Drehantriebsvorrichtung zur translatorischen Bewegung von Maschinen- und Apparateteilen Es sind Drehantriebsvorrichtungen zur translato- rischen Bewegung von Maschinen- und Apparate teilen bekannt, die aus einer drehbaren Welle und mindestens einem mit ihr in Reibungsschluss stehen den, drehbeweglich gelagerten Rotationskörper be stehen.
Der Rotationskörper besteht bei diesen be kannten Getrieben aus mindestens einer Rolle, die je nach ihrer relativen Lage zur Achse der Welle eine verschieden grosse und gegebenenfalls auch verschie den gerichtete Bewegungskomponente in Achsrich tung auf die Welle überträgt. Derartige Getriebe sind bisher jedoch nur wenig angewendet worden, weil sie zur Erzielung grösserer Schubkräfte einen zu grossen technischen Aufwand erfordern.
In Fig. 1 ist das bekannte Getriebe schematisch dargestellt. Es zeigt eine Welle und eine in einer Gabel gelagerte Rolle, die mittels einer Schrauben feder gegen die Welle gedrückt wird. Der notwendige Anpressdruck wird von den Wellenlagern aufgenom men, welche die Gegendrucke P"1 und P;"2 ausüben. Die hierbei übertragenen Kräfte zwischen Rolle und Welle sind nur gering.
Ein weiterer Nachteil des Ge triebes besteht darin, dass besondere Vorkehrungen getroffen werden müssen, damit die Rolle nicht von der Welle abgleitet; dies erfordert einen zusätzlichen Formschluss. Man hat versucht, die Leistung der Ge triebe dadurch zu erhöhen, dass mehrere Rollen ge gebenenfalls auf verschiedenen Seiten auf der Welle angeordnet werden; hierdurch lassen sich die Lager drücke der Welle zwar vermeiden und die Schublei stung erhöhen. Der Anpressdruck kann jedoch trotz dem nicht sehr gross gewählt werden, da sich Rolle und Welle nur punktförmig berühren, weil die Rol lenachse schräg zur Wellenachse verlaufen muss, da mit eine Schubkomponente auf die Welle zustande kommt. Schliesslich hat dieses Getriebe noch den Nach teil einer verhältnismässig grossen Bauhöhe.
Gemäss der Erfindung sollen die geschilderten Mängel an einer eingangs erwähnten Drehantriebs vorrichtung dadurch vermieden sein, dass der eine der beiden miteinander in Reibungsschluss stehenden Drehteile den anderen umschliesst und dass die Krüm mungen beider Drehteile im Berührungspunkt gleich sinnig verlaufen, wobei der Krümmungsradius des umschliessenden Teils grösser ist als der des umschlos senen Teils.
Eine zweckmässige Ausführung besteht darin, dass der mit der Welle in Reibungsschluss ste hende Rotationskörper ein die Welle umschliessender, mittels eines schwenkbaren Ringlagers um seine Ro tationsachse drehbar gelagerter Ring ist, dessen In nendurchmesser grösser als der Durchmesser der Welle ist und dessen Mittelpunkt derart zur Wellen achse exzentrisch versetzt ist, dass er die Welle an einer einzigen Stelle berührt. Hierdurch wird der Vorteil einer linienhaften Berührung zwischen dem Ring und der Welle erreicht und damit eine erheblich grössere Kraftübertragung zwischen beiden ermög licht als durch die punktförmige Berührung bei der bekannten Anordnung.
Nach einer weiteren Ausbildung lässt sich die er findungsgemässe Vorrichtung auch in der Weise ab wandeln, dass die Welle als Hohlwelle ausgebildet und der Rotationskörper eine Rolle ist, deren Durchmes ser kleiner als der Innendurchmesser der Hohlwelle bemessen und die im Innern der Hohlwelle angeord net ist und mit dieser in Reibungsschluss steht. Beiden grundsätzlichen Ausführungsmöglichkeiten der An triebsvorrichtung ist gemeinsam, d'ass der eine der beiden in Reibungsschluss miteinander stehenden Drehteile den anderen umschliesst, wodurch erstens eine linienförmige Berührung zustande kommt und zweitens das Abgleiten der beiden Teile voneinander unmöglich gemacht wird.
