DE1964263C3 - Arretierbares Schrittschaltgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein arretierbares Schrittschaltgetriebe, das zum schrittweisen Fortschalten von geradlinig oder kreisförmig zu bewegenden Bauteilen eine kontinuierliche oder begrenzte Drehbewegung formschlüssig in eine schrittförmige Bewegung mit eindeutig fixierten Haltepunkten umformt, wobei ein Kurbelzapfen einer mit einer gleichförmigen Drehbewegung antreibbaren Kurbel in ein auf einem feststehenden Zapfen verschiebbar gelagertes, eine Kreisschiebung ausführendes Gleitstück eingreift.

Sehr vorteilhaft wäre bei einem derartigen Getriebe ein sinusförmiger Bewegungsablauf von Haltepunkt zu Haltepunkt, da hierdurch nicht nur außerordentlich die Getriebeteile und das zu bewegende Bauteil geschont werden, sondern sich auch kürzestmögliche Schrittzeichen erzielen lassen. Dies ist bei dem Einsatz derartiger Getriebe sehr wichtig, da die Schrittschaltzeichen im allgemeinen Totzeiten sind. Abgesehen von reinen Automaten beziehungsweise Spezialmaschinen wäre es bei einem derartigen Schrittschaltgetriebe auch äußerst vorteilhaft, wenn, neben diesem sinusförmigen Schrittgeschwindigkeitsverlauf, auch noch die Schrittlänge zumindest für bevorzugte Einstellungen veränderbar wäre. Optimal wäre eine Einstellmöglichkeit in sehr kleine Schritte, maximal selbstverständlich eine stufenlose exakte Veränderbarkeit der Schrittlänge. Als Vorbedingung für ein derartiges Schaltgetriebe gilt auch dessen Arretierbarkeit an den Haltepunkten, da in dieser Stellung im allgemeinen an den Bauteilen oder mittels der Bauteile: Operationen vorzunehmen sind, die eine unnachgiebige Fixierung des Bauteils erfordern. Hinzu kommt selbstverständlich noch die Forderung nach Wirtschaftlichkeit, also geringe Störanfälligkeit, geringe Wartung und preisgünstige Herstellung.

Bekannt ist ein Getriebe zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung (DT-FS 12 96 921), das insbesondere zum Antrieb von Dosierpumpen dient. Bei diesem Getriebe ist ein Achsstück, das in einem Führungsschlitz einer die Dosierpumpe bewegenden Pleuelstange gleitet, verschiebbar auf einer Stellplatte angeordnet, so daß durch

Verschieben des Achsstückes eine mehr oder minder große hin- und hergehende Bewegung der Pleuelstange erfolgt Zwar erfolgt bei diesem Getriebe auch eine sinusförmige Bewegung der Pleuelstange, jedoch sind, ausgenommen von den beiden Extremlagen, keine Stillstandszeiten, in denen eine Arretierung des bewegten Bauteiles vorgenommen werden könnte, gegeben. Selbstverständlich fehlt bei diesem Getriebe auch eine entsprechende Arretierung.

Aufgabe der Erfindung ist es ein arretierbares Schrittschaltgetriebe anzugeben, bei dem das getriebene Teil bei gleichmäßiger Drehung der Kurbelwelle schrittweise sinusförmig bewegt wird und bei dem möglichst große Stillstandszeiten zum Einrücken einer Arretierung gegeben sind. Erreicht wird dies bei einem Getriebe der eingangs beschriebenen Art dadurch, daß der Kurbelzapfen in dem Gleitstück axial verschiebbar und iii ihm so drehbar gelagert ist, daß das Gleitstück um den feststehenden Zapfen zusätzlich eine Schwenkbewegung ausführt, daß an dem Gleitstück mindestens ein das zu bewegende Bauteil mitnehmender, parallel zum Zapfen verschiebbaren Mitnehmer angeordnet ist und daß eine Arretiervorrichtung zum Arretieren des schrittweise bewegten Bauteiles vorgesehen ist.

Die Bedingung nach einem sinusförmigen Bewegungsablauf des Schaltschrittes wird bei diesem Getriebe voll erfüllt, da die Kreisbewegung des Kurbelzapfens in eine entsprechende Bewegung des Bauteiles, wobei das Gleitstück die senkrecht hierzu liegende Bewegungskomponente — also eine Kreisschiebung — ausführt, umgesetzt wird. Auch ist bei dieser Anordnung der Haltepunkt vollkommen unkritisch, da hierfür der gesamte Rückführ-Kreisbogen des Kurbelzapfens zur Verfügung steht. Außerdem ist sowohl die Beschleunigung als auch die Verzögerung des Bauteiles vollkommen stoßfrei, also sehr material -schonend.

