DE19521598C2 - Lineargetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lineargetriebe, bestehend aus mindestens einem eine rotierende Bewegung ausführenden Dreh­ element und mindestens einem eine translatorische Bewegung ausführenden Hubelement, wobei das Lineargetriebe die rotie­ rende Bewegung in eine translatorische Bewegung umwandelt oder umgekehrt, und das Drehelement mindestens eine unmit­ telbar auf einer Welle sitzende, konzentrisch zu der Welle angeordnete Getriebescheibe aufweist, die auf ihrer Stirn­ seite mit mindestens einer kreisförmigen Nut versehen ist, die exzentrisch zu der Welle verläuft und ein Gleitstück führt.

Ein derartiges Lineargetriebe ist aus der DE 87 00 414 U1 bekannt. Dieses Dokument offenbart ein Schubstangengetriebe mit einem als Schubstange ausgebildeten Hubelement, das sich quer über das Zentrum der Getriebescheibe erstreckt, also sowohl radial nach außen über den Umfangsrand der Getriebe­ scheibe als auch radial nach innen zum Zentrum der Getrie­ bescheibe verläuft.

Die DE 23 13 466 B2 offenbart ein exzentrisches Getriebe mit einer Welle, an der eine Exzenterscheibe exzentrisch befe­ stigt ist, die bei der Umdrehung über auf der Umfangsfläche der Exzenterscheibe angeordnete Wälzlager die exzentrische Bewegung auf Zug-/Druckelemente überträgt. Diese Zug-/Druck­ elemente sind mit einer inneren T- und kreisbogenförmigen Ausnehmung versehen, in der eine den Exzenter konzentrisch umgebender Rückhubring geführt wird. Der Rückhubring über­ trägt die bei einer Umdrehung der Exzenterscheibe auftretenden Zugkräfte auf die entsprechenden Zug-/Druckelemente, um die Rückstellung der Zug-/Druckelemente zu gewährleisten.

Die Dokumente DE-PS 5 14 990 und CH 231 110 offenbaren Line­ argetriebe, die allerdings von ihrem Aufbau her in eine an­ dere Richtung gehen. Die in beiden Dokumenten offenbarten Vorrichtungen sind daneben mit dem Nachteil einer erhebli­ chen Bauhöhe bei der Anordnung von mehreren Hubelementen verbunden. Die Vorrichtung gemäß CH 231 110 ist zudem vom Aufbau her kompliziert und ermöglicht nur eine Anordnung von zwei gegenüberliegenden, kolinear geführten Hubelementen.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist, das Einsatzgebiet und die Flexibilität der aus dem Stand der Technik bekannten Getriebe unter Beibehaltung einer geringen Bauhöhe zu verbessern.

Um dieses Problem zu lösen, ist das Gleitstück mit einem Sockelteil versehen, das radial nach außen über den Umfangs­ rand der Getriebescheibe herausragt und über ein Drehgelenk gelenkig direkt mit dem Hubelement verbunden ist. Das Hub­ element erstreckt sich ausschließlich vom Drehgelenk radial nach außen von der Getriebescheibe.

Das erfindungsgemäße Lineargetriebe bietet erstmalig die Möglichkeit einer hohen Flexibilität, so daß zahlreiche Gleitstücke in beliebigen Winkeln zueinander angeordnet wer­ den können. Daneben wird durch die erfindungsgemäße Ausge­ staltung eine einfache Bauweise und geringe Bauhöhe reali­ siert. Das Lineargetriebe kann deshalb in allen denkbaren Größen gebaut werden, ohne die Bauhöhe vergrößern zu müssen.

Es kann beispielsweise beim Einsatz von mehreren Hubelemen­ ten bis zur Uhrwerksgröße verkleinert werden, wobei es zudem einen einfachen Aufbau aufweist und aufgrund der geringen Anzahl von Bauteilen sehr wartungsarm ist.

Ein solches Getriebe läßt sich sehr einfach mit einer gerin­ gen Anzahl von Bauteilen herstellen und arbeitet so gut wie wartungsfrei.

Wenn eine Kreisbewegung in eine harmonische Hin- und Herbe­ wegung transformiert werden soll, so wird die Kurvenführung kreisförmig ausgebildet und wird exzentrisch zu der Welle angeordnet. Mit derartigen Getrieben lassen sich auf sehr einfache und elegante Weise Drehbewegungen in harmonische Hin- und Herbewegungen umformen, wobei mit einfachen Mitteln ein ruhiger Lauf bei hoher Hubzahl pro Zeiteinheit zu erzie­ len ist.

