DE8802751U1

DE8802751U1 - Antriebsvorrichtung zum spielfreien Umwandeln einer Drehbewegung in eine Linearbewegung

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Publication number: DE8802751U1
Application number: DE8802751U
Authority: DE
Original assignee: Hamuel Werkzeugfabrik Th Kirschbaum & Co Kg 8590 Marktredwitz De GmbH
Current assignee: Hamuel Werkzeugfabrik Th Kirschbaum & Co Kg 8590 Marktredwitz De GmbH
Priority date: 1988-02-28
Filing date: 1988-02-28
Publication date: 1989-06-22
Also published as: DE3806613A1; DE3806613C2

Description

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Nürnberg, den 26. Febr. 1988 Reg.Nr. 29238

Beschreibung:

Die Neuerung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Antriebsvorrichtung ist grundsätzlich bereits aus dem deutschen Patent 2 910 373 bekannt.

Die steigenden Anforderungen an Antriebs- und Umsetzungssysteme im dynamischen Bereich» die sich durch den verstärkten Einritz von CNC-Technik ergeben, lassen bestimmte Kriterien wie beispielsweise Spielfreiheit, Steifigkeit, Verminderung der Massen, unr* zwar unter Beibehaltung einer hohen Lebensdauer und Verfügbarkeit, bei weitgehender Wartungsfreiheit und Schwingungsdämpfung, immer wichtiger werden. Darüber hinaus kommen einer vom Verfahrweg unabhängigen Systentbauweise sowie einer puls- und ruckfreien Bewegung erhebliche Bedeutung zu.

Eine wirklich gleichförmige Bewegung ist mit den bekannten Antriebesystemen, wie beispielsweise Zahnstange/Ritzel nicht möglich, da der ein- und auslaufende Zahn, wenn er vorgespannt sein muß, wechselnde Reibwerte der Abwälzung erzeugt.

Selbst bei Kugelspindeln ist die ein- bzw. auslaufende Kugel im Umlenksystem noch spürbar.

Mangels anderer Lösungen ist aber dennoch noch immer das Zahntiemen-Antriebeprinzip weitverbreitet, das ohne eine

Reibschlußunterstützung und somit mit störenden Dehnungen arbeitet, die sich während des Bewegungsablaufes ständig än-"l dem. Diese wechselnde Steifigkeit bringt bei dynamischen Be-

wegungsverknüpfungen ein Pulsieren des Bewegungsablaufes und

wegen des Zurückbleibens beim Beschleunigen und wegen des \ Überschwingens beim Bremsen eine störende Uegverfälschung.

:" Aus diesem Grunde ist ein wirklich exaktes Konturverfahren

nicht möglich. Hinzu kommt, daß die hohe Nachgiebigkeit einen Einsatz - beispielsweise beim Zerspanen - wegen der feh- ;'/ lenden Eigendämpfung in vielen Fällen unmöglich macht.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, den bei Zahnriemenantrieben üblichen, mit Impulsen oder Stoßen überlagerten Bewegungsablauf weiter zu optimieren.

Die Lösung erfolgt neuerungsgemäß mit Hilfe der Merkmale des Anspruches 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Neuerung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in einer schematisierten Schnittdarstellunp die Funktion des Riemenanstriebe,

Fig. 2a und b eine speziell für gewölbte Auflegeflächen ausgebildete Unterlage im Längsschnitt bzw. im Querschnitt und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Anordnung gemäß Fig. 1 mit einem Antrieberitzel und einem Zahnriemen.

In der Figur 1 let mit 11 ein feststehendes Bett darge-' stellt, auf dem sich eine Unterlage 12 für einen Riemen 13

befindet. Durch entsprechende Formgebung und Materiaiitarte

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der OberflMohe der Unterlage 12 wit ein Reibwert von mehr «le !»&Ogr; gegenüber dem aufliegenden Riemen 13 erreicht, Uffl auoh höh· Krifte übertragen zu können, eind im Riemen 13 in seiner LMngeriehtung Zugstrang« 20 aue giaafaatrverataffktem Kunststoff, aus kohlefaserverstärktem Kunststoff oder aus Stahl eingebettet. Die Enden des Riemens 13 werden an Spannern 14 befestigt. Der Antrieb erfolgt über ein Antriebsrad

15, das aber anders als bei den bisher üblichen Antriebsvorrichtüngeri nicht sis Äntrisbsritzsl, sondern ele ein Antriebsrad mit Reibbelag ausgebildet ist.

Zu beiden Seiten des Antriebsrades 15 sind Umlenkelemente

16, insbesondere Umlenkrollen vorgesehen, die für eine boI-che Führung des Riemens 13 sorgen, daß dieser mit dem Antriebsrad 15 einen möglichst großen Umschlingungswinkel bildet.

