DE4342500C2 - Vorrichtung zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US 5 033 995 bekannt. Diese weist zwei Zahnradpaare auf, die über zwei getrennte umlaufende Zahnriemen miteinander ver­ bunden sind und von denen eines mit einem Drehantrieb gekoppelt ist. Weiterhin sind erste Umlenkrollen vor­ gesehen, die jeweils paarweise axial zueinander und gegeneinander verdrehbar angeordnet sind. Die Anzahl der Zähne der Zahnräder der beiden Zahnradpaare steht in einem solchen Verhältnis zueinander, daß bei einem Drehantrieb eines der Zahnradpaare das erste Zahnrad­ paar und die Umlenkrollen gegenüber dem zweiten Zahn­ radpaar linear bewegbar sind. Ein Paar bildende zweite Umlenkrollen, die in der linearen Bewegungsrichtung gegenüber dem zweiten Zahnradpaar einen festen Abstand aufweisen, ist derart vorgesehen, daß sich das erste Zahnradpaar und die ersten Umlenkrollen zwischen dem zweiten Zahnradpaar und den zweiten Umlenkrollen befin­ den. Dabei ist die grundsätzliche Anordnung derart, daß die Drehzentren aller Zahnräder sowie auch aller Um­ lenkrollen auf verschiedenen, in der linearen Bewe­ gungsrichtung verlaufenden Geraden liegen. Daher ist die Anzahl der Umlenkrollen groß und die Länge der Zahnriemen beträchtlich. Die zu bewegende Masse ist daher relativ hoch und der Platzbedarf ist erheblich.

Aus der DE 26 47 114 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeu­ gung einer Längsbewegung bekannt, bei der auf minde­ stens eine drehend angetriebene Haspel ein für Hüll­ triebe geeignetes Zugorgan derart aufgewickelt ist, daß bei Drehung der Haspel gleichzeitig der eine Trum des Zugorgans auf die Haspel aufläuft und der andere Trum von der Haspel abläuft, wobei die Wickeldurchmesser des auflaufenden und des ablaufenden Trums unterschiedlich groß sind. Eine den auflaufenden mit dem ablaufenden Trum verbindende Schlaufe des Zugorgans ist über eine Umlenkrolle geführt, die bei Drehung der Haspel zu die­ ser hin gezogen wird.

Ausgehend von der in der US 5 033 995 beschriebenen Vorrichtung ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, diese bekannte Vorrichtung in der Weise zu ver­ bessern, daß sie kostengünstiger hergestellt werden kann, kompakt und platzsparend ausgebildet ist und schneller auf externe Steuersignale anspricht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merk­ male. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dadurch, daß die Drehachsen aller Zahnräder und aller Umlenkrollen auf einer Geraden angeordnet sind, die in der linearen Bewegungsrichtung verläuft, werden Umlenk­ rollen eingespart und es werden für den gleichen Hub kürzere Zahnriemen benötigt. Durch die Verwendung kür­ zerer Zahnriemen ergibt sich eine erhöhte Steifigkeit und damit eine höhere Positioniergenauigkeit.

Der Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist außerordentlich weit. Er erstreckt sich beispiels­ weise von der Bewegung einer Linearskala für Anzeigein­ strumente bis zum Betrieb eines Lastaufzuges.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figu­ ren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht eines ersten Ausführungs­ beispiels der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung,

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 von links gesehen,

Fig. 3 die Draufsicht eines zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 die Vorrichtung nach Fig. 3 von links gesehen,

Fig. 5 die Draufsicht eines dritten Ausfüh­ rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 6 die Vorrichtung nach Fig. 5 von links gesehen,

Fig. 7 die Draufsicht eines vierten Ausfüh­ rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 8 die Vorrichtung nach Fig. 7 von links gesehen.

Bei der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 wird ein umlaufender Zahnriemen 5 um ein Zahnrad 4, eine Umlenk­ rolle 7, ein Zahnrad 2, eine Umlenkrolle 8 und eine Umlenkrolle 11 geführt. Ein Zahnriemen 6 ist um ein Zahnrad 3, eine Umlenkrolle 9, ein Zahnrad 1, eine Um­ lenkrolle 10 und eine Umlenkrolle 12 geführt.

Die Zahnradpaare 1 und 2 sowie 3 und 4 sind jeweils drehfest miteinander verbunden. Das Zahnradpaar 1, 2 ist drehbar an einem Schlitten gelagert.

Das Zahnradpaar 3, 4 ist linear verschiebbar zum Zahn­ radpaar 1, 2 an der Schlittenführung drehbar gelagert. Die Umlenkrollen 7, 8, 9, 10, 11, 12 sind jeweils ein­ zeln drehbar gelagert.

