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Die Erfindung betrifft einen Kurvenwellenantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Zur Wandlung einer rotatorischen Antriebsbewegung in eine lineare oszillierende, also hin und hergehende Abtriebsbewegung sind aus dem Stand der Technik Kurbelwellentriebe hinlänglich bekannt.
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Gemäß der
DE 275638 wird eine rotatorische Antriebsbewegung in eine lineare oszillierende Abtriebsbewegung mittels unrunder Scheiben eines Kurvenwellenantriebs gewandelt.
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Nachteilig an derartigen Kurvenwellenantrieben ist der große Bauraumbedarf.
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In der Druckschrift
US 152,806 ist ein Kurvenwellenantrieb gezeigt, bei dem ein um seine Mittelachse rotierender Zylinderkörper eine an seinem Außenumfang gebildete endlos umlaufende Führungsbahn hat. In die Führungsbahn ist radial von außen ein Läufer eingesetzt. Der Läufer ist an einem Schwenkhebel angeordnet und treibt diesen an, so dass er eine oszillierende Schwenkbewegung ausführt.
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Nachteilig am letztgenannten Kurvenwellenantrieb zu Wandlung von rotatorischer Antriebsbewegung in oszillierende Abtriebsbewegung ist, dass die Abtriebsbewegung des freien Endabschnitts des Schwenkhebels nicht linear ist.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Kurvenwellenantrieb zu schaffen, der eine rotatorische Antriebsbewegung in eine oszillierende Abtriebsbewegung wandelt. Dabei soll die oszillierende Abtriebsbewegung linear, also geradlinig sein, und es soll gegenüber dem Stand der Technik Bauraum eingespart werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kurvenwellenantrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Der beanspruchte Kurvenwellenantrieb hat einen um eine Rotationsachse rotierend antreibbaren Zylinderkörper, der eine endlose um die Rotationsachse umlaufende Führungsbahn aufweist. Weiterhin hat der Kurvenwellenantrieb einen oszillierenden Abtrieb, der einen entlang der Führungsbahn führbaren Läufer aufweist. Erfindungsgemäß ist eine Abtriebsbewegung des Abtriebs linear entlang einer Oszillationsachse gerichtet. Die Rotationsachse und die Oszillationsachse fallen zusammen und bilden eine gemeinsame Mittelachse des Kurvenwellenantriebs. Durch diesen konzentrischen Aufbau des Kurvenwellenantriebs ist gegenüber dem Stand der Technik Bauraum eingespart.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der Zylinderkörper hohl ist, und der Abtrieb abschnittsweise im Innern des Zylinderkörpers angeordnet ist. Damit ist der erfindungsgemäße Kurvenwellenantrieb deutlich kompakter als derjenige der
US 152,806 .
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Üblicherweise weist der Zylinderkörper zwei fest miteinander verbundene Hauptabschnitte auf, zwischen denen die Führungsbahn gebildet ist, wobei der Läufer in der Führungsbahn aufgenommen ist. Dann wird es besonders bevorzugt, wenn der Zylinderkörper einen Zylindermantel aufweist, der am Außenumfang der umlaufenden Führungsbahn angeordnet oder gebildet ist, und über den die beiden Hauptabschnitte miteinander verbunden sind. Damit ist der Läufer im Innern des Zylindermantels radial geführt und eingehaust, womit sich eine dauerhafte und zuverlässige Schmierung realisieren lässt. Weiterhin definiert bei dieser Ausgestaltung der Zylindermantel den äußeren Durchmesser des Zylinderkörpers, womit der erfindungsgemäße Kurvenwellenantrieb deutlich kompakter als derjenige der
US 152,806 ist.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die Führungsbahn von einer ersten endlosen um die Rotationsachse umlaufenden wellenförmigen Innenflanke und von einer dazu axial beabstandeten zweiten endlosen um die Rotationsachse umlaufenden wellenförmigen Innenflanke gebildet. Die Innenflanken sind am Umfang derart zueinander ausgerichtet, dass die Führungsbahn eine axial breite und eine axial schmale Stelle hat, die auf verschiedenen Seiten der Rotationsachse einander gegenüber liegen. In anderen Worten ausgedrückt sind die schmale und die breite Stelle um 180 Grad am Umfang des Zylinderkörpers zueinander versetzt. Der Breitenunterschied der Führungsbahn definiert den axialen linearen Hub, welcher innerhalb einer vollen Umdrehung durchgeführt wird. Der Läufer ist in axialer Richtung zwischen den beiden Innenflanken der Führungsbahn geführt.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weisen die beiden Innenflanken (bei radialer Blickrichtung) jeweils eine konkave Krümmung und einen konvexen Krümmung auf, die über jeweilige Flankenabschnitte miteinander verbunden.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung liegen die beiden konkaven Krümmungen und die beiden konvexen Krümmungen der beiden Innenflanken einander axial gegenüber.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Läufer eine endlose um die Oszillationsachse umlaufende erste wellenförmige Außenflanke und von eine dazu axial beabstandete endlose um die Oszillationsachse umlaufende zweite wellenförmige Außenflanke auf. Die Außenflanken sind derart zueinander ausgerichtet, dass der Läufer bei einer Umdrehung des Zylinderkörpers zwei gegeneinander gerichteten (Hub-)Bewegungen entlang der Mittelachse ausführt.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weisen die beiden Außenflanken (bei radialer Blickrichtung) jeweils einen konkaven Krümmung und einen konvexen Krümmung auf. Die Krümmungen sind über Flankenabschnitte miteinander verbunden.
