DE3938353C2 - Spindelantriebsvorrichtung zur Erzeugung von wahlweisen Linear- und/oder Drehbewegungen der Spindel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spindelantriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Spindelantriebsvorrichtung dieser Art weist zwei Spindelan­ triebsköpfe auf, die mit der Spindel in Mitnahmeverbindung stehen und jeweils von einem eigenen Antriebsmotor antreibbar sind, wobei wenigstens ein Spindelantriebskopf durch ein Spin­ delgewinde mit der Spindel in Eingriff steht. Der andere Spin­ delantriebskopf kann ebenfalls durch ein Spindelgewinde mit der Spindel in Antriebsverbindung stehen, wie es aus der CH-PS 586 583 zu entnehmen ist, oder der andere Spindelkopf kann durch eine axiale Nut/Federverbindung mit der Spindel in Antriebsver­ bindung stehen, wie es aus der CH-PS 495 517 oder der US-PS 4 730 503 zu entnehmen ist. Bei solchen Spindelantriebsvorrich­ tungen ist es möglich, durch gleiche und/oder unterschiedliche Drehrichtungen sowie gleiche und/oder unterschiedliche Drehzah­ len Drehbewegungen und/oder Axialbewegungen der Spindel wahlwei­ se einzustellen.

Eine Spindelantriebsvorrichtung dieser Art ist überall dort vor­ teilhaft einsetzbar, wo kombinierte Verstell- und Drehbewegungen auszuführen sind, wie es insbesondere bei Handling-Vorrichtungen oder Robotern der Fall ist.

Aus der JP OS-62-165057 ist eine gattungsgemäße Schwindelan­ triebsvorrichtung für einen Linear- und/oder Drehantrieb einer Spindel bekannt. Dieser Spindelantrieb hat einen konzentrisch zur Spindel angeordneten Rotor eines Motors zum axial bewegli­ chen Antreiben der Spindel und einen seitlich außerhalb der Spindelaxe versetzten angeordneten Motor, der über einen Zahn­ riemenantrieb eine konzentrisch und drehfest auf der Spindel angeordnete Mutter, die Spindel drehbar angreift.

Aus der DE 34 16 938 ist ein elektromechanisches Stellglied bekannt, bei dem eine Spindel koaxial zu einem Rotor eines Mo­ tors mit davon angeflanschtem koaxialen Getriebe angeordnet ist. Dieses Stellglied kann lediglich eine Zustellbewegung ausführen, jedoch keine kombinierte Verstell- und Drehbewegung.

Insbesondere dann, wenn die Spindel nicht nur genaue Verstellwe­ ge auszuführen hat, sondern dabei auch verhältnismäßig große Lasten bewegen muß, wie es z. B. bei Greifern der Fall ist, bei denen das Gewicht der Greifer selbst und das Werkstückgewicht zu berücksichtigen sind, oder wenn bei Robotern weitere Achsen da­ mit bewegt werden sollen ist der Antrieb problematisch, weil zum einen verhältnismäßig große Drehmomente aufzubringen sind und zum anderen die Bewegungssteuerung der Motoren schwierig ist, von deren Genauigkeit die Genauigkeit der Verstellbewegungen ab­ hängig ist. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, daß eine Spindelantriebsvorrichtung von kleiner und kompakter Bauweise sein soll, um möglichst wenig Raum zu beanspruchen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spindelantriebs­ vorrichtung der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß bei Gewährleistung einer kleinen und kompakten Bauweise genaue Verstellbewegungen der Spindel möglich sind.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung führen die Motoren aufgrund des Untersetzungsgetriebes im Vergleich zu den Ver­ stellbewegungen der Spindel große Verstellwege aus, wodurch nicht nur das jeweils erforderliche Antriebsdrehmoment verrin­ gert ist, sondern die Motoren einfacher und genauer gesteuert werden können, wobei Toleranzen bei der Steuerung des Verstell­ weges aufgrund des Untersetzungsgetriebes ebenfalls untersetzt und somit verringert werden, so daß sich genaue Verstellbewe­ gungen für die Spindel erreichen lassen. Dabei wird die ange­ strebte kleine und kompakte Bauweise durch ein Getriebe er­ reicht, dessen Symmetrieachse mit der Achse der Spindel zusam­ menfällt.

Im Anspruch 26 ist eine Weiterbildung enthalten, die sich auch als Alternativlösung eignet und deshalb auch zu einer kleinen Bauweise beiträgt, weil die Anordnung des Getriebes an der Traverse das Gehäuse der Spindelantriebsvorrichtung platzmäßig nicht beeinträchtigt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, die ebenfalls zu einer einfachen, kompakten und preisgünstig herstellbaren Bau­ weise beitragen sowie die Funktion und auch die Steuerung ver­ bessern und aus Montage- bzw. Demontagegründen von Vorteil sind, sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in einer Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Spindelantriebsvorrichtung in der Drauf- oder Seitenansicht, teilweise axial geschnitten;

Fig. 2 eine Spindelantriebsvorrichtung mit einem Untersetzungsgetriebe, das in dem in Fig. 1 mit I gekennzeichneten Bereich angeordnet ist;

Fig. 3 eine abgewandelte Spindelantriebsvorrichtung in der Seitenansicht, teilweise axial ge­ schnitten;

Fig. 4 den Schnitt 4-4 in Fig. 9.

