DE4224032C2 - Antriebssystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem.

Antriebssysteme mit Ritzel-Zahnstangen-Mechanismus sind bekannt. Beispielsweise beschreibt die EP-A-265 855 ein derartiges Antriebssystem mit Ritzel-Zahnstangen-Mechanismus, bei dem ein Ritzelpaar koaxial über eine Welle verbunden ist. Die Welle ist drehbar durch einen Schlitten hindurchgeführt. Die Ritzel stehen jeweils mit einer Zahnstange eines sich in einer ersten Richtung parallel zueinander erstreckenden Zahnstangenpaars in Ein­ griff, und die Ritzel werden durch einen Motor in Drehung versetzt, der an einem Ende der Welle befestigt ist. Wenn der Motor angetrie­ ben wird, dreht sich die Welle zusammen mit den Ritzeln. Die sich drehenden Ritzel rollen entlang der Zahnstangen, so daß der beweg­ liche Körper sich in Richtung der ersten Richtung bewegt. Da bei diesem Antriebssystem die Ritzel mit den parallelen Zahnstangen in Eingriff und über die Welle verbunden sind, kann eine hohe Posi­ tioniergenauigkeit des beweglichen Körpers erreicht werden.

Bei diesem Antriebssystem bewegt sich jedoch der Motor zusammen mit dem Schlitten, der Welle usw., so daß das Gewicht des Motors, der relativ schwer ist, zu einer Last für den Motor wird. Diese schwere Last verursacht Nachteile, wie zum Beispiel größeren Energieverbrauch und stellt ein Hindernis für einen Hochgeschwin­ digkeitsbetrieb dar.

Aus der GB 2 120 202 A ist ein Antriebssystem bekannt, daß einen Grundträger aufweist, auf dem zwei parallel zueinander in einer ersten Richtung angeordnete Führungsstangen vorgesehen sind. Auf diesen Führungsstangen wird ein Schlitten geführt. Auf dem Grund­ träger ist ein Motor montiert, der eine Kugelumlaufspindel, die parallel zu den Führungsstangen verläuft, antreibt. Die Kugelum­ laufspindel ist durch den Schlitten hindurchgeschraubt. Durch Dre­ hen der Kugelumlaufspindel wird der Schlitten in Richtung der Stangen bewegt.

Aus der US 3,090,500 ist ein Antriebssystem bekannt, bei dem ein Paar von parallelen Zahnstangen in einer ersten Richtung vorgese­ hen ist. Es sind zwei Schlittenteile vorgesehen, die in der ersten Richtung geführt sind. Die beiden Schlittenteile sind durch zwei parallel zueinander angeordnete Stangen verbunden, die sich in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung erstrecken. Auf einem Schlittenteil ist ein Antriebsmotor vorgesehen, der eine Welle antreibt, die sich in Richtung der zweiten Richtung er­ streckt und in beiden Schlittenteilen drehbar gelagert ist. An den beiden Enden der Welle ist jeweils ein Ritzel vorgesehen, das sich bei Bewegung der Schlittenteile in der ersten Richtung in eine der beiden Zahnstangen abrollt. Auf den beiden die Schlittenteile ver­ bindenden Stangen ist ein weiterer Schlitten geführt. Dieser Schlitten wird durch einen Antriebsriemen in Richtung der zweiten Richtung bewegt. Der Antriebsriemen wird durch einen Motor ange­ trieben, der auf einem der beiden Schlittenteile angeordnet ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebssystem zu schaffen, bei dem das Gewicht der beweglichen Teile verringert wird und die Positioniergenauigkeit verbessert wird, um eine Hoch­ geschwindigkeitsoperation zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit einem Antriebssystem mit dem Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem ist die erste Antriebs­ vorrichtung auf dem Grundträger vorgesehen und wirkt direkt über ein erstes Kraftübertragungselement auf den ersten Schlitten. Zu­ sätzlich ist in dem ersten Schlitten eine drehbar gelagerte Welle vorgesehen, die die beiden ersten Ritzel miteinander koaxial ver­ bindet. Die beiden Ritzel laufen jeweils in einer Zahnstange. Wenn die Bewegung des Schlittens abgebremst oder beschleunigt wird, wirkt auf diesen eine Trägheit, die aus der Masse des Schlittens und dem damit transportierten Element besteht. Die Trägheit verur­ sacht ein Biegemoment, das die Brücke deformiert. Diese Trägheit wird jedoch in ein Torsionsmoment gewandelt, das auf die Welle einwirkt. Dieses Torsionsmoment wird von der Welle und den damit verbundenen Ritzeln und den mit den Ritzeln in Eingriff stehenden Zahnstangen aufgenommen. Dadurch wird die Verformung des Schlit­ tens stark reduziert und die Positioniergenauigkeit erhöht. Wei­ terhin kann die Masse des Schlittens verringert werden, da dieser nur die zur Abstützung gegenüber dem zu tragenden Element erfor­ derliche Steifigkeit haben muß. Durch diese Gewichtsreduzierung des Schlittens wird auch die Trägheit reduziert, so daß ein Hoch­ geschwindigkeitsbetrieb des Schlittens realisierbar ist.

Weiterbildungen der Erfindung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.

Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der Er­ findung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Er­ findung;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform der Er­ findung;

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht eines beweglichen Körpers nach der dritten Ausführungsform;

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform der Er­ findung;

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine fünfte Ausführungsform der Er­ findung; und

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine sechste Ausführungsform der Erfindung.

Im folgenden sollen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen unter Bezug auf die Figuren beschrieben werden.

Die erste Ausführungsform wird unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben.

Zwei Grundträger bzw. Sockel 1a und 1b sind parallel zueinander in einer X-Richtung (einer ersten Richtung) mit geeignetem Abstand vorgesehen.

Auf diesen Grundträgern 1a und 1b sind jeweils entsprechende Zahn­ stangen 2a und 2b befestigt. Die Zahnstangen 2a und 2b verlaufen auch in X-Richtung.

