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    • 专利摘要:

    公开号:WO1988003620A1
    申请号:PCT/DE1987/000488
    申请日:1987-10-27
    公开日:1988-05-19
    发明作者:Max Küspert
    申请人:Hamül Werkzeugfabrik Th. Kirschbaum Kg；
    IPC主号:F16H7-00
    专利说明:
    Vorrichtung Zinnspielfreien Weiterleiten und ggfs. Umwandeln einer DrehbewegungBeschrebung: Die Neuerung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum spielfreien Weiterleiten und ggfs. Umwandeln von Orehbewegungen gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. In der modernen Steuer- und Antriebstechnik kommt einer weitgehend stossfreien und schnellen Verstellbewegung eine ständig wachsende Bedeutung zu. Aus der DE-PS 2 910 373 ist eine Antriebsvorrichtung zum spi.elfreien Umwandeln einer Drehbewegungin eine Linearbewegung mit Hilfe eines Zahnriemens und eines mit diesem in Eingriff stehenden Antriebszahnrades bekannt, das für einen Präzisionsantrieb, insbesondere für die schnelle und repetierbare Verstellung von Werkzeugen, Werkzeuqtischen, Handhabungsgeräten oder Robotern geeignet ist, wobei mindestens eine in Verstellrichtung verlaufende Zahnstange vorgesehen ist, mit der der Zahnriemen ständig in Eingriff ist, und wobei zu beiden Seiten des Antriebszahnrades Bogenführungenvorgesehen sind, die den Zahnriemen so in Eingriff mit der Zahnstange halten, dass ein erster Abschnitt die Belastung aufnimmt und nur ein kurzer, definierter zweiter Abschnitt des Zahnriemens au 6erEingriff mit der Verzahnung ist. Sofern nur relativ geringe Kräfte auftreten, ist dieser Antrieb sehr genau. Bei extrem grossen Kräften könnten bei dieser bekannten Antriebsvorrichtung jedoch gewisse Ungenauigkeiten auftreten.Aus der DE-PS 3 433 363ist eine weitere Antr-iebsvorrich-tung: zum spielfr-eien Umwandeln einer Drehbewegung in eine Linearbewegung bekannt, mit der Werkzeugschlitten und andere zu pasitionierende Elemente über groBe bis grösste Langen spielfrei mit niedrigem Massenträgheitsmomentbei grosser Einsteflgenaulgkeltlinear bewegtwerden konnen,wobei die Antriebsvorrichtung darüber hinaus noch besonders servicefreundlich ist. Die bekannten Anordnungen betreffen ausschliesslich die Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung. Aus der DE-AS 1 059 756sind Zahnantriebe bekannt, bei denen die Eingriffstiefe der miteinander kämmenden Zähne durch nockenähnliche Kurvenscheiben gesteuert wird. Aus der DE-OS 2 6.19 021 ist schliesslich eine Motorschrau- be bekannt, mit deren Hilfe eine Drehbewegung vaneiner Zahnscheibe auf eine aussen gezahnte Trommeluntersetzt übertragen werden - soll. Bei dieser bekannten Vorrichtung werden führungsrollen vorgesehen, welche den Eingriffsbo-gen des Zahnriemens auf einen gewissen kleineren Winkel als im Norm:alfall begrenzen, um unangenehme Störungen durch geringe Interferenzender Zahnteilungendes Zahnriemens zu vermeiden. An die Leistungsfähigkeit und Genauigkeit von Mess- und Werkzeugmaschinen sowie Handhabungsgeräten und Robotern-werden zunehmend steigende Anforderungen gestellt. Die Bewegungen müssen nicht nur schnell, d.. h. mit grossenBeschleunigungs- und Verzögerungawerten,sondern auch mit höchster Genauigkeit ausgeführt werden, um die gewünschten Fertigungstoleranzen einhalten zu können. Schlie-lich soll die Bewegung schlupffrei, spielfrei, schwin gungafreiund bei der Massenfertigung unter repreduzier- baren Verhältnissen mit Hilfe von numerischen Steuerun gen möglich sein. Hieraus ergeben sich in der Praxis we gen der hohen Beanspruchung der Bauteile