DE4338155A1

DE4338155A1 - x-y-Positionierantrieb mit stufenlosem Zahnriemendifferenzengetriebe

Info

Publication number: DE4338155A1
Application number: DE19934338155
Authority: DE
Inventors: Arndt Matthias
Original assignee: CYBERTRON GmbH
Current assignee: CYBERTRON GmbH
Priority date: 1993-11-03
Filing date: 1993-11-03
Publication date: 1995-05-04

Description

Stand der Technik ist es, einen Lineardifferenzenantrieb nach dem in der Fig. 1.1 dargestellten Schema aufzubauen. Der Zahnriementrieb (Fig. 1.1) arbeitet nach folgendem Prinzip.

Eine Differenz der Motordrehzahlen n1 und n2 an Z1 und Z2 hat zur Folge, daß der Zahnriemen z. B. einen größeren Weg in Pfeilrichtung a zum Zahnrad Z3 und einen kleineren Weg in Pfeilrichtung b vom Zahnrad Z3 zurücklegt, wobei eine translatorische Bewegung des Schlittens um die Hälfte der Wegdifferenz beider Trummwege a und b erfolgt.

Die andere Hälfte der Wegdifferenz geht in eine rotatorische Bewegung von Z3 über. In Fig. 1.2 ist eine naheliegende Variante der Fig. 1.1 dargestellt, die nach dem gleichen Prinzip (Fig. 1.1) arbeitet.

Die technischen Vorteile beider Varianten (Fig. 1.1 und 1.2) ergeben sich aus der Möglichkeit, die Motoren 1 und 2 mit unterschiedlichen Drehzahlen zu betreiben, da nur die Drehzahldifferenz zur translatorischen Bewegung des Schlittens führt. Diese Varianten sind Stand der Technik und werden z. B. in der Patentschrift (US-Patent 3. 906. 810) behandelt.

Die erfinderische Aufgabe liegt darin, die für vorerst eine Bewegungsachse ausgelegten Kinematiken so miteinander zu kombinieren, daß in zwei Achsen x und y verfahren und positioniert werden kann.

Eine naheliegende Möglichkeit wäre, die Antriebe beider Fig. 1.1 und 1.2 jeweils kreuzförmig anzuordnen, hätte jedoch den entscheidenden Nachteil, daß eine Kinematik den gesamten Aufbau der kreuzförmig montierten zweiten Kinematik mit all seinen Führungselementen und Motoren tragen müßte.

Es muß ein Aufbau geschaffen werden, der zugunsten der Nutzlast möglichst wenig bewegte Masse zur Ausübung der x-y- Verfahrbewegung mit sich trägt.

Fig. 1.1 eine 1., dem Stand der Technik entsprechende Antriebs vorrichtung

Fig. 1.2 eine 2., dem Stand der Technik entsprechende Antriebs vorrichtung

Fig. 1.3 das erste Ausführungsbeispiel der erfinderischen Vorrichtung

Fig. 1.4 die Drauf- und Frontansicht von Fig. 1.3

Fig. 1.5 das zweite Ausführungsbeispiel der erfinderischen Vorrichtung

Fig. 1.6 die Drauf- und Frontansicht von Fig. 1.5.

Die Fig. 1.3 stellt das erste Ausführungsbeispiel der erfinderischen Lösung dar. Die Antriebsmotoren 1, 2, 3, 4 sind stationär und zueinander feststehend an einem nicht dargestellten festen Teil des Schlittensystems montiert.

Die Motoren bilden mit ihren an der Motorwelle koaxial befestigten Synchronscheiben vier Antriebseinheiten.

Antriebseinheit 1 bestehend aus Motor 1 und Synchronrad 15,
Antriebseinheit 2 bestehend aus Motor 2 und Synchronrad 12,
Antriebseinheit 3 bestehend aus Motor 3 und Synchronrad 14,
Antriebseinheit 4 bestehend aus Motor 4 und Synchronrad 13.

Die Umlenkrollen 1, 1′ bis 4, 4′ sind jeweils einzeln drehbar, entlang der x-Koordinate verschiebbar, zueinander feststehend, gelagert. Die Umlenkrollen 5, 5 ′ bis 9, 9′ sind jeweils einzeln drehbar, entlang der x- und der y-Koordinate verschiebbar, zueinander feststehend, auf einem Schlitten gelagert.

Die Umlenkräder 12′, 13′, 14′, 15′ sind nicht drehfest mit den Synchronrädern 12, 13, 14, 15 verbunden, sondern lediglich drehbar gelagert.

