DE10030266A1 - Verdrehsischerung für ein Kugelgelenk - Google Patents

Abstract

Eine Verdrehsicherung eines räumlich einstellbaren Gelenkes mit zwei Gelenkhälften (1, 2) ist so gebildet, dass jede Gelenkhälfte (1, 2) von je einer aus zwei Armen (6.1, 6.2, 5.1, 5.2) bestehenden Schwinge (6, 5) beidseitig umfasst ist, wobei die Schwingen (6, 5) in ihren Scheitelpunkten über ein Gelenklager (7) gegeneinander verschwenkbar verbunden sind.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine räumlich einstellbare Gelenkverbindung mit zwei Gelenkhälften, wobei ein kugelförmiges Innenteil von einem hohlkugelförmigen Außenteil aufgenommen ist und Mittel zu einer Verdrehsicherung der beiden Gelenkhälften zueinander vorhanden sind.

Hintergrund der Erfindung

Bei Kugelgelenken sind Verdrehsicherungen derart bekannt, dass ein mit der Innenkugel verbundener Stift in einer Schlitzkulisse des hohlkugelförmigen Außenteiles geführt ist. Die an der Hohlkugelmantelfläche angrenzende Seitenwandung der Schlitzkulisse verhindert dabei die Verdrehung von Innenkugel zu hohlförmigem Außenteil, während räumliche Kippbewegung jedoch möglich sind. Dabei ist von Nachteil, dass zur freien Beweglichkeit des Stiftes in der Schlitzkulisse immer ein gewisses Spiel erforderlich ist, so dass ein genaues Einstellen eines solchen Gelenkes nicht möglich ist. Außerdem unterliegt der in der Schlitzkulisse geführte Stift stets einem gewissen Verschleiß, der sich ebenfalls negativ auf die Einstellbarkeit des Kugelgelenkes auswirkt.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Vermeidung der bisherigen Nachteile einer Verdrehsicherung für ein Kugelgelenk zu entwickeln, das trotz der Verdrehsicherung genau positioniert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass jede Gelenkhälfte von je einer aus zwei Armen bestehenden Schwinge beidseitig umfasst ist, wobei die beiden Schwingen in ihren Scheitelpunkten über ein Gelenklager gegeneinander verschwenkbar verbunden sind, so dass sich eine Gelenkhälfte zur anderen Gelenkhälfte räumlich um eine erste und eine zweite Achse bewegen kann, jedoch eine rotative Bewegung relativ zueinander um eine dritte Achse verhindert ist und wobei in jeder Winkelstellung der beiden Kugelgelenkhälften eine direkte Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt der Gelenkverbindung und dem Mittelpunkt des Gelenklagers gebildet ist.

Der Vorteil dieser Lösung liegt insbesondere darin, dass eine sehr genaue Positionierung der räumlich einstellbaren Gelenkverbindung möglich ist. Es ist weiter von Vorteil, dass je nach Auslegung der Lagerung in den Schwingen und der Wahl der der Abstände zum Gelenkmittelpunkt sehr große Drehmomente übertragbar sind.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind an den Unteransprüchen 2 bis 4 beschrieben.

So ist nach Anspruch 2 vorgesehen, dass die Schwingen an den Gelenkhälften über je zwei ebene Führungsflächen gehalten sind. Auf diese Weise ist eine präzise Befestigung der Schwingen an den Gelenkhälften realisiert. Nach einem weiteren Merkmal gemäß Anspruch 3 ist vorgesehen, dass die Schwingen an den Gelenkhälften über je zwei zylindrische Schwenklager gehalten sind. Diese Art der Halterung lässt sich in besonders einfacher Weise herstellen. Schließlich sollen nach einem anderen Merkmal gemäß Anspruch 4 derartige Gelenkverbindungen in Werkzeugmaschinen vom Typ des Hexapod- System eingesetzt sein. Diese Werkzeugmaschinen einer neueren Generation bewegen im Gegensatz zur konventionellen Werkzeugmaschinen geringere Massen. Dies hat zur Folge, dass höhere Stellgeschwindigkeiten gefahren werden können, wobei insbesondere die Steifigkeit und die Positioniergenauigkeit der Gelenke zwischen Rahmen und Werkzeugaufnahme sehr hoch sein muss. Eine solche Werkzeugmaschine kann aus mehreren Armen bestehen, die einerseits an einem Rahmen und andererseits an einer Werkzeugaufnahme gelenkig befestigt sind. Dabei kann das mit der Verdrehsicherung versehene Kugelgelenk in vorteilhafter Weise eingesetzt werden.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert:

