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Getriebe zur Erzeugung periodischer Drehbewegungen Die Erfindung bezieht
sich auf ein Getriebe zur Erzeugung periodischer, vornehmlich gleichgerichteter
Drehbewegungen einer Welle, zwischen denen Pausen mit Stillstand liegen. Dieses
Getriebe soll insbesondere als Drehvorrichtung für den Dorn eines Pilgerschrittwalzwerks
dienen.
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Drehbewegungen der bezeichneten Art können unter anderem meist nur
dann durch die bekannten Malteserkreuz- und Sternradgetriebe erzeugt werden, wenn
die zu übertragenden Leistungen sich in kleinen Grenzen halten, weil die an den
Getriebsteilen angreifenden Beanspruchungen sonst unzulässig hohe Werte annehmen.
Bei einem bekannten, in Verbindung mit einem Pilgerschrittwalzwerk verwendeten Getriebe,
bei dem die periodische Drehung des Dorns dadurch erhalten wird, daß der Domantriebsmotor
durch Endschalter periodisch ein- und ausgeschaltet wird, ist mit Antriebsleistungen
zwischen 100 und 200 kW und mit etwa drei Schlägen pro Sekunde ein befriedigendes
Ergebnis nicht erzielbar, weil sich Elektromotoren, die dreimal pro Sekunde von
Stillstand auf Volldrehzahl und wieder zum Stillstand gebracht werden, für derart
hohe Leistungen wirtschaftlich nicht bauen lassen.
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Bekannt ist außerdem ein Getriebe zur Erzeugung periodischer Drehbewegungen,
zwischen denen Pausen mit Stillstand liegen, das mit einer vom Pleuel eines Kurbeltriebs
angetriebenen hin- und herschwingenden Kurbel arbeitet, deren Drehung in einer Richtung
auf die Abtriebswelle durch eine Freilaufkupplung übertragen wird. Dieses Getriebe
hat den Nachteil, daß die Bewegung der getriebenen Welle nur während desjenigen
Teiles einer jeden Vollperiode erzwungen ist, in der das Pleuel beschleunigend wirkt.
Die nicht erzwungene Bewegung während des übrigen Teiles der Periode hängt von der
wechselnden Größe der jeweils wirksamen Reibung ab und ist daher in seinem Verlauf
unbestimmt. Das Getriebe ist deshalb nicht verwendbar, wenn die getriebene Welle
nach jeder Periode wenigstens annähernd in einer bestimmten Winkelstellung zum Stillstand
kommen soll, z. B. beim Dorn eines Pilgerschrittwalzwerks.
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Die Erfindung hat mit einem anderen bekannten Getriebe eine ständig
umlaufende Kurbel gemeinsam, die an einem mit der getriebenen Welle gekuppelten
Arm angreift und ihm eine Drehung erteilt, deren Winkelgeschwindigkeit von Null
auf einen Maximalwert steigt und wieder auf Null absinkt, und die ein Schaltglied
aufweist, das die Übertragung der Drehung der Kurbel auf die getriebene Welle während
der Pausen mit Stillstand unterbricht. Bei diesem bekannten Getriebe soll zusätzlich
der getriebene Teil auf eine gewisse Geschwindigkeit beschleunigt werden und dann
über einen umschaltbaren Zahntrieb diese Geschwindigkeit über einen bestimmten Winkelweg
konstant beibehalten. Diese Forderung einer Teilperiode mit konstanter Winkelgeschwindigkeit
der getriebenen Welle braucht das Getriebe nach der Erfindung nicht zu erfüllen,
zumal dieser Bewegungsverlauf für den Dorn eines Pilgerschrittwalzwerks sogar unerwünscht
wäre. Ohne Zahntrieb wäre bei dem bekannten Getriebe der zwangläufige Antrieb des
getriebenen Teiles aber aufgehoben, wenn seine Winkelgeschwindigkeit noch nicht
auf Null gesunken ist, so daß seine weitere Drehung nicht mehr erzwungen wird und
seine Winkelgeschwindigkeit je nach den Reibungsverhältnissen mehr oder weniger
schnell absinkt.
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Die gestellte Aufgabe wird darin gesehen, die kontinuierliche Drehbewegung
einer Antriebswelle über einen Kurbeltrieb und eine Schaltkupplung auf eine getriebene
Welle zu übertragen, die sich periodisch dreht bei dazwischenliegenden Pausen mit
Stillstand, wobei die Kupplung immer dann geschaltet wird, wenn die Winkelgeschwindigkeit
der schwingenden Kurbel durch Null geht.