Auf den Grundträgern 1a und 1b sind ebenfalls jeweils entsprechende erste Geradführungen 3a und 3b befestigt. Die ersten Geradführungen 3a und 3b verlaufen ebenfalls in der X-Richtung, und zwar parallel zu den Zahnstangen 2a und 2b.

Schlitten 4a und 4b sind in der X-Richtung beweglich vorgesehen. Die Schlitten 4a und 4b sind mit ihrer Unterseite verschiebbar in den ersten Geradführungen 3a und 3b gehalten und können sich damit entlang der Zahnstangen 2a und 2b bewegen.

Eine Verbindungsplatte 5 (ein Verbindungselement) erstreckt sich in einer Y-Richtung (einer zweiten Richtung) senkrecht zu der X-Richtung. Jedes Ende der Verbindungsplatte 5 ist an jeweils einem der Schlitten 4a und 4b befestigt. Damit bewegt sich die Verbin­ dungsplatte 5 geradlinig in der X-Richtung, wenn die Schlitten 4a und 4b sich in X-Richtung verschieben.

Mit den Zahnstangen 2a und 2b stehen jeweils entsprechende Ritzel 6a und 6b in Eingriff und können damit auf diesen in X-Richtung abrollen. Die Ritzel 6a und 6b sind koaxial über eine Welle 7 ver­ bunden, die drehbar durch die Schlitten 4a und 4b hindurchgeführt ist. Wenn sich die über die Verbindungsplatte 5 verbundenen Schlit­ ten 4a und 4b in X-Richtung bewegen, rollen aufgrund dieser Bewe­ gung die Ritzel 6a und 6b auf den Zahnstangen 2a und 2b ab.

Es ist festzustellen, daß im Fall einer langen Welle 7 diese Welle bei ihrer Drehung gekrümmt oder gebogen werden kann. Um diese Ver­ biegung zu verhindern, kann zwischen den Schlitten 4a und 4b ein Rohr gespannt sein, durch das die Welle 7 hindurchgeführt ist. Ferner kann Schmiermittel, z. B. Fett, in das Rohr eingefüllt sein, um Geräusch und Abrieb zu verhindern.

Ein Steuer- oder Antriebsriemen 8a, der Teil einer ersten Antriebs­ vorrichtung ist, ist oberhalb der ersten Geradführung 3a auf dem Grundträger 1a in X-Richtung vorgesehen. Der Antriebsriemen 8a läuft um Antriebsriemenscheiben 8c und 8d und wird in X-Richtung angetrieben. Der Antriebsriemen 8a ist mit dem Schlitten 4a verbun­ den, so daß bei Bewegung des Antriebsriemens 8 in X-Richtung der Schlitten 4a ebenfalls in X-Richtung bewegt wird. Bei Bewegung des Schlittens 4a in X-Richtung wird gleichzeitig der Schlitten 4b be­ wegt, so daß die Ritzel 6a und 6b in X-Richtung über die Zahnstan­ gen 2a und 2b laufen.

Ein Servomotor 8b, der ebenfalls Teil der ersten Antriebsvorrich­ tung ist, ist auf dem Grundträger 2a befestigt. Der Servomotor 8b treibt den Antriebsriemen 8a in X-Richtung an.

Auf der Verbindungsplatte 5, die geradlinig bewegt wird, können Roboterköpfe 9, Werkzeuge, Meßgeräte, zu bearbeitende Werkstücke usw. befestigt werden.

Beim erfindungsgemäßen Antriebssystem kann die Verbindungsplatte 5 durch Antreiben des Antriebsriemens 8a mittels des Motors 8b in jede Lage in X-Richtung bewegt werden. Durch Bewegen der Verbindungsplatte 5 können an jeder Stelle Arbeitsvorgänge mit den an der Verbindungs­ platte 5 befestigten Roboterköpfen 9 etc. durchgeführt werden.

Der Motor 8b ist am Grundträger 1a befestigt. Das heißt, daß der Motor 8b nicht an den beweglichen Teilen, wie beispielsweise den Schlitten 4a und 4b und der Verbindungsplatte 5, befestigt ist, so daß das Gesamtgewicht der beweglichen Teile verringert sein kann und die Bewegung der Verbindungsplatte mit den Roboterköpfen 9 im Hoch­ geschwindigkeitsbetrieb durchgeführt werden kann. Insbesondere kann die Leistungsfähigkeit des Antriebssystems erhöht werden.

Bei der vorliegenden Ausführungsform stellt der Riemenantrieb mit dem Antriebsriemen 8a und dem Motor 8b die erste Antriebsvorrichtung dar. Beispielsweise kann ein Kugelumlaufspindel-Mechanismus, wie er anhand der zweiten Ausführungsform erläutert wird, und ein Zylinder­ antriebsmechanismus anstelle des Riemenantriebs verwendet werden.

Eine zweite Ausführungsform soll unter Bezug auf Fig. 2 erläutert werden.

Es sind wiederum Grundträger 10a und 10b parallel in einer Y-Rich­ tung (einer ersten Richtung) mit geeignetem Abstand vorgesehen.

Auf den Grundträgern 10a und 10b sind jeweils Zahnstangen 12a und 12b befestigt, die sich ebenfalls in der Y-Richtung erstrecken.

Ferner sind auf den Grundträgern 10a und 10b ebenfalls erste Gerad­ führungen 14a und 14b vorgesehen, die sich parallel zu den Zahnstan­ gen 12a und 12b in Y-Richtung erstrecken.

Es sind in Y-Richtung bewegliche Schlitten 16a und 16b vorgesehen, die mit ihrer Unterseite in den ersten Geradführungen 14a und 14b verschiebbar geführt sind. Damit bewegen sich die Schlitten 16a und 16b entlang der Zahnstangen 12a und 12b.

