DE4218065C2 - Pneumatisches Koppelorgan zur Kopplung eines angetriebenen Maschinenteils an ein antreibendes Maschinenteil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein pneuma­ tisches Koppelorgan zur Kopplung eines angetriebenen Maschi­ nenteils, wie z. B. ein gerüstartiger Wagen einer Meßmaschine, an ein antreibendes Maschinenteil, wodurch das angetriebene Teil linear entlang einer gegebenen Achse bewegt wird.

Ein solches Koppelorgan ist beispielsweise aus der Druckschrift DE-35 90 167 T1 bekannt. Es enthält einen Bügel, der Bestandteil des angetriebenen Maschinenteils ist und ein Antriebselement, das Bestandteil des antreibenden Maschinenteils ist, zwischen seinen beiden seitlichen Wänden einschließt. Zur Führung des Hügels durch das Antriebselement sind Lagerschuhe vorgesehen, die sich über Stellschrauben an der jeweiligen Wand abstützen. Die Schraubenenden sind sphärisch geformt und greifen in entsprechende Vertiefungen an der der Wand zugewandten Seite der Lagerschuhe ein.

Weiter ist aus der Druckschrift US-A-4 802 774 ein ähnliches Koppelorgan bekannt, bei dem die Lagerschuhe als Gasdrucklager ausgebildet sind und durch eine vorgespannte Feder gegen das Antriebselement gedrückt werden.

Bekannte Koppelorgane der oben kurz beschriebenen Art haben Nachteile. Insbesondere erfordert eine möglichst spielfreien Führung des Bügels durch das Antriebselement Toleranzen der Bauteile im Bereich eines Mikrometers sowie eine hohe Präzision der Justierungen. Dabei besteht die Gefahr, daß schon geringe Temperaturschwankungen zu Störungen führen.

Diese Nachteile zu beheben, ist Ziel der Erfindung, wie sie im Hauptanspruch definiert ist. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nun wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung als nicht beschränkend zu verstehendes Beispiel anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine teilgeschnittene Seitenansicht eines pneumatischen Koppelorgans gemäß den Lehren der vorlie­ genden Erfindung.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein pneumatisches Koppelorgan I zum Koppeln des Gerüsts 2 einer Meßmaschine, die auf nicht darge­ stellten Gleisen entlang einer waagrechten Achse X läuft, an ein Antriebselement 3, das das Gerüst 2 entlang dieser Achse bewegen soll.

Genauer gesagt wird die Bewegung des Gerüsts 2 (von dem ein unterer Teil schematisch gestrichelt gezeigt ist) entlang der x-Achsen in bekannter Weise von einem Antriebssystem 4 gesteuert, das eine glatte Stange 5 parallel zur X-Achse, die von einem nicht dargestellten Motor gedreht wird, und ein Reibungsgehäuse aufweist, das so befestigt ist, daß es sich reibend entlang der Stange 5 bewegt und das das Antriebsele­ ment 3 für das Gerüst 2 bildet.

Das Koppelorgan 1 weist im wesentlichen einen Bügel 6 auf, der aus einer Verbindungsplatte 7, die fest durch Schrau­ ben 8 am Gerüst 2 befestigt ist, und einen im wesentlichen C-förmigen Antriebsteil 9 besteht, das fest mit der Platte 7 verbunden ist. Genauer gesagt besteht das Teil 9 aus zwei voneinander einen Abstand aufweisenden, einander gegenüber­ stehenden Wänden 10, 11, die senkrecht zur X-Achse angeordnet sind und über eine flache waagrechte obere Wand 12 miteinander verbunden sind.

Das Koppelorgan 1 weist außerdem ein Antriebselement 13 auf, das fest mit dem Gehäuse 3 verbunden ist und Bewegung zum Bügel 6 überträgt und aus einer flachen Platte 14 besteht, die senkrecht zur X-Achse liegt und zwischen den Wänden 10 und 11 des Bügels 6 angeordnet ist. Von der Platte 14 erstrecken sich zwei seitliche Ansätze 15 nach unten, die starr durch Schrauben 16 (Fig. 2) an der Endwand des Gehäuses 3 zu beiden Seiten der Stange 5 befestigt sind.

Zwischen den Wänden 10, 11 und der Platte 14 sind Luftkissen 17 bzw. 18 bekannter Art vorgesehen, die mit einer Druckluftquelle 21 verbunden sind und mit je einer der beiden einander entgegengesetzten Flächen der Platte 14 über Fluid­ durchlässe 19 zusammenwirken.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Kissen 17, 18 so angeordnet, daß sie auf kugelförmigen Lagern kippen können.

Genauer gesagt weist das Luftkissen 17 auf der Fläche, die der mit der Platte 14 zusammenwirkenden Fläche entgegen­ gesetzt liegt, einen konkaven Sitz 20 auf, der mit einer Kugel 24 zusammenwirkt, die einen kleineren Radius als der Sitz 20 aufweist und in einer Mulde 25 der Wand 10 des Bügels befe­ stigt ist, z. B. durch Schweißen.