Zu beiden Seiten der der Anordnung von Antriebsrad 15 und Umlenkelementen 16 können druckbeaufschlagte Andrückkufen 17 vorgesehen werden, an deren Unterseite in an sich bekannter Weise ein Luftpolster aufgebaut werden kann, dessen Druck gegenüber der Rückseite des Riemens 13 zumindest geringfügig gröOer ist als der an sich vorhandene Druck - beispielsweise durch eine Feder - auf die Andrückkufe 17, so daQ bei Vorhandensein des Luftpolsters die Andrückkufe 17 .vom Rücken des Riemens 13 abgehoben wird und dieser somit ohne Reibung gegenüber der Andrückkufe 17 gleiten kann, aber dennoch einen so großen Vertikaldruck erfährt, daß die gewünschte Reibschlußunterstützung an des Unterlege 12 in jeden Fell gewährleistet ist.

Während bei mehreren bekannten Linearantrieben mit Stützzahnstangen das Problem mit der Zahnteilungs-Ungenauigkeit und der gezielten Spielfrei-Einstellung über die Umlenkrollen besteht, kann bei der oben beschriebenen Ausführungsform mit

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featen Acheabetanden beim Antriebsrad 13 und bei den Umlenke' lementen 16 gearbeitet werden und die Spannung an den Spannern 14 den gewünschten Andrüekkräften bei den Umaohlin« gungeantrieben problemlos angepaßt werden·

In diesem Zusammenhang ist es von untergeordneter Bedeutung, daß keine formschlüssige Verbindung zwischen dem Antriebsrad 15 und dem Riemen 13 und damit keine aus sich heraus positionsgenaue Zuordnung gegeben ist, da modernere Antriebe mit unabhängigen MeQsystemen arbeiten, d.h. ihre Positionierung über paralelliegende Maßstäbe erfolgt.

In der Figur 1 sind die verschiedenen Belastungszonen des Riemens im einzelnen gekennzeichnet. Im Bereich A befindet sich der Riemen 13 im Umschlingungsbetrieb. Der Übergang auf die Umlenkelemente 16 ist sehr kurz, um die Dehnbereiche des Riemens 13 so klein wie möglich zu halten.

Im Bereich der Umlenkelemente 16 erhält der Riemen 13 eine ReibschluOunterstützung, während im Bereich R der KraftfluQ, d.h. die Vorschubkraft, bereits auf den feststehenden Reibbelag der Unterlage 12 und das Bett 11 geleitet werden. Die wandernden Längen L 1 und L 2 werden demnach nicht belastet.

Bei Fortfall der Pressluft für die Luftpolster werden die druckbelasteten Andrückkufen 17 gegen die Rückseite des Riemens 13 gepresst und ermöglichen so eine spielfreie, hochwirksame kraftschlüssige Arretierung in den Bereichen R, da eich nach dem Abbau des Luftpolsters die Andrückkufen 17 direkt ayf den Röeteen des Riemens 13 auflegen und da«it als Breese wirken.

Eine Heitere Verbesserung ergibt sieh durch ein Querprofil, wie es in Fig. Za und 2b dargestellt ist. Durch die tonnenförmige Wölbung des Querschnitts der Unterlage 12 (Fig. 2b)

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und die seitliche Begrenzung dutch Borde 21 erfährt der Riemen 13 bei seinem Einlaufen in die in diesem fall nufcförmige Unterlage 12 eine geringfügige Pressung in Querrichtung und
durch die vorhandene Wölbung gleichzeitig einen erhöhten Anpressdruck auf die Unterlage 12. Damit wird der Reibeehluö
weiter verbessert.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Reibbelag der Unterlage 12 als keramische Schicht mit relativ großem Reibwert auszubilden. Das Trägerprofil des Reibbelages kann aber auch mit einer Körnung versehen sein. Er kann auch aus einem aufgespritzten Metallpulver mit Karbiden bestehen. In besonderen Fällen können auch Diamantsplitter in das Trägerprofil eingelassen bzw. im Metallspritzverfahren aufgebracht werden.

Um die Längssteifigkeit des Riemens 13 unter Beibehaltung
seiner Querelastizität zu erhöhen, können glasfaserverstärkte Kunststoffstränge, kohlefaserverstärkte Kunststoffstränge oder Stahlseile in Längsrichtung des Riemens angeordnet werden.

Dabei kar.a die Verteilung der Zugstränge 20, d.h. der Kunststoffstränge oder Stahlseile, ungleichmäßig über die Breite
des Riemens 1.3 verteilt sein. So können die Zugstränge 20
beispielsweise vorzugsweise in der Mitte oder in den Randbereichen des Riemens 13 angeordnet sein, um insbesondere unterschiedliche Dehnungen des Riemens 13 über seine Breite im Bereich der gewölbten Umlenkelemente 22 zuzulassen.

Das Antriebsrad 15 kann auch als Ritzel ausgebildet und um
dieses ein Zahnriemen 23 geführt sein, dessen Zahnkopfe 24
teils Undefiniert formschlüssig, teils kraftsehlüssig mit
der rauhen Oberfläche der Unterlage 12 in Uirkverbindung
stehen. Die Zahnhohe wird dabei relativ gering gehalten.

