Stufenlos regelbares Wechselhubgetriebe
Der Gegenstand der Erfindung betrifft ein stufenlos regelbares Wechselhubgetriebe, insbesondere für selbsttätige Aufspule- und Wickelvorrichtungen, mit auf dem Umfang einer Antriebswelle arbeitendem Reibelement.
Derartige Getriebe sind zur Umwandlung der Drehbewegung der Antriebswelle in eine periodisch umkehrbare Schubbewegung bestimmt, die beispielsweise beim selbsttätigen Aufspulen von Drähten, Ka beln oder dergleichen für den Transport eines parallel zur Antriebswelle beweglichen Schlittens erforderlich ist. An der mit dem beweglichen Schlitten fest verbundenen Führung für die Drähte oder dergleichen entsteht aus den Spannkräften der Drähte ein dem Schlittenhub entgegengerichteter Vorschubwiderstand, der proportional zu den Spannkräften wächst. Die Grösse dieser Spannkräfte wird im wesentlichen durch die Querschnittsabmessungen und Werkstoffeigenschaften des aufzuspulenden Drahtes oder dergleichen bestimmt.
Beispielsweise sind zum Wickeln von Spulen für elektrotechnische Zwecke mit Kupferdrähten von 0,05 mm bis 2 mm f Spannkräfte von wenigen Gramm bis zu mehr als 30 kg erforderlich, um eine feste Lage der Windungen auf der Spule zu erreichen.
Das feste Anliegen der Windungen soll aber nicht nur auf dem Spulenkörper, sondern auch gegeneinander erfolgen. Die Vorschubgeschwindigkeit des Schlittens muss daher gleichfalls dem Querschnitt bzw. dem Durchmesser des Drahtes oder dergleichen angepasst sein und mit deren Grösse zunehmen. Zu diesem Zweck sind neuerdings Wechselhubgetriebe mit Reibrädern vorgeschlagen worden, deren Drehachse die Achse der Antriebswelle unter einem ver änderlichen und einstellbaren Winkel schneidet, so dass bei ihrer Drehung ihre Reibstellen relativ zur Antriebswelle Schraubenlinien beschreiben, deren Steigung jeweils dem Achsenschnittwinkel entspricht.
Die Achse der Reibräder ist dabei schwenkbar in einem mit dem beweglichen Schlitten fest verbundenen Lager gehaltert, so dass der Reibradhnb als gleichgerichtete und stufenlos regelbare Vorschubbewegung auf den Schlitten übertragen wird.
Der Kraftschluss zwischen Reibrad und Antriebswelle wird bei den bekannten Wechselhubgetrieben dadurch hergestellt, dass auf die schwenkbare Reibradachse eine Feder einwirkt, die einen bestimmten Reibungsdruck zwischen Reibrad und Antriebswelle erzeugt. Dieser Reibungsdruck ist bei der bekannten Anordnung von der Stellung der Reibradachse zur Antriebswelle abhängig, und wird um so kleiner, je weiter die Reibradachse aus ihrer Nullage parallel zur Antriebswelle ausgeschwenkt ist und je mehr sich demzufolge die auf sie einwirkende Druckfeder entspannt. Eine derartige Wirkungsweise steht im Widerspruch zu dem Verhalten der Spannkräfte und des Vorschubwiderstandes, die proportional zu den Querschnittsmassen zunehmen.
In der Arbeitsstellung des Reibrades wird die stets senkrecht zu seiner schwenkbaren Achse gerichtete Federkraft nicht in ihrer vollen Grösse, sondern nur mit einer Radialkomponente als Anpressdruck auf die Antriebswelle wirksam, während durch ihre Tangentialkomponente die Reibradachse aus der Nullage oberhalb der Antriebswelle und parallel zu deren Drehachse in ihre jeweilige, durch einen Anschlag begrenzte Endlage ausgeschwenkt wird. Die für den Reibungsdruck ausgenutzte Radialkomponente der Federkraft wird offensichtlich um so kleiner, je weiter der Eingriffspunkt des Reibrades aus der obern Nullage auf dem Kreisumfang der Antriebswelle nach unten gelangt, bis sie in der Horizontalen den Nullwert erreicht und damit der Kraftschluss des Reibrades mit der Antriebswelle aufgehoben wird.