Es ist eine Verbindungsplatte 18 (ein Verbindungselement) vorgesehen, die sich in einer senkrecht zur Y-Richtung verlaufenden X-Richtung (einer zweiten Richtung) erstreckt. Jedes Ende der Verbindungsplatte 18 ist an jeweils einem der Schlitten 16a und 16b befestigt. Damit bewegt sich die Verbindungsplatte bei Bewegung der Schlitten 16a und 16b in Y-Richtung ebenfalls geradlinig in der Y-Richtung.

Ritzel 20a und 20b stehen jeweils mit den Zahnstangen 12a und 12b in Eingriff und können auf diesen in Y-Richtung abrollen. Die Ritzel 20a und 20b sind koaxial über eine Welle 22 verbunden, die drehbar durch ein hohles Rohr 24 welches zwischen die Schlitten 16a und 16b gespannt ist, und die Schlitten 16a, 16b hindurchgeführt ist. Wenn sich die über die Verbin­ dungsplatte 18 verbundenen Schlitten 16a und 16b in Y-Richtung bewe­ gen, rollen aufgrund dieser Bewegung die Ritzel 20a und 20b auf den Zahnstangen 12a und 12b ab.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Welle 22 durch das Rohr 24 hindurchgeführt, so daß eine Verbiegung der Welle 22 verhindert wird, wie sie dann auftreten kann, wenn die Welle 22 lang ist. Be­ steht keine Gefahr einer solchen Verbiegung, dann kann das Rohr 24 weggelassen werden. Ferner kann bei der vorliegenden Ausführungsform Schmiermittel 23, beispielsweise Fett, in das Rohr 24 zum Verhindern von Geräusch und Verschleiß eingefüllt sein.

Eine erste Kugelspindel bzw. Kugelumlaufspindel 26, die Teil einer ersten Antriebsvorrichtung darstellt, ist auf dem Grundträger 10a und oberhalb der ersten Geradführung 14a vorgesehen. Die erste Kugel­ umlaufspindel 26 erstreckt sich in Y-Richtung drehbar zwischen zwei auf dem Grundträger 10a befestigten Lagerelementen 28 und 30. Die erste Kugelumlaufspindel 26 ist durch den Schlitten 16a geschraubt, so daß der durch die erste Geradführung 14a an einer Drehung ge­ hinderte Schlitten 16a sich in Y-Richtung bewegt, wenn sich die erste Kugelumlaufspindel 26 um ihre Längsachse dreht. Gleichzeitig mit der Bewegung des Schlittens 16a in Y-Richtung wird der Schlitten 16b be­ wegt, so daß die Ritzel 20a und 20b in Y-Richtung über die Zahnstan­ gen 12a und 12b abrollen.

Ein Servomotor 32a, der Teil der ersten Antriebsvorrichtung ist, ist auf dem Grundträger 10a befestigt und treibt die erste Kugel­ umlaufspindel 26 zur Drehung um ihre Achse an.

Auf der Verbindungsplatte 18 ist eine zweite Geradführung 34 be­ festigt, die sich in X-Richtung erstreckt.

Ein beweglicher Körper oder Tisch 36 ist an seiner Unterseite an der zweiten Geradführung 34 verschiebbar geführt und damit in X-Richtung bewegbar. Durch Kombination der Bewegung der Verbin­ dungsplatte 18 in Y-Richtung mit der Bewegung des beweglichen Kör­ pers 36 in X-Richtung kann der bewegliche Körper 36 eine zweidimen­ sionale Bewegung in X- und Y-Richtung durchführen.

Am zweidimensional beweglichen Körper 36 können Roboterköpfe 38, Werkzeuge, Meßgeräte, zu behandelnde Werkstücke usw. befestigt wer­ den.

Eine zweite Kugelspindel bzw. Kugelumlaufspindel 40, die Teil einer zweiten Antriebsvorrichtung darstellt, erstreckt sich drehbar zwi­ schen den Schlitten 16a und 16b in X-Richtung und oberhalb der zweiten Geradführung 34. Die zweite Kugelumlaufspindel 40 ist durch den beweglichen Körper 36 hindurchgeschraubt, so daß der durch die zweite Geradführung 34 an seiner Drehung gehinderte bewegliche Kör­ per 36 sich in X-Richtung bewegt, wenn sich die zweite Kugelumlauf­ spindel 40 um ihre Längsachse dreht.

Auf dem Schlitten 16a ist ein Servomotor 32b befestigt, der einen Teil der zweiten Antriebsvorrichtung darstellt. Der Servomotor 32b treibt die zweite Kugelumlaufspindel 40 zur Drehung um ihre Längs­ achse an.

Beim Antriebssystem nach der vorliegenden Ausführungsform kann der bewegliche Tisch 36 in jede Position in X- und Y-Richtung durch Antrieb der ersten Kugelumlaufspindel 26 und der zweiten Kugelum­ laufspindel 40 mittels der Motoren 32a und 32b bewegt werden. Auf­ grund der Bewegung des beweglichen Körpers 36 können Arbeitsvor­ gänge mit den an dem beweglichen Körper 36 befestigten Roboterköp­ fen 38 etc. an jeder zweidimensionalen Position durchgeführt wer­ den.

Der Motor 32a ist am Grundträger 10a befestigt. Das heißt, daß der Motor 32a nicht auf den beweglichen Teilen, wie beispielsweise den Schlitten 16a und 16b, der Verbindungsplatte 18 und dem beweglichen Körper 36, befestigt ist, so daß das Gesamtgewicht der beweglichen Teile verringert und der Betrieb des beweglichen Körpers 36 mit den Roboterköpfen 38 mit Hochgeschwindigkeit durchgeführt werden kann. Damit ist die Leistungsfähigkeit des Antriebssystems ver­ größert.

Die Position des beweglichen Körpers 36 wird nicht nur durch die Zahnstangen 12a und 12b und die Ritzel 20a und 20b festgelegt, son­ dern auch durch die erste Kugelumlaufspindel 26 und die zweite Kugelumlaufspindel 40, so daß die Positioniergenauigkeit erhöht ist.

Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die erste und zweite Antriebsvorrichtung durch die erste Kugelumlaufspindel 26, die zweite Kugelumlaufspindel 40 und die Servomotoren 32a und 32b ge­ bildet. Der im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform erläu­ terte Riemenantrieb und ein Zylinderantrieb kann anstelle der Ku­ gelumlaufvorrichtung verwendet werden.

Die dritte Ausführungsform soll unter Bezug auf die Fig. 3 und 4 erläutert werden.

In Fig. 3 sind Grundträger 100a und 100b parallel in Y-Richtung (einer ersten Richtung) mit geeignetem Abstand vorgesehen.

Auf den Grundträgern 100a und 100b sind jeweils Zahnstangen 102a und 102b befestigt, die sich ebenfalls in der Y-Richtung er­ strecken.

Auf den Grundträgern 100a und 100b sind ferner jeweils erste Gerad­ führungen 104a und 104b befestigt, die sich parallel zu den Zahn­ stangen 102a und 102b in der Y-Richtung erstrecken.

In der Y-Richtung bewegbare Schlitten 106a und 106b sind an ihrer Unterseite in den ersten Geradführungen 104a und 104b verschiebbar geführt. Aufgrund dieser Anordnung bewegen sich die Schlitten 106a und 106b seitlich entlang der Zahnstangen 102a und 102b.

Eine hohle Hauptwelle 108 (ein Verbindungselement) ist in X-Rich­ tung (einer zweiten Richtung) senkrecht zur Y-Richtung vorgesehen und an jedem Ende an einem entsprechenden Schlitten 106a und 106b befestigt. Auf dem äußeren Umfang der Hauptwelle 108 ist ein Außen­ gewindebereich geschnitten. Ferner sind auf dem äußeren Umfang der Hauptwelle 108 sich in dessen Axialrichtung erstreckende gerade Keilnuten 111 geschnitten.

Ritzel 112a und 112b sind jeweils mit den Zahnstangen 102a und 102b in Eingriff und können darauf in Y-Richtung abrollen. Die Ritzel 112a und 112b sind koaxial über eine Welle 114 verbunden, die dreh­ bar durch die hohle Hauptwelle 108, die sich zwischen den Schlitten 106a und 106b erstreckt, und durch die Schlitten 106a und 106b hin­ durchgeführt ist. Wenn die über die Hauptwelle 108 verbundenen Schlitten 106a und 106b in Y-Richtung verschoben werden, rollen die Ritzel 112a und 112b aufgrund dieser Bewegung über die Zahn­ stangen 102a und 102b ab.

In der vorliegenden Ausführungsform ist die Welle 114 in der Haupt­ welle 108 geführt, so daß eine Verbiegung oder Krümmung der Welle 114, wie sie manchmal bei großer Länge der Welle 114 stattfinden kann, verhindert wird. Ferner ist in der vorliegenden Ausführungs­ form Schmiermittel 115, beispielsweise Fett, in die Hauptwelle 108 eingefüllt, um Geräuschentwicklung und Verschleiß zu verhindern. Wenn keine Gefahr der Verbiegung besteht, kann natürlich die Welle 114 auch außerhalb der Hauptwelle 108 vorgesehen sein.

Eine Kugelspindel bzw. Kugelumlaufspindel 116, die Teil einer er­ sten Antriebsvorrichtung darstellt, ist auf dem Grundträger 100a und oberhalb der ersten Geradführung 104a vorgesehen. Die Kugel­ umlaufspindel 116 erstreckt sich drehbar in Y-Richtung zwischen den Lagerelementen 118 und 120, die auf dem Grundträger 100a be­ festigt sind. Die Kugelumlaufspindel 116 ist durch den Schlitten 106a hindurchgeschraubt, so daß der durch die erste Geradführung 104a an seiner Drehung gehinderte Schlitten 106a sich bei Drehung der Kugelumlaufspindel 116 um ihre Längsachse in Y-Richtung be­ wegt. Gleichzeitig mit der Bewegung des Schlittens 106a in Y-Rich­ tung verschiebt sich der Schlitten 106b, so daß die Ritzel 112a und 112b in Y-Richtung auf den Zahnstangen 102a und 102b abrollen.

Auf dem Grundträger 100a ist ein Servomotor 122a befestigt, der Teil der ersten Antriebsvorrichtung ist und die Kugelumlaufspindel 116 um ihre Längsachse dreht.

Ein beweglicher Körper bzw. Mittelstück 124 ist auf der Hauptwelle 108 in der X-Richtung beweglich vorgesehen. Der Aufbau des beweg­ lichen Mittelstücks 124 wird unter Bezug auf Fig. 4 erläutert.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist in einem Gehäuse 128 des Mittel­ stücks 124 eine Drehschraubenmutter 126 drehbar vorgesehen. Der Außengewindebereich 110 der Hauptwelle 108 ist durch die Dreh­ schraubenmutter 126 mittels einer Vielzahl von (nicht gezeigten) Metallkugeln hindurchgeschraubt. Kugeln 130 sind zwischen von der äußeren Umfangsfläche der Drehschraubenmutter 126 und der Innen­ fläche des Gehäuses 128 gebildeten Kugellagerflächen vorgesehen. An der äußeren Stirnfläche der Schraubenmutter 126 ist eine An­ triebsriemenscheibe 132 befestigt, so daß das Drehmoment eines auf dem beweglichen Mittelstück 124 montierten Servomotors 122b mittels eines Steuer- bzw. Antriebsriemens 134 auf die Antriebsriemen­ scheibe 132 und die Schraubenmutter 126 übertragen wird.