unerwünschteVerschleisserscheinungen, die auf Dauer Unqenauigkeiten und Streuungen bei der numerischen Einstellung zur Folge haben. Die bekannten und üblicherweise zur Ausführung verwendeten Antriebssysteme, die sehr unterschiedlich aufgebaut sein können (Gewindespindeln, Kugelspindeln, Zahnstangen, hydraulische oder pneumatische Kolben oder Zahnriemen), finden wegen der ihnen eigenen Eigenschaften alle ihre Anwendung, und zwar verständlicherweise immer dort, wo sich aufgrund der Anforderungen ihre günstigen Eigenschaften besonders vorteilhaft auswirken und die weniger günstigen Eigenschaften kaum stören. Wenn es nun aber darum geht, eine spielfreie, schwingungsfreie und genaue Einstellung zu erzielen, und zwar in ständigr-epetierbaren Abläufen, so treten die nachteiligenWir- - kungenstark in den Vordergrund. Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Weiterleiten und ggf. Umwandeln einer Drehbewegung zur schaffen, mit der Werkzeuge, Werkzeugtische, Handhabungsgeräte oder Roboter schwingungs- und schlupffrei bei geringem Massenträgheitsmoment, mit hohen Beschleunigungs- und Verzögerungswerten und bei grosser Einstellgenauigkeit bewegt werden können. )ieLösung dieser Aufgabe erfolgt neuerungsgemäss durch fie im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen da3nahmen.IorteilhafteWeiterbildungen ergeben sich aus den Unter lnsprüchen. Zahnriemen, insbesondere Kunststoffzahnriemen, können zwischenzertlichhinsichtlich Zahnform und ZahnteiLung mit grosser Genauigkeit hergestellt werden, sind hinreichend flexibel, verschleiss fest und geräuscharm und haben einen günstigen Wirkungsgrad. Sie werden auch in endloser Ausführung: hergestellt und können sowohl mit Stahl-drahtseele als auch mit Glasfaserarmierungversehen sein. Die Neuerung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. leine Vorrichtung zur Übertragung einer -Dreh-bewegung zwischen zwei in der Grösse stark-von-einander abweichenden Zahnrädern, Fig. 2 eine Vorrichtung zur Übertragung einer Dreh bewegung zwischen zwei im wesentlichen gleich-grossen Zahnrädern. Fig. 3 eine Vorrichtung nach Fig 1 oder 2, bei derer die Umlenkrollen unterschiedliche Durchmesser aufwei sen. Die in d:er figur1 dargestellte Vorrichtungbesteht im wesentlichen aus einem Antriebs-Ritzel 10, einem endlosen Übertragungselement, insbesondere aus einem Zahnriemen 11, zwei Umlenkrollen 12 und 13 und einem Abtriebs Zahnrad 14, das im vorliegend dargestellten Fall einen erheblich grösseren Teilkreis als das Antriebs-Ritzel 10hat. Das Antriebs-Ritzel 10 wird durch einen nicht dargestellten Motor oder auf andere an sich bekannte lizeiseangetrieben. Der Zahnriemen 11 wird über die Umlenkrollen 12 und 13 in die Verzahnungen von Antriebs-Ritzel 10 und Abtriebs-Zahnrad 14 gepresst. Es ergeben sich damit die Eingriffsbereiche A bzw. B. Ausserhalb dieser Elngriffsbe-reiche A und svon Antriebs-Ritzel 10 bzw. Abtriebs-Zahnrad 14 liegt der Zahn:riemen11 m:it seiner Rückseite auf den Umfangsflächen der Umlenkrollen 12 und 13 im BereichC kraftschlüssig auf. Der Bereich, in dem der Zahnriemen11 weder kraft- noch formschlüssig geführt wird, kann wie die Zeichnung ohne weiteres erkennen lässt - durch entsprechende Massnahmen praktisch zu Null gemacht wer den, so dass freie Dehnungen des Zahnriemens 11 ausge schlossen sind. Antriebs-Ritzel 10 und Abtriebs-Zar"ic2d 14 greifen von zwei gegenüberliegenden Seiten her derart in die Verzahnung der durch den Zahnriemen 11 gebildetenSchleife ein, dass sie unter Zwischenschaltung desZahn riemens 11 an den