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Bei einem Getriebe der beschriebenen Bauart wird daher erfindungsgemäß
der Arm von einer Schwinge gebildet, die von der Kurbel über ein ständig mit ihr
gelenkig verbundenes Pleuel hin- und hergehend angetrieben wird, und daß das Schaltglied
zur Steuerung einer Wellenkupplung dient, die zwischen der Schwinge und der getriebenen
Welle liegt und in den Umkehrpunkten der Schwinge bei Stillstand beider Kupplungshälften
zwangläufig ein- und ausgerückt wird und in eingerückter Stellung in beiden Drehrichtungen
kuppelnd wirkt. Die gesamte Bewegung
des getriebenen Teiles vom
Stillstand bis zur Maximalwinkelgeschwindigkeit und wieder bis zum Stillstand ist
erzwungen. Infolgedessen bleibt der getriebene Teil immer in einer ganz bestimmten
Winkelstellung stehen. Die Wellenkupplung ist während des Schaltens von allen Beanspruchungen
entlastet, da die Kupplungshälften sich im Schaltzeitpunkt in Ruhe befinden. Das
Getriebe versagt auch nicht, wenn die getriebene Welle während der Zeit, in der
sie stillstehen soll, sich etwa infolge einer Unwucht der getriebenen Masse unter
der Wirkung der Schwere verstellt. Denn innerhalb des Getriebes finden sich nirgendwo
zwei Teile, die in einer ganz bestimmten Stellung zueinander stehen müssen, damit
sie miteinander in Eingriff kommen können, wie etwa beim Malteserkreuzantrieb. Vielmehr
kann die Wellenkupplung in jeder Relativstellung ihrer beiden Hälften eingerückt
werden.
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Beim Getriebe nach der Erfindung können die wirksame Länge der Schwinge
oder der Radius der Kurbel oder beide verstellbar sein wie bei dem bekannten, mit
einer Freilaufkupplung arbeitenden Getriebe. Dadurch kann die Größe des Winkelweges,
den die getriebene Welle innerhalb jeder Periode zurücklegt, eingestellt werden,
was die Verwendung des Getriebes zum Antrieb des Dorns eines Pilgerschrittwalzwerks
besonders geeignet macht.
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Zwischen der Kurbeltriebwelle und dem Schaltglied kann eine Untersetzung
vorgesehen werden, damit zwischen den Nulldurchgängen der Schwinge, bei denen eine
Umschaltung der Kupplung stattfindet, Nulldurchgänge liegen, bei denen die Kupplung
unbeeinflußt bleibt. Auf diese Weise kann die Länge der Stillstandszeit der getriebenen
Welle geändert werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung des
gezeichneten Ausführungsbeispiels hervor. In der Zeichnung ist Fig. 1 eine schematische
Darstellung eines Getriebes nach der Erfindung in Ansicht von oben und Fig. 2 eine
Ansicht auf die durch 11-II bezeichnete Ebene; in Fig. 3 ist die Winkelgeschwindigkeit
der getriebenen Welle über der Zeit aufgetragen, während Fig. 4 die Winkelgeschwindigkeit
der Antriebswelle über der Zeit veranschaulicht. , Eine ständig mit konstanter Winkelgeschwindigkeit
w1 angetriebene Kurbelwelle 10 ist in Lagern 11
drehbar. Sie kann ihre
Drehung vom Hauptantrieb eines Pilgerschrittwalzwerks erhalten. Ein an der Kurbel
12 angelenktes Pleue113 dient zum Antrieb ; einer Schwinge 14, mit der es
durch ein Gelenk 15
verbunden ist. Die Schwinge 14 sitzt auf einer
Welle 16 und hat eine wirksame Länge, die größer ist als der Radius des Kurbelarmes
12: Das Pleuel 13 erteilt der Schwinge 14 eine Drehschwingung
um die Drehachse der Welle 16 von einer Amplitude, die in Fig. 2 durch den
Winkel zwischen den beiden gestrichelten Linien 17 veranschaulicht ist.
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Auf der Welle 16 ist eine Muffe 18 axial verschiebbar,
aber nicht drehbar angeordnet. An dieser Muffe sitzt die eine Hälfte 19 einer
Kupplung 20, deren zweite Hälfte 21 mit einer getriebenen Welle
22 verbunden ist. Eine Druckfeder 23, die an einem mit der Schwinge
14 verbundenen Widerlager 24 abgestützt ist, sucht die Muffe
18 in Fig. 1 nach links zu schieben, die Kupplung 20 also einzurücken.