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 bis 5 verschiedene Seitenansichten der erfindungsge­ mäßen Gelenkverbindung, teilweise geschnitten,

Fig. 6 eine vergrößerte Schnittdarstellung des zwischen den Schwingen angeordneten Gelenklagers und

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Werkzeugma­ schine nach dem Hexapod-System.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Das in den Fig. 1 und 2 aus Richtung der Z-Achse betrachtete Kugelgelenk besteht aus den beiden Gelenkhälften 1 und 2, wobei die Gelenkhälfte 1 das hohlkugelförmige Außenteil 3 und die Gelenkhälfte 2 das kugelförmige Innenteil 4 bilden. Die Gelenkverbindung ist so ausgelegt, dass sie sich um die X- und um die Z-Achse frei bewegen kann, jedoch eine relative Bewegung um die eigene Rotationsachse Y verhindert ist. Erreicht wird das durch zwei aus zwei Armen 5.1, 5.2, 6.1, 6.2 bestehende Schwingen 5 und 6, wobei die Schwinge 5 die Gelenkhälfte 2 und die Schwinge 6 die Gelenkhälfte 1 an ihrem Außenumfang beidseitig umfasst. Die beiden Schwingen 5 und 6 sind in ihrem Scheitelpunkt über ein Gelenklager 7 in Form eines Kugelgelenks verbunden. Wie Fig. 6 zeigt, besteht dieses Kugelgelenk 7 aus dem von der Schwinge 6 aufgenommenen hohlkugelförmigen Außenteil 8 und dem kugelförmigen Innenteil 9, das mit der Schwinge 5 verbunden ist. Das Kugelgelenk 7 ist mittels der Befestigungsschraube 10 an den Schwingen 5 und 6 fixiert. Wie die Fig. 1 und 2 weiter zeigen, sind die Schwingen 5 und 6 an den Gelenkhälften 2 und 1 über ebene Führungsflächen 11 gehalten, die unlösbar mit den Gelenkhälften 1, 2 verbunden sind. Die bewegliche Fixierung der Schwingen 5 und 6 an den Gelenkhälften 2 und 1 erfolgt über je zwei zylindrische Schwenklager 12. Wie ein Vergleich von Fig. 1 mit Fig. 2, bei der das räumlich einstellbare Gelenk um die Achse Z gekippt ist, zeigt, ist in jeder Winkelstellung der beiden Gelenkhälften 1, 2 zueinander eine direkte Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt 13 der gesamten Gelenkverbindung und dem Mittelpunkt 14 des Gelenkes 7 realisiert, wobei der Abstand zwischen dem Gelenk 7 und dem kugelförmigen Innenteil 4 je nach Kippstellung variiert. Den Figuren ist weiterhin entnehmbar, dass durch Variation des Abstandes zwischen dem Mittelpunkt 13 der Gelenkverbindung und dem Mittelpunkt 14 des Gelenklagers 7, d. h. durch einen verlängerten Hebelarm, große Drehmomente übertragbar sind.

In den Fig. 3 und 4 ist die räumlich einstellbare Gelenkverbindung aus Richtung der X-Achse gezeigt, wobei die Gelenkverbindung in Fig. 4 um einen Teilbetrag um die X-Achse verkippt ist. Es ist erkennbar, dass die Schwingen 5 und 6 aus je zwei Armen 5.1, 5.2, 6.1 und 6.2 gebildet sind und durch das Kugelgelenk 7 miteinander verbunden sind. Wie Fig. 4, weiter zeigt, wird durch die Verschwenkung der beiden Gelenkhälften 1, 2 zueinander der Abstand zwischen Schwinge 5 und Schwinge 6 beidseitig des Gelenkes 7 linksseitig verringert und rechtsseitig vergrößert, wobei der Abstand zwischen den Armen 5.1 und 6.1 sowie 5.2 und 6.2 gemeint ist.