Weiter kann bei diesem Getriebe ohne Schwierigkeit die Schrittlänge durch Verändern der Kurbelarmlänge den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden, wobei, im Gegensatz zu den bekannten Getrieben, nach unten keine Grenzen gesetzt sind, da die Schaltung bei 0 beginnen kann bis zum Maximalwert, der bei 180 Winkelgraden der Kurbel liegt.

Selbstverständlich kann auch der Ansatzpunkt des Kurbelzapfens an dem Gleitstück in verändertem Abstand von dem feststehenden Zapfen angreifen und es können auch die beiden Möglichkeiten, also Veränderung der Kurbelarmlänge und Veränderung des Abstandes zwischen Schwenkpunkt des Gleitstückes und Ansatzpunkt des Kurbelzapfens, miteinander kombiniert werden.

Da das Bauteil durch das Schaltgetriebe avs der Geschwindigkeit 0 über eine Maximaigeschwindigkeit wiederum zu der Geschwindigkeit 0 zurückgeführt wird, ist es auch die Arretierung des Bauteils sehr einfach zu bewerkstelligen. Die Schwierigkeiten bereitende Verzögerung der Bauteilmassen, die das Eingreifen der Arretierungsmittel bei den bekannten Schakgetrieben verhindern können, wird hier durch das Schaltgetriebe bis herunter auf die Geschwindigkeit 0 vorgenommen. Die Arretierung kann alsn am s:i';'.^!v:!'i!:ndcr. Bauteil cUig'eifen und es blockieren. F.s bc-.u-i:: iiani'i ; ai.n die Möglichkeit, das durch das bdiaiLgeiruiLK au! O abgebremste Bauteil noch geringfügig /ar präzisen Justierung durch an sich bekannte Mittel mit oder gegen die Fortschaltrichtung zu verschieben.

Letztlich läßt sich dieses Getriebe auch so robust aufbauen und so einfach herstellen, daß es auch den Forderungen nach möglichst weitgehender Störungsund Wartungsfreiheit bei preiswerter Herstellung genügt

Zweckmäßigerweise wird der Kurbelarm an der Stirnseite der Kurbelwelle senkrecht zur Welle verschiebbar angeordnet und durch eine zentrisch durch die Kurbelwelle hindurchgeführte Stellspii.del verstellt und festgestellt Bei dieser Ausführungsform wird ein

ίο Eingriff in das Schaltgetriebe zum Verstellen des Kurbelarmes durch das Herausführen der Stellspindel vermieden und damit die Bedienung des Schaltgetriebes wesentlich vereinfacht Ohne Schwierigkeiten können an der Stellspindel dann auch für bevorzugte Kurbel armlängen beziehungsweise Schrittstellungen Rasten vorgesehen werden, die nochmals die Einstellung dieses Getriebes erleichtern

Zur vereinfachten Montage sowie Herstellung des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes trägt bei, daß die Eingriffsiagerung KurbeJzapfen/Gleitstück aus einer in einer Gabel des Gleitstückes in der Kurbelzapfebene verdrehbaren, den Kurbelzapfen aufnehmenden Hülse und einem die Gabel mit der Hülse durchquerenden, ebenfalls den Kurbelzapfen umfassenden Bolzen be- steht. Diese Ausführung erspart nicht nur eine aufwendige Kurbelzapfenlagerung, sondern läßt auch eine einfache Einsteckmontage zu.

Wird das Gleitstück in einem koaxial zu dem feststehenden Zapfen verdrehbaren Käfig in Zapfen- richtung verschiebbar geführt und der mindestens eine Mitnehmer am Käfig angebracht, so muß die auf- und abgehende Bewegung des Gleitstücks nicht mehr von den Mitnehmern aufgenommen werden, da diese Bewegung dann innerhalb des Käfigs erfolgt.