Besonders vorteilhaft ist es, die Lauffläche des Rotationskörpers, z. B. des Ringes bzw. der innerhalb der Hohlwelle angeordneten Rolle, ballig auszubilden.
In der Zeichnung sind einige beispielsweise Aus führungsformen der Antriebsvorrichtung nach der Er findung schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 2 den schematischen Aufbau der Dreh antriebsvorrichtung in Seitenansicht, in Draufsicht und im Schnitt; Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit drei Ringen im Längsschnitt, im Querschnitt und in Draufsicht; Fig. 4 die Draufsicht auf das Gehäuse der Anordnung nach Fig. 3 mit einer automatischen Ver steileinrichtung für hin und her gehende Bewegung;
Fig.5 schematisch den Aufbau einer Antriebsvor richtung mit sechs Ringen in perspektivischer Dar stellung; Fig. 6 eine Vorrichtung mit Hohlwelle im Längsschnitt und in Draufsicht und die Fig. 7 bis 12 schematisch Anwendungsbeispiele von Drehantriebs vorrichtungen für verschiedene Zwecke.
In Fig. 2 bedeutet 1 die anzutreibende Welle und 2 einen sie umschliessenden Ring. Der Ring ist dreh- und schwenkbar gelagert, und zwar dreht er sich, wie aus der Darstellung im Schnitt rechts hervorgeht, in einem Kugellager. Mittels einer Schraubenfeder wird der Ring 2 gegen die Welle 1 mit der Kraft P ge drückt. Die vom Ring 2 auf die Welle 1 übertra gene Druckkraft ist wegen der grösseren Berührungs fläche erheblich grösser als zwischen Rolle und Welle gemäss Fig. 1. Ausserdem befindet sich der Ring 2 stets in einer stabilen Lage zur Welle 1, so dass er von dieser nicht abgleiten kann.
Die Wirkungsweise der Kraftübertragung zwi schen Ring und Welle ist aus der dargestellten Drauf sicht ersichtlich. Bei einer Schrägstellung der Rota tionsachse des Ringes zur Wellenachse ergibt sich aus der Drehgeschwindigkeit V, der Welle und der Dreh geschwindigkeit V2 des Ringes als Differenz eine Schubkomponente S, die relativ zwischen Ring und Welle wirkt. Es kann entweder die Welle durch den festgelagerten Ring 2 in ihrer Achsrichtung verscho ben werden, wie es in der Zeichnung dargestellt ist; oder es könnte auch der Ring zusammen mit seiner Lagerung relativ zu der festgelagerten Welle verscho ben werden.
Die Schubgeschwindigkeit hängt von drei Grössen ab: der Drehgeschwindigkeit der Welle, der Drehgeschwindigkeit des Ringes und dem Schwenk winkel des Ringes. Durch Veränderung jeder dieser Grössen lässt sich die Grösse und Richtung der Schub geschwindigkeit stetig ändern. Vorzugsweise ist an eine Veränderung der Schubwirkung durch eine Ver änderung des Schwenkwinkels gedacht.
Für eine erheblich grössere Leistung der Antriebs vorrichtung sind im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 drei Ringe 3, 4 und 5 vorgesehen, die derart ange ordnet sind, dass sie die Welle 8 auf zwei diametra len Mantellinien in zur Mittelebene symmetrischen Punkten berühren. Die Feder 6 erzeugt einen An- pressdruck P, der sich über das Gehäuse 7 verteilt und zwischen der Welle 8 und dem Ring 5 ebenfalls als Druck P wirksam ist, während an der Berüh rungsstelle zwischen dem Ring 3 und der Welle 8 der doppelte Druck 2P erzeugt wird. Der Gesamt druck zwischen den Ringen und der Welle beträgt demnach 4P; in entsprechender Weise ist die Schub kraft viermal so gross als bei einem einzigen Ring.