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Die Röibkcäft* kiarirren durch senkreehl zur Oberfläeh* der Unterlage 12 auf ein fnagnatieiarbaree land bzw» auf einen Riemen 13, 23 wirkende Magnetkräfte veretirkü werden. Diese Magnetkräfte können beispielsweise durch Ilektro-Magneta erzeugt werden, die in Längsrichtung der Unterlage 12 gleichmäßig verteilt angeordnet und. So können bei Bedarf magnetische Kräfte sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung erzeugt werden.

Wird das magnetisierbare Band bzw. der Riemen 13, 23 gegen die Unterlage gezogen, so erhöhen sich damit die übertragbaren Reibkräfte, wird hingegen durch Umpolung der Elektro-Magnete eine Magnetkraft in der anderen Richtung erzeugt, so wird das magnetisierbare Band bzw. der Riemen 13, 23 gegen die Andrücxkufen 17 des verfahrbaren Teils 25 gedrückt und dieser durch die so erzielte Bremswirkung gegen ungewolltes Verfahren gesichert.

Oas magnetisierbare Band bzw. der Riemen kann auch als Stahlband ausgebildet und zumindest einseitig mit einer flexiblen Schicht aus Kunststoff oder anderen geeigneten Materialien als Reibfläche versehen sein.

Claims

1. Antriebsvorrichtung zum spielfreien Umwandeln einer Drehbewegung in eine Linearbewegung, insbesondere für die schnelle und repetierbare Verstellung von Werkzeugen, Werkzeugtischen und ähnlichem, mit Hilfe eines Riemens (13) , der gegsn etwaige Verschiebung gesichert auf einer Unterlage (12) aufliegt, an einer Stelle jedoch von einem Antriebsrad (15) von der Unterlage (12) abgehoben ist, wobei zu beiden Seiten des Antriebsrades (15) einen möglichst großen Umschlingunswinkel ermöglichende Umlenkelemente (16), insbesondere Umlenkrollen, angeordnet sind,dadurch gekennzeichnet, daß der Riemen (13) mit der Unterlage (12) und der Oberfläche des Antrieberades (15) eine lösbare Verbindung hohen Reibwertee bildet, insbesondere auch eine solche Undefinierten Formechlueses.

2. Antriebevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der Anordnung von Antrieberad (15) und Umlenkelementen (16) auf der Rückseite dee Riemens (13) und mittels einte Luftpoleters vom Riemen (13) abhebbare, druckbelastete AndrUckkufen (17) vorhanden sind.

3. Antriebevorrichtung nach Anapruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der Anordnung von Antriebsrad (15) und Umlenkelementen (16) zusätzliche, auf die Rückseite des Riemens (13) einwirkende Andrückrollen (2Z) vorhanden sind.

4. Antriebsvorrichtung nach Anpruoh 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, doO die Andrückkufan (17) bzw. Andrückrolle^ (22)

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in ihrem Querschnitt tonnenförmig gewölbt sind und den Riemen (13) auf eine entsprechend gewölbte Unterlage (12) drücken.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche für den Riemen (13) auf der Unterlage (12) in einer Vertiefung mit Seitenborden (21) liegt, deren Abstand geringfügig kleiner ist als die entspannte Breite des Riemens (13), der somit beim Einlauf von den Andrückkufen (17) bzw. Andrückrollen (22) unter geringer Querstauchung in eine seitlich begrenzte und zumindest leicht gewölbte Auflagenut gedruckt wird, wodurch Anpresskraft und demzufolge auch maximale Reibkraft zwischen Riemen (13) und Unterlage (12) erhöht werden.

6. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Riemen (13) in Eingriff kommende Reibbelag der Unterlage (12) eine keramische Schicht ist.

7. Antriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Riemen (13) in Eingriff kommende Reibbelag der Unterlage (12) eine mit Körnung versehene Oberflache ist.

&THgr;. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Riemen (13) in Eingriff kommende Reibbelag der Unterlage (12) ein mit Karbiden versehenes aufgespritztes Metallpulver ist.

9. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Riemen (13) in Eingriff kommende Reibbelag der Unterlage (12) eine mit Diamant· splittern versehene Oberfläche ist.

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10. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daQ der Riemen (13) zur Erhöhung der Längssteifigkeit unter Beibehaltung der Querelastizität Zugstränge (2Q), insbesondere glasfaserverstärkte Kunststoffstränge, kohlefaserverstärkte Kunststoffstränge oder Stahlseile in Längsrichtung enthält.

11. Antriebsvorrichtung nach Anspruch IQ, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffstränge bzw. Stahlseile ungleichmäßig über die Breite des Riemens (13) verteilt sind.

12. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffstränge bzw. Stahlseile im wesentlichen in dvir Mitte des Riemens (13) angeordnet sind.

13. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffstränge bzw. Stahlseile im wesentlichen in den Randbereichen des Riemens (13) angeordnet sind.

14. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (15) ein von einem Zahnriemen umschlungenes Ritzel ist und die Zahnköpfe (24) sich auf der rauhen Unterlage (12) teile Undefiniert formschlüssig, teils kraftschlüssig abstützen.

15. Antriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibkraft durch im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Unterlage (12) auf ein magnetisierbares Band bzw. Riemen (13) wirkende Magnetkräfte verstärkt wird.

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