Der Mitnehmer kann ein parallel zum Zapfen gegen Federkraft eindrückbarer Mitnehmerbolzen oder ein etwa parallel zur Zapfenrichtung gegen Federkraft verschwenkbarer doppelarmiger Hebel sein, der mit keilförmigen Endstücken in das zu bewegende Bauteil eingreift. Wird dieser doppelarmige Hebel auf dem Käfig angebracht, so ergibt sich ein optimaler Eingriff in das Bauteil dadurch, daß an ihm ein am Gleitstück gleitender Nocken angebracht ist und das Gleitstück an der Nockengleitfläche an der der Kurbelstellung π /2 beziehungsweise 3 s /2 entsprechenden Stelle eine Auflauframpe aufweist. Ist der Nocken auf die Rampe aufgelaufen, drückt er den Hebel in Richtung des Bauteiles, bringt ihn also mit dem Bauteil in Verbindung: ist hingegen der Nocken unterhalb der Rampe, befindet sich der Hebel außer Eingriff, kann also in die Anfangsposition zurückgeführt werden. Dieser schlagartige Eingriff in das Bauteil beziehungsweise das schnelle Herausführen des Hebels aus dein Bauteil läßt den weiten Schwenkbereich des Schaltgetriebes nach der Erfindung von nahezu 18G Winkelgraden zu. da die Hebel jeweils kurz vor Erreichen der Extremstellung mit dem Bauteil in Verbindung beziehungsweire außer Verbindung gebracht werden. Dies wird noch dadurch unterstützt, daß der Abstand von der Hebelachse zum Nocken kleiner ist ais der von dieser Achse zum Eingriffsteil des Hebels, da dann die schlagartige kurze Bewegung dos Nocken= entsprechend schnei! auf den eigentlichen EingrifNteil nvt der erfordert.chen Weglänge übertragen wir.;;.

(15 Vorteilhafterweise wird an der Kurbelwelle ein über ein Gestänge die Arretierung des Bauteiles bev. μ render Nocken zwischen den Kurbeilagen 3 .τ /2 -- 0 — :τ '2 angebracht, wobei die Arretierung selbst in an sich

bekannter Weise durchgeführt werden kann, beispielsweise durch in das Bauteil eingreifende Konusstifte. Eine sehr präzise Arretierung ergibt sich durch eine Mehrzahl von in keilförmige, im feststehenden Kurbelgehäuse und im Bauteil angebrachten, übereinanderliegenden Nuten über den auf der Kurbelwelle angebrachten Nocken einschiebbare Kugeln. Die Kugeln arretieren nicht nur zuverlässig das Bauteil in dem Gehäuse, sondern gleichen auch geringfügige Lagefehler des Bauteiles aus.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel ein Teilapparat mit dem erfindungsgemäßen Getriebe schematisch dargestellt und zwar zeigt

F i g. 1 einen 90°-Schnitt durch den Apparat,

F i g. 2 und 3 Einzelteile der Kurbelzapfen-Gleitstückverbindung,

Fig.4 5 und 6 das Gleitstück im Schnitt, in der Draufsicht und der Seitenansicht und

F i g. 7 eine Draufsicht auf den Gleitstück und Mitnehmer enthaltenden Käfig.

In der Mitte eines zylindrischen Gehäuses 1 ist ein feststehender Zapfen 2 befestigt. An das Gehäuse 1 angesetzt ist eine zylindrische Wellendurchführung 3, an der, senkrecht hierzu, ein Elektromotor angeflanscht ist. Auf die Achse 4 des Elektromotors ist eine Schnecke 5 aufgesetzt, die in einem entsprechenden Schneckenrad 6 kämmt. Das Schneckenrad 6 ist mit einer Hohlwelle, der Kurbelwelle 7, verbunden, die in der zylindrischen Wellendurchführung 3 gelagert ist und getriebeseitig in einem querstehenden Schwalbenschwanz 8 endet. Auf den Schwalbenschanz 8 aufgesetzt ist ein Kurbelarm 9, an dem ein Kurbelzapfen 10 angebracht ist Der Kurbelarm 9 ist mittels einer Stellspindel 11 auf dem Schwalbenschwanz 8 verschieb- und durch eine Feststellhülse 12 mit Handgriff 13 feststellbar. Die Stellspindel 11 ist außerdem außerhalb der zylindrischen Wellendurchführung 3 mit einer Stellplatte 14 verbunden, die durch einen Raststift 15 in einer bestimmten Winkelstellung festgesetzt werden kann. Mit dieser Winkelstellung ist eine bestimmte Kurbelarm-Länge des Kiirbelarmes 9 und damit ein oder weniger großer Kreisdurchmesser des von dem Kurbelzapfen 10 beschriebenen Kreises verbunden.