Gemäss der Zeichnung sind die Ringe in Kugeln gelagert. Es können jedoch unter Umständen auch andere Lager, beispielsweise Walzenlager, vorgesehen sein, die eine derart leichte Drehbarkeit der Ringe erzeugen, dass kein Gleiten auf der Welle entsteht. Wie der untere Teil der Fig. 3 zeigt, müssen die beiden Aussenringe, welche die Welle 8 von oben her berühren, im gleichen Sinne, der innere Ring jedoch im entgegengesetzten Sinne geschwenkt werden, da mit sich die Schubkräfte der drei Ringe addieren. Gemäss dem Ausführungsbeispiel besteht diese Ver bindung aus drei miteinander in Eingriff stehenden Zahnrädern 9, 10 und 11. Statt dessen könnte auch eine andere Verbindung, z. B. durch Schubgestänge, vorgesehen sein.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsform der Antriebsvorrichtung als Nachlaufvorrichtung dar gestellt. An der Schwenkachse des mittleren Ringes 3 ist gemäss Fig. 4 oberhalb des Gehäuses 7 ein Hebel 12 befestigt, durch dessen Betätigung die Ringe 3, 4 und 5 verschwenkt werden können. Ist der Hebel 12 auf den Winkel a eingestellt, so wird das Gehäuse 7 in Richtung des Pfeils S so lange verschoben, bis der Hebel 12 gegen den Anschlag 13 schlägt und von diesem allmählich auf a = 0 gestellt wird, so dass das Gehäuse stehenbleibt. Sorgt man dafür, dass der Hebel immer kraftschlüssig am Anschlag 13 anliegt, so folgt das Gehäuse dem Anschlag 13, wenn dieser verstellt wird.
Eine solche Antriebsvorrichtung er zeugt also einen Nachlauf des Gehäuses bzw. eines anderen vom Gehäuse bewegten Maschinenteils.
Es sind noch mannigfache Abwandlungen des in Fig. 4 schematisch skizzierten Ausführungsbeispiels denkbar. So kann beispielsweise an die Stelle des Anschlages 13 auch die Hand treten; in diesem Falle wirkt die Anordnung als Kraftverstärker oder Mo mentverstärker. Eine weitere Möglichkeit ist durch den in Fig. 4 gestrichelt gezeichneten Teil angedeu tet. Dieser stellt einen Hebel dar, der bei der Bewe gung des Gehäuses über eine Kulisse gleitet; hier durch wird die Geschwindigkeit des Gehäusevor schubs in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg ge steuert.
Die Kulisse kann unter Umständen zusätz lich verschiebbar oder veränderlich ausgeführt sein, so dass zusätzliche Variationsmöglichkeiten zur Steuerung der Antriebsgeschwindigkeiten nach be stimmten Programmen entstehen. Eine besonders wichtige Anwendungsmöglichkeit der soeben geschil derten Ausführungsbeispiele ergibt sich bei automa tischen Werkzeug- und Arbeitsmaschinen; in einem solchen Falle ist beispielsweise das Gehäuse als Sup port einer Drehbank auszubilden oder mit einem sol chen starr zu verbinden. Eine weitere Abwandlung des Ausführungsbei spiels gemäss Fig. 4 besteht darin, dass der Hebel 12 mit einem übertotpunkt-Sprungwerk versehen ist.
Bil det man das übertotpunkt-Sprungwerk in der Weise aus, dass der Hebel beim Berühren des Anschlages 13 über die Stellung<I>a</I> = 0 in die andere Stelle<I>ä</I> springt, so erhält man einen hin und her gehenden Antrieb (Pendelantrieb); der durch zwei Begrenzungsanschläge gesteuert wird. In dieser Ausführungsform ist die Antriebsvorrichtung beispielsweise bei Flachstrick maschinen mit grossem Vorteil anzuwenden. Durch Verstellen der Anschläge kann die Arbeitsbreite der Maschine und durch Veränderung der Winkelstellung des Hebels die Strickgeschwindigkeit nach Wunsch bemessen und gegebenenfalls automatisch geregelt werden.