In gleicher Weise weist das andere Kissen 18 auf der Fläche, die der mit der Platte 14 zusammenwirkenden Fläche entgegengesetzt ist, einen konkaven Sitz 26 auf, der mit dem kugelförmigen Kopf 27 einer Schraube 28 zusammenwirkt, welche parallel zur X-Achse und in die Wand 11 des Hügels 6 einge­ schraubt ist. Mit der Schraube 28 reguliert man den Abstand zwischen den Kissen 17 und 18, insbesondere, um den Zusammen­ bau der Kopplung zu ermöglichen, wie weiter unten beschrieben wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal des bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels ist die Wand 11 fest mit der Wand 12 über ein virtuelles Scharnier 29 verbunden, das von einem Verbindungs­ bereich kleinen Querschnitts definiert wird und an dem sich die Wand 11 folglich biegen kann. Das Scharnier 29 hat eine entsprechende Größe, so daß die Biegungsstarre der Wand 11 ziemlich gering ist, und in jedem Fall geringer als die Starre der Fluiddurchlässe im Betrieb.

Außerdem weist das Koppelorgan 1 Mittel auf, um die Drehung des Gehäuses 3 durch die Stange 5 zu verhindern. Diese Mittel bestehen aus einem zylindrischen Stift 34 (Fig. 2), der starr mit seiner Achse parallel zur senkrechten Achse Z am oberen Rand der Platte 14 befestigt ist und frei zwischen zwei Rollen 35 gleiten kann, die in einem Quersitz 36 in der Wand 12 des Hügels 6 angeordnet sind. Die Rollen 35 sind auf Stif­ ten 37 parallel zur X-Achse und auf beiden Seiten des Stifts 34 frei drehbar angebracht. Die Stifte 37 befinden sich in Längslöchern 38 in der Wand 12, wo sie axial von jeweiligen Paaren von Blockierstäben 39 axial blockiert werden, die mit den Enden jedes Stifts zusammenwirken.

Das Koppelorgan 1 arbeitet folgendermaßen.

Beim Zusammenbau wird die Schraube 28 so eingestellt, daß sie die Platte 14 zwischen den Kissen 17 und 18 in Sand­ wichweise einklemmt, wodurch eine elastische Vorspannung auf der Wand 11 erzeugt wird. Dabei ist natürlich die Dicke des Fluiddurchlasses null.

Wenn die Kissen 17 und 18 mit Druckluft versorgt wer­ den, löst der entstehende Druck auf die Kissen (Anheben) diese von der Platte 14 und biegt die Wand 11 nach außen.

Wie bekannt, hängt das Anheben eines Fluiddurchlasses von der Dicke und dem Arbeitsdruck ab, gemäß bekannten charak­ teristischen Kurven.

In der Übergangsbedingung ist das gesamte Anheben der Kissen 17 und 18 größer als die elastische Reaktion der Wand 11, die dadurch nach außen gebogen wird. Wenn die Dicke der Durchlässe jedoch ansteigt, fällt das totale Anheben stark ab, gemäß einer charakteristischen Anhebe-Druck-Kurve, bis der Hubdruck schließlich der von der Wand 11 ausgeübten elasti­ schen Reaktion entspricht.

Die Betriebsdicke der Durchlässe wird folglich defi­ niert durch die Gleichgewichtsstellung der Kissen unter der von der Wand 11 ausgeübten elastischen Last. Im Entwurfstadium müssen die Wand 11 und insbesondere das Scharnier 29 so ge­ staltet werden, daß sie die erforderlichen Betriebsbedingungen der Luftkissen erfüllen (Dicke des Durchlasses und Hub).

Die Schraube 28 kann schnell eingesetzt werden, indem die Bedienungsperson mehrmals die Vorlast der Wand 11 vari­ iert, bis eine vorbestimmte Dicke des Durchlasses erreicht ist, und mit einer gewissen Toleranz aufgrund der Biegsamkeit der Wand 11, wobei kleine Unterschiede in der Biegung nur eine vernachlässigbare Wirkung auf die elastische Last haben.

Im tatsächlichen Betrieb wird die Bewegung des Gehäu­ ses 3 entlang der X-Achse über das Antriebselement 13 auf den Bügel 6 über die Luftkissen 17, 18 übertragen, wobei die Star­ re der Fluiddurchlässe so ist, daß eine Bewegung in der Rich­ tung der X-Achse im wesentlichen so übertragen wird, als ob das Gehäuse 3 und das Gerüst 2 fest miteinander verbunden wären.

Mit Ausnahme der Einschränkungen aufgrund des die Rollen 35 berührenden Stifts 34, auf die später zurückgekommen wird, sorgt die Verwendung von Luftkissen 17 und 18, die auf kugelförmigen Lagern angeordnet sind, für jegliche Verschiebe- oder Drehfreiheit des Antriebselements in Verbindung mit dem Bügel 6, mit Ausnahme natürlich relativer Verschiebung entlang der X-Achse. Die Kissen 17 und 18 können frei auf ihren kugel­ förmigen Lagern drehen und daher jede relative Drehung um die Y- oder Z-Achse absorbieren. Diese relative Bewegung ist im wesentlichen nur eine rollende Bewegung und als solche von einer geringen Rollreibung begleitet.