In Fig. 5 schließlich ist die Anordnung der beiden Schwingen 5 und 6 ineinander sehr deutlich erkennbar, d. h. die Schwinge 5 umfasst die Schwinge 6 und ist demzufolge in radialer Umfangsausdehnung größer.

Die in Fig. 7 abgebildete Werkzeugmaschine 15 der neuen Hexapod- Generation ist mit mehreren, aus ineinandergesteckten Rohren 16, 17 gebildeten Teleskoparmen 18 versehen. Diese Teleskoparme 18 sind einerseits am Rahmen 19 und andererseits an der Werkzeugaufnahme 20 gelenkig befestigt. Die Werkzeugaufnahme 20 ist mit einem nicht dargestellten Werkzeug versehen, das vom Motor 21 angetrieben wird. Durch Ein- bzw. Ausfahren eines oder mehrerer Teleskoparme 18 lässt sich die Werkzeugaufnahme 20 in jede gewünschte Position im Raum bewegen. Die räumlich einstellbare Gelenkverbindung einschließlich ihrer Verdrehsicherung können bei der abgebildeten Werkzeugmaschine 15 sowohl am Rahmen 19 als auch an der Werkzeugaufnahme 20 in vorteilhafter Weise eingesetzt werden, da sie ein sehr positioniergenaues Stellen des Werkzeuges ermöglichen.

Bezugszeichen

1

Gelenkhälfte

2

Gelenkhälfte

3

hohlkugelförmiges Außenteil

4

kugelförmiges Innenteil

5

Schwinge

5.1

Arm

5.2

Arm

6

Schwinge

6.1

Arm

6.2

Arm

7

Gelenklager

8

hohlkugelförmiges Außenteil

9

kugelförmiges Innenteil

10

Befestigungsschraube

11

Führungsfläche

12

Schwenklager

13

Mittelpunkt der Gelenkverbindung

14

Mittelpunkt des Gelenklagers

15

Werkzeugmaschine

16

Rohr

17

Rohr

18

Teleskoparm

19

Rahmen

20

Werkzeugaufnahme

21

Motor

Claims (4)

1. Räumlich einstellbare Gelenkverbindung mit zwei Gelenkhälften (1, 2), wobei ein kugelförmiges Innenteil (4) von einem hohlkugelförmigen Außenteil (3) aufgenommen ist und Mittel zu einer Verdrehsicherung der beiden Gelenkhälften (1, 2) zueinander vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gelenkhälfte (1, 2) von je einer aus zwei Armen (6.1, 6.2, 5.1, 5.2) bestehenden Schwinge (6, 5) beidseitig umfasst ist, wobei die beiden Schwingen (6, 5) in ihren Scheitelpunkten über ein Gelenklager (7) gegeneinander verschwenkbar verbunden sind, so dass sich eine Gelenkhälfte (1) zur anderen Gelenkhälfte (2) räumlich um eine erste und um eine zweite Achse bewegen kann, jedoch eine rotative Bewegung relativ zueinander um eine dritte Achse verhindert ist und wobei in jeder Winkelstellung der beiden Gelenkhälften (1, 2) zueinander eine direkte Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt (13) der Gelenkverbindung und dem Mittelpunkt (14) des Gelenklagers (7) gebildet ist.

2. Gelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingen (5, 6) an den Gelenkhälften (2, 1) über je zwei ebene Führungsflächen (11) gehalten sind.

3. Gelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingen (5, 6) an den Gelenkhälften (2, 1) über je zwei zylindrische Schwenklager (12) gehalten sind.

4. Gelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Werkzeugmaschinen (15) vom Typ des HEXAPOD-Systems eingesetzt ist.