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Die konvexe Krümmung der ersten Außenflanke und die konkave Krümmung der zweiten Außenflanke liegen einander axial gegenüber, und die konkave Krümmung der ersten Außenflanke und die konvexe Krümmung der zweite Außenflanke liegen ebenfalls einander axial gegenüber.
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Wenn eine radiale Breite der beiden Innenflanken und der beiden Außenflanken gleich sind, sind die Reibflächen zwischen den beiden Innenflanken und den beiden Außenflanken optimal aufeinander abgestimmt und dabei derart minimierbar, dass der Zylinderkörper einen minimalen Durchmesser hat, womit der erfindungsgemäße Kurvenwellenantrieb besonders kompakt ist. Trotzdem ist durch die Reibflächen eine hohe Tragfähigkeit des erfindungsgemäßen Kurvenwellenantriebs erreicht.
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Weiterhin sind die Reibflächen und die Bewegung des Abtriebs optimiert, wenn die konkaven Krümmungen der beiden Innenflanken und der beiden Außenflanken dreimal so groß sind wie die konvexen Krümmungen der beiden Innenflanken und der beiden Außenflanken. Das Verhältnis der Krümmungen zwischen Innen- und Außenflanken wird im um die Drehachse abgewickelten Zustand deutlich.
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In einer Abwicklung der Zylinderkörpers und des Läufers sind die Krümmungen Kreisbögen und die Flankenabschnitte gerade.
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In der Abwicklung sind die Flankenabschnitte vorzugsweise um 90 Grad zueinander angestellt, und die Kreisbögen sind Viertelkreisbögen.
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Mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kurvenwellenantriebs sind in den Figuren dargestellt.
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Es zeigen
- 1 in einem Längsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kurvenwellenantriebs,
- 2 in einer perspektivischen Ansicht einen inneren Teil eines Zylinders mit einer Führungsbahn und mit einem Läufer gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kurvenwellenantriebs,
- 3 in einer Abwicklung den inneren Teil des Zylinders mit der Führungsbahn aus 2,
- 4 in einer Abwicklung den Läufer aus 2, und
- 5 in einer Abwicklung ein Modell der Wirkverbindung der Führungsbahn und des Läufers aus den 3 und 4.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kurvenwellenantriebs in einem Längsschnitt. Er hat einen Zylinderkörper 1, der einen ersten Hauptabschnitt 2 und einen zweiten Hauptabschnitt 4 und einen Zylindermantel 6 mit einem kreiszylindrischen Außenumfang aufweist. Die beiden Hauptabschnitte 2, 4 und der Zylindermantel 6 sind in 1 vereinfachend einstückig dargestellt. Abweichend von dieser Darstellung könnte der Zylindermantel 6 in einen einstückig mit dem ersten Hauptabschnitt 2 gebildeten Teil und in einen einstückig mit dem zweiten Hauptabschnitt 4 gebildeten Teil geteilt sein, die über axiale Schrauben miteinander verbunden sind.
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Der Zylinderkörper 1 wird gemäß dem Pfeil 8 um eine Mittelachse 10 des Kurvenwellenantriebs mit gleichbleibender Drehrichtung angetrieben.