Fig. 5 eine abgewandelte Spindelantriebsvorrichtung in der Seitenansicht, teilweise axial ge­ schnitten als weiteres Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 den Teilschnitt 6-6 in Fig. 5;

Fig. 7 einen der Fig. 7 entsprechenden Teilschnitt in abgewandelter Ausgestaltung;

Fig. 8 eine Rollenführung für das Spindelgewinde als Einzelheit in vergrößerter Darstellung;

Fig. 9 den Teilschnitt 9-9 in Fig. 8;

Fig. 10 einen der Fig. 9 entsprechenden Teilschnitt in abgewandelter Ausgestaltung der Rollen­ führung;

Fig. 11 eine Spindelantriebsvorrichtung mit einem Untersetzungsgetriebe in abgewandelter Anordnung und/oder Ausgestaltung.

Die wesentlichen Teile der in Fig. 1 mit 1 bezeichneten Spindel­ antriebsvorrichtung sind die Spindel 2 oder eine Hohlspindel, zwei mit der Spindel in Antriebsverbindung stehende Antriebsro­ toren in Form von Spindelmuttern 3, 4, zwei voneinander unabhän­ gig betreibbare elektrische Antriebsmotoren 5, 6, wobei die Spindel 2, die Spindelmuttern 3, 4 und die Antriebsmotoren 5, 6 in einem Gehäuse 7 angeordnet bzw. gelagert sind, und eine Führungseinheit 8 für die Spindel 2, wobei die Führungseinheit 8 koaxial zur Spindel 2 bzw. deren Längsachse 9 durch eine sich quer zur Spindel 2 erstreckende Traverse 11 gebildet ist, die koaxial zur Spindel auf ihrer dem Gehäuse 2 abgewandten Seite einen Adapter 12 für einen Werkzeuganschluß aufweist und durch zwei oder drei Führungsstangen 13 axial geführt ist, die einan­ der diametral oder sternförmig gegenüberliegend an der Traverse 11 verschraubt sind und sich nach rückwärts durch Stangenfüh­ rungen 14 am Gehäuse 7 erstrecken, die durch Führungsbohrungen gebildet sein können.

Das Gehäuse 7 besteht aus einem Mantelteil 15 an dessen Stirn­ seiten jeweils eine Stirnplatte 16 und jeweils eine letztere überdeckende Stirnkappe 17 bei 18 angeschraubt sind. Von der Innenfläche des Mantelteils 15 springt radial einwärts ein Lagersteg 19 vor, der mit den Stirnplatten 16 der Lagerung mit­ tels Lagerteilen, insbesondere Wälzlagern 21, von Lagerhülsen 22, 23 dient, die an ihren äußeren Enden Lagerbohrungen 24 aufweisen, in denen die Spindelmuttern 3, 4 mit ihren runden Gehäuseteilen 25 passend eingesetzt und mittels Schrauben ver­ schraubt sind, die jeweils einen Flanschring 26 der zugehörigen Spindelmutter 3, 4 durchfassen und achsparallel in die Lagerhül­ sen 22, 23 einfassen. Zwischen den Flanschringen 26 und den Lagerhülsen 22, 23 oder einer Lagerhalte-Ringscheibe ist ein scheibenförmiges bewegbares Impulsgeberteil 27, 27.1 befestigt, das sich radial auswärts erstreckt und jeweils mit einem zugehö­ rigen stationären Impulsgeberteil 28, 28.1 zusammenwirkt, das beim vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen Abtastkopf ge­ bildet ist, der auf der Außenseite der zugehörigen Stirnplatte 16 befestigt ist und innenseitig einen Spalt aufweist, in den das bewegliche Impulsgeberteil 27, 27.1 drehbar hineinragt. Auf jeder Lagerhülse 22, 23 ist ein Läuferring 39, 31 befestigt, der Teil des zugehörigen Motors 5, 6 ist mit jeweils einem Stator 34, 35 und Wicklungen 36, 37. Jeder Stator 34, 35 ist etwa mittig zwischen den Stirnplatten 16 und Lagersteg 19 fest in das Mantelteil 15 eingesetzt. Mittels den Impulsgeberteilen 27, 27.1, 28, 28.1 ist jedem Motor 5, 6 eine Weg- und Geschwindig­ keitsmeßeinrichtung zugeordnet, die eine Weg- und Ge­ schwindigkeitssteuerung der Motoren 5, 6 ermöglicht. Diese Impulsgeberteile sind jeweils in dem Hohlraum 38 der zugehröigen Stirnkappe 17 aufgenommen und somit ge­ schützt angeordnet. Die inneren Ränder der Stirnkappen 17 umschließen verhältnismäßig dicht die äußeren Enden der Spindelmuttern 3, 4. Mit 10 sind die erforderlichen elek­ trischen Anschlüsse bezeichnet.

Die Spindel 2 weist ein Links- und ein Rechtsgewinde auf deren sich kreuzende Rillen mit 41, 42 bezeichnet sind. In diese Rillen fassen an den Spindelmuttern 3, 4 innenseitig angeordnete Mitnehmerteile formschlüssig ein, wodurch je­ weils eine Antriebsverbindung verwirklicht ist. Jeder Spindelmutter 3, 4 ist ein Spindelgewinde zugeordnet, d. h. jedes Mitnehmerteil oder die Mitnehmerteile der zugehörigen Spindelmutter 3, 4 gleiten nur in der zuge­ hörigen Rille 41, 42.

