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Nockengesteuertes Getriebe Die Erfindung betrifft ein nockengesteuertes
Getriebe für eine Eintourenkupplung zur allmählichen Beschleunigung und Abbremsung
des getriebenen Teiles während jeden Umlaufs, insbesondere für den Kartenvorschub
von lochkartengesteuerten Maschinen zur Datenverarbeitung.
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Es sind Schraubgetriebe bekannt, bei denen Drehbewegungen wahlweise
mittels entsprechend ausgebildeter, mit Gewinde bzw. schraubenlinienförmigen Steuerkurven
versehener Elemente in axiale Bewegung umgewandelt werden. Solche Anordnungen dienen
häufig veränderlichen Bewegungsübertragungen, wie z. B. dem allmählichen Reibungseingriff
von Lamellenkupplungen zur Beschleunigung einer anzutreibenden, in Ruhe befindlichen
Welle oder deren Abbremsung. Es sind auch Anwendungen von Schraubgetrieben bekannt,
bei denen zwei gegenläufige Gewinde meist gleicher Steigung zusammenwirken, wie
dies bei der allgemein bekannten Ausführung des Spannschlosses und der Zwieselschraube
der Fall ist.
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Die bekannten Lösungen der Aufgabenstellung der allmählichen Beschleunigung
und Verzögerung einer anzutreibenden Welle aus der Ruhe heraus haben je-
doch
außer oft komplizierter Bauart insbesondere den Nachteil, daß die Größe der tatsächlichen
Beschleunigungs- und Verzögerungswerte nicht genau festzulegen ist, sondern sich
außer aus der Steigung der Schraubenlinie und anderer in der Ausführung der Bauelemente
enthaltenen, vorbestimmbaren Faktoren auch aus der jeweiligen Antriebsdrehzahl,
den Reibungsverhältnissen u. a. ergibt, so daß eine Zwangläufigkeit des Bewegungsablaufes
nicht vollständig gegeben ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den Antrieb des Kartenvorschubes
von lochkartengesteuerten Maschinen zur Datenverarbeitung aber auch für die Betätigung
von Zählwerken, Druckwerken, Lochern und ähnlichen Anordnungen mit nicht kontinuierlichem
Antrieb ein Schraubgetriebe, in Verbindung mit einer Eintourenkupplung, mit einem
genau vorbestimmbaren Ablauf des Beschleunigungs- und Verzögerungsvorganges auszuführen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zwei Gewindestümpfe mit entgegengesetzter
Steigung und eine entsprechende, Gewinde aufweisende Gewindemuffe vorgesehen sind,
wobei der Gewinderauffe während des Anfahrens und Anhaltens über von einer Nockenscheibe
gesteuerte Rollen eine Axialbewegung erteilt wird, so daß der mit der Abtriebswelle
verbundene Gewindestumpf allmählich auf die Geschwindigkeit des mit der Antriebsscheibe
verbundenen Gewindestumpfes beschleunigt wird. Ein besonderer Vorteil dieser auch
auf anderen Gebieten anwendbaren Lösung ist, daß der Arbeitsablauf dieses Getriebes
durch die beliebig wählbare Gestalt des Nockens einem gegebenen Bewegungsgesetz
genau angepaßt werden kann und daß der gewünschte Arbeitsablauf zwangläufig erfolgt.
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Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit der Anpassung an veränderte
Bewegungsgesetze durch Austausch der Nockenscheibe gegen eine Scheibe mit anderer
Nockenforin.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen nachfolgend in der Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels erläutert.
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Fig. 1 stellt einen Querschnitt durch eine Kupplung gemäß der
Erfindung dar.
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Fig. 2 ist ein Aufriß entsprechend der Ebene 2-2 in Fig.
1.
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Fig. 3 ist ein Aufriß entsprechend der Ebene 3-3
in Fig.
1.
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Fig. 4 ist eine Teilansicht entsprechend der Ebene 4-4 in Fig.
3. Sie läßt die Oberflächenforin eines Nockens, der in der Kupplung verwendet
wird, erkennen.
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Fig. 5 ist eine Ansicht entsprechend der Ebene 5-5
in
Fig. 1, welche die Einzelheiten einer Nockenscheiben-Klinkenanordnung darstellt.
