DE20101546U1 - Vorrichtung zum Antrieb eines eine Hubbewegung und eine Schwenkbewegung ausführenden Organs - Google Patents

Description

Anmelder: SPN Schwabenpräzision Fritz Hopf GmbH Nürnberger Str. 67 86720 Nördlingen

Vorrichtung zum Antrieb eines eine Hubbewegung und eine Schwenkbewegung ausführenden Organs.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb eines eine translatorisch hin- und hergehende Hubbewegung und eine rotative Schwenkbewegung ausführenden Organs, insbesondere eines einer Produktionseinrichtung zugeordneten Werkstücktransportorgans.

Aus der DE 298 20 787 Ul ist eine Vorrichtung für oben genannten Zweck bekannt, bei der eine das zu bewegende Organ aufnehmende Welle vorgesehen ist, die auf einem aus einem Vorrichtungsgehäuse ausfahrbaren Lagerkörper drehbar gelagert und mit einem den Lagerkörper hintergreifenden Antriebsrad versehen ist, das mit einem im Gehäuse gelagerten, mittels eines Motors antreibbaren Langritzel im Eingriff ist, und bei der vom Lagerkörper mehrere, im Gehäuse verschiebbar gelagerte Führungsstangen abstehen, die gegenüber einer Mitnehmerplatte abgestützt sind, die mittels einer mittels eines weiteren Motors antreibbaren Gewindespindel verschiebbar ist.

Diese bekannte Anordnung führt zu einer vergleichsweise schweren und sperrigen Bauweise. Der Lagerkörper samt zugeordneten Führungsstangen und Mitnehmerplatte ergibt eine Baueinheit mit vergleichsweise großer Eigenmasse, die bei jedem Hub beschleunigt werden muss, was den betreffenden Antriebsmotor belastet und daher eine vergleichsweise starke Dimensionierung dieses Antriebsmotors erfordert. Außerdem ist in Folge der gehäuseseitigen Lagerung des Lagerkörpers durch nach unten abstehende Führungsstangen ein geschlossenes Gehäuse mit vertretbarem Aufwand praktisch nicht erreichbar. Bei der bekannten Anordnung ist daher ein offenes Gehäuse vorgesehen, was die Gefahr in sich birgt, dass Staub und Schmutz in das Gehäuse eindringen und Schmiermittel aus dem Gehäuse entweicht. Die bekannte Anordnung erweist sich demnach als nicht einfach, kompakt und zuverlässig genug.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung für oben genannten Zweck zu schaffen, die eine vergleichsweise massearme und kompakte Bauweise mit einem geschlossenen Gehäuse ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die dem Anspruch 1 zugrundeliegende Kombination gelöst. Hierdurch kommt eine Vorrichtung eingangs erwähnter Art in Vorschlag, bei der eine das zu bewegende Organ aufnehmende, drehbar und in axialer Richtung verschiebbar in einem Vorrichtungsgehäuse gelagerte Welle vorgesehen ist, die mit einem Antriebsrad versehen und in axialer Richtung gegenüber einer mit Drehfreiheitsgrad hiermit zusammenwirkenden wellenparallelen Zahnstange abgestützt ist, wobei das Antriebsrad im Eingriff mit einem mittels eines zugeordneten Motors antreibbaren, wellenachsparallel im Vorrichtungsgehäuse gelagerten Langritzel ist

und die Zahnstange im Eingriff mit einem mit quer zur Wellenachse verlaufender Achse im Vorrichtungsgehäuse gelagerten, mittels eines zugeordneten, weiteren Antriebsmotors antreibbaren Ritzel ist.