Im Gehäuse 128 des beweglichen Mittelteils 124 ist eine Drehtrommel 136 vorgesehen, die die Hauptwelle 108 umgreift. An der Innenfläche der Drehtrommel 136 sind linienförmige Vorsprünge bzw. Keile (nicht gezeigt) vorgesehen, die mit den Keilnuten 111 der Hauptwelle 108 in Eingriff sind. Zwischen von der äußeren Umfangsfläche der Dreh­ trommel 136 und der Innenfläche des Gehäuses 128 gebildeten Kugel­ lagerflächen sind Kugeln 138 vorgesehen. An der äußeren Stirnfläche der Drehtrommel 136 ist eine Steuer- bzw. Antriebsriemenscheibe 140 befestigt, so daß das Drehmoment eines auf dem Mittelstück 124 befestigten Servomotors 122c über einen Steuer- bzw. Antriebsriemen 142 auf die Antriebsriemenscheibe 140 und die Drehtrommel 136 über­ tragen wird.

Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Enden der Hauptwelle 108 jeweils so an den Schlitten 106a und 106b befestigt, daß die Hauptwelle 108 an ihrer Drehung um ihre Längsachse gehindert wird. Aufgrund dieser Fixierung kann sich das bewegliche Mittelstück 124 geradlinig entlang der Hauptwelle 108 in X-Richtung bewegen und um diese herum drehen. Wenn nämlich nur die Schraubenmutter 126 dreht, dann bewegt sich das Mittelstück 124 geradlinig entlang der Hauptwelle 108; wenn die Schraubenmutter 126 und die Drehtrommel 128 drehen, dreht sich das bewegliche Mittelstück um die Hauptwelle 108. Die das Drehmoment des Motors 122b auf die Schraubenmutter 126 übertragende Vorrichtung stellt eine zweite Antriebsvorrichtung dar.

Beim Antriebssystem nach der vorliegenden Erfindung kann das Mit­ telstück 124 mittels Antreiben der Kugelumlaufspindel 116 und der Drehschraubenmutter 126 über die Motoren 122a und 122b in jede Stellung in X- und Y-Richtung bewegt werden. Durch diese Verschie­ bung des Mittelstücks 124 können Arbeitsvorgänge mit am Mittelstück 124 befestigten Roboterköpfen 144 etc. an jeder zweidimensionalen Position durchgeführt werden.

Während des Betriebs wird die Position des Mittelstücks 124 nicht nur durch die Zahnstangen 102a und 102b und die Ritzel 112a und 112b, sondern auch durch die Kugelumlaufspindel 116 und den die Hauptwelle 108 und die Drehschraubenmutter 126 umfassenden Kugel­ umlaufmechanismus bestimmt, so daß eine höhere Positioniergenauig­ keit erreicht wird.

Ferner kann, da sich das Mittelstück 124 um die Hauptwelle 108 dre­ hen kann, der Arbeitswinkel der Roboterköpfe 144 etc. geändert wer­ den. Wenn eine Drehung des Mittelstücks 124 nicht erforderlich ist, können die Keilrillen 111 der Hauptwelle 108, die Drehtrommel 126, der Motor 122c etc. entfallen. In diesem Fall ist es jedoch erfor­ derlich, eine Vorrichtung zur Verhinderung der Rotation des Mittel­ stücks 124 vorzusehen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ebenso wie in den früheren Ausführungsformen der Motor 122a auf dem Grundträger 100a befe­ stigt. Der Motor 122a ist also nicht auf den beweglichen Teilen, wie beispielsweise den Schlitten 106a und 106b, der Hauptwelle 108 oder dem beweglichen Mittelstück 124 befestigt, so daß das Gesamt­ gewicht der beweglichen Teile verringert ist und Arbeitsvorgänge des beweglichen Mittelstücks 124 mit den Roboterköpfen mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden können. Damit ist die Leistungs­ fähigkeit des Antriebssystems erhöht.

Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Drehschraubenmutter 126 und die Drehtrommel 136 durch die Motoren 122b bzw. 122c ange­ trieben. Wenn die Drehschraubenmutter 126 und die Drehtrommel 136 durch einen einzigen Motor über eine Kupplung betrieben werden, dann kann das Gewicht der beweglichen Teile weiter verringert wer­ den.

Wenn der Drehwinkel des beweglichen Mittelstücks 124 um die Haupt­ welle 108 gering ist, kann anstelle des Motors 122c ein eine Zylin­ dereinheit mit Hebeln umfassender Mechanismus vorgesehen sein.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können anstelle eines einzi­ gen beweglichen Mittelstücks 124 auf der Hauptwelle 108 auch eine Mehrzahl von beweglichen Körpern bzw. derartigen Mittelstücken vor­ gesehen sein.

Ferner kann die erste Antriebsvorrichtung anstelle der Kugelumlauf­ vorrichtung auch als Riemenantriebsvorrichtung, Zylinderantriebs­ vorrichtung etc. ausgebildet sein.

Unter Bezug auf Fig. 5 soll eine vierte Ausführungsform erläutert werden.

Zunächst soll ein Antriebsmechanismus für den Antrieb in X-Richtung (einer ersten Richtung) erläutert werden.

Ein Grundträger bzw. Sockel 200 ist als ein einen freien Raum in der Mitte umgebender rechteckiger Rahmen ausgebildet.

Auf dem Grundträger 200 sind erste Zahnstangen 202a und 202b be­ festigt, die sich in X-Richtung erstrecken.

Auf dem Grundträger 200 sind ebenfalls in X-Richtung verlaufende erste Geradführungen 204a und 204b befestigt, die innerhalb der ersten Zahnstangen 202a und 202b angeordnet sind.

An den ersten Geradführungen 204a und 204b sind erste Schlitten 206a und 206b verschiebbar geführt.

Ein erstes Verbindungselement 208 ist als Hohlrohr ausgebildet, dessen Enden jeweils mit den ersten Schlitten 206a bzw. 206b ver­ bunden sind.

Auf dem Grundträger 200 ist in X-Richtung eine erste Kugelspindel bzw. Kugelumlaufspindel 210, die Teil einer ersten Antriebsvorrich­ tung darstellt, vorgesehen. Die erste Kugelumlaufspindel 210 ist über der ersten Geradführung 204a mittels Getrieben 212a und 212b drehbar gelagert und durch den ersten Schlitten 206a hindurchge­ schraubt. Bei Drehung der ersten Kugelumlaufspindel 210 um ihre Längsachse bewegen sich die über das Verbindungselement 208 ver­ bundenen ersten Schlitten 206a und 206b entlang der ersten Gerad­ führungen 204a und 204b in X-Richtung.