Das Gleitelement kann kreisbogenförmig ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, das Gleitelement als geschlossenes ringförmiges Bauteil auszubilden, welches sich rund um die gesamte Kurvenführung erstreckt. Mit beiden Ausführungsfor­ men läßt sich eine sehr stabile Führung erzielen.

Das Gleitelement kann unmittelbar mit dem Hubelement verbun­ den sein, so daß keine zusätzlichen Übertragungsglieder er­ forderlich sind.

Die Scheibe kann mit zwei oder mehr Kurvenführungen aus ge­ bildet sein, die jeweils zur Aufnahme von mindestens einem Gleitelement dienen. Dadurch ist es möglich, gleichzeitig mehrere Hubelemente, gegebenenfalls rund um die Welle ver­ teilt, anzutreiben.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Scheibe zwei Kurvenführungen auf, die um den gleichen Betrag in ent­ gegengesetzter Richtung vom Mittelpunkt der Scheibe exzen­ trisch versetzt sind, wobei in jeder Kurvenführung minde­ stens ein Gleitelement geführt ist und die Gleitelemente mit Hubelementen verbunden sind, die auf diametral gegenüberlie­ genden Seiten angeordnet sind. Bei einer solchen Konstruktion wird automatisch das Unwuchtproblem gelöst, indem sich die diame­ tral gegenüberliegenden Unwuchten kompensieren. Es ist mög­ lich, beide Hubelemente als Antriebe zu ersetzen. Wenn jedoch nur ein Hubelement benötigt wird, so kann das andere einfach als Unwuchtausgleich mitlaufen.

Das erfindungsgemäße Lineargetriebe ist vorzugsweise so kon­ struiert, daß die Getriebescheibe drehfest auf einer Welle sitzt, und daß die Welle angetrieben wird, während das Hub­ element als Abtriebsorgan dient. Die Welle läßt sich bei­ spielsweise mit einem kleinen Elektromotor antreiben, so daß das Abtriebsorgan zur Betätigung von hin- und hergehenden Werkzeugen, beispielsweise Stichsägen, verwendet werden kann. Darüber hinaus läßt sich das erfindungsgemäße Getriebe aber auch im Pumpenbau, Kraftfahrzeugbau, Maschinenbau, in Automa­ ten, wie z. B. Zentralspannvorrichtungen mit mehreren Backen, und in der Fördertechnik einsetzen.

Alternativ ist die Getriebescheibe antreibbar und mindestens ein Hubelement dient als Abtriebsorgan. Die Getriebescheibe kann in dieser Ausgestaltung zum Beispiel als Zylinderrad ausgestaltet sein, welches über ein weiteres Zylinderrad oder auch ein Schneckenrad angetrieben wird. Durch eine derartige Ausgestaltung kann auf einer Antriebswelle für die Gleitschei­ be vollständig verzichtet werden.

Bautechnisch kann die Scheibe aus zwei im Abstand voneinander angeordneten Teilscheiben bestehen, wobei die Kurvenführung an mindestens einer der einander zugewandten Stirnseiten der Teilscheiben ausgebildet ist und das Gleitelement in der zwischen den Teilscheiben ausgebildeten Kurvenführung geführt und radial aus dem Zwischenraum der beiden Teilscheiben her­ ausgeführt ist.

In einer anderen Ausführungsform kann die Getriebescheibe nur eine Kurvenführung aufweisen, in welcher drei Gleitelemente geführt sind. Vorzugsweise sind diese drei Gleitelemente um 120° versetzt um die Gleitscheibe herum angeordnet. Durch eine derartige Anordnung der Gleitelemente wird bei dem Umdrehen der Getriebescheibe ein versetzter Hub der einzelnen Gleit­ elemente bewirkt. Eine derartige Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Linerargetriebes eignet sich damit vorzüglich für den Einsatz in Verdichten, z. B. in Hydraulikverdichtern.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschau­ licht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des Ge­ triebes, teilweise im Schnitt, mit abgenommenem Ge­ häusedeckel,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht gemäß Fig. 1 eines anderen Ausführungs­ beispiels der Erfindung,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV aus Fig. 3,

Fig. 5 eine Ansicht gemäß Fig. 1 eines weiteren Ausführungs­ beispiels der Erfindung,

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI aus Fig. 5,

Fig. 7 den getrieblichen Teil einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII aus Fig. 7.

Fig. 9 den getrieblichen Teil einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie X-X aus Fig. 9,

Fig. 11 den getrieblichen Teil einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 12 einen Schnitt entlang der Linie XII-XII aus Fig. 11.