Hierbei ist die das zu bewegende Organ aufnehmende Welle direkt drehbar und in axialer Richtung verschiebbar im Vorrichtungsgehäuse gelagert, so dass ein zusätzlicher Lagerkörper entfällt. Es ergibt sich daher eine vergleichsweise geringe Eigenmasse des in axialer Richtung zu beschleunigenden Aggregats, was eine hohe Beschleunigung mit einem vergleichsweise schwachen Motor ermöglicht. Gleichzeitig ermöglichen die genannten Maßnahmen eine zuverlässige Abdichtung des Gehäuses im Bereich der der Welle zugeordneten Lagerung, so dass weder Staub und Schmutz in das Vorrichtungsgehäuse eindringen noch Schmiermittel aus diesem entweichen können. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen werden daher die oben geschilderten Nachteile der bekannten Anordnung vollständig vermieden und die oben genannte Aufgabe auf höchst einfache und kostengünstige Weise gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So kann die Welle zweckmäßig als Hohlwelle ausgebildet sein. Dies ergibt eine besonders leichte, massearme Ausführung.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahmen kann darin bestehen, dass die Welle durch Nadellager radial gelagert ist, wobei die Nadeln dieser Nadellager auf dem Außenring eines zugeordneten, vorzugsweise als Linearkugellager ausgebildeten Linearlagers laufen. Dies ergibt sehr kompakte Lagereinheiten, die eine einfache Abdichtung mittels zugeordneter Dichtringe ermöglichen.

Vorteilhaft kann der der Schwenkbewegung zugeordnete Antriebsmotor wellenparallel gegenüber dem Langritzel seitlich versetzt angeordnet sein, wobei der Abstand durch ein Stirnradvorgelege überbrückt ist. Diese Maßnahmen stellen sicher, dass sich neben dem genannten Antriebsmotor ausreichend Platz für den zweiten, der Axialbewegung zugeordneten Motor geschaffen wird, der somit in vorteilhafter Weise ebenfalls wellenparallel angeordnet sein kann, was insgesamt eine sehr kompakte Bauweise ergibt.

In weiterer Fortbildung der übergeordneten Maßnahmen kann die Zahnstange als von der Welle durchgriffene, durch Axial- und Radiallager hierauf gelagerte Büchse ausgebildet sein, die mit einer Zahnreihe versehen ist. Die die Zahnstange bildende Büchse kann durch umlaufende Lager zuverlässig auf der Welle gelagert sein, was eine möglichst koaxiale Krafteinleitung in die Welle ermöglicht, ohne dass eine nennenswerte Vergrößerung der Eigenmasse zu befürchten wäre. Die auf der Welle gelagerte Büchse wird durch das hiermit zusammenwirkende Ritzel in Drehrichtung blockiert, so dass weitere Maßnahmen hierfür nicht erforderlich sind, was eine einfache und leichte Bauweise gewährleistet.

Mit Vorteil kann dem der Zahnstange zugeordneten Ritzel ein Kegelradtrieb vorgeordnet sein. Dies ermöglicht eine zur Welle und zum anderen Antriebsmotor parallele Anordnung des der Hubbewegung zugeordneten Antriebsmotors und damit insgesamt eine sehr kompakte Bauweise.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, dass die Welle mit einem dem aufzunehmenden Organ zugeordneten, in

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Umfangsrichtung einstellbaren Flansch versehen ist. Die Einstellbarkeit des Flansches in Umfangrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine exakte Einstellung einer O-Position, so dass der der Schwenkbewegung zugeordnete Antriebsmotor einfach als Servomotor mit Absolutwertgeber ausgebildet sein kann. Endanschläge und diesen zugeordnete Sensoren sind hier in vorteilhafter Weise nicht erforderlich, was die Bauweise weiter vereinfacht und das Eigengewicht reduziert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.

In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:

Figur 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 2 einen in einer die Achse der zu bewegenden Welle und des Langritzels enthaltenden Ebene geführten Vertikalschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung,

Figur 3 einen Vertikalschnitt entlang der Linie III/III in Figur 2 und Figur 4 einen Horizontalschnitt entlang der Linie IV/IV in Figur 3 mit um 90° verdreht gezeichnetem, der Hubbewegung zugeordnetem Antriebsmotor.

Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind Antriebsvorrichtung für ein Werkstücktransportorgan einer Produktionseinrichtung mit mehreren, einander benachbarten Bearbeitungsstationen, wobei das Werkstücktransportorgan die zu bearbeitenden Werkstücke von einer Bearbeitungsstation zur nächsten weitertransportiert. Das Werkstücktransportorgan muss dabei eine Hub- und eine

Schwenkbewegung ausführen, wie in Figur 1 durch Bewegungspfeile angedeutet ist.