Auf dem Grundträger 200 ist ein Servomotor 214a, der Teil einer ersten Antriebsvorrichtung darstellt, zum Antrieb der ersten Kugel­ umlaufspindel 210 befestigt. Die Drehgeschwindigkeit, Drehrichtung etc. des Motors 214a wird zur Steuerung der Drehung der ersten Kugelumlaufspindel 210 gesteuert. Der Servomotor 214a besitzt einen (nicht gezeigten) Verriegelungsmechanismus, der die erste Kugel­ umlaufspindel 210 in ihrer momentanen Drehstellung bei Stillstand der Kugelumlaufspindel 210 fixieren kann.

Eine erste Welle 216 ist drehbar durch und im Verbindungselement 208 und den ersten Schlitten 206a und 206b geführt. Erste Ritzel 218a und 218b sind an den beiden über die Schlitten 206a und 206b hinausstehenden Enden der ersten Welle 216 befestigt und mit den ersten Zahnstangen 202a bzw. 202b in Eingriff. Schmiermittel 217, beispielsweise Fett, ist in das erste Verbindungselement 208 einge­ füllt, um zwischen dem ersten Verbindungselement 208 und der ersten Welle 216 entstehendes Geräusch und Verschleiß zu verhindern. Wenn das erste Verbindungselement 208 weggelassen wird, kann die erste Welle 216 auch als erstes Verbindungselement dienen.

Nachfolgend wird eine Antriebsvorrichtung für die Y-Richtung (eine zweite Richtung) beschrieben.

Auf dem Grundträger 200 sind zweite Zahnstangen 220a und 220b, die sich in Y-Richtung erstrecken, sowie zweite Geradführungen 222a und 222b, die innerhalb der zweiten Zahnstangen 220a und 220b vorge­ sehen sind, befestigt.

An den zweiten Geradführungen 222a und 222b sind zweite Schlitten 224a und 224b verschiebbar geführt.

Ein zweites Verbindungselement 226 wird durch ein Hohlrohr gebil­ det, dessen Enden jeweils mit den zweiten Schlitten 224a bzw. 224b verbunden sind.

Auf dem Grundträger 200 ist in Y-Richtung eine zweite Kugelspindel bzw. Kugelumlaufspindel 228, die Teil einer zweiten Antriebsvor­ richtung darstellt, vorgesehen. Die zweite Kugelumlaufspindel 228 ist oberhalb der zweiten Geradführung 222a in Getrieben 212a und 212c drehbar gelagert und durch den zweiten Schlitten 224a hin­ durchgeschraubt. Bei Drehung der zweiten Kugelumlaufspindel 228 um ihre Längsachse bewegen sich die über das Verbindungselement 226 verbundenen zweiten Schlitten 224a und 224b entlang der zweiten Geradführungen 222a und 222b in Y-Richtung.

Auf dem Grundträger 200 ist ein Servomotor 214b, der Teil einer zweiten Antriebsvorrichtung darstellt, zum Antrieb der zweiten Ku­ gelumlaufspindel 228 befestigt. Die Drehgeschwindigkeit, Drehrich­ tung etc. des Motors 214b werden zur Steuerung der Drehung der zweiten Kugelumlaufspindel 228 gesteuert. Der Servomotor 214b hat einen (nicht gezeigten) Verriegelungsmechanismus, der die zweite Kugelumlaufspindel 228 bei Stillstand der Kugelumlaufspindel 228 in ihrer momentanen Drehstellung fixiert.

Eine zweite Welle 230 ist drehbar durch und in dem zweiten Verbin­ dungselement 226 und den zweiten Schlitten 224a und 224b geführt. An den beiden Enden der zweiten Welle 230, die von den zweiten Schlitten 224a und 224b hervorstehen, sind zweite Ritzel 332a und 332b befestigt, die mit den zweiten Zahnstangen 220a und 220b in Eingriff sind. Schmiermittel 231, beispielsweise Fett, ist eben­ falls in das zweite Verbindungselement 226 eingefüllt, um zwischen dem zweiten Verbindungselement 226 und der zweiten Welle 230 ent­ stehendes Geräusch und Verschleiß zu verhindern. Wenn das zweite Verbindungselement 226 weggelassen wird, kann die zweite Welle 230 auch als zweites Verbindungselement dienen.

Ein beweglicher Körper 234 ist auf dem ersten Verbindungselement 208 und dem zweiten Verbindungselement 226 beweglich vorgesehen. Das erste Verbindungselement 208 und das zweite Verbindungselement 226 sind durch den beweglichen Körper 234 hindurchgeführt. Bei Betrieb der Motoren 214a und/oder 214b wird der bewegliche Körper 234 in X- und Y-Richtungen innerhalb des vom Grundträger 200 be­ grenzten Innenraums bewegt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist kein Motor auf dem beweglichen Körper 234 montiert, so daß die auf die Motoren 214a und 214b einwirkende Last recht gering ist und Arbeitsvorgänge des beweglichen Körpers 234 mit den (nicht ge­ zeigten) Roboterköpfen etc. unter hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden können. Damit ist die Leistungsfähigkeit des Antriebssystems erhöht.

Während des Betriebs ist die Position des beweglichen Körpers 234 nicht nur durch die Zahnstangen 202a, 202b, 220a und 220b, und die Ritzel 218a, 218b, 232a und 232b, sondern auch durch die Kugelum­ laufspindeln 210 und 228 bestimmt, so daß die Positioniergenauig­ keit erhöht ist.

Auch bei der vorliegenden Ausführungsform können die ersten und zweiten Antriebsvorrichtungen anstelle der Kugelumlaufvorrichtungen durch einen Riemenantrieb, einen Zylinderantrieb etc. gebildet sein.