Nach Fig. 1 der Zeichnung besteht das dort gezeigte Aus­ führungsbeispiel des Lineargetriebes aus einem Gehäuse 1, einer sich quer durch das Gehäuse 1 erstreckenden Antriebs­ welle 2, einem auf der Welle 2 sitzenden Drehelement 3 sowie einem mit dem Drehelement 3 in Verbindung stehenden, seitlich aus dem Gehäuse 1 herausgeführten Hubelement 4.

Das Gehäuse 1 besteht aus einem Grundkörper 5, der einen etwa zylindrischen Aufnahmeraum 6 aufweist und mit einem Gehäuse­ deckel 7 verschließbar ist. Der Gehäuseboden 8 sowie der Deckel 7 bilden die beiden stirnseitigen Begrenzungen des zylindrischen Aufnahmeraums 6.

Die Antriebswelle 2 erstreckt sich konzentrisch durch den Auf­ nahmeraum 6 und ist in dem Deckel 7 sowie dem Gehäuseboden 8 mittels Kugellagern 9 und 10 gelagert. In dem Bereich, in wei­ chem die Antriebswelle 2 sich durch das Gehäuse 1 erstreckt, weist die Welle 2 drei treppenartig abgestufte Abschnitte 11, 12 und 13 auf, wobei der Abschnitt mit dem größten Durchmesser im Bereich des Deckels 7 und der mit dem geringsten Durchmes­ ser im Bereich des Gehäusebodens 8 liegt. Der mittlere Ab­ schnitt 12 erstreckt sich durch den Aufnahmeraum 6 und trägt eine das Drehelement 3 bildende Getriebescheibe 14, die mit­ tels Nut und Feder drehfest auf der Welle 2 fixiert ist. In axialer Richtung ist die Getriebescheibe 14 dadurch festge­ legt, daß die gegen den Absatz des im Querschnitt größten Wellenabschnitts 13 anliegt, während am anderen Ende die Ab­ stützung über das Wälzlager 10 erfolgt, welches sich seiner­ seits in dem Gehäuseboden 8 abstützt.

Die Getriebescheibe 14 besteht aus zwei Teilscheiben 15 und 16, die in dem die Welle 2 umgebenden Bereich bündig gegen einander anliegen und nach außen hin einen rundumlaufenden Ringraum 17 einschließen.

Im Bereich des Ringraumes 17 sind die beiden Teilscheiben 15 und 16 an ihren einander zugewandten Stirnflächen je mit einer kreisringförmigen Nut 18 bzw. 19 versehen, die genau zueinan­ der deckungsgleich angeordnet sind und relativ zu der Welle 2 exzentrisch verlaufen.

In den beiden Nuten 18 und 19 ist ein kreisbogenförmiges Gleitstück 20 gleitend angeordnet, welches mit seinen beiden Stirnseiten in die einander gegenüberliegenden Nuten 18 und 19 eingreift. Das Gleitstück 20 ist mit einem Sockelteil 21 ver­ sehen, welches radial aus dem Ringraum 17 zwischen den beiden Teilscheiben 15 und 16 herausragt und über einen Zapfen 22 ge­ lenkig mit dem Hubelement 4 verbunden ist.

Das Hubelement 4 ist als zylindrische Stange 23 ausgebildet, die in einem fest mit dem Gehäuse 1 verbundenen Aufsatzteil 24 in Axialrichtung gleitend gelagert ist.

Beim Drehen der Welle 2 nimmt diese die beiden Teilscheiben 15 und 16 mit, wobei das Gleitstück 20 in den beiden Nuten 18 und 19 gleitet und dadurch die Hubstange 23 in Längsrichtung auf- und ab- bzw. hin- und herbewegt. Die Exzentrizität der Nuten 18 und 19 ist ein Maß für die Hubbewegung der Stange 23, wobei die maximale Auslenkung, die die Hubstange bei einer Umdrehung der Welle 2 erfährt, gleich der zweifachen Exzentrizität der Nuten 18 bzw. 19 ist.

Der Antrieb und Abtrieb des Lineargetriebes ist in der Zeich­ nung weggelassen worden. Die Welle 2 kann beispielsweise mit einem Elektromotor angetrieben werden, während die zylin­ drische Stange 23 mit einer Arbeitsmaschine, beispielsweise einer Stichsäge, verbunden ist. Alternativ kann aber die Stange 23 mit jedem beliebigen Aggregat verbunden sein, wel­ ches mit einer hin- und hergehenden Bewegung angetrieben wer­ den muß, beispielsweise einer Kolbenpumpe oder dergleichen.