Auf diese Weise ergibt sich bei den bekannten Wechsel hubgetrieben mit zunehmendem Vorschub je Umdrehung nicht nur in zweifacher Hinsicht eine Verminderung der Vorschubkraft, sondern auch eine Begrenzung des Vorschubhöchstmasses auf einen verhältnismässig geringen Wert. Derartige Getriebe sind daher für stärkere Drähte oder dergleichen unzweckmässig. Die vorliegende Erfindung hat die Beseitigung der bestehenden Mängel zur Aufgabe.
Erfindungsgemäss ist das auf dem Umfang der Antriebswelle arbeitende Reibelement in einem Gehäuse angeordnet, das um seine zur meistens waagrechten Hubvorrichtung eines Schlittens und zur Wellenachse senkrechte Symmetrieachse schwenkbar in dem Schlitten gelagert ist. Dabei liegt die Berührungsstelle des Reibelementes mit der Antriebswelle in jedem Falle wenigstens annähernd in der Schwenkachse des Gehäuses, gleichgültig, welchen Winkel die Umlaufebene des Reibelementes mit der Wellenachse bildet und mit welcher Steigung der Vorschub erfolgt. Zur Erzeugung des Anpressdruckes an der Eingriffsstelle des Reibelementes ist gemäss der Erfindung eine Druckvorrichtung vorgesehen, die gleichfalls ständig in der Schwenkachse des Gehäuses auf dieses wirkt.
Auf diese Weise wird der Vorteil erreicht, dass der Reibungsdruck und die Vorschubkraft des Getriebes unabhängig von dem veränderlichen Vorschubweg entsprechend den jeweiligen Werkstoffeigenschaften des aufzuspulenden Drahtes oder dergleichen festgelegt werden können und konstant bleiben, so dass der sichere Kraftschluss der Reibungsverbindung gewahrt ist.
Auf der erfindungsgemässen Anordnung des Reibelementes in einem schwenkbaren Gehäuse ergibt sich als weiterer Vorteil, dass ein verhältnismässig grosser Einstellbereich für den eSteigungswinkel des Reibelementes bis zu 450 und darüber hinaus möglich ist, so dass die Anwendung des Erfindungsgegenstandes auch für grössere Vorschübe, beispielsweise zum Wickeln von starken Seilen und dergleichen möglich ist. Zur Begrenzung des Steigungswinkels kann ein an sich bekannter verstellbarer Anschlag dienen, der gleichachsig zu der Druckvorrichtung und zur Schwenkachse des Gehäuses angeordnet ist. Dadurch kann erreicht werden, dass sowohl die Schubkraft als auch der Vorschub des Getriebes in einfachster Weise mit einem Handgriff während des Betriebes einstellbar sind.
Bei der vorliegenden Erfindung ist das Reibelement zweckmässig in Ringform ausgebildet, die zwar an sich bekannt, aber bei derartigen Wechsel hubgetrieben bisher nicht üblich war. Der Reibring hat gegenüber einem in einem schwenkbaren Gehäuse verwendbaren Reibrad den Vorzug der geringeren Abnutzung. Dieser Vorteil ergibt sich einmal aus seinem grösseren Laufdurchmesser und zum andern aus seiner mit der Antriebswelle gleichgerichteten Krümmung, die sich unter Wirkung des Anpressdrukkes durch seine elastische Formänderung an der Eingriffsstelle auf einer grösseren Bogenlänge dem Wellenumfang anpasst.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch das Getriebe senkrecht zur Antriebswelle,
Fig. 2 das Getriebe in Längsansicht und teilweise im Längsschnitt.
Die drehbare und in axialer Richtung festgelagerte horizontale Antriebswelle 1 wird von dem Reibring 3 umschlossen, der in dem um seine senkrechte Symmetrieachse schwenkbaren Gehäuse 2 angeordnet ist und in seiner Lage zur Antriebswelle 1 durch die um den Bolzen 24 drehbare Stützrolle 6 gehaltert wird.
Am Gehäuse 2 sind der obere und der untere Schwenkzapfen 21 bzw. 22 angebracht, die im Zapfenlager 13 bzw. unmittelbar im parallel zur Antriebswelle 1 verschiebbaren Schlitten 16 geführt werden.
Das obere Schweukzapfenlager 13 ist in bekannter Weise auf dem Schlitten 16 befestigt und in seinem obern Teil mit Aussen- und Innengewinde versehen.