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Gemäß Fig. 1 enthält das Getriebe als Antrieb ein Antriebszahnrad
10, das über ein Ritzel 11 von einer nicht dargestellten Antriebsquelle
gedreht wird. Das Antriebszahnrad 10 kann lose auf einer Muffe
13
rotieren, die sich ebenfalls frei auf einer Welle 14 dreht,
die ihrerseits im Rahmen 17 bei 15 und 16 gelagert ist und
die Abtriebswelle darstellt. Das Antriebszahnrad 10 hat beiderseits
je einen Bund 18,
auf dessen Umfang in gleichen Abständen Kerben
19
vorgesehen sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die Muffe 13 trägt
an einem Ende eine Scheibe 21, diese eine Klinke 22, die mittels des Drehzapfens
23 auf der Antriebsseheibe 21 gelagert ist und mit ihrem Sperrzahn 24 in
die Kerben 19 des Antriebszahnrades 10 eingreifen kann. Die Klinke
22 wird durch eine Zugfeder 25 in die Kerben 19 gedrängL Sie wird
je-
doch außer Eingriff mit dem Antriebszahnrad 10 gehalten, indem
der Klinkenzahn 26 in eine Kerbe 27
am Klinkenann 28 eingreift,
der durch einen Elektromagneten 29 betätigt wird.
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Der Klinkenarm 28 ist auf einer Welle 30 gelagert. Auf
dieser Welle 30 läuft das Zahnrad 31, das mit einem auf einer Welle
33 laufenden Zahnrad 32 im Eingriff steht. Mit dem Zahnrad
32 ist ein Klinkenarm 34 verbunden, dessen Ansatz 35 mit einer später
beschriebenen Klinkenscheibe zusammenarbeitet. Die Klinkenarme 28 und 34
sind mit den Zahnrädern 31
und 32 mittels Mitnehmerstiften drehschlüssig
verbunden. Eine Druckfeder 37 bewirkt, daß der Klinkenarm 34 aus dem Eingriff
mit der vorher erwähnten Klinkenscheibe gedrängt und gleichzeitig über die Zahnräder
32 und 31 der Klinkenarm 28 im Verriegelungseingriff mit der
Klinke 22 gehalten wird.
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Die Muffe 13 enthält an dem der Scheibe 21 entgegengesetzten
Ende ein Gewinde, auf welches ein linksgängiger Gewindestumpf 41 geschraubt und
mit einer Mutter 40 befestigt ist. Auf den Gewindestumpf 41 ist eine Gewindemuffe
42 aufgeschraubt, die mit ihrem Gewinde außerdem in einen rechtsgängigen Gewindestumpf
43 eingreift, der durch einen Stift 44 auf der Abtriebswelle 14 befestigt ist. Die
Gewindemuffe 42 hat zwei Flansche 45 und 46, und die Muffe kann frei um ihre Achse
rotieren. Außerdem kann sie sich axial längs der Gewindestümpfe 41 und 43 bewegen,
und zwar unter der Steuerung der Rollen 47 und 48 (Fig. 3), die in eine Ringnut
zwischen den Flanschen 45 und 46 eingreifen und von den beiden Führungsarmen 49
getragen werden. Ein weiterer Arm 52 trägt an seinem oberen Ende eine Nockenrolle
53, die durch eine Zugfeder 54 gegen die Nocken 55 der Nockenscheibe
56 gedrückt wird. Die beiden Arme 49 und der Arm 52 sind gegeneinander
unverdrehbar gemeinsam auf einer mittels Schraube 51
verdrehgesichert im Rahmen
17 angeordneten Achse 50 drehbar gelagert. Die Nockenscheibe
56 kann sich frei um die Muffe 13 drehen. Die Form ihrer Nocken
55 ist in Fig. 4 dargestellt. Jeder Nocken hat einen Beschleunigungsteil
55 a und einen Bremsteil 55 b.
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Die Nockenscheibe 56 trägt eine Klinke 57 (Fig.
5),
die mittels Drehzapfen 58 an der Nockenscheibe befestigt ist und
einen Sperrzahn 59 besitzt, der in die Kerben 19 des Antriebszahnrades
10 eingreifen kann. Die Klinke 57 wird durch eine Zugfeder
66 mit einer der Kerben 19 im Eingriff gehalten, kann jedoch durch
den Klinkenzahn 61, der in eine Kerbe 62 des Klinkenarmes
63 eingreift, auch in ausgeklinktem Zustand gehalten werden, Der Arm
63 steht unter der Steuerung des Elektromagneten 29. Der Klinkenarm
28 (Fig. 2) und der letztgenannte Klinkenann 63
sind auf der Welle
30 nebeneinander angeordnet, und beide Anne haben solchen Abstand voneinander,
daß sie das Antriebszahnrad 10 eingabeln, so daß der Arm 28, wie früher
erläutert und in Fig. 2 dargestellt, in die Klinke 22 eingreift, während der Arm
63, wie zuletzt erläutert, in die Klinke 57 eingreift. Der Klinkenarm
34 -kann außerdem in die Klinke 57 der NoAenscheibe eingreifen, was in der
folgenden Beschreibung näher erläutert wird.