Bei dem in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine ähnliche Konstruktion gewählt worden, wie bei dem Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2. Die gleichen Teile sind daher mit gleichen Positionszahlen versehen worden.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle 2 in dem Gehäuse 1 gelagert und trägt als Drehelement 3 zwei Teil­ scheiben 15 und 16, die mit entsprechenden kreisringförmigen Nuten 18 und 19 versehen sind. Auch das Hubelement 4 ist in gleicher Weise ausgebildet wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2.

Der einzige Unterschied besteht darin, daß das Gleitstück im vorliegenden Fall als geschlossenes, ringförmiges Bauteil 25 ausgebildet ist, welches sich rund um die gesamte, durch die beiden kreisringförmigen Nuten 18 und 19 gebildete Kurvenfüh­ rung erstreckt.

Der Bewegungsablauf dieser Ausführungsform des Getriebes ent­ spricht exakt der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform, wobei allerdings die Lagerung des Gleitstücks 25 eine noch stabilere und exaktere Konstruktion darstellt als das Gleit­ stück 20 gemäß Fig. 1 und 2.

Das in Fig. 5 und 6 dargestellte Ausführungsbeispiel weicht von den beiden erstgenannten Ausführungsbeispielen dadurch ab, daß zwei Hubelemente 4 vorgesehen sind, die auf diametral ge­ genüberliegenden Seiten aus dem Gehäuse 1 herausgeführt und in entsprechenden Aufsatzteilen 24 axial verschieblich gelagert sind.

Um beide Hubelemente 4 betätigen zu können, weisen die beiden das Drehelement bildenden Teilscheiben 15 und 16 jeweils zwei kreisringförmige Nuten 26 und 27 bzw. 28 und 29 auf, die mit genau entgegengesetzten Exzentrizitäten relativ zu der Welle 2 angeordnet sind. Beide Hubstangen 4 sind mit Gleitstücken 20 versehen, die denen aus Fig. 1 und 2 entsprechen. Bei Drehung der Welle 2 führen die beiden Hubelemente 4 translatorische Bewegungen aus, die genau einander entgegengesetzt verlaufen, so daß die Unwuchten aufgehoben werden. In der Praxis können die beiden Hubelemente 4 zum Antrieb von zwei unterschied­ lichen Arbeitsaggregaten verwendet werden. Wenn nur eine der Hubstangen 4 benötigt wird, kann die andere inaktiv mitlaufen oder kann mit einem Gewicht versehen werden, welches der Ge­ genkraft der entsprechenden Arbeitsmaschine entspricht, so daß das gesamte Aggregat völlig ohne Unwuchten läuft.

Wie aus Fig. 7 und 8 zu ersehen ist, können die in Fig. 5 und 6 dargestellten Gleitstücke 20 der beiden Hubelemente 4 auch durch geschlossene, ringförmige Bauteile 30 ersetzt werden, die sich ebenso wie bei den in Fig. 3 und 4 beschriebenen Aus­ führungsbeispiel rund um die gesamte Nut erstrecken. Damit sich die beiden Bauteile 30 jedoch nicht gegenseitig behin­ dern, sind diese nur einseitig ausgebildet, d. h., daß sie jeweils nur in eine Nut der beiden Teilscheiben 15 bzw. 16 eingreifen und sich dadurch aneinander vorbeibewegen.

Bei dem in den Fig. 9 und 10 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lineargetriebes weist die Getriebeschei­ be 14 nur eine kreisförmige Nut auf, in der drei um jeweils 120° versetzte Gleitstücke 20 geführt werden. Jedes der Gleit­ stücke ist an einem Hubelement 32 drehbar gelagert befestigt. Die Hubelemente ihrerseits werden durch die Aufsatzteile 24 jeweils axial geführt. Die Aufsatzteile 24 weisen Federn auf, die in die korrespondierenden Nuten der Hubelemente 32 seit­ lich eingreifen. Die derartige Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Lineargetriebes eignet sich besonders zum Einsatz in Hydraulikverdichtern oder bei anderen Maschinen, bei denen ein alternativer Hub benötigt wird.

Bei dem in den Fig. 11 und 12 dargestellten Ausführungsbei­ spiel werden gleichfalls drei Gleitelemente 20 mit den korre­ spondierenden Hubelementen 32 verwendet. Allerdings wird jedes dieser Gleitelemente 20 in einer mit ihnen korrespondierenden eigenen Nut (33, 34, 35) geführt. Diese Nuten (33, 34, 35) und die um 120° versetzte Anordnung der drei Gleitelemente gewähr­ leistet, daß die drei Gleitelemente 20 sich jeweils zum glei­ chen Zeitpunkt im Rahmen einer Umdrehung an dem Punkt der höchsten Auslenkung befinden.