Der Kurbelzapfen 10 greift in die Bohrung eines Bolzens 16 ein, der sowohl eine Hülse 17 als auch eine Gabel 18 eines Gleitstückes 19 durchquert (siehe auch F i g. 2 bis 6). An dem Gleitstück 9 ist noch eine weitere Gabel 48 mit einem größeren Abstand der Bolzenbohrung von der Gleitstück-Schwenkachse vorgesehen. Diese Gabel wird dann montiert, wenn die Schrittlänge durch einen geänderten Ansatzpunkt des Kurbelzapfens 10 geändert werden soll. Das Gleitstück 19 gleitet auf dem feststehenden Zapfen 2 und wird von einem koaxial zu dem feststehenden Zapfen 2 verdrehbar gelagerten Käfig 20 geführt An den Seitenflächen des Gleitstückes 19 sind um die Mittellage des Gleitstückes 19 hemm Rampen 21, 22 vorgesehen. Im Käfig 20 sind auf quer zum feststehenden Zapfen 2 angeordnete Achsen 23,24 als Mitnehmer doppelarmige Hebel 25, 26 gegen Federkraft 27, 28 verschwenkbar gelagert, die mit keilförmigen Endstücken 29, 30 in entsprechende Aussparungen 31 eines zu bewegenden Bauteiles 32 (Aufspanntisches) eingreifen. Der Bauteil 32 ist auf dem Gehäuse 1 drehbar gelagert (43).

Mit der Kurbelwelle 7 verbunden ist ein Nocken 33, der in der unteren Stellung der Kurbel 9, 10 auf einen Bügel 34 drückt, der wiederum gegen Federkraft 35 Konusstifte 36 in entsprechende Aussparungen des zu bewegenden Bauteiles 32 verschiebt.

Zum Betrieb des Teilapparates wird die gewünschte Schrittlänge (Teilung) mittels der Stellspindel 11 eingestellt und durch den Raststift 15 über die Stellplatte 14 verrastet. Die Verdrehung der Stellspindel bringt eine entsprechende Verschiebung des Kurbelarmes 9 auf dem Schwalbenschanz 8 und damit die Einstellung des Kurbelzapfens 10 auf einen Kreis mit dementsprechenden Durchmesser. Bei einer Drehbewegung der Achse 4 des Elektromotors wird die Kurbelwelle 7 entsprechend der Übersetzung zwischen dem Schnekkentrieb 5, 6 verdreht, wodurch der Kurbelzapfen 10 eine kreisförmige Bewegung ausführt. Diese kreisförmige Bewegung wird auf das Gleitstück 19 übertragen, das dadurch sowohl eine Auf- und Abbewegung auf dem feststehenden Zapfen 2 als auch eine Schwenkbewegung um diesen Zapfen ausführt. Die Schwenkbewegung des Gleitstückes 19 wird auf den Käfig 20 übertragen und mithin auch auf die in ihm gelagerten als Mitnehmer dienenden doppelarmigen Hebel 25, 26. In der gezeigten Darstellung befindet sich der Kurbelzapfen in seiner oberen Extremstellung, bewegt also das Bauteil 32 über das Gleitstück 19, den Käfig 20 sowie die Hebel 25, 26 mit maximaler Geschwindigkeit Die Endstücke 29,30 der Hebel 25,26 sind hierbei durch die Seitenflächen 37, 38 des Gleitstückes 19, die auf Mitnehmernocken 39 drücken, in entsprechende Aussparungen 31 des zu bewegenden Bauteiles 32 gepreßt Bei der Abwärtsbewegung des Kurbelzapfens 10 und einer entsprechenden Abwärtsbewegung des Gleitstükkes 19 kommen die Nocken 39 der doppelarmigen Hebel 25, 26 in den Bereich der Rampen 21, 22 und damit, da die Hebel 25,26 durch die Federn 27,28 nach unten gezogen werden, außer Eingriff mit dem zu bewegenden Bauteil 32. Gleichzeitig drückt der Nocken 33 an der Kurbelwelle 7 auf den Bügel 34, der wiederum den Konusstift 36 in das Bauteil 32 hineinverschiebt und es so arretiert. Mit dieser Arretierung ist gleichzeitig eine Feinjustierung durch das Anpressen des Konus an die entsprechende Bohrungswandung im zu bewegenden Teil 32 gegeben.

Im allgemeinen wird nach einer Vollumdrehung der Kurbelwelle 7 der Elektromotor abgeschaltet und abgebremst, so daß nunmher an dem verschwenkten Bauteil 32 beziehungsweise den darauf aufgespannten Teilen entsprechende Bearbeitungsoperationen vorgenommen werden können. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, den Elektromotor über mehrere Teilschritte hinweg durchlaufen zu lassen und ihn erst nach der Bewegung des Bauteiles 32 über eine Mehrzahl von Schritten hinweg stillzusetzen. Das Stillsetzen des Elektromotors kann in an sich bekannter Weise mit der O-Stellung der Kurbel 9,10 verbunden werden.

