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Kettenkurbelgetriebe als Schaltgetriebe mit absoluten Rasten zur Umwandlung
einer kontinuierlichen Drehbewegung in eine absatzweise Drehbewegung gleicher Richtung
und Schrittgröße Die Erfindung bezieht sich auf ein Kettenkurbelgetriebe als Schaltgetriebe
mit absoluten Rasten zur Umwandlung einer kontinuierlichen Drehbewegung in eine
absatzweise Drehbewegung gleicher Richtung und Schrittgröße.
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Für die Beurteilung der Rasten ist zunächst die Rastgüte,
d. h. die genaue Standlage des Abtriebsgliedes trotz Weiterbewegung der übrigen
Getriebeteile und die Zeitdauer der Rast maßgebend. Die Zeitdauer der Rast wird
auf den zugeordneten Drehwinkel der Antriebskurbel bezogen, Angenäherte Rasten bis
etwa 1801 Kurbelwinkel sind relativ, bezogen auf den Anwendungsfall,. in
hoher Güte leicht zu erreichen. Die absolute Rast dagegen ist bei den bisher bekannten
Kurbelgetrieben als Rastgetriebe nur auf einen unendlich kleinen Winkel bezogen
zu erzielen. Die Erzeugung der angenäherten Rast wird durch angenäherte überdeckung
der kinematischen Krümmungsradien oder Bewegungsüberlagerungen erzeugt. Demnach
ist bei längeren angenäherten Rasten höherer Güte ein größerer Getriebeaufwand notwendig.
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Das Prinzip eines Rastgetriebes steigt in seinem Wert, wenn die Raststellung
gleichzeitig eine Sperrstellung ist. Die Sperrstellung, bei der es möglich ist,
das Getriebe durch Kraftangriff am Abtriebsglied in Bewegung zu setzen, kann auf
Selbsthemmung beruhen, d. h. kraftschlüssig, oder durch Arretieren eines
Gliedes und/oder Gelenkes formschlüssig sein. Das Getriebeprinzip steigt weiter
im Wert, wenn die Sperrstellung sich auch noch über einen Teil oder über den ganzen
Bewegungsbereich erstreckt, d. h. Krafteinwirkungen auf das Abtriebsglied
können keine Bewegungen im Getriebe auslösen.
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Raststellungen können mit Hilfe der verschiedenen Arten von periodischen
Getrieben verwirklicht werden. So ist ein Getriebe bekannt, das durch Bewegungsüberlagerung
mit einer Kurbelschleife angenäherte Stillstände erzeugt. In diesem Getriebe können
angenäherte Rasten, also kein absoluter Stillstand über längere Zeit, bis zu einem
Winkelbetrag von 1800 der Antriebskurbeldrehung erzielt werden.
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Kurvengetriebe sind im allgemeinen nur als Rastgetriebe mit einem
hin- und herschwingenden Abtriebsglied bekanntgeworden, wenn als gleichförmig umlaufendes
Antriebsglied eine Kurvenscheibe verwendet wird. Das Abtriebsglied kann auch als
Schieber geradlinig hin- und herbewegt werden.
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In diesen Fällen sind Rasten sehr einfach durch konzentrische Kreise
der Kurvenscheibe und deren Drehpunkt zu verwirklichen. Als Schaltwerke sind solche
einfachen Kurvengetriebe nicht zu verwenden. Hier sind Ausführungsformen mit mehreren
hintereinandergeschalteten Kurvengetrieben bekannt, bei denen die Bewegung nacheinander
von den einzelnen Teilgetrieben übertragen wird. Dabei ist eine sehr genaue Werkstattarbeit
notwendig, um an den übergangsstellen weder ein Spiel noch Zwangskräfte auftreten
zu lassen. Kurvengetriebe haben zwar den Vorteil, daß ein verlangtes Bewegungsgesetz
mit absoluter Genauigkeit erfüllt werden kann; bei ihnen liegt aber nur linienförmige
Berührung zwischen der Kurvenscheibe und der Rolle am Abtriebshebel vor. Wegen dieser
linienfönnigen Bewegung können mit Hilfe eines Kurvengetriebes nicht sehr große
Kräfte und Drehmomente übertragen werden, wobei besonders die durch Massenwirkungen
hervorgerufenen Kräfte an den Übergangsstellen zwischen Rasten und Bewegungsperioden
zu berücksichtigen sind. Andererseits müssen aber durch Federn bei den in den meisten
Fällen verwendeten Kurvengetrieben mit offener Kurve Vorspannkräfte in das Getriebe
hineingegeben werden, die eine zusätzliche Beanspruchung zwischen Kurvenscheibe
und Rolle hervorrufen. Schon durch geringen Verschleiß und Abrieb an der Kurvenscheibe
ändert sich das Bewegungsgesetz des gesamten Kurvengetriebes. Durch solche Änderungen
werden im allgemeinen die Beanspruchungen noch größer. Damit treten als Folge weitere
Verschleißerscheinungen auf, bis das Getriebe nicht mehr verwendungsfähig ist. Neben
diesen Feststellungen muß noch erwogen werden, daß die saubere Herstellung von Kurvenscheiben
verhältnismäßig kostspielig ist.