Unter Bezug auf Fig. 6 soll im folgenden eine fünfte Ausführungs­ form beschrieben werden.

Das Antriebssystem der fünften Ausführungsform ist eine Kombination der Systeme der zweiten Ausführungsform auf einem Grundträger 320.

Eine Kugelumlaufspindel 300 ist durch einen Schlitten 306 zum Be­ wegen einer Verbindungsplatte 304, auf der ein beweglicher Körper 302 montiert ist, in X-Richtung geschraubt; die Kugelspindel 300 ist lose durch einen Schlitten 312 mit einer Verbindungsplatte 310 hindurchgeführt, auf der ein beweglicher Körper 308 in Y-Richtung beweglich montiert ist. Eine Kugelumlaufspindel 314 ist durch einen Schlitten 316 mit einer Verbindungsplatte 310, auf der der beweg­ liche Körper 308 montiert ist, zur Bewegung in X-Richtung hindurch­ geschraubt; die Kugelspindel 314 ist lose durch einen Schlitten 318 mit der Verbindungsplatte 304 hindurchgeführt, auf der der bewegliche Körper 302 in Y-Richtung beweglich montiert ist. Damit kann die Bewegung der beweglichen Körper 302 und 308 in X- und Y-Richtung unabhängig gesteuert werden.

Ferner ist eine Kugelumlaufspindel 322 durch einen Schlitten 328 mit einer Verbindungsplatte 326, auf dem ein beweglicher Körper 324 montiert ist, zur Bewegung in Y-Richtung geschraubt; die Kugel­ spindel 322 ist lose durch einen Schlitten 334 geführt, der eine Verbindungsplatte 332 aufweist, auf dem ein beweglicher Körper 330 in X-Richtung beweglich montiert ist. Eine Kugelumlaufspindel 336 ist durch einen Schlitten 338 mit einer Verbindungsplatte 332, auf dem der bewegliche Körper 330 montiert ist, zur Bewegung in Y-Rich­ tung geschraubt; die Kugelspindel 336 ist lose durch einen Schlit­ ten 340 geführt, der die Verbindungsplatte 326 aufweist, auf der der bewegliche Körper 324 in X-Richtung beweglich montiert ist. Damit kann die Bewegung der beweglichen Körper 324 und 330 in X- und Y-Richtung unabhängig voneinander gesteuert werden.

Mit dem oben beschriebenen Aufbau können vier bewegliche Körper 302, 308, 324 und 330 unabhängig voneinander in X- und Y-Richtungen bewegt werden.

Eine sechste Ausführungsform wird im folgenden unter Bezug auf Fig. 7 beschrieben.

Ein Antriebssystem der sechsten Ausführungsform ist eine Kombina­ tion der Systeme der dritten Ausführungsform auf einem Grundträger 400.

Eine Kugelumlaufspindel 402 ist durch einen Schlitten 406 zur Be­ wegung eines beweglichen Körpers 404 in X-Richtung hindurchge­ schraubt; die Kugelspindel 402 ist lose durch einen Schlitten 410 hindurchgeführt, der eine Bewegung eines beweglichen Körpers 408 in X-Richtung erlaubt. Eine Kugelumlaufspindel 412 ist durch einen Schlitten 414 zur Bewegung des beweglichen Körpers 408 in X-Rich­ tung hindurchgeschraubt; die Kugelspindel 412 ist lose durch einen Schlitten 416 hindurchgeführt, der eine Bewegung des Körpers 404 in X-Richtung erlaubt. Damit kann eine Bewegung der Körper 404 und 408 in X-Richtung unabhängig voneinander gesteuert werden.

Ferner ist eine Kugelumlaufspindel 418 durch einen Schlitten 422 zur Bewegung eines beweglichen Körpers 420 in Y-Richtung hindurch­ geschraubt; die Kugelspindel 418 ist lose durch einen Schlitten 426 hindurchgeführt, der eine Bewegung eines beweglichen Körpers 424 in Y-Richtung erlaubt. Eine Kugelumlaufspindel 428 ist durch einen Schlitten 430 zur Bewegung des beweglichen Körpers 424 in Y-Richtung hindurchgeschraubt; die Kugelspindel 428 ist lose durch einen Schlitten 432 hindurchgeführt, der eine Bewegung des beweg­ lichen Körpers 420 in Y-Richtung erlaubt. Damit kann die Bewegung der Körper 420 und 424 in Y-Richtung unabhängig voneinander ge­ steuert werden.

Mit dem beschriebenen Aufbau können die vier beweglichen Körper 404, 408, 420 und 424 unabhängig voneinander in X- und Y-Richtung bewegt werden.

Claims (13)

1. Antriebssystem mit einem Grundträger (1a, 1b);
einem auf dem Grundträger (1a, 1b) vorgesehenen und parallel zu­ einander in einer ersten Richtung angeordneten Paar von ersten Zahnstangen (2a, 2b);
einem ersten Schlitten (4a, 4b), der in der ersten Richtung geführt ist;
einer in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung angeordneten ersten Welle (7), die an dem ersten Schlitten (4a, 4b) drehbar gelagert ist und über die ein Paar von ersten Ritzeln (6a, 6b) koaxial verbunden sind, die jeweils mit einer der ersten Zahnstangen (2a, 2b) in Eingriff sind und darauf bei Bewegung des ersten Schlittens in der ersten Richtung abrollen; und
einer ersten Antriebsvorrichtung (8a, 8b), die auf dem Grundträger (1a, 1b) angeordnet ist und über ein erstes Kraftübertragungsele­ ment (8b) direkt auf den ersten Schlitten (4a, 4b) wirkt.

2. Antriebssystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schlitten ein Paar Schlittenteile (4a, 4b) aufweist, die über ein Verbindungselement (5, 18) miteinander verbunden sind.

3. Antriebssystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Paar von Geradführungen (3a, 3b; 14a, 14b) zum Führen der Schlittenteile (4a, 4b; 16a, 16b) in der ersten Richtung, wobei die Geradführungen (3a, 3b) jeweils entlang einer der ersten Zahnstangen (2a, 2b; 12a, 12b) vorgesehen sind.