Erwähnenswert ist daß bei der dargestellten Arretierung das zu bewegende Bauteil 32 nicht angehoben und auf eine entsprechende Verzahnung abgesetzt werden muß. Selbstverständlich ist es jedoch auch denkbar, jede andere mögliche Arretierungsart die mit der Auf- und Abbewegung des Bügels 34 zu vereinbaren ist, anzuwenden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Arretierbares Schrittschaltgetriebe, das zum schrittweisen Fortschalten von geradlinig oder kreisförmig zu bewegenden Bauteilen eine kontinuierliche oder begrenzte Drehbewegung formschlüssig in eine schrittförmige Bewegung mit eindeutig fixierten Haltepunkten umformt, wobei ein Kurbelzapfen einer mit einer gleichförmigen Drehbewegung antreibbaren Kurbel in ein auf einem feststehenden Zapfen verschiebbar gelagertes, eine Kreisschiebung ausführendes Gleitstück eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelzapfen (10) in einem Gleitstück (19) axial verschiebbar und in ihm so drehbar gelagert ist, daß das Gleitstück um den feststehenden Zapfen (2) zusätzlich eine Schwenkbewegung ausführt, daD an dem Gleitstück mindestens ein das zu bewegende Bauteil (32) mitnehmender, parallel zum Zapfen verschiebbarer Mitnehmer (doppelarmige Hebel 25, 26) angeordnet und daß eine Arretiervorrichtung (33. 34, 36) zum Arretieren des schrittweise bewegten Bauteiles vorgesehen ist.

2. Schrittschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelarm (9) an der Stirnseite der Kurbelwelle (7) senkrecht zur Welle verschiebbar und durch eine zentrisch durch die Kurbelwelle hindurchgeführte Stellpindel (11) verstellbar und feststellbar angeordnet ist.

3. Schrittschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffslagerung Kurbelzapfen (10) / Gleitstück (19) aus einer in einer Gabel (18) des Gleitstückes in der Kurbelzapfebene verdrehbaren, den Kurbelzapfen aufnehmenden Hülse (17) und einem die Gabel mit der Hülse durchquerenden, ebenfalls den Kurbelzapfen umfassenden Bolzen (16) besteht.

4. Schrittschaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Gleitstück-Schwenkachse -and dem Eingriffspunkt des Kurbelzapfens (10) veränderbar ausgebildet ist

5. Schrittschaltgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitstück (19) zwei Gabelpaare (18, 38) mit Bohrungen zur Aufnahme der Bolzen (16) aufweist, deren Abstand von der Mitte des feststehenden Zapfens (2) unterschiedlich ist.

6. Schrittschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitstück (19) in einem koaxial zu dem feststehenden Zapfen (2) verdrehbaren Käfig (20) in Zapfenrichtung verschiebbar geführt ist, an dem mindestens ein Mitnehmer (doppelarmiger Hebel 25,26) angebracht ist.

7. Schrittschaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer ein parallel zum Zapfen gegen Federkraft eindrückbarer Mitnehmerbolzen ist.

8. SchrittschaUeetriebe nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer ein etwa parallel zur Zapfenrichtung gegen Federkraft (27, 28) verschwenkbarer doppelarmiger Hebe! (25, 26) ist.

9. Schrittschaltgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem Käfig (20) angebrachte Hebel (25, 26) einen am Gleitstück (19) gleitenden Nocken (39) und das Gleitstück an der Nockengleitfläche (37, 38) an der der Kurbelstellung π -halbe beziehungsweise 3 π -halbe ensprechenden Stelle eine Auslauframpe (21,22) aufweist, wobei der Abstand von der Hebelachse (23) zum Nocken (39) kleiner ist als der von dieser Achse zum Eingriffsteil des Hebels (25,26).

10. Schrittschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kurbelwelle (7) ein über ein Gestänge die Arretierung des Bauteiles (32) bewirkender Nocken (33) zwischen den Kurbellagen 3 π -halbe-0- η -halbe angebracht ist

11. Schrittschaltgetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in das Bauteil (32) einschiebbare Konusstifte (36) vorgesehen sind, die zu dessen Arretierung von dem auf der Kurbelwelle (7) angebrachten Nocken (33) betätigt werden.

12. Schrittschaltgetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von in keilförmige im Gehäuse (1) und im Bauteil (32) angebrachten, übereinanderliegenden Nuten einschiebbaren Kugeln vorgesehen sind, die zur Arretierung des schrittweise bewegten Bauteiles von den auf der Kurbelwelle (7) angebrachten Nocken (?3) betätigt werden.