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Kurbelgetriebe sind Getriebe aus einfachen Hebeln und Gelenken mit
sogenannten niederen Elementenpaaren, die z. B. im Drehgelenk, bestehend aus Bohrung
und
Welle, vorhanden sind. Der Vorteil dei niederen Elementenpaare besteht in der flächenförmigen
Berührung zwischen den Elemententeilen. Dadurch können wesentlich höhere Kräfte
als nur bei linienförmiger Berührung übertragen werden. Verschleißwirkungen in den
Gelenken äußern sich praktisch überhaupt nicht als Veränderungen des Bewegungsgesetzes.
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Bei den bekannten Koppelgetrieben als Rastgetriebe sind die charakteristischen
Koppelkurven der Kurbelgetriebe teilweise mit einem Kreisbogen zur Deckung zu bringen,
die viel Geschick und Vorkenntnis des Getriebekonstrukteurs voraussetzen, um Rasten
hoher Güte zu erzeugen. Das gleiche gilt auch für Zahnradkurbeltriebe.
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Bei den bekannten Schaltgetrieben sind zur Erzeugung angenäherter
Rasten mindestens sechsgliedrige, zwangläufige Kurbelgetriebe notwendig, die sieben
Gelenkstellen aufweisen müssen. Da ein Getriebeglied als Gestell anzusehen ist,
muß man also immer mit mindestens fünf bewegten Hebeln rechnen. Es bereitet vielfach
Schwierigkeiten, diese bewegten Hebel in einem vorgeschriebenen Raum der Maschine
oder des Gerätes unterzubringen. Außerdem ist hier die Länge der Rast, bezogen auf
den dabei durchlaufenden Winkel der Antriebskurbel, begrenzt. Will man längere angenäherte
Rasten erreichen, so muß man zu mehrgliedrigen, mindestens zu achtgliedrigen, Kurbelgetrieben
übergehen.
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Die weiterhin als Umlauf-Rastgetriebe bekannten Malteserkreuzgetriebe
bestehen in kinematischer Hinsicht während des Bewegungsbereiches aus einer Kurbelschleife
und während des Rastbereiches aus einem Zylindergesperre. Es erfolgt also jeweils
beim übergang von der Rast zur Bewegung und umgekehrt eine Auflösung des Getriebes
und eine Weitergabe der Bewegung an ein anderes Teilgetriebe. Da der Eintritt der
Rolle des Treibers in den Schlitz des Malteserkreuzes sich praktisch nicht so spielfrei
bewerkstelligen läßt, daß ein stoßfreier übergang stattfindet, sind den Malte§erkreuzgetrieben
bezüglich der Höchstgeschwindigkeiten natürliche Grenzen gesetzt.
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Bisher sind noch keine Kurbelgetriebe bekanntgeworden, die in der
Lage sind, bei höheren Geschwindigkeiten absolutes Rasten über einen endlichen Zeitraum
zu erfüllen.