In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem zwei Gruppen zu je drei Ringen auf einer Welle angeordnet sind. Um die Anpressdrücke mög lichst gleichmässig auf die Welle zu verteilen, sind die Ringe 14, 15 und 16 der einen Gruppe mit den Rin gen 17, 18 und 19 der anderen Gruppe in miteinan der verschachtelter Reihenfolge angeordnet. Ausser dem sind die Schwenkachsen der beiden Gruppen um 90 Grad zueinander versetzt. Hierdurch wird gleich zeitig eine raumsparende Anordnung von grosser Schubkraft erzielt. Die Schwenkachsen jeder Gruppe sind, beispielsweise in entsprechender Weise wie nach Fig. 3, derart kraftschlüssig miteinander verbunden, dass die Ringe stets den genau gleichen Schwenkwin kel mit der Wellenachse bilden.
Es genügt unter Um ständen, für jede Gruppe nur eine Andruckfeder vor zusehen, wie bereits für Fig. 3 angedeutet wurde.
Die Richtungen der Schwenkachse der Ringe, die an sich zweckmässig durch den Berührungspunkt zwi schen Ring und Welle gehen, das heisst radial zur Wellenachse verlaufen, brauchen untereinander nicht parallel zu sein. In vielen Fällen wird es aber zweck mässig sein, die Achsen wenigstens gruppenweise par allel anzuordnen. Legt man jedoch die Richtung der Schwenkachse ausserhalb des Berührungspunktes, so kann man es erreichen, dass die Schubkräfte auf die Schwenkachsen ein Drehmoment ausüben, was zur Lösung besonderer Steuerungsaufgaben ausgenützt werden kann.
In Fig. 6 bedeutet 20 eine Hohlwelle, die in Rich tung des Pfeiles 21 gedreht wird. 22, 23 und 24 sind drei ballige Rollen, welche die Innenseite der Hohl welle 20 an diametralen Mantellinien berühren und deren Achsen in Scheiben 25, 26 und 27 gelagert sind, die ihrerseits mittels Kugellager im Träger 28 drehbar angeordnet sind. Mittels eines Gestänges 29 lassen sich die Achsen der Rollen 22, 23 und 24 um den Winkel + a oder - a verschwenken, wodurch - analog wie nach Fig. 3 - eine Bewegung des Trägers 28 nach rechts oder links im Sinne des Pfeiles 30 hervorgerufen wird.
Die Steuerung der Antriebsvorrichtung durch Ver stellen des Schwenkwinkels kann entweder von Hand oder auch unter Zuhilfenahme geeigneter elektrischer, hydraulischer oder sonstiger Mittel erfolgen. Gege benenfalls lässt sich die Steuerung mittels eines Ge triebes oder einer äquivalenten elektrischen Fern steuerung von der Wellendrehung selbst ableiten.
In Fig. 7 bedeutet 7 wie in Fig. 3 das Gehäuse einer Werkzeugmaschine, das drei Reibringe enthält, die auf der Welle 8 angeordnet sind, die vom Zahn rad 31 angetrieben wird. Auf dem Gehäuse 7 ist der Support 32 angeordnet, mittels dessen der Fräser 33 in Richtung des Pfeils 34 bewegt werden soll. Die Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit sind mittels des Hebels 35 einstellbar, welcher die Win kelstellung der Reibringe bestimmt. Für andere Zwecke, z. B. für Schleifvorgänge, sind Anschläge 36 und 37 auf dem Bett der Drehbank verstellbar an geordnet, die in Analogie zu Fig. 4 auf einen Hebel 12 arbeiten und eine hin und her gehende Bewegung des Gehäuses 7 mit dem Support 32 bewirken.
In analoger Weise lassen sich auch in anderen Werk- zeugmaschinen,mittels. der Antriebsvorrichtung sowohl Werkzeuge als auch Werkstücke sowohl in Längs richtung als auch in Querrichtung bewegen; unter Umständen lassen sich Tischbewegungen an einfachen Fräs-, Abwälzfräs- und Schleifmaschinen in allen drei Raumrichtungen durchführen. Die Führung bzw. Einstellung des Bewegungsvorganges kann von Hand, mittels Stellschrauben, Anschläge, Kurvenscheiben, Gelenkvierecke oder durch zusätzliche andere Kräfte bewirkt werden. Gegenüber den bekannten Bewe gungsmechanismen hat die Antriebsvorrichtung den Vorteil, dass keine Wechselräder benötigt werden.