Mit dem erfindungsgemäßen Lineargetriebe lassen sich auf sehr einfache Weise und mit einer sehr einfachen Bauart Drehbe­ wegungen in Hubbewegungen transformieren, wobei geringe, aber auch sehr hohe Frequenzen möglich sind. Auch lassen sich pro­ blemlos beliebige Hübe, insbesondere sehr geringe Hübe, ohne weiteres ausführen.

Aufgrund der einfachen und sehr geringen Anzahl von Bauteilen ist das Getriebe nahezu wartungsfrei und hat eine hohe Lebens­ dauer. Eventuelle Reparaturen können problemlos ausgeführt werden.

Die Lagerung der Welle kann individuell auf den jeweiligen Anwendungsfall eingestellt werden. Anstelle der Wälzlager 9 und 10 können ebensogut auch Gleitlager verwendet werden.

Die Einzelteile des Getriebes brauchen nicht mit hoher Prä­ zision hergestellt zu werden. Auch grob hergestellte Teile gewährleisten immer noch einen ruhigen Lauf und exakte Führungen.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Antriebswelle
3 Drehelement
4 Hubelement
5 Grundkörper
6 Aufnahmeraum
7 Gehäusedeckel
8 Gehäuseboden
9 Wälzlager
10 Wälzlager
11 Wellenabschnitt
12 Wellenabschnitt
13 Wellenabschnitt
14 Getriebescheibe
15 Teilscheibe
16 Teilscheibe
17 Ringraum
18 kreisringförmige Nut
19 kreisringförmige Nut
20 Gleitstück
21 Sockelteil
22 Zapfen
23 zylindrische Stange
24 Aufsatzteil
25 ringförmiges Bauteil
26 Nut
27 Nut
28 Nut
29 Nut
30 ringförmiges Bauteil
31 kreisförmige Nut
32 Hubelement
33 Nut
34 Nut
35 Nut.

Claims (7)

1. Lineargetriebe, bestehend aus mindestens einem eine rotie­ rende Bewegung ausführenden Drehelement (3) und mindestens einem eine translatorische Bewegung ausführenden Hubele­ ment (4), wobei das Lineargetriebe die rotierende Bewegung in eine translatorische Bewegung umwandelt oder umgekehrt, und das Drehelement (3) mindestens eine konzentrisch auf einer Welle (2) angeordnete Getriebescheibe (14) aufweist, die auf ihrer Stirnseite mit mindestens einer kreisringförmigen Nut (18, 19; 26 bis 29) versehen ist, die exzentrisch zu der Welle verläuft und ein Gleitelement führt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitelement (20) mit einem Sockelteil (21) versehen ist, das mit einem sich ausschließlich radial nach außen, über den Umfangsrand der Getriebescheibe herausragenden Hubelement (4) gelenkig verbunden ist.

2. Lineargetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebescheibe (14) zwei oder mehr Nuten (18, 19; 26 bis 29) aufweist, die jeweils zur Aufnahme von mindestens einem Gleitelement dienen.

3. Lineargetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebescheibe (14) zwei Kurvenführungen aufweist, die um den gleichen Betrag in entgegengesetzter Richtung von dem Mittelpunkt der Scheibe exzentrisch versetzt sind, daß in jeder Kurvenführung ein Gleitelement geführt ist und daß die Gleitelemente mit Hubelementen (4) verbunden sind, die auf diametral gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.

4. Lineargetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ge­ triebescheibe (14) aus zwei im Abstand voneinander an­ geordneten Teilscheiben (15, 16) besteht, daß die Nuten (26 bis 29) an mindestens einer der einander zugewandten Stirnflächen der Teilscheiben (15, 16) ausgebildet sind und daß in jeder Nut (26 bis 29) mindestens ein Gleitelement geführt und ausschließlich radial nach außen aus dem Ringraum (17) der beiden Teilscheiben (15, 16) herausgeführt ist.

5. Lineargetriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebescheibe (14) drei kreisförmige Nuten (33, 34, 35) aufweist, die jeweils um den gleichen Betrag radial vom Mittelpunkt der Getriebescheibe (14) exzentrisch versetzt sind und daß in jeder dieser Nuten (33, 34, 35) mindestens ein Gleitelement angeordnet ist.

6. Lineargetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gleitelement als kreisbogenförmiges Gleitstück (20) aus­ gebildet ist.

7. Lineargetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gleit­ stück als geschlossenes ringförmiges Bauteil (25; 30) aus­ gebildet ist, das sich rund um die gesamte Kurvenführung erstreckt.