Zwischen dem Zahnrad 1 und dem auf der gleichen Achse drehbar angeordneten Zahnrad 2 einerseits sowie zwi­ schen dem Zahnrad 3 und dem auf der gleichen Achse drehbar angeordneten Zahnrad 4 andererseits besteht jeweils eine mechanisch feste Verbindung, so daß die Zahnräder 1 und 2 sowie die Zahnräder 3 und 4 jeweils ein Paar aus gleiche Drehbewegungen durchführenden Zahnrädern bilden. Die triebmäßige Kopplung erfolgt zwischen den Zahnrädern 1 und 3 mit dem Zahnriemen 6, zwischen den Zahnrädern 2 und 4 mit dem Zahnriemen 5.

Die Drehung der Zahnradpaare 1, 2 und 3, 4 wird somit durch die Triebverbindung über die Zahnriemen 5 und 6 bestimmt.

Haben die Zahnräder 1 und 2 die gleiche Zähnezahl und auch die Zahnräder 3 und 4 die gleiche Zähnezahl, dann ist eine Drehung der Zahnradpaare möglich, ohne daß diese sich zueinander verschieben.

Das Zahnradpaar 1, 2 sowie die Umlenkrollen 7, 8, 9, 10 sind drehbar und in ihrer gegenseitigen Lage nicht ver­ änderbar an einem Schlitten befestigt. Dieser Schlitten ist seinerseits in Richtung der Verbindungslinie 13 zwischen den Drehachsen der Umlenkrollen 11, 12 und des Zahnradpaares 3, 4 linear verschiebbar gelagert.

Wenn das Verhältnis der Zähnezahlen der Zahnradpaare 1 und 2 nicht gleich dem Verhältnis der Zähnezahlen der Zahnradpaare 3, 4 ist, hat die zweifache Kopplung der Zahnradpaare über die Zahnriemen 5, 6 zur Folge, daß bei einem Antrieb des Zahnradpaares 1, 2 die Anordnung aus dem Schlitten und den an diesem befestigten Zahn­ radpaar 1, 2 sowie die Umlenkrollen 7, 8, 9, 10 entlang der Verbindungslinie 13 eine Relativbewegung gegenüber dem Zahnradpaar 3, 4, den Umlenkrollen 11, 12 und der Schlittenführung ausübt.

Die Richtung diser Bewegung ist dabei abhängig von der Drehrichtung des Antriebszahnradpaares 1, 2 bzw. eines Motors 14. Die Geschwindigkeit der Linearbewegung ist abhängig von der Differenz der Verhältnisse der Zähne­ zahlen der Zahnradpaare 1, 2 und 3, 4. Durch unter­ schiedliche Kombinationen dieser Zähnezahlverhältnisse kann die Größe einer linearen Vorschubbewegung bezogen auf eine Umdrehung des Antriebszahnradpaares 1, 2 über einen weiten Bereich eingestellt werden. Hierbei lassen sich große Übersetzungsverhältnisse erzielen, ohne daß eine Vergrößerung der Bauform erforderlich ist. Durch die flache und schlanke Bauform und die Anordnung der Achsen in einer Flucht ist diese Getriebevariante in einigen Spindelantrieben direkt gegen die Spindel aus­ tauschbar.

Durch eine steuerbare Kupplung beispielsweise zwischen den Zahnrädern 1 und 2 kann deren starre Verbindung gelöst oder hergestellt werden. Durch eine Lösung die­ ser Verbindung und gleichzeitiges Bremsen des Zahnrades 2 kann bei einer Drehung des Antriebszahnrades 1 eine Linearverschiebung im Eilgang erfolgen.

Das Bremsen und die Kopplung bzw. Entkopplung zwischen den Zahnrädern 1 und 2 kann mittels elektrischer Ma­ gnetkupplungen durchgeführt werden. Eine direkte Anwen­ dung wäre zum Beispiel, die Leitspindel einer Drehma­ schine gegen ein solches Getriebe zu tauschen, im Sup­ port manuell das Zahnrad 2 zu bremsen, um an das Zahn­ rad 1 mit einer Handkurbel im Schnellgang eine andere Supportposition anzufahren. Werden die Zahnräder 2 und 1 wieder manuell drehfest miteinander gekoppelt, kann eine Verbindung zum Drehspindelmotor einen synchroni­ sierten Feinvorschub erzeugen. In diesem Fall ist der Antrieb an Zahnradpaar 3, 4 sinnvoll. (Fig. 5, 6)