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Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Eintourenkupplung sei angenommen,
daß sich die Kupplung in ausgeklinkter Stellung befindet, die Elektromagneten
29 nicht erregt sind, der Klinkenarm 28 in die Klinke 22 und der Klinkenarm
63 in die Klinke 57 eingreift. Das Antriebszahnrad 10 wird
von einer nicht dargestellten Antriebsquelle über das Ritzel 11 angetrieben,
um mit konstanter Drehzahl auf der Muffe 13 in der in Fig. 2 und
5 gekennzeichneten Pfeilrichtung zu rotieren, und die Antriebsscheibe 21
und die Nockenscheibe, 56 befinden sich unter den angenommenen Bedingungen
im Ruhezustand. Werden jetzt die Elektromagneten 29 erregt, so werden die
Klinkenarme 28 und 63 angezogen und die Klinken 22 und 57 freigegeben.
Die letzteren werden daraufhin durch die ihnen zugeordneten Zugfedern
25 und 66 bewegt, und ihre Sperrzähne fallen in die entsprechenden
Kerben 19 im Antriebszahnrad 10 ein. Dadurch wird zwischen dem Antriebszahnrad
10 einerseits und der Antriebsscheibe 21 sowie der Nockenscheibe
56
andererseits eine feste Verbindung hergestellt, die letzteren werden in
Bewegung gesetzt und rotieren mit gleicher Drehzahl wie das Antriebsrad
10.
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Die Antriebsscheibe 21 bewegt über die Muffe 13
den Gewindestumpf
41 mit voller Geschwindigkeit. Nachdem die Nockenseheibe 56 in Bewegung gesetzt
wurde, kann die Nockenrolle 53 den Beschleunigungsteil 55
a (Fig. 4) des Nockens 55 hinabgleiten, und dadurch bewegt sich der Führungsaim
49 im Uhrzeigersinn, wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist. Diese Bewegung im
Uhrzeigersinn wird mittels der Rollen 47 und 48 auf die Gewindeinuffe 42 übertragen,
und letztere bewegt sich axial nach rechts. Die Ganghöhen der gegenläufigen Gewinde
auf den Stümpfen 41 und 43 und die Form des Beschleunigungsteiles 55
a des Nockens 55 sind so gewählt, daß die Muffe 42 dabei mit der halben
Drehzahl des Antriebszahnrades 10
um ihre Achse rotiert und sich mit solcher
axialen Geschwindigkeit bewegt, daß sie ohne übertragung eines Drehmomentes auf
den Gewindestumpf 43 von diesem weg- und auf den Stumpf 41 aufläuft. Die Antriebswelle
14 bleibt also zunächst in Ruhe, Während des Abrollens der Nockenrolle
53 vom Beschleunigungsteil 55a und des Zusteuerns auf den ebenen Teil der
Nockenscheibe 56 ändert sich die Nockenform jedoch so, daß das Verhältnis
zwischen axialer Verschiebungsgeschwindigkeit und Drehzahl verändert und die Drehzahl
zwangläufig entsprechend erhöht wird, da die Gewindemuffe 42 nicht mehr länger frei
auf den Gewindestumpf 41 auflaufen kann, Diese Beschleunigung der Drehzahl und das
reduzierte axiale Verschiebungsverhältnis werden als Antriebskraft auf den Stumpf
43 übertragen, und die getrieene Welle 14 beginnt sich zu drehen. Der Beschleunigungsteil
55 a des Nockens 55 ist so gestaltet, daß die axiale
Verschiebung der Muffe 42 Null ist und sie dementsprechend auf die volle Drehzahl
beschleunigt wird, wenn die Nockenrolle 53 den glatten Teil der Nockenscheibe
56 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt sind die Antriebsscheibe 21 durch ihre Muffe
13 und die Gewindestümpfe 41 und 43 und die Muffe 42 direkt mit der Abtriebswelle
14 mechanisch verbunden, die
daraufhin mit derselben Drehzahl wie
das Antriebsrad 10 umläuft.
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Nach der Erregung der Elektromagneten 29, wenn die Khnkenarme
28 und 63 aus ihrer Sperre mit den zugeordneten Klinken 22 und
57 gelöst werden, wird gleichzeitig der Klinkenann 34 über die Zahnräder
31 und 32 verschwenkt und gelangt in die Bahn der Klinke
57, die zu dieser Zeit mit der Nockenscheibe 56 umläuft. Nachdem sich
das Antriebszahnrad 10
nach der Einklinkung um annähernd 3241 gedreht hat,
greift der Klinkenzahn 61 der Klinke 57 in die Kerbe 35 des
Klinkenarmes 34 ein und löst die Verbindung der Nockenscheibe 56 mit dem
Antriebszahnrad 10. Zu diesem Zeitpunkt gelangt gerade die Nockenrolle
53 auf den Bremsteil 55 b des folgenden Nockens 55.