Die der Figur 1 zugrundeliegende, beispielsweise einer Disk-Produktionseinrichtung zugeordnete Vorrichtung enthält einen zur Aufnahme eines Werkstücktransportorgans 1 geeigneten Flansch 2, der, wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, am oberen Ende einer mit vertikaler Achse in einem Vorrichtungsgehäuse 3 drehbar und axial verschiebbar gelagerten Welle 4 aufgenommen ist. Die Welle ist, wie Figur 2 zeigt, als Hohlwelle ausgebildet und erweist sich dementsprechend als sehr leichtes Bauteil. Zur axial verschiebbaren Lagerung der Welle 4 sind gemäß Figuren 2 und 3 Linearkugellager 5 vorgesehen, deren Kugeln direkt auf dem Außenumfang der Welle 4 laufen und deren Außenring 6 als Stützring für die Nadeln eines jeweils benachbarten, zur Radiallagerung vorgesehenen Nadellagers 7 dient. Den genannten Linear- und Radiallagern sind Dichtringe 8, 9 zugeordnet. Das Vorrichtungsgehäuse 3 ist als geschlossenes Gehäuse ausgebildet, das durch die Dichtringe 8, 9 gegenüber der Umgebung abgedichtet ist.

Die Welle 4 ist im Bereich zwischen den genannten Lageranordnungen mit einem hier angeformten Antriebsrad 10 versehen, das mit einem wellenparallel im Gehäuse 3 gelagerten Langritzel 11 kämmt. Die Länge des Langritzels 11 ist so, dass das Antriebsrad 10 auf seinem ganzen, axialen Hubweg zuverlässig im Eingriff mit dem Langritzel 11 bleibt. Das Langritzel 11 ist durch einen der auszuführenden Schwenkbewegung zugeordneten Antriebsmotor 12 antreibbar. Dieser ist mit zur Welle 4 und zum Langritzel 11 paralleler Achse in radialer Richtung gegenüber dem Langritzel 11 versetzt angeordnet. Zur Überbrückung dieses Radialabstands ist ein Stirnradvorgelege

vorgesehen, das hier durch ein mit dem oberen Lagerstummel des Langritzels 11 verbundenes Stirnrad 13 und ein hiermit kämmendes, koaxial zur Welle 14 des zugeordneten Motors 12 angeordnetes Stirnrad 15 gebildet wird. Das Stirnrad 15 kann direkt an die Motorwelle 14 angesetzt sein. Im dargestellten Beispiel ist zwischen Motorwelle 14 und Stirnrad 15 ein Planetengetriebe 16 vorgesehen, dessen Eingang durch die Motorwelle 14 antreibbar ist und dessen Ausgang das Stirnrad 15 aufnimmt. Zur Bewerkstelligung einer guten Schmierung des Langritzels 11 kann diesem ein aus Figur 3 ersichtliches Filzrad 17 zugeordnet sein.

Zur Bewerkstelligung der Hubbewegung ist eine unterhalb des Antriebsrads 10 angeordnete, an der Welle 4 in axialer Richtung abgestützte Zahnstange 18 vorgesehen, gegenüber welcher die Welle 4 Drehfreiheitsgrad besitzt. Die Zahnstange 18 ist, wie am besten aus Figur 2 ersichtlich ist, als von der Welle 4 durchgriffene Büchse ausgebildet, die durch Radialnadellager 19 in radialer Richtung auf der Welle 4 gelagert und durch Axialnadellager 20 in axialer Richtung an der Welle 4 abgestützt ist. Die Abstützung erfolgt hier an der Unterseite des Antriebsrads 10 und einem hiervon entsprechend beabstandeten, hier durch einen Sprengring gestützten, welllenseitigen Anschlag. Die die Zahnstange 18 bildende Büchse ist mit einer in Figur 3 sichtbaren, in ihren Umfang eingeschnittenen, achsparallelen Zahnreihe 21 versehen, die, wie Figur 3 weiter zeigt, im Eingriff mit einem quer zur Achse der Welle 4 im Gehäuse 3 gelagerten Ritzel 22 ist. Durch das Ritzel 22 wird die die Zahnstange 18 bildende Buche, die gegenüber der in Drehrichtung antreibbaren Welle 4 drehbar gelagert ist, in Drehrichtung blockiert, so dass ein weiterer Anschlag nicht erforderlich ist. Da die Zähne der Zahnreihe 21 in den Umfang der die Zahnstange 18 bildenden Büchse eingeschnitten sind, ergibt sich eine etwa

kreisabschnittförmige Zahnkonfiguration, wie der Figur 4 entnehmbar ist. Das Ritzel 22 ist dabei zweckmäßig, wie Figur 4 weiter zeigt, als auf ihrer ganzen Länge verzahnte Welle ausgebildet, so dass sich ein breiter Zahneingriff und eine zuverlässige Blockierung der die Zahnstange 18 bildenden Büchse in Drehrichtung ergeben.