Das frontseitig aus dem Gehäuse 7 herausragende und mit 43 bezeichnete Ende der Spindel 2 ist mittels einer Lager­ scheibe. 44 in der Traverse 11 gelagert. Die Lagerscheibe 44 befindet sich in einer frontseitig offenen flachen Lagerbohrung 45 und sie ist mittels eines Lagers, vorzugs­ weise eines Wälzlagers 46 an der Innenwand der Lager­ bohrung 45 gelagert. Die Lagerscheibe 44 kann eine an­ deutungsweise dargestellte Spannvorrichtung 47 aufweisen, mittels der die in die Lagerscheibe 44 einfassende Spindel 2 mit der Lagerscheibe 44 verspannbar ist. In der Rückwand 48 der Traverse 11 ist eine Bohrung 49 vorgesehen, durch die sich die Spindel 2 mit Bewegungsspiel erstreckt. Front­ seitig ist die Traverse 11 bzw. die Lagerbohrung 45 durch eine Scheibe 51 abgedeckt, an der frontseitig der Adapter 12 befestigt ist.

Wenn beide Spindelmuttern 3, 4 mit gleicher Drehzahl und gleicher Drehrichtung getrieben werden, führt die Spindel 2 eine reine Rotationsbewegung aus. Wenn die Spindelmuttern 3, 4 mit unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben werden, führt die Spindel 2 eine Drehbewegung D und gleichzeitig auch eine Axialbewegung X aus, wobei die jeweilige Bewegungs­ richtung durch den jeweils schneller drehenden Motor 32, 33 bestimmt wird. Wenn die Spindelmuttern 3, 4 mit gleicher Drehzahl aber in entgegengesetzter Drehrichtung angetrieben werden, führt die Spindel 2 eine reine axiale Bewegung X bzw. Vorschub- oder Rückzugbewegung aus. Auf diese Weise kann eine wahlweise Axial- und/oder Drehbewegung bzw. Steuer­ bewegung eingestellt und mittels der jeweils vorhandenen Weg- und Geschwindigkeitsmeßeinrichtung gesteuert werden.

Im Gegensatz zum vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem die Spindelmuttern 3, 4 direkt angetrieben werden, ist am Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ein Untersetzungsgetriebe 55 zwischen dem zugehörigen Motor 6 und der zugehörigen Spindelmutter 4 eingeschaltet. Es handelt sich um ein Um­ laufgetriebe oder Planetengetriebe mit zur Längsachse 9 der Spindel 2 konzentrischer bzw. symmetrischer Anordnung.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Unter­ setzungsgetriebe 55 aus einem außenverzahnten Zahnring 56, der konzentrisch stirnseitig an die Lagerhülse 23 ange­ schraubt ist. Mit dem Zahnring 56 kämmen vorzugsweise mehrere einander diametral gegenüberliegende oder sternförmig auf einem Teilkreis verteilt angeordnete Planeten-Zahnräder 57, die außenseitig mit einem innen verzahnten Zahnring 58 kämmen, der ebenfalls in koaxialer Anordnung an der zugehörigen Stirn­ platte 16 bzw. dem Mantelteil 15 befestigt ist. Das oder die Ritzel 57 sind um ihre Mittelachsen 59 frei drehbar gelagert und mittels Bolzen 61 an einer Drehscheibe 62 gelagert, die mit dem Flanschring 26 der Spindelmutter 4 verschraubt und in einem Lager, vorzugsweise einem Wälzlager 63 drehbar gelagert ist, das zwischen der Außenfläche der Drehscheibe 62 und der Innenfläche eines Lagerrings 64 gebildet ist, der in koaxialer Anordnung am Mantelteil 15 befestigt ist, vorzugsweise mittels achsparallelen, den Lagerring 64, den Zahnring 58 und die zugehörige Stirnplatte 16 durch­ fassenden und in das Mantelteil 15 einfassenden Schrauben. Bei dieser Ausgestaltung ist zwischen der Lagerhülse 23 und der Spindelmutter 4 ein Bewegungsspiel S vorgesehen, da die Spindelmutter 4 hier mittels der Drehscheibe 62 gelagert ist. Die Impulsgeberteile 27.1, 28.1 befinden sich zwischen der zugehörigen Stirnplatte 16 und dem Pla­ netenrad 57, wobei das bewegbare Impulsgeberteil 27.1 am Zahnring 56 befestigt ist.

Im Rahmen der Erfindung kann ein Untersetzungsgetriebe 55 gleichzeitig auch zwischen dem anderen Motor 5 und der anderen Spindelmutter 3 vorzugsweise in der vorbeschriebenen entsprechenden Ausgestaltung vorgesehen sein, oder es kann auch nur zwischen dem Motor 5 und der Spindelmutter 3 ein Untersetzungsgetriebe 55 vorgesehen sein. Die jeweilige Ausgestaltung richtet sich nach den Anforderungen an Verstellweg und Verstellkraft, die sich im jeweiligen Ver­ wendungsfall ergeben.