Der einseitig verzahnte endlose Riemen 16 umschlingt Antriebseinheit 1, Umlenkrolle 1, Umlenkrolle 2, Antriebseinheit 2, Umlenkrolle 13′, Umlenkrolle 3, Umlenkrolle 7, Umlenkrolle 9, Synchronrad 10, Umlenkrolle 8, Umlenkrolle 11, Umlenkrolle 4 und Umlenkrolle 14′ in der gegebenen Reihenfolge.

Der einseitig verzahnte endlose Riemen 17 umschlingt Antriebseinheit 4, Umlenkrolle 3′, Umlenkrolle 4′, Antriebseinheit 3, Umlenkrolle 15′, Umlenkrolle 1′, Umlenkrolle 5′, Umlenkrolle 8′, Synchronrad 10′, Umlenkrolle 9′, Umlenkrolle 6′, Umlenkrolle 2′ und Umlenkrolle 12′ in der gegebenen Reihenfolge.

Die gestrichelte Linie in Fig. 1.4 stellt beispielhaft eine einfache Führung einer solchen Antriebseinheit dar.

Unter der Voraussetzung, daß die Drehzahldifferenz der Motoren M1 und M2 zu jedem Zeitpunkt gleich der Drehzahldifferenz der Motoren M3 und M4 ist, kann der über die zwei Riemen angetriebene Schlitten bei der stufenlos wählbaren Getriebeübersetzung in der x-y-Ebene verfahren und positioniert werden, wobei die x-Komponente der Bewegung aus der Drehzahldifferenz zwischen M1 und M2 und die y- Komponente aus der Drehzahldifferenz zwischen M1 und M3 resultiert.

Ein deutlicher Vorteil ist, daß die Summe der Leistungen aller Motoren in die Schlittenbewegung eingeht und die Motoren im Nenndrehzahlbereich betrieben werden können, da ein direkter Zusammenhang zwischen Drehzahl und Verfahrgeschwindigkeit des Schlittens nicht besteht. Die Motoren können dadurch im Bereich der optimalen Leistung betrieben werden.

Da die erzeugte Schlittenbewegung immer eine Funktion der Drehzahldifferenz und nicht der absoluten Drehzahl ist, können Motoren mit hoher Nenndrehzahl verwendet werden, die bei gleicher Bauform eine wesentlich höhere Leistungsabgabe ermöglichen. Zudem sind alle 4 Antriebsmotoren an der Schlittenbewegung beteiligt, was im Vergleich zu konventionellen Systemen den Einsatz von kompakten Motoren mit geringerer Leistung erlaubt.

Der Riemenverlauf paßt sich zudem ideal an das mit Strichlinien dargestellte Führungskonzept an. (Fig. 1.4).

Der gesamte Antrieb ist kostengünstig erstellbar und läßt den Aufbau mit preisgünstigen Standardkomponenten zu.

Die Fig. 1.5 stellt einen Antrieb dar, der mit doppelt verzahntem Riemen aufgebaut sein muß, spart jedoch die Umlenkrollen 8, 8′ und 9, 9′ ein.

Die Fig. 1.6 stellt die Drauf- und Frontansicht des Antriebes 1.5 dar. Die Strichlinie in dieser Figur ist ein Beispiel für eine kostengünstige Säulenführung.

Claims

1. x-y-Positioniertrieb mit stufenlosem Zahnriemen-Differenzengetriebe, dadurch gekennzeichnet,
daß vier Antriebsmotoren (z. B. M1, M2, M3, M4/Fig. 1.3) stationär und zueinander feststehend an einem feststehenden Teil eines Positioniertriebes montiert sind, daß die Motoren mit je einem Synchronrad, welches mit der Antriebsachse drehfest verbunden ist, vier in der Drehzahl veränderbare Antriebseinheiten bilden (z. B. M1, 15; M2, 12; M3, 14; M4, 13/Fig. 1.3), daß jeder Motor axial mit einem Inkrementalgeber gekoppelt ist, der zum einen die Drehzahl und zum anderen die Rotorposition überwacht,
daß ein endloser Zahnriemen (z. B. 16/Fig. 1.3),