Die Gewindebohrung des Schwenkzapfenlagers 13 nimmt die Druckschraube 4 auf, deren Druck über die Kugel 5 stets in der Gehäuseschwenkachse auf den obern Gehäuseschwenkzapfen 21 übertragen wird und sich in vollem Masse als Reibungsdruck an der Berührungsstelle des Reibringes 3 mit der Antriebswelle 1 auswirkt, wobei die Berührungsstelle ständig in oder, wie gezeigt, annähernd in der Gehäuseschwenkachse liegt.
In der in der Zeichnung dargestellten Nullstellung des Getriebes liegen die Drehachsen der Antriebswelle 1 und des Reibringes 3 parallel zueinander, so dass der Reibring ohne Axialvorschub auf der Stelle umläuft.
Sobald das Gehäuse 2 aus dieser Nullstellung nach der einen oder andern Seite geschwenkt wird, bewegt es sich mit dem Schlitten 16 parallel zur Antriebswelle in der einen oder andern Richtung, wobei der Steigungswinkel des Reibringes mit dem Ausschwenkwinkel der Drehachse des Ringes und dem Ausschwenkwinkel des Gehäuses übereinstimmt.
Der Steigungswinkel des Reibringes 3 wird durch die gleichachsig mit der Druckschraube 4 angeordnete, senkrecht verschiebbare Anschlaghülse 8 geregelt. Diese Anschlaghülse stützt sich über die Druckfeder 10 gegen das obere Schwenkzapfenlager 13 ab und wird in seiner Lage durch die Stellmutter 11 gehalten. Bei der Drehung der Stellmutter 11 entgegen dem Uhrzeigersinn drückt die Feder 10 die Anschlaghülse 8 nach oben. Dabei wird ihre Verdrehung gegenüber dem Schwenkzapfenlager 13 durch den Führungsstift 14 verhindert, der in den senkrechten Schlitz 15 der Anschlaghülse 8 eingreift.
Der obere Schwenkzapfen 21 des Gehäuses 2 trägt den Anschlagstift 9, der in dem keilförmigen Ausschnitt 23 der Anschlaghülse 8 geführt wird. Bei der Linksdrehung der Stellmutter 11 verschiebt sich der Ausschnitt 23 senkrecht nach oben, so dass der Anschlagstift 9 nach rechts oder links gegen die schrägen Kanten des Ausschnittes um einen bestimmten Winkel ausschwenken kann. Dieser Schwenkwinkel, das heisst auch der Schlittenvorschub je Umdrehung der Antriebswelle, ist um so grösser, je mehr die Anschlaghülse 8 nach oben verschoben wird. Das Mass des Vorschubes wird durch den Anzeiger 12 an der senkrechten Skala der Anschlaghülse 8 und durch die Feinskala 7 der Stellmutter 11 mit grösster Genauigkeit kenntlich gemacht.
Zur Erzeugung des Schwenkmomentes an der Schwenkachse des Gehäuses 2 wird ein in der Zeichnung nicht dargestellter Kippschalter in bekannter Ausführung verwendet, unter dessen Federwirkung der Anschlagstift 9 an den schrägen Kanten des Ausschnittes 23 der Anschlaghülse 8 zum Anliegen kommt. In den Endstellungen des verschiebbaren Schlittens 16 stösst die federnd im Gehäuse 2 geführte und exzentrisch zu dessen Schwenkachse angeordnete Schaltstange 18 gegen die auf der Antriebswelle 1 in axialer Richtung verstellbar angebrachten Anschlagringe 19 bzw. 20 und schwenkt dadurch das Gehäuse 2 mit dem Reibring 3 in die entgegengesetzte Schräglage, so dass die Vorschubrichtung des Schlittens 16 umgekehrt wird.
Zur Sicherung einer geradlinigen Schlittenbewegung ist parallel zur Antriebswelle 1 die Führungsstange 17 angeordnet, die von dem gabelförmig ausgebildeten Schlittenunterteil umfasst wird.
Anstelle der Druckschraube 4 kann selbstverständlich auch eine andere, gleichwirkende Druckvorrichtung in der Gehäuseschwenkachse angeordnet werden, beispielsweise eine Vorrichtung, durch die ein müssig- keitsdruck auf die Stirnfläche des Schwenkzapfens 21 ausgeübt wird.