Die Ausgestaltung der Spindelantriebsvorrichtung 1 nach Fig. 3 ist bis auf die Ausgestaltung der hier mit 2.1 bezeichneten Spindel im wesentlichen mit der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 vergleichbar und es sind für vergleichbare Teile auch gleiche Präzisionszeichen verwendet, so daß es einer be­ sonderen Beschreibung der Einzelteile nicht bedarf. Hier weist die Spindel 2.1 nur ein Spindelgewinde auf, das links- oder rechtsgängig sein kann und durch die in Fig. 1 mit 42 bezeichnete Rille gebildet sein kann, in die das zugehörige Mitnehmerteil einfaßt. Anstelle der zweiten Spindelmutter 4 ist hier eine Spindelhülse 71 vorgesehen, die an der Lagerhülse 23.1 befestigt ist und nach vorn aus dem Gehäuse 7 vorspringen kann. Die Spindelhülse 71 steht mit der Spindel 2.1 durch eine Paßfeder 72 in Drehantriebsver­ bindung, die an der Spindel 2.1 befestigt ist und mit Be­ wegungsspiel in eine achsparallele Gleitnut 73 in der Innen­ wand der Spindelhülse 71 einfaßt. Aufgrund dieser Ausgestaltung kann der Motor 6 nur einen Drehantrieb oder Drehbremsantrieb auf die Spindel 2.1 ausüben, während der Motor 5 einen Dreh­ antrieb und/oder Drehbrems antrieb auf die Spindel 2.1 ausüben und diese zugleich axial antreiben kann.

diese Ausgestaltung führt zu einer Stabilisierung der Spindel­ antriebsvorrichtung insbesondere dann, wenn ein großer Wirk­ abstand zwischen dem Gehäuse 7 und einem Kraftangriffspunkt, z. B. den frontseitig auf der Spindel 2.1 befestigten Werk­ zeug (nicht dargestellt) vorgegeben ist. In einem solchen Fall ergibt sich bei Drehbelastungen eine verhältnismäßig große Torsionslänge für die Spindel 2.1. Diese Torsions­ länge kann durch den Abstand b zwischen dem Gehäuse 7 und der Paßfeder 72 verringert werden, wobei zu berücksichtigen ist, daß dieser Abstand b wahlweise vergrößert und auch so ausgelegt werden kann, daß die Paßfeder 72 sich in der Nähe des Kraftangriffspunktes bzw. Werkzeugs befindet. Es wird somit ein großer Teil der Torsionsbelastung von der Spindel­ hülse 71 aufgenommen, wodurch die Spindel 2.1 entlastet wird.

Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 5 bis 7 ist ebenfalls nur eine Drehantriebsverbindung in Form einer Paßfeder/Nutverbindung zwischen der hier mit 2.2 bezeichneten Spindel und dem vorderen Motor 6 vorgesehen. Hier ist die Drehmitnahmeverbindung jedoch innerhalb des Gehäuses 7 vorgesehen, wobei eine Führungshülse 23.2 mit einer Führungsbohrung 75 vorgesehen ist, die die Spindel 2.2 mit Gleitspiel durchfaßt und somit zur radialen Lagerung der Spindel 2.2 dient. In der Führungsbohrung 75 ist wenigstens eine sich achsparallel erstreckende, einstückig angeformte oder an der Führungsbohrungswand befestigte Paß­ feder 76 vorgesehen, die in eine Längsnut 77 in der Mantelfläche der Spindel 2.2 mit geringem Gleitspiel einfaßt. Vorzugsweise sind zwei Paßfedern 76 und Längsnuten 77 einander diametral gegenüberliegend angeordnet, wie es in Fig. 6 ersichtlich ist. Anstelle einer Paßfeder und einer Nut kann auch eine unrunde Querschnittsfläche der Spindel 2.2 und ein Führungsloch entsprechenden Quer­ schnitts in der Führungshülse 23.2 vorgesehen sein. Gemäß Fig. 7 ist eine solche Drehmitnahmeverbindung durch eine sich längs über die Spindel 2.2 erstreckende Abflachung 78 gebildet, wobei das Führungsloch in der Führungshülse 23.2 einen entsprechend angepaßten Querschnitt mit einer der sekantialen Fläche 79 angepaßten Fläche aufweist. Auch bei dieser Ausgestaltung können zwei Abflachungen 78 einander diametral gegenüberliegend angeordnet und eine entsprechende Formgebung für das Führungsloch vor­ gegeben sein.

Bei dieser Ausgestaltung ist die Paßfeder/Nutverbindung zwischen dem Motor 6 und der Spindel 2.2 innerhalb des Gehäuses 7 angeordnet.

Wie schon bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 3 und 4 ist auch hier eine genauere Versteilung der Spindel in Umfangsrichtung möglich, weil eine Paß­ feder/Nutverbindung mit geringeren Kosten und mit geringeren Toleranzen hergestellt werden kann, als es bei einem Spindelgewindeeingriff möglich ist. Es ist deshalb von Bedeutung, daß der dem an der Spindel wirksamen Kraft­ angriffspunkt nähere Antriebskopf, hier die Führungs­ hülse 23.1, 23.2 oder die Spindelhülse 71 bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 3 und 4 mit der Paßfeder/Nutverbindung versehen ist. Dies gilt auch für eine Mitnahmeverbindung mit Abflachung 78. Aus dem Vorbeschriebenen ergibt sich die Forderung nach möglichst geringem Eingriffsspiel zwischen den Antriebs­ köpfen und der zugehörigen Spindel. Grundsätzlich können in die Rillen 41 und/oder 42 des Spindelgewindes gleitend oder rollend eingreifende Mitnehmerelemente vorgesehen sein. Es eignen sich insbe­ sondere Wälzlagerelemente als Drehmitnahmeelemente, weil solche Drehmitnahmeverbindungen mit größerer Präzision her­ gestellt werden können und auch leichtgängiger sind. Als Wälzlagerelemente eignen sich insbesondere Kugeln, Zylinder­ rollen oder Kegelrollen, wodurch entsprechende Querschnitts­ formen für die Rillen bzw. Nuten des Spindelgewindes vorge­ geben sind.