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Nach dem Ausschalten der nur kurzzeitig erregten Elektromagneten
29 wollen die Klinkenanne 28 und 63 in ihre Klinken 22 und
57 einfallen. Die Arme werden jedoch dadurch an einem wirksamen Einklinken
gehindert, daß der Klinkenarrn 28 so breit ausgeführt ist, daß er auf dem
Umfang der Antriebsscheibe 21 gleitet, bis er eine Fläche erreicht, die in den Umfang
der Antriebsscheibe 21 geschliffen ist und deren Lage die gestrichelte Linie
166 in Fig. 2 andeutet. Nach Erreichen dieser Fläche können die Arme
28 und 63 in die Klinkenzähne 26 und 61 der Klinken
22 und 57 eingreifen. Das Einklinken des Klinkenannes 28 in die Klinke
22 unterbricht den Antrieb der Antriebsscheibe, 21. Es ist augenscheinlich, daß
dieses Unterbrechen immer bei einer bestimmten Winkelstellung der Antriebsseheibe
erfolgt. Nach dem Einklinken des Klinkenarines 28 in die Klinke 22 liegt
die glatte Unterseite, des Klinkenarmes auch an der Fläche 166 an und hält
die Antriebsscheibe 21 in einer vorbestimmten Ruhestellung an. Gleichzeitig klinkt
ein Anschlag, der am Klinkenarm 28 drehbar angebracht ist und sich mittels
einer Zugfeder 68 entgegen dem Uhrzeigersinn um einen Lagerstift zu drehen
sucht, in eine Kerbe 69 ein, die in die Vorderseite der Antriebsscheibe 21
eingefräst ist, und sperrt die Antriebsscheibe. gegen Drehung in umgekehrter Richtung,
die während der Verlangsamung der Drehung der Welle 14 erfolgen könnte. Der Klinkenarrn
63 greift nicht in die Klinke 57 ein, da letztere durch den Klinkenarm
34 zurückgehalten wird.
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Die Verbindung zwischen Klinkenarrn 34 und Klinke 57 wird durch
die über die Zahnräder 31 und 32 Übertragene Bewegung der Klinkenarme
28, 63
gelöst. Die Klinke 57 kuppelt daraufhin wieder die Nockenscheibe
56 mit dem Antriebszahnrad 10, das -
wie bereits gesagt - zu
diesem Zeitpunkt durch das Eingreifen der Klinke 22 in den Klinkenarm
28 von der Antriebsscheibe 21 getrennt ist. Auf der Nockenscheibe
56 bewegt sich die Nockenrolle 53 längs des Bremsteiles
55 b aufwärts, und die Führungsarine 49 bewegen die Gewinderauffe
42 axial nach links. Da die Antriebsscheibe 21 durch den Anschlag 67, wie
oben erwähnt, an einer Drehung in umgekehrter Richtung gehindert wird, läuft die
von den Nocken in ixialer Richtung nach links bewegte Gewindemuffe von dem ruhenden
Gewindestumpf 41 ab und auf den getriebenen Gewindestumpf 43 auf. Dadurch wird die
Drehzahl der Abtriebswelle 14 verringert, bis die Nockenrolle 53 auf dem
äußersten ebenen Teil des Bremsteiles 55 b des Nockens 55 angelangt
ist. Zu diesem Zeitpunkt steht die Abtriebswelle 14 dann still. In diesem Augenblick
greift die Klinke 57 in die Kerbe 62 des Klinkenarmes,63 ein, um dadurch
die Verbindung zwischen Nockenscheibe 56 und Antriebszahnrad 10 zu
lösen, womit die Kupplung außer Tätigkeit gesetzt wird. Der Klinkenarm
63 kann je
nach Wunsch ebenfalls mit einem beweglichen Anschlag versehen
werden, der dem Anschlag 67 des Klinkenannes 28 gleicht und mit einer
Zunge 70
(Fig. 3) zusammenarbeitet, die auf einer Platte an der Nockenscheibe
56 befestigt ist, um letztere in ihrer vorgenanntenRuhestellung gegen umgekehrte
Drehung zu sperren. Außerdem kann, was aus den Zeichnungen nicht ersichtlich
ist, der Klinkenarm 34 auf ähnliche Weise mit einem beweglichen Anschlag versehen
sein, um die Einklinkung dieses Armes in die Klinke 57 während bestimmter
Antriebsintervalle aufrechtzuerhalten. Für zehn Kerben 19 im Bund des Antriebsrades
10, wie in Fig. 2 dargestellt, entspricht die Gesamtlänge der Nockenteile
55 a und 55 b einem Winkel von 36' der
Nockenscheibe 56. Es wird bemerkt, daß Form und Größe des Nockens variiert
werden können, um dadurch verschiedene Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten sowie
den Erfordernissen genau angepaßte Werte für Anlaufbeschleunigung und Bremsverzögerung
der Abtriebswelle zu erreichen.