4. Antriebssystem nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen auf dem Verbindungselement (18) in der zweiten Richtung bewegbar vorgesehenen beweglichen Körper (36) und eine zweite Antriebsvorrichtung (40, 32b) zum Bewegen des Körpers (36) in der zweiten Richtung.

5. Antriebssystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine auf dem Verbindungselement (18) vorgesehene zweite Geradführung (34) zum Führen des beweglichen Körpers (36) in der zweiten Richtung.

6. Antriebssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement durch eine Hauptwelle (108) mit einem Außengewinde (110) gebildet ist, und daß die zweite Antriebsvorrichtung eine in dem beweglichen Körper (124) drehbar gelagerte Drehschraubenmutter (126), die mit dem Außengewinde (110) der Hauptwelle (108) zusammenwirkt, und einen Motor (122b) zum Drehen der Drehschraubenmutter (126) aufweist.

7. Antriebssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptwelle (108) eine Hohlwelle ist und daß die die Ritzel (112a, 112b) verbindende Welle (114) in der Hauptwelle (108) geführt ist.

8. Antriebssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptwelle (108) ferner in ihrer Umfangsfläche eine sich in Längsrichtung der Hauptwelle erstreckende Keilnut (111) aufweist und daß die zweite Antriebsvorrichtung (122b, 126) eine in dem beweglichen Körper (124) drehbar gelagerte Drehtrommel (136) aufweist, die mit der Keilnut (111) der Hauptwelle (168) in Eingriff ist, und daß der Motor (122b, 122c) so ausgebildet ist, daß er die Schraubenmutter (126) und die Drehtrommel (136) wahlweise in Drehung versetzt.

9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit
einem auf dem Grundträger (200) vorgesehenen und parallel zueinander in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung angeordneten Paar von zweiten Zahnstangen (220a, 220b);
einem zweiten Schlitten (224a, 224b), der in der zweiten Richtung geführt ist;
einer in der ersten Richtung angeordneten zweiten Welle (230), die an dem zweiten Schlitten (224a, 224b) drehbar gelagert ist und über die ein Paar von zweiten Ritzeln (232a, 232b) koaxial verbunden sind, die jeweils mit einer der zweiten Zahnstangen (220a, 220b) in Eingriff sind und darauf bei Bewegung des zweiten Schlittens in der zweiten Richtung abrollen;
einer zweiten Antriebsvorrichtung (228, 214b), die auf dem Grundträger (200) angeordnet ist und über ein zweites Kraftübertragungselement direkt auf den zweiten Schlitten wirkt; und
einem auf dem ersten und dem zweiten Schlitten bewegbar vorgesehenen Körper (234).

10. Antriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schlitten ein Paar Schlittenteile aufweist, die über ein zweites Verbindungselement miteinander verbunden sind.

11. Antriebssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Verbindungselement (208) als Hohlrohr ausgebildet ist und daß die die ersten Ritzel (218a, 218b) verbindende erste Welle (216) durch das erste Verbindungselement (208) geführt ist und daß das zweite Verbindungselement (226) als Hohlrohr ausgebildet ist und die die zweiten Ritzel (232a, 232b) verbindende zweite Welle (230) durch das zweite Verbindungselement (226) geführt ist.

12. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch ein Paar von zweiten Geradführungen (222a, 222b) zum Führen des zweiten Schlittens (224a, 224b) in der zweiten Richtung, wobei die zweiten Geradführungen jeweils entlang einer der zweiten Zahnstangen (220a, 220b) vorgesehen sind.

13. Antriebssystem nach Anspruch 1 mit
einem zweiten Schlitten (324, 328, 340; 422, 432), der in der ersten Richtung geführt ist;
einer sich in der zweiten Richtung erstreckenden zweiten Welle (326), die an dem zweiten Schlitten (324, 328, 340; 422, 432) drehbar gelagert ist und über die ein Paar von zweiten Ritzeln koaxial verbunden sind, die jeweils mit einer der ersten Zahnstangen in Eingriff sind und darauf bei Bewegung des zweiten Schlittens (324, 328, 340; 422, 432) in der ersten Richtung abrollen;
einer zweiten Antriebsvorrichtung, die auf dem Grundträger angeordnet ist und über ein zweites Kraftübertragungselement (322) direkt auf den zweiten Schlitten (324, 328, 340; 422, 432) wirkt;
einem zweiten auf dem Grundträger vorgesehenen und parallel zu der zweiten Richtung angeordnetem Paar von zweiten Zahnstangen;
einem dritten und vierten Schlitten (306, 318; 406, 416; 312, 316; 410, 414), die in der zweiten Richtung geführt sind;
je einer in der ersten Richtung angeordneten dritten und vierten Welle, wobei die dritte Welle an dem dritten Schlitten (306, 318; 406, 416) drehbar gelagert ist und ein Paar von dritten Ritzeln koaxial verbindet, die jeweils mit einer der zweiten Zahnstangen in Eingriff sind und darauf bei Bewegung des dritten Schlittens (306, 318; 406, 416) in der zweiten Richtung abrollen, und die vierte Welle an dem vierten Schlitten (312, 316; 410, 414) drehbar gelagert ist und ein Paar von vierten Ritzeln koaxial verbindet, die jeweils mit einer der zweiten Zahnstangen in Eingriff sind und darauf bei Bewegung des vierten Schlittens (312, 316; 410, 414) in der zweiten Richtung abrollen; und
je einer dritten und vierten Antriebsvorrichtung, die auf dem Grundträger angeordnet sind,
wobei die dritte Antriebsvorrichtung über ein drittes Kraftübertragungselement (300, 402) direkt auf den dritten Schlitten (306, 318; 406, 416) wirkt,
und die vierte Antriebsvorrichtung über ein viertes Kraftübertragungselement (314, 412) direkt auf den vierten Schlitten (312, 316; 410, 414) wirkt.