In den Fig. 8 bis 10 sind Ausgestaltungen für einen Spindel­ gewindeeingriff hoher Präzision dargestellt, die bei allen vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen vorzugsweise zur An­ wendung kommen können.

Das hier allgemein mit 81 bezeichnete Spindeleingriffselement wird durch zwei Wälzlagerteile 82 gebildet, deren Durch­ messer d kleiner ist als die Breite c der zugehörigen Nut bzw. Rille 41, 42 der Spindel 2, 2.1 oder 2.2. Dabei sind die in Rillen­ längsrichtung hintereinander angeordneten Wälzlagerteile 82 so versetzt zueinander angeordnet, daß die von ihnen einge­ nommene Breite e der Breite c der zugehörigen Rinne 41, 42 entspricht. Hierdurch ist ein spielfreier Mitnahmeein­ griff möglich. Bei der Ausgestaltung gemäß den Fig. 8 und 9 kommen Wälzlagerteile 82 in Form von Zylinderrollen zum Einsatz, wobei die beiden zueinander achsparallelen Wälzlager­ teile 82 an den einander gegenüberliegenden Seitenflächen 83 der hier im Querschnitt rechteckigen Rinne 41 einfassen. Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 10 werden Wälzlagerteile 82 in Form von zu ihren freien Enden hin konvergierenden Kegelrollen in der vorbeschriebenen Anordnung entsprechender Anordnung eingesetzt, wodurch eine entsprechende kegelstumpf­ förmige Form der zugehörigen Rinne 41 vorgegeben ist. Es ist vorteilhaft, mehrere Paare Wälzlagerteile 82 auf den Umfang verteilt vorzusehen, wodurch die Präzision und auch das übertragbare Drehmoment vergrößert wird. Bei einer Spindel 2 mit links- und rechtgängigem Spindelgewinde sind wenigstens zwei Wälzlagerteilpaare 84 vorzusehen, die jeweils einen Abstand f von­ einander aufweisen, der größer ist als die Breite c der zuge­ hörigen Rinne. Hierdurch ist eine permanente Führung auch dann gewährleistet, wenn ein Wälzlagerteilpaar 84 den Kreuzungs­ punkt der Rinnen passiert.

Die Spindelmuttern 3, 4, die Spindelhülse 71 und die Führungs­ hülsen 23.1, 23. 2 können mit ihrem jeweiligen Führungsloch zugleich ein Gleitlager für die Spindel 2 in Form eines Radiallagers bilden.

Gemäß Fig. 9 und 10, die die zugehörige Spindelmutter 3, 4 und die Spindel 2 im Querschnitt verdeutlichen, befindet sich in der Spindelmutter 3, 4 eine Gleitlagerhülse 86, in der die Spindel 2 mit möglichst geringem Spiel drehbar und längs­ verschiebbar geführt ist. Die Wälzlagerteile 82 durchfassen die Gleitlagerhülse 86 in einem Loch 87. Sie sind auf einem sich radial erstreckenden Lagerbolzen 88 frei drehbar gelagert, der in die Wandung der Spindelmutter fest eingesetzt ist.

Es ist auch möglich, die Paßfeder 72 oder ein entsprechendes Paßstück an der Hülse 71 zu befestigen und an einer Abflachung der Spindel 2.1 gleitend anliegen zu lassen, vergl. Andeutung in Fig. 3 im Bereich des vorderen Endes der Lagerhülse 23.1 oder hinteren Endes der Spindelhülse 71.

Mit 10 sind die erforderlichen elektrischen Anschlüsse bezeich­ net, die sich innerhalb einer an der Mantelfläche des Gehäuses 7 angeordneten Anschlußeinheit befinden.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich, wenn anstelle oder zusätzlich zum Getriebe 55 am Gehäuse 7 gemäß Fig. 2 ein Getriebe 55a an der Führungseinheit 8 bzw. dessen Traversenteil 11 angeordnet ist. Das Getriebe 55a ist vorzugsweise ebenfalls koaxial zur Achse 9 der Spindel 2 angeordnet und weist insbeson­ dere einen im wesentlichen gleichen Aufbau auf, wie das Getriebe 55. Eine solche Ausgestaltung bzw. Anordnung ist in Fig. 11 dargestellt, die die Führungseinheit 8 im Teilschnitt in etwas vergrößerter Darstellung mit dem gegebenenfalls weiteren Getriebe 55a zeigt. Die Konstruktion erlaubt es, daß das Getriebe 55a im wesentlichen denselben Aufbau wie das Getriebe 55 in Fig. 2 haben kann. Dies ist nicht zwingend aber im Hinblick auf die Möglich­ keit der Verwendung gleicher Bauteile wirtschaftlicher und vorteilhafter. Während die Getriebeanordnung nach Fig. 2, wie schon erklärt, zur Reduktion der Trägheitsmomente der Spindel 2 und der daran angebrachten Massen sowie zur Momentenreduktion dient, bewirkt die Anordnung des Getriebes 55a nach Fig. 11, daß die Massenträgheitsmomente, die auf die Spindel 2 wirken, redu­ ziert werden und damit die Schwingungsneigung der Spindel 2 verringert wird. Diese Vorteile werden sowohl bei einer zusätzli­ chen Anordnung des Getriebes 55a als auch bei einer Anordnung anstelle des Getriebes 55 erreicht. Insbesondere bei der zusätz­ lichen Anordnung des Getriebes 55a wird das auf die Spindel 2 wirksame Torsionsmoment wesentlich verringert. Die vorgenannten Vorteile sind insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Antriebs­ vorrichtung 1 in entsprechender Baugröße als Hauptachse eines Handhabungsautomaten oder eines Roboters eingesetzt wird und dabei große Massen bewegen muß. Aufgrund der Variationsmöglich­ keiten mit und ohne dem Getriebe 55 kann die Spindelantriebsvor­ richtung 1 als Baukastensystem den Erfordernissen angepaßt und aufgebaut werden, wobei das Grundprinzip immer beibehalten wird.