Umlenkrollen 12 und 13 anliegen. Dies hat zu bedeuten, dass dort, wo die EingriffsbereicheA und B von Antriebs-Ritzel 10 und Abtriebs-Zahnrad 14 en den, zwangsläufig die Auflage des Zahnriemens 11 auf denUmlenkrollen 12 und 13 und damit die kraftschlüssige Auf lage des Zahnriemens 11 auf den Umlenkrollen 12 und 13 beginnt. In den Bereichen C, in denen der Zahnriemen 11 mit sei ner Rückseite kraftschlüssig auf den Umlenkrollen 12 und13 aufliegt, ist lediglich dann ein Schlupf möglich, wenn die Ruhreibung zwischen dem Rücken des Zahnriemens11 und den Umlenkrollen 12 bzw. 13 überschritten wird. Durch entsprechende Wahl der Reibungsverhältnisse ist dies im normalen Betrieb jedoch ausgeschlossen. Ledig lich bei Auftreten von Stössen erfolgt kurzzeitig einSchlupf, der zu einem Abbau der Stossenergie führt. An schliessend sind jedoch die gewünschten Präzisionsverhält nisse sofort wieder gegeben. Auch die kurzzeitig verlo-rengehende Zuordnung zwischen den Positionen von An triebs-Ritzel 10 einerseits und Abtriebs-Zahnrad 14 ande rerseits ist nach Abklingen der Stossbelastung sofort wie der gegeben.Die in der Figur dargestellte Vorrichtung zur Weiterleitung bzw. Umwandlung von Drehbewegungenist auch dann vorteilhaft einzusetzen, wenn anders alls im in der Figur ldargestellten Ausführungsbeispielnur ein geringesÜber- oder UntersetzungsverhäItn±sgegeben ist. Dieser Fall ist in Figur 2 dargestellt, bei dem die dort gezeigte Vorrichtung zwei etwa gleichgrosse Zahnräder 14 und 15 miteinander verkoppelt. Wegen der günstigen Eingriffsverhaltnisseempfiehlt sich die Verwendung der beschriebenen Vorrichtung in uielenFällen auch beim Übersetzungsverhältnis1:1. Es können mehreresolcher Antriebsvorrich-tung:en aufdem Umfang eines einzelnen Zahnrades 1-4 bzw. 15 angeordnet werden So können beispielsweise von einem einzigen Antriebs-Zahnrad 15 über die beschriebene Vorrichtung mehrere Abtriebs-Zahnräder 14 angetrieben werden. Dies ist insbesondere bei Handhabungagerätenund Robotern vonerheblichem Vorteil, da dort häufig verschiedene Abtriebsbewegungen zwangsläufig von einer einzigen Antriebsbewegung ableitbar und somit zwangsläufig synchronisierbar sein müssen. Es kann aber auch umgekehrt ein einziges Abtriebs-Iahn-rad 14 von mehreren Antriebs-Ritzeln 10 oder Antriebs Zahnrädern 15 über die oben beschriebene Vorrichtung angetrieben werden. Dies hat den Vorteil,: dass selbst bei Ausfall eines Antriebs im Notfall durch die weiteren Antriebe noch eine Verstellbewegung (wenn auch mit verminderter Kraft) möglich ist. In vielen Fällen - insbesondere bei Handhabungsg:erätenund Robotern - werden nur kleine Verstellbewegungen notwendig sein. In solchen Fällen können anstelle der Zahn räder 14 bzw. 15 Kreissegmente 14a bzw. 15a mit uerzan- 7ungvorgesehen werden. Durch den Fortfall eines Teils ieran sich erforderlichen vollen Zahnräder 14 bzw. 15 lässt sich die Baugrösse nicht unerheblich verringern. Als Zahnriemen 11 finden vorzugsweise solche VerJendunq,die Profile mit geringem Flankenwinkel aufweisen. Dadurch werden die Auftriebskräfte, die den Zahnriemen 11 aus dem Zahnprofil aufsteigen lassen wollen, sehr gering gehalten. Als sehr günstig hat sich ein Zahnprofil mit halbkreisförmigem Zahnquerschnitt erwiesen. Es bedarf keiner weiteren Erwähnung, dass die Richtung des Antriebs, d.h. der Kraftfluss, selbstverständlich auch umgekehrt werden kann, so dass das in Fig. 1dargestellte Zahnrad 14 treibende Funktion hat und das Ritzel 10 bzw. das Zahnrad 15 angetrieben werden. Die oben beschriebene Vorrichtung