An der Muffe 18
greift ein bei 25 gelagerter Hebel 26 an, der
eine Rolle 27 trägt: Diese Rolle läuft auf einer Kurvenscheibe
28, die auf der Welle 10 sitzt. In der gezeichneten Stellung ruht
die Rolle 27 auf einem seitlich vorragenden Nocken 29 der Scheibe
28, so daß der Hebel 26 die Kupplung entgegen dem Druck der Feder
23 ausgerückt hält. Läuft die Rolle 27 vom Nocken 29 ab, so
wird die Kupplung 20 durch die Feder 23 eingerückt.
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Die Welle 22 ist in geeigneter Weise so mit dem Dorn eines
nicht gezeichneten Pilgerschrittwalzwerks verbunden, daß sie ihm die nötige Drehung
erteilt, ohne seine Verschiebung zu hindern.
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Die Kurvenscheibe 28 ist so gestaltet, daß das Einrücken und
Ausrücken der Kupplung nur während der in Fig. 2 gestrichelt gezeichneten Endstellungen
der Schwinge 14 stattfindet, die Welle 16 und die mit ihr verbundene Kupplungshälfte
19 also stillstehen. Mithin dreht sich die getriebene Welle 22 mit
einer Winkelgeschwindigkeit w:2 in der in Fig. 3 über der Zeit t aufgetragenen Größe.
Die periodischen Zeitabschnitte 30, in denen sich die Welle 22 zwischen
den Pausen 31 dreht, beginnen und enden in Punkten, in denen die Winkelgeschwindigkeit
gleich Null ist und die Winkelbeschleunigung einen endlichen Wert hat. Der Antrieb
arbeitet daher weich und ohne die ruckartigen Bewegungen, wie sie beispielsweise
in Malteserkreuz-Antrieben auftreten.
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Der Betrag, um den die getriebene Welle 22 innerhalb jeder
Periode weitergedreht wird, ist eine Funktion der Länge des Kurbelarmes
12 und der Länge der Schwinge 14. Im gezeichneten Beispiel sind diese
Längen so gewählt, daß die jeweilige Drehung der getriebenen Welle 22 90°
beträgt. Durch Verkürzung der Kurbel 12 oder Verlängerung der Schwinge
14 kann der Drehwinkel beliebig verkleinert werden. Die Zahl der Einzeldrehungen,
die die Welle 22 über 360° ausführt, ist also nach oben nicht begrenzt.
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Umgekehrt kann der Drehwinkel durch Vergrößerung des Winkels zwischen
den Linien 17 nicht unbegrenzt über 90° hinaus erhöht werden. Einzeldrehungen
oberhalb dieser Grenze können aber durch Einschaltung einer Übersetzung vor oder
hinter der Kupplung 20 erzeugt werden.
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Um ein Getriebe für verschiedene Drehwinkel zu erhalten, können die
Länge der Kurbel 12 oder diejenige der Schwinge 14 oder beide verstellbar
gemacht werden.
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In dem gezeichneten Beispiel ist die Pause ebensolang wie der Zeitabschnitt,
währenddessen sich die getriebene Welle dreht. Man kann die Pause jedoch dadurch
länger oder kürzer machen, daß man nicht bei jedem Nulldurchgang der Winkelgeschwindigkeit
der Schwinge 14 eine Umschaltung der Kupplung vornimmt, sondern je zwei oder
auch je vier oder mehr aufeinanderfolgende Nulldurchgänge ablaufen läßt, ohne die
Kupplung zu schalten. Zu diesem Zweck kann man eine Übersetzung zwischen die Kurvenscheibe
28 und die Welle 10 schalten.
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Im allgemeinen wird das Getriebe nach der Erfindung dazu dienen, periodische
Drehbewegungen gleicher Richtung zu erzeugen. Durch die im vorstehenden Absatz angegebene
Maßnahme ist es jedoch auch möglich, die Drehbewegungen mit wechselnden Vorzeichen
aufeinanderfolgen zu lassen.
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Für eine genaue Einhaltung des Drehwinkels der getriebenen Welle empfiehlt
sich eine zwangläufig wirkende Kupplung 20, etwa eine Zahnkupplung. Die Verwendung
einer solchen Kupplung an Stelle einer Reibungskupplung wird durch den Umstand ermöglicht,
daß
die Kupplungshälften beim Einrücken in Ruhe sind.