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Abtriebsseitig ist ein als Abtrieb 12 bezeichnetes Bauteil vorgesehen, das eine sich entlang der Mittelachse10 erstreckende Schubstange 14 aufweist, die abschnittsweise durch eine konzentrische Bohrung des ersten Hauptabschnitts 2 des Zylinderkörpers 1 entlang der Mittelachse 10 in einen Innenraum des Zylinderkörpers 1 hineinragt. Am Außenumfang des in den Innenraum hineinragenden Endabschnitts der Schubstange 14 ist vollumfänglich ein sich radial erstreckender Läufer 16 angeordnet, der gemäß 1 vereinfachend als einstückig mit der Schubstange 14 dargestellt ist. Abweichend davon kann der Läufer 16 an dem Außenumfang des Endabschnitts der Schubstange 14 befestigt sein.
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Der Läufer 16 hat an seiner der Schubstange 14 zugewandten Seite eine erste wellenförmige Außenflanke 18 und dazu entlang der Mittelachse 10 axial beabstandet eine zweite wellenförmige Außenflanke 20. Beide Außenflanken 18, 20 erstrecken sich um die Mittelachse 10 mit gleichmäßigem radialen Abstand.
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Der Innenraum des Zylinderkörpers 1 ist in axialer Richtung entlang der Mittelachse 10 begrenzt durch zwei wellenförmige Innenflanken 22, 24. Damit bildet der Innenraum eine Führungsbahn 26, die in 1 links ihre schmalste Stelle und in 1 rechts ihre breiteste Stelle aufweist.
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Im Betrieb des Kurvenwellenantriebs rotiert der Zylinderkörper 1, während der Läufer 16 nicht rotiert. Nach einer Drehung des Zylinderkörpers 1 z. B. um 180° ist der schmale Bereich der Führungsbahn 26 in 1 von links nach rechts gewandert und hat den dortigen Umfangsbereich des Läufers 16 in 1 nach unten gedrückt. Nach einer Drehung des Zylinderkörpers 1 um weitere 180° um die Mittelachse 10 ist wieder die in 1 gezeigte Lage erreicht. Damit führt der Läufers 16 eine entlang der Mittelachse 10 oszillierende Bewegung aus, die an die daran befestigte Schubstange 14 übertragen wird.
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Abweichend von der in 1 gezeigten Schrägstellung der beiden Innenflanken 22, 24 und der beiden Außenflanken 18, 20 können diese auch exakt um 90° zur Mittelachse 10 angestellt sein, damit stets eine Strichberührung zwischen den paarweise zusammenwirkenden Flanken erhalten bleibt.
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2 zeigt den inneren Bereich eines Zylinderkörpers 1, genauer gesagt seine zwischen den beiden Hauptabschnitten 2, 4 gebildete Führungsbahn 26 und den darin aufgenommenen Läufer 16 ohne die Schubstange gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kurvenwellenantriebs in einer perspektivischen Ansicht. Dabei sind die beiden Außenflanken 18, 20 des Läufers 16 und die beiden Innenflanken 22, 24 der Hauptabschnitte 2, 4 in radialer Richtung betrachtet vollumfänglich jeweils um 90° zur Mittelachse 10 angestellt, so dass stets mindestens eine Strichberührung zwischen einerseits den beiden ersten Flanken 18, 22 und andererseits den beiden zweiten Flanken 20, 24 erhalten bleibt.
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In 2 ist auch die jeweilige Wellenform der Flanken 18, 20, 22, 24 zu erkennen. Die Wellenform der beiden Innenflanken 22, 24 ist einfacher in der Abwicklung der beiden Hauptkörper 2, 4 des Zylinderkörpers 1 gemäß 3 zu erkennen, während die Wellenformen der beiden Außenflanken 18, 20 des Läufers 16 einfacher in der Abwicklung gemäß 4 zu erkennen sind.
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In der Abwicklung gemäß 3 ist zu erkennen, dass die erste Innenflanke 22, die am ersten Hauptabschnitt 2 des (nur unvollständig gezeigten) Zylinderkörpers 1 gebildet ist, zwei Flankenabschnitte aufweist, zwischen denen einerseits eine konkave Krümmung 30 und andererseits eine konvexe Krümmung 32 gebildet ist, wobei aufgrund der Abwicklung die konvexe Krümmung 32 zweigeteilt dargestellt ist.