ist insbesondere für numerische Steuerung sehr gut geeignet, ermöglicht wegen der geringen Massen eine hohe Beschleunigung mit Stosskompensation, erlaubt eine Komponentenbauweise, bei der mehrere Antriebs- bzw. Abtriebsvorrichtungen auF einem einzigen Zahnrad angeordnet werden können und hat einen hohen Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer. Es können auch beidseitig verzahnte Übertragungselemente, und zwar sowohl Zahnriemen 11 als auch Zahnketten, zur Anwendung kommen. In einem solchen Fall erhalten die Umlenkrollen 12, 13 dann an ihrem Umfang ebenfalls eine Verzahnung, in die der Zahnriemen 11 (mit der Verzahnung seiner Rückseite) oder in die eine Zahnkette eingreift. Insbesondere in der Handhabungs- bzw. Robotertechnik er oibtsich häufig die Notwendigkeit, unterschiedliche Drehzahlen von einer gemeinsamen Hauptwelle und mit einer zwangsläufig festen Zuordnung (Übersetzungsverhä1t-nis und Synchronität) abzuleiten. Zudiesem: Zweck werden Umlenkrollen 12und 13 mit unterschiedlichenDurchmes- sern bzw. Teilkreisduchmessern vorgesehen, wodurch sich dann auch entsprechend unterschiedliche Drehzahlen der Umlenkrollen 12bzw. 13 ergeben.
    权利要求:
    ClaimsAnsprüche
    1. Vorrichtung zum spielfreien Weiterleiten und ggfs. Umwandeln einer Drehbewegung mit Hilfe eines al3 Schleife ausgebildeten, endlosen mit einer Verzahnung versehenen Übertragungselements, insbesondere für die schnelle und repetierbare Verstellung von Werkzeugen oder Werkzeugtischen, Handhabungsgeräten oder Robotern, wobei das endlose Übertragungselement mit Antriebs- und Abtriebsseite ständig in Eingriff ist, die Schleife des endlosen Übertragungselements mit ihrer Rückseite zwei Umlenkrollen kraftschlüssig umschlingt und ein zu Null hin tendierender, vernachlässigbar geringer Abschnitt des endlosen Übertragungselements weder eine form- noch eine kraftschlüssige Abstützung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei Seiten her jeweils ein mit Verzahnung versehener Kreisbogen (10, 14, 14a, 15, 15a) mit der Verzahnung des endlosen Übertragungselements (11) in Eingriff steht.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den verzahnten Kreisbögen (10, 14, 14a, 15, 15a) um Kreissegmente handelt.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den verzahnten Kreisbögen (10, 14, 14a, 15, 15a) um Zahnräder hnndelt.
    4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem endlosen Übertragungselement (11) um einen Zahnriemen mit geringem Flankenwinkel, insbesondere mit einem halbkreisförmigen Zahnquerschnitt, handelt.
    5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden in die Verzahnung des endlosen Übertragungselements (11) eingreifenden verzahnten Kreisbögen (10, 14, 14a, 15, 15a) etwa gleiche Krümmungsradien aufweisen.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden in die Verzahnung des endlosen Übertragungselements (11) eingreifenden verzahnten Kreisbögen (10, 14, 14a, 15, 15a) stark differierende Krümmungsradien aufweisen.
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (11) beidseitig und die Umlenkrollen (12, 13) an ihrem Umfang eine Verzahnung aufweisen.
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkrollen (12, 13) unterschiedliche Durchmesser bzw. Teilkreisdurchmesser aufweisen.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1988-05-19| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP KR US |
    1988-05-19| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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