supports 17 angeordnet
und wird von dieser teilweise aufgenommen. Am einen Ende des X-Supports 17 ist
eine L- oder U-förmige
Andruckplatte 29 befestigt. Das freie Ende der Andruckplatte 29 liegt am
einen Ende des Schnecken rades 27 an, so daß auf dieses
eine Vorspannungskraft in der positiven X-Richtung ausgeübt wird
und das Schneckenrad 27 immer in Eingriff mit einem zugehörigen Schneckenzahnrad 28 gehalten
wird, welches an einer zweiten Antriebswelle 10' der Y-Antriebseinheit 2' befestigt ist.
Um den Eingriff des Schneckenzahnrades 28 in das Schneckenrad 27 zu
ermöglichen,
ist am einen Ende des Bettes 3 der Y-Antriebseinheit 2' eine Öffnung 30b vorgesehen,
die das Schneckenrad 27 teilweise aufnimmt, welches mit
dem Schneckenzahnrad 28 kämmt.
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Die zweite Antriebswelle 10' ist
vorzugsweise ebenfalls eine Kugelspindel, welche funktionsmäßig mit
einer am Y-Support 17a befestigten, nicht dargestellten
Schraubenmutter gekoppelt ist. Wenn also die zweite Antriebswelle 10' über das
Getriebe aus dem Schneckenrad 27 und dem Schneckenzahnrad 28 vom
zweiten Motor 25 angetrieben wird, bewegt sich der Y-Support 17a in
der Y-Richtung.
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Wenn also nur der erste Motor 5 läuft, dreht sich
die erste Antriebswelle 10 und bewegt die Y-Antriebseinheit 2' als
Ganzes in X-Richtung. Die Richtung der Bewegung der Y-Antriebseinheit 2' wird
in diesem Falle durch die Drehrichtung der ersten Antriebswelle 10 und
damit des. ersten Motors 5 bestimmt. Wenn andererseits
nur der zweite Motor 25 läuft und die zweite Antriebswelle 10' über die
Keilwelle 26, das Schneckenrad 27 sowie das Schneckenzahnrad 28 antreibt,
wird der Y-Support 17a veranlaßt, sich in der Y-Richtung zu bewegen.
Die Richtung der Linearbewegung des Y-Tisches 17a hängt dabei
von der Drehrichtung des zweiten Motors 25 ab. Wenn also
der erste und der zweite Motor 5 bzw. 25 gleichzeitig
laufen, wird die Y-Antriebseinheit 2' als Ganzes in X-Richtung
verschoben und gleichzeitig der Y-Support 17 in Y-Richtung, so
daß der
Y-Support 17a eine Bewegung ausführt, die sowohl X- als auch
eine Y-Komponente hat. Der Y-Support 17a kann also in einer
durch die X- und die Y-Achse definierten Ebene in einer beliebigen
Richtung verstellt werden. Die X- und die Y-Richtung können im Prinzip beliebig
gewählt
werden, vorzugsweise stehen diese beiden Richtungen jedoch senkrecht
aufeinander.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
trägt die auf
dem X-Support der X-Antriebseinheit angeordnete Y-Antriebseinheit 2',
wie oben erwähnt,
keine Antriebsquelle, wie einen Motor, so daß das Gewicht der Y-Antriebseinheit 2' minimal
gehalten werden kann. Der erste Motor 5 braucht daher auch
keine besonders hohe Leistung zu haben.
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Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
erfolgt die Kraftübertragung
von der Keilwelle 26 auf die zweite Antriebswelle 10' durch
ein Schneckenradgetriebe, es sei jedoch darauf hingewiesen, daß man stattdessen
auch irgendeine andere Kraftübertragungseinrichtung
verwenden kann, die in der Lage ist, eine Antriebskraft von der
Keilwelle 26 auf die zweite Antriebswelle 10' zu übertragen. Beispielsweise
kann ein Kegelradgetriebe Verwendung finden.
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Das beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Erfindung läßt sich
selbstverständlich
in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung
zu überschreiten.