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Der Gegenstand der Erfindung betrifft Ketten-Kurbelgetriebe, bei denen
ein oder mehrere Glieder eine Kette oder ein Zugmittel ist, wobei die Weiterleitung
der Bewegung über einen Kettenbolzen vorgenommen wird. Bei einem einfachen Kettenkurbelgetriebe
kann man eines der beiden Kettenräder feststellen und den Steg als Antriebsglied
benutzen. Erfindungsgemäß ist der Kettenbolzen am getriebenen Glied angeordnet und
wird in die Verzahnung des Sonnenrades eingelegt. Auf diese Weise wird ein Kettengetriebe
als Gliederpaar in einem Kurbelgetriebe benutzt. Dem Umschlingungswinkel der Kette
um das feste Sonnenrad entsprechend bleibt ein Kettenbolzen mit absoluter Genauigkeit
in Ruhestellung. Er ist forrnschlüssig gesichert, seine Geschwindigkeit ist über
den entsprechenden endlichen Zeitraum gleich Null. Danach bewegt er sich, solange
er sich auf dem freien Trum befindet, auf einer genauen Evolvente. Dem Umschlingungswinkel
des Planetenrades, also des umlaufenden Rades entsprechend, beschreibt er eine Bahn,
die einer Zykloide entspricht, und danach kommt wieder eine Bahn in Form einer Evolvente
zustande.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung sind auf dem Steg ein oder mehrere
Räder verstellbar angeordnet, so daß während des Laufes der Umschlingungswinkel
am Sonnenrad und damit die Rastzeit geändert werden kann.
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Lenkt man an einen solchen Kettenbolzen einen Hebel an und verbindet
diesen wiederum gelenkig mit einem im Gestell gelagerten Hebel, so kann man erreichen,
daß dieser letztere Abtriebshebel durch entsprechende Wahl der Hebellängen und der
Lage des Gestellpunktes des letzteren Hebels entweder eine hin- und herschwingende
oder eine umlaufende Bewegung vollführt, die jeweils durch absolute Rasten unterbrochen
ist. Jede Rast entspricht dem absoluten Stillstand des Kettenbolzens während seines
Eingriffes in das Sonnenrad.
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In den Zeichnungen werden zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Schaltgetriebes dargestellt.
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In F i g. 1 läuft der Steg a als Antriebsglied des Gesamtgetriebes
mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um den Gestellpunkt A, um. Das Rad r.
steht als Sonnenrad fest, während das im Gelenk A drehbare Umlaufrad r sowohl
um den Gestellpunkt A, als auch zusätzlich um das Gelenk A umlaufende
Bewegungen ausführt. Beide Räder r. und r sind durch die Kette e umschlungen.
An einem Kettenbolzen B dieser Kette e ist ein Hebel b angelenkt, der wiederum
im Gelenk C mit dem Abtriebshebel c gelenkig verbunden ist. Bei Linksdrehungen
des Antriebsgliedes a bleibt in der gezeichneten Stellung der Kettenbolzen B so
lange in Ruhe, bis der Steg a die Kette e so weit auf dem Sonnenrad r. abgewälzt
hat, daß der Kettenbolzen B wieder in Bewegung kommt. Der Steg a hat dabei einen
Winkel ggR durchlaufen, der genau dem Umschlingungswinkel der Kette e um das Sonnenrad
r. entspricht. Die danach übrigbleibende Kettenlänge, also diejenige Kettenlänge,
die nicht dar Rad r. umschließt, bestimmt den Drehwinkel TB, den der Steg a zurücklegt,
wenn der Abtriebshebel c über das nun bewegliche Kettenglied B angetrieben wird.
Damit ist aber auch das Schaltverhältnis:
bezogen auf die Drehwinkel des Antriebssteges a, bestimmt als die Anzahl der Kettenglieder,
die sich um das feste Sonnenrad r. schlingen, zu derjenigen Anzahl der Kettenglieder,
die von der Gesamtgliederzahl noch übrig bleibt. Der Drehwinkel #" den der Abtriebshebel
c bei einer Schaltbewegung durcheilt, braucht nicht mit dem Schaltwinkel 99B des
Steges a übereinzustimmen; vielmehr hat man durch die Wahl der Kettenlänge Variationsmöglichkeiten.
Der Lagerpunkt A, des Steges a braucht nicht mit dem Lager-. punkt des Abtriebshebels
c zusammenzufallen; je-
doch bedeutet dieses Zusammenfallen, das zu einem
sogenannten Doppelgelenk führt, in konstruktiver Hinsicht eine wesentliche Erleichterung.
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Durch die Wahl verschieden großer Steglängen a und verschieden großer
Räder ändert sich der Bereich für das Schaltverhältnis. Es ist aber auch möglich,
zusätzlich noch ein oder mehrere Kettenräder am umlaufenden Steg a vorzusehen, die
die Kette e
so umlenken, daß der Umschlingungswinkel auf dem festen
Sonnenrad ro in beliebiger Weise geändert wird. Durch entsprechende Vorrichtungen
kann sogar der Umschlingungswinkel und damit das Schaltverhältnis während des Ganges
des Getriebes verstellt werden.