Da die Vorschubverstellung während des Arbeitsganges durchgeführt werden kann und eine schnelle Rück führung in die Ausgangsstellung möglich ist, lässt sich eine überlastungssicherung bei zu grossen Spä nen oder bei stumpfem Werkzeug durch Kraftschluss bewirken. Der Tasthebel 12 lässt sich unter Umstän den für Kopierverfahren zum Abtasten von Schablo nen verwenden.
In Fig. 8 ist eine Bohrmaschine schematisch dar gestellt. 7 bedeutet wiederum das Gehäuse mit den Ringen. Es ist in diesem Falle am Ständer 40 fest angeordnet. Die Welle 8 wird durch einen Motor 41 über einen Riemen 42 angetrieben. Am Ende der Welle ist ein Bohrer 43 angeordnet. Durch Betätigung des Hebels 44 wird wiederum der Schwenkwinkel der Ringe verstellt und damit die Vorschubbewegung der Welle 8 mit dem Bohrer 43 gesteuert. In gleicher Weise können auch die Spindeln bei Drehbänken, Bohrwerken und Fräsmaschinen ausgebildet sein.
Besonders einfach gestaltet sich der Antrieb bei einer Abwälzfräsmaschine, bei der gegebenenfalls der axiale Fräsvorschub fortfallen kann, wenn die Werk stückspindel wie an Hand der Fig. 8 beschrieben gelagert ist. Auch bei anderen Werkzeugmaschinen mit vorzugsweise geradlinigen Bewegungen lässt sich die Antriebsvorrichtung mit Vorteil verwerten, z. B. bei Feilmaschinen, Gewindeschneidmaschinen, Sägen und Trennmaschinen. Auch Hobelbänke mit lang samem Vor- und schnellem Rücklauf oder Material- vorschubvorrichtungen an Revolverdrehbänken kom men hiefür in Frage.
Besonders bei der Verwendung einer grösseren Anzahl von Reibringen auf der Welle bzw. Rollen in der Hohlwelle lassen sich so grosse Leistungen ent wickeln, dass die Vorrichtung auch an Stelle von hydraulischen Getrieben verwendbar und zum Bei spiel zum Antrieb von Schnellhoblern und Schreib maschinen geeignet ist.
Bei Ausbildung der Vorrichtung als Kraft- oder Momentverstärker lassen sich Transportbewegungen durchführen, die unter Umständen automatisch ge steuert werden können (Nachlaufsteuerung). Hier durch ergibt sich die Möglichkeit, Werkzeuge oder andere Geräte in Arbeitsstellung zu bringen, z. B. Papierstapel bei Druckmaschinen oder Vervielfälti gungsmaschinen. Eine andere Anwendungsmöglich keit besteht darin, Hubbewegungen bei Rammen, Fallhämmern oder dergleichen oder eine gleichlau fende Nachführung von Werkzeugen, Material oder Werkstücken bei Fliess- und Transportbändern zu bewirken.
Weitere Anwendungsgebiete sind Arbeits- und Verarbeitungsmaschinen, z. B. Verpackungsmaschi nen, bei denen unter Umständen Material mittels Greifbewegung transportiert wird, Schneidmaschinen für Aufschnitt, Brot usw., ebenso Längenabschneider und Querabschneider an Papiermaschinen, Ziegel pressen und damit zusammenhängende Teilapparate; ferner Ableiter oder Abbinder an Wurst- und Fleisch maschinen, Mikrotomen usw. Bei Textilmaschinen und Drahtwickelmaschinen ist die Vorrichtung eben falls geeignet, z.
B. für die Garnführung bei einfachen Wickelmaschinen und bei Präzisionswickelmaschinen mit Flaschen- und Zylinderspulen. Auch zur Erzeu gung von Streckvorgängen, beispielsweise bei einer Regelstrecke, ist die Vorrichtung mit Vorteil ver wendbar.