Gemäß Fig. 11 wird die Spindel 2 nicht mehr über die Spannstelle 47 mit der Scheibe 44 verbunden, sondern sie wirkt als Eingangs­ welle für das Getriebe 55a, wobei sie mit ihrem dem Durchmesser gegebenenfalls vergrößertem Vorderende 2a in die zentrale Aufnahmebohrung 91 eines Zahnringes 56a drehfest einfaßt, der auf seiner dem Gehäuse 7 abgewandten Außen-Umfangshälfte eine Außenverzahnung aufweist, die mit einem oder mehreren auf dem Umfang verteilt angeordneten Planeten-Zahnrädern 57a kämmt, die außenseitig mit einem innen verzahnten Zahnring 58a kämmen, der - wie schon der Innen-Zahnring 56a - koaxial zur Spindel 2 angeordnet ist und als Umfangswand eines Gehäuses für das Getriebe 55a zwischen einem Lagerring 64a und einer rückseitigen Stirnplatte 16a mittels nicht dargestellter Schrauben eingespannt ist. Das so gebildete Gehäuse 92 ist rückseitig an der Traverse 11 angeordnet, vorzugsweise zur Platzersparnis in einer rücksei­ tigen Ausnehmung 93 mit der Tiefe k. Das oder die Planeten- Zahnräder 57 sind um ihre Mittelachsen 59a frei drehbar mittels Bolzen 61a an einer Drehscheibe 62a gelagert, die in einem Lager, vorzugsweise einem Wälzlager 63a drehbar gelagert ist, das zwischen der Außenfläche der Drehscheibe 62a und der Innenfläche des Lagerrings 64a angeordnet ist. Der Zahnring 56a ist durch ein auf seiner hinteren Umfangshälfte ausgebildeten bzw. angeordneten Lager, insbesondere ebenfalls ein Wälzlager 94, am inneren Umfangsrand der ringförmigen Stirnplatte 16a drehbar gelagert. An der Frontseite der Drehscheibe 62a ist in nicht dargestellter Weise eine Scheibe 95 koaxial befestigt, die an ihrer Vorderseite den Adapter 12 für einen Werkzeuganschluß trägt. Die Scheibe 95 kann zusätzlich zum Wälzlager 63a durch ein zwischen ihrer Außenumfangsfläche und der Innenumfangsfläche des Traversenkör­ pers 96 angeordneten, insbesondere durch ebenfalls ein Wälzlager 97 gebildeten Lager gelagert sein, wobei zwischen dem Lagerring 64a und dem Traversenkörper 96 eine Lagerscheibe 98 angeordnet sein kann, die zur Axialhalterung der Wälzlager 63a und 96 dienen kann, indem sie Anlageschultern bildet. Wie schon bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 ist auch hier eine Frontscheibe 51a zur Axialsicherung der Lagerung bzw. des Wälzlagers 96 vorgese­ hen.

Auch bei dieser Ausgestaltung ist das wenigstens eine Zahnrad 57a wesentlich schmaler bemessen als der Außen-Zahnring 58a, so daß hinter dem Zahnrad 57a ein Ring-Hohlraum 99 besteht, in dem die an der Stirnplatte 16a bzw. am Innen-Zahnring 56a befestigten Impulsgeberteile 27.1, 28.1 angeordnet werden können. Die Anord­ nung der Impulsgeberteile am Getriebe 55a ist aufgrund der durch die Übersetzung des ersten Getriebes 55 vorgegebenen größeren Auflösung vorteilhaft.

Die Stirnplatte 16a, der Außen-Zahnring 58a, der Lagering 64a und die Lagerscheibe 98 sind durch axiale, sie durchfassende Schrau­ ben am Traversenkörper 96 verschraubt, wie es in Fig. 11 angedeu­ tet ist.

Die Zahnringe 56a, 58a, das wenigstens eine Zahnrad 57a mit dem zugehörigen Lagerbolzen 61a, die Drehscheibe 62a, der Lagerring 64a, die Stirnplatte 16a und die Impulsgeberteile 27.1, 28.1 sind vorzugsweise mit entsprechenden Teilen des ersten Getriebes 55 identisch, so daß sie wahlweise für eines oder beide Getriebe 55, 55a verwendet werden können. Bei beiden Getrieben 55, 55a wird die Antriebskraft von der Spindel 2 über die Getriebeteile auf den Adapter 12 als frontseitiges Antriebsteil übertragen.

Claims (36)

1. Spindelantriebsvorrichtung für einen Linear- und/oder Drehantrieb der Spindel (2), mit zwei in Längsrichtung der Spindel (2) hintereinander in einem Gehäuse (7) gelagerten und auf der Spindel (2) konzentrisch ange­ ordneten Spindelantriebsköpfen (3, 4), die jeweils unabhängig voneinander durch je einen zur Spindel bzw. zu dem Spindelantriebskopf konzentrisch angeordneten Rotor eines Motors (5, 6) in Drehung versetzbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Antriebskopf (3, 4) mit dem Rotor des zugehörigen Motors (5, 6) über ein Getriebe (55) in Verbindung steht, dessen Symmetrieachse mit der Achse (9) der Spindel (2, 2.1, 2.2) zusammenfällt.

2. Spindelantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (55) ein konzentrisch zur Spindel (2) angeordnetes Umlaufgetriebe (55) ist.

3. Spindelantriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlaufgetriebe ein Planetengetriebe ist.

4. Spindelantriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlaufgetriebe ein Untersetzungsgetriebe ist (Drehzahl Motor < Drehzahl Spindel).

5. Spindelantriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlaufgetriebe (55) zwischen dem dem Abtriebsende (43) der Spindel (2) zugewandten Antriebskopf (4, 23.1, 23.2) und dem zugehörigen Motor (6) angeordnet ist.

6. Spindelantriebsvorrichtung, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (2) das Gehäuse (7) durchsetzt, daß die Motoren (5, 6) als die Spindel (2, 2.1, 2.2) umgebende Ringmotoren im Gehäuse (7) hintereinander angeordnet sind, deren innere Rotoren (29, 31) mit im Gehäuse (7) drehbar gelagerten Lagerhülsen (22, 23.1, 23.2) verbunden oder als solche ausgebildet sind, und daß die Antriebs­ köpfe (3, 4) mit den Lagerhülsen (22, 23.1, 23.2) ver­ bunden oder als solche ausgebildet sind.

7. Spindelantriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsköpfe im Gehäuse nahe hintereinander angeordnete Spindelmüttern (3, 4) sind und die Spindel (2) ein links- und rechtsgängiges Spindelgewinde (41, 42) aufweist.

8. Spindelantriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe einen mit dem zugehörigen Rotor (31), insbesondere der zugehörigen Lagerhülse (23), dreh­ fest verbundenen außenverzahnten Zahnring (56), einen in der gleichen Ebene angeordneten, innenverzahnten Zahnring (58) größeren Durchmessers und wenigstens ein, vorzugs­ weise mehrere einander diametral oder sternförmig gegen­ überliegende Planetenzahnräder (57) aufweist, das zwischen den Zahnringen (56, 58) mit diesen kämmend angeordnet und mittels eines Lagerbolzens (61) drehbar an einer Dreh­ scheibe (62) gelagert ist, die drehbar am Gehäuse (7) gelagert und mit dem zugehörigen Antriebskopf (4) fest verbunden ist.

9. Spindelantriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der außenverzahnte Zahnring (56) an der Stirnseite des Rotors bzw. der Lagerhülse (23) angeordnet ist, daß der innenverzahnte Zahnring (58) an der Stirnseite des Gehäuses (7) oder Anbauteilen desselben (Stirnplatte 16) angeordnet ist, und daß die Drehscheibe (62) außenseitig vom Planetenzahnrad (57) angeordnet ist.

10. Spindelantriebsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehscheibe (62) an oder auf dem zugehörigen Antriebskopf (4) sitzt.

11. Spindelantriebsvorrichtung nach einem oder mehren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Antriebsköpfe (3, 4) durch eine axial verschiebbare Drehmitnahmeverbindung (72, 76, 78) mit der Spindel (2, 2.1, 2.2) verbunden ist.

12. Spindelantriebsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebskopf (23.1, 71, 23.2) durch die axial verschiebbare Drehmitnahmeverbindung mit der Spindel (2.1, 2.2) verbunden ist, der dem Abtriebsende (43) der Spindel (2) zugewandt ist.

13. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der die axial verschiebbare Drehmitnahmeverbindung aufweisende Antriebskopf (71) zum Abtriebsende der Spindel (2.1) hin vom Gehäuse (7) vorspringt und die axial ver­ schiebbare Drehmitnahmeverbindung (72) in einem Ab­ stand (b) vom Gehäuse (7) angeordnet ist.

14. Spindelantriebsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Gehäuse (7) vorragende Antriebskopf durch eine Hülse (71) oder ein Rohr gebildet ist.

15. Spindelantriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die axial verschiebbare Drehmitnahmeverbindung durch eine an der Spindel (2.1, 2.2) oder am Antriebskopf (23.2, 71) befestigte Paßfeder (72) gebildet ist, die in eine im Antriebskopf (23.2, 71) oder in der Spindel (2.1, 2.2) ausgebildete Gleitnut (73) einfaßt.

16. Spindelantriebsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, vorzugsweise zwei einander diametral gegen­ überliegende Paßfedern (72) und Gleitnuten (73) vorge­ sehen sind.

17. Spindelantriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die axial verschiebbare Drehmitnahmeverbindung durch eine, vorzugsweise zwei einander diametral gegenüber­ liegende Abflachungen (78) der Spindel (2.2) und ein an deren Querschnittsform angepaßtes Führungsloch im Antriebskopf (23.2) gebildet ist.

18. Spindelantriebsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Abflachung (78) korrespondierende Fläche des Führungslochs von einer eingesetzten Paß­ feder gebildet ist.

19. Spindelantriebsvorrichtung, nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnahmeelemente zwischen den Antriebsköpfen, insbesondere den Spindelmuttern (3, 4), und der Spindel (2) Wälzlagerteile (82) sind, vorzugsweise Zylinder­ rollen, Kegelrollen oder Kugeln.

20. Spindelantriebsvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlagerteile (82) auf Lagerbolzen (88) frei drehbar gelagert sind, die sich radial erstrecken und im zugehörigen Antriebskopf (3, 4) befestigt sind.

21. Spindelantriebsvorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Wälzlagerteilpaar (84) vorgesehen ist, deren Teildurchmesser (d) kleiner bemessen sind als die Breite (c) der zugehörigen Spindelgewinderinne, (41, 42), wobei die beiden Wälzlagerteile (82) so quer zur Längsrichtung der zugehörigen Gewinderinne (41, 42) versetzt angeordnet sind, daß die von ihnen eingenommene Breite (e) der Breite (c) der zugehörigen Gewinderinne (41, 42) entspricht bzw. die zugehörigen Wälzlagerteile (82) mit ihren Mantelflächen an den Seitenflächen (83) der zugehöirgen Spindelgewinderinne (41, 42) anliegen.

22. Spindelantriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in Gewinderinnenlängsrichtung benachbarte Wälz­ lagerteilpaare (82) einen Abstand (f) voneinander aufweisen, der größer ist, als die Breite (c) der Spindel­ gewinderinnen (41, 42).

23. Spindelantriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebsende (43) der Spindel (2) in einer dem Gehäuse (7) vorgeordneten Traverse (11) radial abgestützt bzw. gelagert ist, von der vorzugsweise zwei oder mehrere, insbesondere drei einander diametral oder sternförmig gegenüberliegend und an ihr befestigte Führungsstangen (13) sich rückwärts erstrecken, die in Führungslöchern (14) des Gehäuses (7) axial verschiebbar geführt sind.

24. Spindelantriebsvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebsende der Spindel (2) an einer Lager­ scheibe (44) befestigt, vorzugsweise mit ihr verspann­ bar ist, die in einer Ausnehmung (45) der Traverse (11) angeordnet und darin gelagert ist.

25. Spindelantriebsvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerscheibe (44) einen koaxial angeordneten Adapter (12) für einen Werkzeuganschluß trägt.

26. Spindelantriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 und dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 23, dadurch gekennzeichnet, daß an der Traverse (11) ein Getriebe (55a) angeordnet ist, das eingangsseitig mit der Spindel (2) und ausgangsseitig mit einem frontseitigen Antriebsteil der Spindelantriebs­ vorrichtung (1) in Verbindung steht und dessen Symmetrie­ achse mit der Achse (9) der Spindel (2, 2.1, 2.2) zusammen­ fällt.

27. Spindelantriebsvorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das (zweite) Getriebe (55a) koaxial zur Spindelachse (9) angeordnet ist.

28. Spindelantriebsvorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (2) eine Eingangswelle des Getriebs (55a) ist.

29. Spindelantriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil frontseitig einen Adapter (12) für einen Werkzeuganschluß aufweist.

30. Spindelantriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (55a) einen mit der Spindel (2) drehfest verbundenen außen verzahnten Zahnring (56a), einen in etwa der gleichen Ebene angeordneten, innen verzahnten Zahnring (58a) größeren Durchmessers und wenigstens ein, vorzugsweise mehrere einander diametral oder sternförmig gegenüberliegende Planetenzahnräder (57a) aufweist, das bzw. die zwischen den Zahnringen (56a, 58a) mit diesen kämmend angeordnet und mittels eines Lagerbolzens (61a) drehbar an einer Drehschei­ be (62a) gelagert ist bzw. sind, die mit dem frontseitigen Antriebsteil verbunden und mittelbar oder unmittelbar an der Traverse (11) gelagert ist.

31. Spindelantriebsvorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der außen verzahnte Zahnring 56a auf dem vorderen Ende der Spindel (2) sitzt und an einer ringförmigen Stirnplatte (16a) gelagert ist, die mit dem frontseitig an ihr angeord­ neten innen verzahnten Zahnring (58a) und einem frontseitig an letzterem angeordneten Lagerring (64a) ein Gehäuse (92) des Getriebes (55a) bildet, wobei die Drehscheibe (62a) im Lagerring (64a) gelagert ist.

32. Spindelantriebsvorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (92) rückseitig an der Traverse (11) befestigt ist und dabei vorzugsweise in einer rückseitigen Ausnehmung (93) der Traverse (11) angeordnet ist.

33. Spindelantriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (12) mittelbar oder unmittelbar an der Drehscheibe (62a) drehfest angeordnet und vorzugsweise zusätzlich am Körper (96) der Traverse (11) gelagert ist.

34. Spindelantriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum (99) des Gehäuses des ersten Getriebes (55) oder zweiten Getriebes (55a) Drehweg-Impulsgeberteile mit einem vorzugsweise frontseitig an der zugehörigen Stirnplatte (16, 16a) angeordneten stationären Impulsgeberteil (28.1) und einem vorzugsweise am außen verzahnten Zahnring (56, 56a) angeordneten beweglichen Impulsgeberteil (27.1) vorgesehen sind.

35. Spindelantriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Getriebe (55, 55a) im wesentlichen gleich ausgestaltet sind, vorzugsweise wenigstens die Zahnringe (56, 56a, 58, 58a), das bzw. die Zahnräder (57, 57a) und der oder die Bolzen (61, 61a) und insbesondere auch die Drehscheibe (62a), die Stirnplatte (16, 16a) und der Lagerring (58, 58a) gleiche Teile sind.

36. Spindelantriebsvorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Antriebskopf (3, 4) mit dem Rotor des zugehö­ rigen Motors (5, 6) über ein Getriebe in Verbindung steht, dessen Symmetrieachse mit der Achse (9) der Spindel (2, 2.1, 2.2) zusammenfällt.