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 er­ folgt der Antrieb des Getriebes getrennt mit zwei in ihrer Drehzahl veränderbaren Motoren, die jeweils eine Antriebseinheit aus Motor 14 und Zahnrad 1 sowie aus einem Motor 15 und Zahnrad 2 bilden. Die Differenzbil­ dung zur translatorischen Bewegung des Schlittens er­ folgt in diesem Falle nicht ausschließlich aus dem Zäh­ nezahlverhältnis von Zahnradpaar 1, 2 und 3, 4, sondern auch zusätzlich aus der gleichsinnigen oder auch gegen­ sinnigen Drehzahldifferenz der beiden Antriebsmotoren. Durch eine frei wählbare Drehzahl und Drehrichtung bei den Motoren stellt dieses Ausführungsbeispiel ein stu­ fenlos einstellbares Getriebe dar.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 ist der feststehende Drehantrieb mit dem Zahnradpaar 3, 4 verbunden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 7 und 8 wer­ den zusätzlich zu den Fign. 1 und 2 die Umlenkrollen 15 und 16 eingesetzt. Die Umlenkrollen 15 und 16 werden als Stufendrehteil mit dem gleichen Teilkreisdurchmes­ serverhältnis erstellt wie das Verhältnis des Zahnrad­ paares 1, 2. Die Umlenkrollen tragen somit zu einer kraftschlüssigen Leistungsübertragung bei.

Den triebmäßigen Formschluß bildet das Zahnradpaar 1, 2. Die Zahnriemen 5 und 6 können bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel einseitig verzahnt ausgeführt sein.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung mit mindestens einem ersten und einem zweiten Zahnradpaar (1, 2; 3, 4), die über mindestens zwei getrennte umlaufende Zahnriemen (5, 6) miteinander ver­ bunden sind, wobei eines der Zahnradpaare mit einer Drehantriebsvorrichtung (14) gekoppelt ist, mit Umlenk­ rollen (7, 9; 8, 10), die paarweise axial zueinander an­ geordnet, jedoch nicht drehfest miteinander verbunden sind, wobei die Anzahl der Zähne der beiden Zahnräder (1, 2; 3, 4) jeweils des ersten und des zweiten, Paares in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, derart, daß bei einem Drehantrieb des einen Zahnradpaares das erste Zahnradpaar (1, 2) und die Umlenkrollen (7, 9; 8, 10) gegenüber dem zweiten Zahnradpaar (3, 4) linear bewegbar sind, und mit einem weiteren, in linearer Bewegungs­ richtung gegenüber dem zweiten Zahnradpaar (3, 4) einen festen Abstand aufweisenden Paar von Umlenkrollen (11, 12), wobei sich das erste Zahnradpaar (1, 2) und die mit ihm bewegbaren Umlenkrollen (7, 9; 8, 10) in linearer Bewegungsrichtung zwischen dem zweiten Zahnradpaar (3, 4) und den weiteren Umlenkrollen (11, 12) befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen aller Zahnräder (1, 2; 3, 4) und aller Umlenkrollen (7, 9; 8, 10; 11, 12) auf einer Geraden (13) angeordnet sind, die in der linearen Bewegungsrichtung verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß jeweils die Zahnräder eines Zahnradpaares (1, 2; 3, 4) drehfest miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß jeweils die Zahnräder eines Zahnradpaares (1, 2; 3, 4) durch eine steuerbare Kupplung in ihrem Drehzahlverhältnis zueinander einstellbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zahnräder jeweils eines Zahnradpaares (1, 2; 3, 4) koaxial angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drehantriebsvorrich­ tung (14) feststehend ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß mehrere Schlitten, je­ weils bestehend aus einem Zahnradpaar (1, 2) und zugeordneten Umlenkrollen (7, 8, 9, 10), auf einem Führungselement mit denselben Zahnriemen (5, 6) im Eingriff stehen, und daß die Anzahl der Zähne der Zahnräder der einzelnen Zahnradpaare zur Bildung unterschiedlicher Getriebestufen für gleich- sowie gegenläufige Richtung und für gleiche sowie unter­ schiedliche Geschwindigkeiten, bezogen auf die Antriebsdrehzahl, wählbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (1, 2) des mit der Drehantriebsvorrichtung gekoppelten Zahn­ radpaares in Drehrichtung entkoppelt sind und je­ des dieser Zahnräder (1, 2) mit einem Drehantrieb (14, 15) verbunden ist zur frei wählbaren Einstel­ lung unterschiedlicher Übersetzungen.