Das drehbar gelagerte Ritzel 22 ist durch einen der Hubbewegung zugeordneten Antriebsmotor 23 antreibbar. Dieser ist, wie die Figuren 1 und 3 erkennen lassen, mit zur Welle 4 paralleler Achse seitlich neben dem ebenfalls mit wellenparalleler Achse angeordneten, der Schwenkbewegung zugeordneten Antriebsmotor 12 angeordnet und dementsprechend gegenüber der Achse des Ritzels 22 um 90° verdreht. Dem Ritzel 22 ist daher, wie Figur 4 zeigt, ein Kegelradtrieb mit einem auf der Welle 24 des Motors 23 angeordneten Kegelrad 25 und einem um 90° hiergegen verdreht angeordneten Kegelrad zugeordnet. Das Kegelrad 26 treibt den Eingang eines dem Ritzel 22 vorgeordneten Planetengetriebes 27 an.

Der der Hubbewegung zugeordnete Antriebsmotor 23 ist, wie oben bereits erwähnt wurde, mit paralleler Achse seitlich neben dem in Figur 4 lediglich durch seine Umrisslinien angedeuteten, der Schwenkbewegung zugeordneten Antriebsmotor 12 angeordnet. Der Motor 23 ist in Figur 4 lediglich zur Bewerkstelligung einer anschaulichen Darstellung um 90° gegenüber seiner tatsächlichen Position verdreht gezeichnet. Der der Schwenkbewegung zugeordnete Motor 12 ist, wie am besten aus Figur 1 erkennbar ist, an einem das zugeordnete, durch die Stirnräder 13, 15 gebildete Vorgelege enthaltenden Gehäusevorsprung 3a des geschlossenen Vorrichtungsgehäuses 3 angebracht. Der der Hubbewegung zugeordnete Antriebsmotor 23 ist an einem das zugeordnete, durch die

Kegelräder 25, 26 gebildete Kegelradvorgelege enthaltenden Vorsprung 3b des geschlossenen Vorrichtungsgehäuses 3 angebracht.

Der der Hubbewegung zugeordnete Antriebsmotor 23 kann als Servomotor ausgebildet sein, der in der letzten Phase der Hubbewegung drehmomentgesteuert und ansonsten weggesteuert ist. Die wegabhängige Steuerung erfolgt unter Zuhilfenahme von die Position der Welle 4 abtastenden Sensoren. Hierzu ist im dargestellten Beispiel wie aus Figuren 2 und 3 entnehmbar ist, ein rohrförmiger Gehäuseansatz 28 vorgesehen, in den das untere Ende der Welle 4 eingreift und der mit einer Querbohrung 29 versehen ist, der ein Sensor zugeordnet sein kann. Der der Schwenkbewegung zugeordnete Motor 12 kann als Servomotor mit Absolutwertgeber ausgebildet sein. Eine Wegsteuerung unter Zuhilfenahme von Sensoren, die bestimmte Anschläge etc. abtasten, ist hier nicht erforderlich. Es ist lediglich eine O-Punkt-Einstellung des schwenkbaren Organs erforderlich.