Als weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 9 ein Mikroskop. Der Mikroskoptubus 45 ist nach Art der Welle 8 in dem vorangehenden Ausführungsbeispiel in drei Ringen 46, 47 und 48 gelagert, deren Neigungs winkel festgelegt sind dadurch, dass ihre Kugellager fest im Mikroskopstativ 49 angeordnet sind. Durch Drehen des obersten Ringes 46 mittels des Ansatzes 50 lässt sich der Mikroskoptubus spielfrei und leicht gängig in der Höhe verstellen.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind: die Steuerung der Lenkung schwerer Kraftfahrzeuge, das Schliessen und Öffnen von Vorhängen, Schiebe- und Drehtoren durch Motorkraft und die Fernbetätigung von Schiebern. Auch kann die Vorrichtung zum Kränkungsausgleich bei Schiffen -und anderen Fahr zeugen in der Weise verwendet werden, dass die ver änderte Schwerkraftsrichtung oder Zentrifugalkraft die Vorrichtung so beeinflussen, dass sie Gewichts und Schwerpunktsverlagerungen herbeiführt.
In Fig. 10 ist die Vorrichtung in einem mathema tischen Gerät angewendet. Von dem am Gehäuse 7 befestigten Schreiber 51 wird auf einem Registrier streifen 52 das Produkt aus dem Tangens des Schwenkwinkels ss" der Reibringe mit der Summe der Verdrehwinkel co" der Welle 8 aufgeschrieben. Der in der Figur aufgeschriebene Proportionalitätsfaktor k hängt hierbei vom Radius r der Welle 8 ab.
Dieses Gerät kann als Multiplikator, als Integrator, als Plani- meter, als Mengenmessgerät, als Registriergerät, bei dem ein Winkel in einen linearen Wert umgewandelt wird, als Pantograph oder dergleichen verwendet wer den. Weitere Anwendungen sind: Führungen von Messgeräten und Apparaten zur Abtastung, Registrie rung oder Übertragung von Linien, Flächen und Räu men oder Körpern, wobei die Bewegung fortlaufend oder mit Unterbrechung, vorzugsweise zeilenweise, durchgeführt werden kann, wie es bei Bildübertra gungen, beim Nachkopierverfahren, beim Auswerten von Röntgenbildern oder dergleichen erforderlich ist.
Auch die Einregulierung der Kohlenstifte in Bogen lampen kann mittels der Vorrichtung stufenlos durch geführt werden. In analoger Weise lässt sich der Vor schub bei einem Schallplatten-Schneidegerät von der Lautstärke steuern.
Als weiteres Anwendungsbeispiel ist in Fig. 11 ein Kolbenantrieb dargestellt, bei welchem die Pleuel stange durch die Vorrichtung ersetzt ist. 53 und 54 deuten zwei Pumpen an, deren Kolben durch die Enden der Welle 8 gebildet werden. Die Förderlei- stung der Pumpen wird durch Verschwenken der Reibringe eingestellt.
Fig. 12 zeigt schliesslich den Wagenantrieb einer Büro- oder Buchungsmaschine. Fig. 12b zeigt den Schreibmaschinenwagen 55 im Querschnitt, der nicht wie üblich auf zwei Führungsschienen gelagert ist, sondern nur auf einer einzigen Führungsschiene 56 läuft und links auf dem Gehäuse 7 der Reibringe ruht, die auf der Antriebswelle 8 laufen. Die Verstel lung der Ringe erfolgt ähnlich wie bei den früheren Ausführungsbeispielen über ein Gestänge 57 mittels des Hebels 58. Der Lauf des Wagens wird durch den Anschlag 59 abgebremst, wobei der Anschlagvor gang mittels der Feder 60 abgefedert wird. Der Pfeil V gibt die Bewegungsrichtung an.
Es sei bemerkt, dass in den dargestellten Ausfüh rungsbeispielen grundsätzlich auch eine Hohlwelle mit Innenrollen gemäss Fig. 6 verwendet sein kann.