- Antriebseinheit 1 (z. B. M1, 15/Fig. 1.3),
- Umlenkrolle (z. B. 1/Fig. 1.3),
- Umlenkrolle (z. B. 2/Fig. 1.3),
- Antriebseinheit 2 (z. B. M2, 12/Fig. 1.3),
- Umlenkrolle (z. B. 13′/Fig. 1.3),
- Umlenkrolle (z. B. 3/Fig. 1.3),
- Umlenkrolle (z. B. 7/Fig. 1.3),
- Umlenkrolle (z. B. 9/Fig. 1.3),
- Synchronrad (z. B. 10/Fig. 1.3),
- Umlenkrolle (z. B. 8/Fig. 1.3),
- Umlenkrolle (z. B. 11/Fig. 1.3),
- Umlenkrolle (z. B. 4/Fig. 1.3) und
- Umlenkrolle (z. B. 14′/Fig. 1.3),

in der gegebenen Reihenfolge umschlingt,
daß ein in zweiter endloser Zahnriemen (z. B. 17/Fig. 1.3)

- Antriebseinheit 4 (z. B. M4, 13/Fig. 1.3),
- Umlenkrolle (z. B. 3′/Fig. 1.3),
- Umlenkrolle (z. B. 4′/Fig. 1.3),
- Antriebseinheit 3 (z. B. M3, 14/Fig. 1.3),
- Umlenkrolle (z. B. 15′/Fig. 1.3),
- Umlenkrolle (z. B. 5′/Fig. 1.3),
- Umlenkrolle (z. B. 8′/Fig. 1.3),
- Synchronrad (z. B. 10′/Fig. 1.3),
- Umlenkrolle (z. B. 9′/Fig. 1.3),
- Umlenkrolle (z. B. 6′/Fig. 1.3),
- Umlenkrolle (z. B. 2′/Fig. 1.3), und
- Umlenkrolle (z. B. 12′/Fig. 1.3),

in der gegebenen Reihenfolge umschlingt,
daß die Umlenkrollen (z. B. 1, 1′; 2, 2′; 3, 3′; 4, 4′/Fig. 1.3) jeweils einzeln drehbar, entlang der x-Koordinate verschiebbar, zueinander feststehend gelagert und in Paaren (z. B. 1, 1′; 2, 2′; 3, 3′; 4, 4′/Fig. 1.3) axial, jedoch nicht drehfest zueinander, montiert sind,
daß die Umlenkrollen (z. B. 5, 5′; 6, 6′; 7, 7′; 8, 8′; 9, 9′/Fig. 1.3) jeweils einzeln drehbar, entlang der x- und y-Koordinate verschiebbar, zueinander feststehend gelagert und in Paaren (z. B. 5, 5′; 6, 6′; 7, 7′; 8, 8′; 9, 9′/Fig. 1.3) axial, jedoch nicht drehfest miteinander auf einem Schlitten montiert sind,
daß ein Synchronscheibenpaar (z. B. 10, 10′/Fig. 1.3) drehfest miteinander, jedoch drehbar auf dem Schlitten gelagert ist,
daß die Synchronräder (z. B. 12, 13, 14, 15/Fig. 1.3) nicht mit den Umlenkrädern (z. B. 12′, 13′, 14′, 15′) drehfest verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehzahldifferenz der Motoren z. B. M1/Fig. 1.3 und M2/Fig. 1.3 zu jedem Zeitpunkt gleich der Drehzahldifferenz der Motoren z. B. M3/Fig. 1.3 und M4/Fig. 1.3 ist,
daß die x-Bewegungskomponente aus der Drehzahldifferenz zwischen den Motoren z. B. M1/Fig. 1.3 und M2/Fig. 1.3 resultiert,
daß die y-Bewegungskomponente aus der Drehzahldifferenz zwischen den Motoren z. B. M1/Fig. 1.3 und M3/Fig. 1.3 resultiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Richtungsänderung des Schlittens keine Drehrichtungsänderung der Motoren voraussetzt.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine geregelte Drehzahl aller Motoren mit einer übergeordneten Steuerung stufenlos einstellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlen aller Motoren unterschiedliche Enddrehzahlen proportional ansteigend und geregelt mit einer übergeordneten Steuerung annehmen können.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung aller Motoren mit einer übergeordneten Steuerung frei wählbar ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz eines doppelt verzahnten Zahnriemens zwei Umlenkrollenpaare (z. B. 8, 8′ und 9, 9′/Fig. 1.5) einspart.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von Zahnriemen andere formschlüssige Zugelemente eingesetzt werden können (z. B. Ketten und deren Kettenräder).

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein direktes Wegmeßsystem zur Erfassung der x-y-Position am Schlitten montiert ist (z. B. Glasmaßstäbe).