Hierzu ist der das Organ 1 aufnehmende Flansch 2 in Umfangsrichtung einstellbar. Der Flansch 2 besitzt hierzu, wie am besten aus Figur 2 hervorgeht, eine zunächst mit Schiebesitz auf das obere Ende der Welle 4 aufsteckbare Spannbüchse 30. Diese besitzt einen konischen Außenumfang, auf dem ein eine konische Gegenfläche aufweisender Spannring 31 aufgenommen ist. Dieser ist mittels Schrauben 32 auf die Spannbuchse 30 aufziehbar, wodurch diese gegenüber der Welle 4 verspannt wird. Aus dem ursprünglichen Schiebesitz wird so ein Presssitz. Zum Abstoßen des Klemmrings 31 ist der Flansch 2 mit Gewindebohrungen 33 versehen, in die nicht dargestellte Abdrückschrauben einschraubbar sind. Die Spannbuchse 30 steht vom Flansch 2 nach unten ab. Der Klemmring 31 befindet sich

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dementsprechend unterhalb des Flansches 2. Bei gelöstem Klemmring 31 ist eine Einstellung des Flansches 2 gegenüber der Welle 4 möglich.

Claims (17)

1. Vorrichtung zum Antrieb eines eine translatorisch hin- und hergehende Hubbewegung und eine rotative Schwenkbewegung ausführenden Organs (1), insbesondere eines einer Produktionseinrichtung zugeordneten Werkstücktransportorgans, mit einer das Organ (1) aufnehmenden, drehbar und in axialer Richtung verschiebbar in einem Vorrichtungsgehäuse (3) gelagerten Welle (4), die mit einem Antriebsrad (10) versehen und in axialer Richtung gegenüber einer mit Drehfreiheitsgrad hiermit zusammenwirkenden, wellenparallelen Zahnstange (18) abgestützt ist, wobei das Antriebsrad (10) im Eingriff mit einem mittels eines zugeordneten Motors (12) antreibbaren, wellenachsparallel im Vorrichtungsgehäuse 3 gelagerten Langritzel 11 ist und die Zahnstange (18) im Eingriff mit einem mit quer zur Wellenachse verlaufender Achse im Vorrichtungsgehäuse (3) gelagerten, mittels eines zugeordneten, weiteren Antriebsmotors (23) antreibbaren Ritzel (22) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) als Hohlwelle ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) durch Nadellager (7) in radialer Richtung gelagert ist, wobei die Nadeln der Nadellager (7) auf dem Außenring (6) eines zugeordneten, vorzugsweise als Linearkugellager ausgebildeten Linearlagers (5) laufen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der Schwenkbewegung zugeordnete Motor (12) wellenachsparallel gegenüber dem Langritzel (11) seitlich versetzt angeordnet ist und dass der Abstand durch ein Stirnradvorgelege (13, 15) überbrückt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnradvorgelege (13, 15) am Ausgang eines dem zugeordneten Motor (12) nachgeordneten Planetengetriebes (16) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (18) als von der Welle (4) durchgriffene, durch Radiallager (19) und Axiallager (20) hierauf gelagerte und hieran abgestützte Büchse ausgebildet ist, die mit einer wellenparallelen Zahnreihe (21) versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnreihe (21) in den Umfang der die Zahnstange (18) bildenden Büchse kreisabschnittförmig eingeschnitten ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der Zahnstange (18) zugeordnete Ritzel (22) als auf ihrer ganzen Länge verzahnte Welle ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem der Zahnstange (18) zugeordneten Ritzel (22) ein Kegelradtrieb (25, 26) vorgeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelradtrieb (25, 26) am Eingang eines dem Ritzel (22) zugeordneten Planetengetriebes (27) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der Hubbewegung zugeordnete Antriebsmotor (23) parallel neben dem der Schwenkbewegung zugeordneten Antriebsmotor (12) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorrichtungsgehäuse (3) als geschlossenes Gehäuse ausgebildet ist, das im Bereich der der Welle (4) zugeordneten Lager durch Dichtringe (8, 9) abgedichtet ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorrichtungsgehäuse (3) den Antriebsmotoren (12 bzw. 23) zugeordnete Montagevorsprünge (3a, 3b) aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der Schwenkbewegung zugeordnete Antriebsmotor 12 als Servomotor mit Absolutwertgeber ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) mit einem dem aufzunehmenden Organ (1) zugeordneten, in Umfangsrichtung einstellbaren Flansch versehen ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (2) eine mit Schiebesitz auf die Welle (4) aufsteckbare Spannbuchse (30) aufweist, auf die ein Klemmring (31) aufziehbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der Hubbewegung zugeordnete Antriebsmotor (23) in der letzten Phase der Hubbewegung drehmomentgesteuert und sonst weggesteuert ist.