Die durch den Stift 34 verursachten Einschränkungen sind ausschließlich auf die Notwendigkeit zurückzuführen, die Drehung des Gehäuses 3 zu verhindern, wodurch relative Drehun­ gen um die X-Achse und relative Verschiebungen in Bezug auf die Y-Achse verhindert werden. In der gezeigten Ausführungs­ form des Koppelorgans 1 wurden die obengenannten Einschränkun­ gen eingeführt aus Kosten- und Produktionsgründen, um die Notwendigkeit eines gleitenden Paars zwischen Gehäuse 3 und den feststehenden Teilen der Maschine zu umgehen. Wie die beiden Freiheitsgrade dem Koppelorgan entzogen werden, ist nicht auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel be­ schränkt. So kann alternativ auch eine völlige Trennung der verbundenen Teile erfolgen, um nur die Verschiebung entlang der X-Achse zu ermöglichen.

Die Verwendung von zwei auf kugelförmigen Lagern ange­ brachten einander gegenüberliegenden Luftkissen sorgt für die Entkopplung des angetriebenen Elements vom Antriebselement bezüglich irgendeines Freiheitsgrads, mit der Ausnahme der Verschiebung entlang der X-Achse, und insbesondere bezüglich der relativen Drehung um eine Achse (Y oder Z) senkrecht zur Wegachse (X).

Darüber hinaus sorgen die Schraube 28 und die biegsame Wand 11 für einen schnellen Zusammenbau und eine rasche Kali­ brierung des Koppelorgans.

Im Rahmen der Erfindung kann das Koppelorgan 1 zur Verbindung irgendeines angetriebenen Elements verwendet wer­ den, das sich entlang einer gegebenen Achse bewegt; das An­ triebselement kann Teil irgendeines Antriebssystems sein, d. h. Schraube-Mutter-Schraube oder Zahnstangengetriebe, in welchem Fall das Mittel zur Verhinderung der Drehung des Gehäuses 3 entweder weggelassen werden kann oder von irgendeinem anderen zum entsprechenden Antriebssystem passenden Mittel ersetzt werden kann.

Claims (6)

1. Pneumatisches Koppelorgan, das ein entlang einer gegebenen Längsachse (X) bewegbares angetriebenes Maschinenteil (2) an ein antreibendes Maschinenteil (3) koppelt, wodurch das ange­ triebene Maschinenteil (2) entlang dieser Achse bewegt wird, mit einem Bügel (6), der Bestandteil des angetriebenen Maschi­ nenteils (2) ist und zwei einander gegenüberstehende, senk­ recht zur Längsachse (X) verlaufende Wände (10, 11) aufweist, mit einem Antriebselement (13), das Bestandteil des antreiben­ den Maschinenteils (3) ist und zwischen diesen Wänden (10, 11) liegt, mit pneumatischen Lagermitteln, die sich zwischen dem Antriebselement (13) und den Wänden (10, 11) befinden
und Luftkissen (17, 18) aufweisen, die über im wesentlichen kugelförmige Lager (24, 27) an je einer der Wände (10, 11) montiert sind und mit dem Antriebselement (13) je einen Durch­ laß (19) für ein Fluid definieren, mit
Mitteln (28) zur Einstellung des Abstands zwischen den Kissen (17, 18), wobei
diese Mittel zum Einstellen der Dicke der Durchlässe (19) eine Schraube (28) zum Einstellen der Position eines der kugelför­ migen Lager (18) in Achsrichtung aufweisen und
diese Schraube (28) einen kugelförmigen Kopf (27) aufweist, der das kugelförmige Lager des Kissens (18) bildet, und
eine der Wände (11) des Bügels (6) durch die von den Luftkissen (17, 18) ausgeübte Kraft elastisch verformt wird.

2. Koppelorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Wand (11) mit einem im wesentlichen starren Bereich (12) des Bügels (6) über einen Bereich (29) schwachen Querschnitts verbunden ist, der wie ein Scharnier wirkt.

3. Koppelorgan nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Rückhaltemittel (34, 35) aufweist, um eine Drehung des Antriebselements (3) um die Längsachse (X) zu verhindern.

4. Koppelorgan nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückhaltemittel einen Stift (34), der aus dem Antriebs­ element (13) senkrecht zur Längsachse (X) vorsteht, und zwei Rollen (35) aufweisen, die frei drehbar auf dem Bügel (6) parallel zur Längsachse montiert sind und auf einander ent­ gegengesetzten Seiten mit dem Stift (34) zusammenwirken.

5. Koppelorgan nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Element der Wagen (2) einer Meßmaschine ist.

6. Koppelorgan nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement das Gehäuse (3) des Antriebssystems (4) des Wagens (2) ist, das eine glatte Stange (5) aufweist.