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Durch die besondere Form der ineinander übergehenden Evolventen und
Zykloidenkurven ergibt sich die Möglichkeit, eine solche Kurve angenähert durch
einen Kreisbogen anzugleichen. Führt man das Übertragungsglied b als Länge
des Halbmessers eines solchen angenäherten Kreises aus und lenkt den Hebel
b wiederum mit einem Abtriebshebel c an, so entsteht eine zweite Rast, die
zwar nicht absolut, aber doch mit guter Annäherung verwirklicht werden kann,
d. h., die Geschwindigkeit gleich Null tritt nur in einem unendlich kleinen
Zeitraum ein. Im allgemeinen muß in solchen Fällen dann aber der Drehpunkt des Abtriebsgliedes
c getrennt von dem Drehpunkt des Antriebsgliedes a ausgeführt werden. Durch die
besondere Form der Evolventen- und Zykloidenkurven sind aber auch Bewegungen des
Abtriebsgliedes c in der Form durchführbar, daß das Abtriebsglied eine kurzzeitige
rückläufige Bewegung durchführt.
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Die Anlenkung des Hebels b an die Kette e braucht nicht unbedingt
in einem Kettenbolzen dieser Kette selbst vorgenommen zu werden; vielmehr kann man
eine Kettenlasche auch so ausbilden, daß der Anlenkpunkt B für den Hebel
b innerhalb oder außerhalb der Kette liegt. Dadurch entstehen andere Evolventen-
und Zykloidenkurven, die wiederum weitere Variationsmöglichkeiten für die Abtriebsbewegung
des Hebels c ergeben.
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F i g. 2 zeigt die perspektivische Darstellung eines Kettenkurbelgetriebes
als Schaltgetriebe nach F i g. 1.
Der Steg a wird durch einen Antrieb in drehende
Bewegung versetzt. Die Achse AO kann als durchgehende Achse ausgeführt werden.
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F i g. 3 zeigt ein Kettenkurbelgetriebe zur Umwandlung einer
gleichförmigen Umlaufbewegung in eine hin- und hergehende Abtriebsbewegung, wobei
letztere beim Hin- und Rückgang durch je eine Rast unterbrochen wird. Die
grundsätzliche Ausführungsform ist die gleiche wie im vorangegangenen Beispiel.
Das Abtriebsglied c ist als ein in einer Führung beweglicher Schlitten ausgebildet.
Beim gleichfönnigen Umlauf des Antriebssteges a und bei Anlenkung des Koppelhebels
b in Kettenbolzen B bleibt dieser letztere während der Zeit des Eingriffes
in die Verzahnung des feststehenden Sonnenrades r. absolut in Ruhestellung. Infolge
der Form der Evolventen- und Zykloidenkurven erfolgt dieser Stillstand zwischen
den Endlagen des Abtriebsgliedes c. Die Bewegung dieses Abtriebsgliedes kann für
den Hin- und für den Rückgang gleichartig sein, wenn man die geradlinige Führung
des Gelenkes C durch die Achse A,
gehen läßt. Trifft dies nicht zu,
so kann man eine unsymmetrische Bewegung für Hin- und Rückgang des Abtriebsgliedes
c erreichen.
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DieWeiterleitung der Bewegung vom Kettenbolzen B aus kann auch mit
Hilfe mehrgliedriger Teflgetriebe erfolgen, also mit mehr als zwei Hebeln
b und c durchgeführt werden. Durch die Anordnung von mehreren Hebeln lassen
sich andere Bewegungsgesetze für die Abtriebsbewegung erzielen. Außerdem können
in bewegten Hebeln Gleitführungen vorgesehen werden, wodurch dann sogenannte Schleifenhebel
entstehen. Hierdurch entstehen andere Bewegungsgesetze für das Abtriebsglied c,
die den praktischen Bedürfnissen angepaßt werden können. Schließlich können von
einem Kettenbolzen B mehrere Antriebshebel c angetrieben werden. Darüber hinaus
ist es selbstverständlich möglich, eine Reihe von parallel geschalteten Abtriebsaggregaten
b und c vorzusehen, um mehrere Kettenbolzen B mit solchen Abtriebsaggregaten
gelenkig zu verbinden.