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In axialer Richtung dazu an einer imaginären um die Mittelachse 10 umlaufenden Spiegelachse gespiegelt ist die zweite Innenflanke 24 am zweiten Hauptabschnitt 4 des (nur unvollständig gezeigten) Zylinderkörpers 1 gebildet. Auch sie hat zwei Flankenabschnitte 28 und dazwischen einerseits eine konkave Krümmung 30 und andererseits eine konvexe Krümmung 32, wobei die konvexe Krümmung 32 aufgrund der Abwicklung gemäß 3 zweigeteilt dargestellt ist.
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4 zeigt eine Abwicklung des Läufers 16 aus 2. Es ist zu erkennen, dass die erste Außenflanke 18 zwei Flankenabschnitte 28 hat, zwischen denen eine konvexe Krümmung 32 und eine konkave Krümmung 30 vorgesehen sind. Aufgrund der Abwicklung ist die konkave Krümmung 30 zweigeteilt dargestellt.
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Weiterhin hat der Läufer 16 die zweite Außenflanke 20, die zwei Flankenabschnitten 28 hat, zwischen denen eine konkave Krümmung 30 und eine konvexe Krümmung 32 angeordnet sind, wobei die konvexe Krümmung 32 aufgrund der Abwicklung zweigeteilt dargestellt ist.
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Aufgrund der Abwicklungen der 3 und 4 sind alle Flankenabschnitte 28 gerade. Ebenfalls aufgrund der Abwicklungen gemäß den 3 und 4 sind alle Krümmungen 30, 32 Kreisbögen.
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Aus technischen Gründen haben alle konkaven Krümmungen 30 einen Radius, der dreimal so groß ist wie der Radius aller konvexen Krümmungen 32.
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5 zeigt in einer zweidimensionalen Abwicklung ein Modell der Wirkverbindung der ersten Innenflanke 22 mit der ersten Außenflanke 18 und der Wirkverbindung der zweiten Innenflanke 24 mit der zweiten Außenflanke 20. Diese sind so geformt, dass stets zumindest eine Berührstelle zwischen der ersten Innenflanke 22 und der ersten Außenflanke 18 und zumindest eine Berührstelle zwischen der zweiten Innenflanke 24 und der zweiten Außenflanke 20 gegeben sind. Die Berührstellen sind genauer gesagt radiale Berührstriche. Damit nimmt der Läufer 16 in der Führungsbahn 26 zu jeder relativen Drehposition des Zylinderkörpers 1 stets eine eindeutige Lage (in axialer Richtung) ein.
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Offenbart ist ein Kurvenwellenantrieb, der eine drehende Antriebsbewegung eines zweiteiligen Zylinderrohrs um dessen Längsachse in eine lineare oszillierende Hubbewegung einer Abtriebsvorrichtung wandelt. Die Hubbewegung der Abtriebsvorrichtung ist entlang der Längsachse des Zylinderrohrs gerichtet. Das Zylinderrohr nimmt in seinem Innenraum einen Läufer der Abtriebsvorrichtung auf. Der Läufer ist von einem radialen Vorsprung der Abtriebsvorrichtung gebildet, der radial von Innen in eine umlaufende Führungsbahn des Zylinderrohrs eingreift. Der Läufer hat (in axialer Richtung betrachtet) eine im Wesentlichen gleichbleibende Erstreckung, während die Führungsbahn für den Läufer (ebenfalls in dieser axialen Richtung betrachtet) eine unterschiedliche Erstreckung hat. Genauer gesagt bildet der Breitenunterschied zwischen breitem und schmalem Bereich der Führungsbahn den axialen Hub des Läufers. Die beiden unterschiedlich breiten Bereiche der Führungsbahn sind einander gegenüberliegend am Zylinderrohr angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderkörper
- 2
- erster Hauptabschnitt
- 4
- zweiter Hauptabschnitt
- 6
- Zylindermantel
- 8
- Pfeil
- 10
- Mittalachse
- 12
- Abtrieb
- 14
- Schubstange
- 16
- Läufer
- 18
- erste Außenflanke
- 20
- zweite Außenflanke
- 22
- erste Innenflanke
- 24
- zweite Innenflanke
- 26
- Führungsbahn
- 28
- Flankenabschnitt
- 30
- konkave Krümmung
- 32
- konvexe Krümmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 275638 [0003]
- US 152806 [0005, 0011, 0012]
