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Gerät zum Führen eines Zeichenstiftes oder eines Werkzeuges auf einer
elliptischen Bahn Diese Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Führen eines Zeichenstiftes
oder eines Werkzeuges bzw. eines Teiles einer Maschine auf einer elliptischen Bahn,
bestehend aus einem Gehäuse, an dem zwei sich kreuzende, Kulissen aufweisende Geradführungsstege
mit Abstand untereinander gelagert sind, ferner aus einem ersten, zwischen den Geradführungsstegen
in einer zu diesen parallelen Ebene befindlichen, stabförmigen Träger, mit zwei
jeweils in eine der Kulissen der Geradführungsstege eingreifenden Führungszapfen,
und aus einem zweiten, unterhalb der Geradführungsstege befindlichen, zum ersten
parallelen, stabförmigen Träger für den Zeichenstift bzw. das Werkzeug bzw. das
Maschinenteil, der mit dem ersten, mittels einer Verlängerung des in die Kulisse
des unteren Geradführungssteges eingreifenden Führungszapfens verbunden ist.
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Bei allen in der oben beschriebenen Weise ausgebildeten bekannten
Geräten zum Führen eines Zeichenstiftes, eines Werkzeuges oder eines Maschinenteiles
auf einer elliptischen Bahn ist der obere Träger nur an den beiden Führungszapfen
und der untere Träger ausschließlich an einem Ende an der Verlängerung des in den
unteren Geradführungssteg eingreifenden Führungszapfens gelagert. Dies hat den Nachteil,
daß Kräfte, welche die beiden Träger relativ zueinander zu verschwenken suchen,
ausschließlich an dem sie verbindenden Führungszapfen aufgenommen werden müssen.
Da der Abstand des Zeichenstiftes bzw. des Werkzeuges oder Maschinenteiles von dieser
einzigen Lagerstelle des unteren Trägers verhältnismäßig groß sein kann, läßt sich
eine Relativbewegung der beiden Träger bei dem bekannten Gerät nicht mit Sicherheit
verhindern. Damit ist ein präzises Erzeugen einer Ellipse ausgeschlossen. Dies trifft
bereits dann zu, wenn das Gerät zum Zeichnen von Ellipsen verwendet wird, da hier
die Reibung zwischen dem Zeichenstift und der Zeichenfläche eine, wenn auch nur
geringfügige Verschwenkung des unteren Trägers gegenüber dem oberen hervorrufen
kann, so daß zumindest keine vollkommene Präzision erzielbar ist. In weit höherem
Maße trifft dies jedoch dann zu, wenn das Gerät zum Führen eines Werkzeuges benutzt
wird, wo der Schnittdruck, der den unteren Träger gegenüber dem oberen zu verschwenken
sucht, ganz erhebliche Werte annehmen kann. Die bekannten Geräte haben ferner den
Nachteil, daß die Betätigung in allen Fällen von oben her und in Form einer geradlinigen
Bewegung erfolgen muß und daß sie nicht die Möglichkeit bieten, einen Zeichenstift,
ein Werkzeug oder ein Maschinenteil außer auf elliptischen Bahnen auf einer Kreisbahn
oder Geraden zu führen bzw. an einem Punkt festzuhalten.
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Die Erfindung stellt sich somit die Aufgabe, ein Gerät der oben definierten
Gattung so auszubilden, daß mit höchster Präzision ein Zeichenstift, ein Werkzeug
oder ein Maschinenteil auf einer elliptischen Bahn, auf einer Kreisbahn oder Geraden
geführt bzw. an einem Punkt festgehalten werden kann. Dies wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß jeder der beiden Träger auf einer Führungsstange angeordnet
ist, deren eines Ende entlang einer am Gehäuse angeordneten kreisförmigen Führungsbahn
geführt ist, und daß die beiden geführten Enden der Führungsstangen von außerhalb
des Gehäuses entlang der Kreisbahnen gemeinsam bewegbar sind.
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Die beiden Führungsstangen mit den darauf angeordneten Trägern, der
die Träger verbindende Führungszapfen und das den Enden der Führungsstangen zu gemeinsamer
Bewegung verbindende Organ bilden zusammen einen steifen, im wesentlichen rechteckigen
Rahmen. Dadurch ist sichergestellt, daß der untere Träger während des Arbeitens
mit dem Gerät genau parallel zum oberen Träger bleibt. Ein Verschwenken des unteren
Trägers relativ zum oberen kann selbst beim Auftreten starker Schnittdrücke in einer
Werkzeugmaschine nicht vorkommen. Das erfindungsgemäße Gerät eignet sich daher zum
Erzeugen von Ellipsen, Kreisen und Geraden höchster Präzision. Darüber hinaus ergibt
sich infolge der gemeinsamen Führung der Enden der Führungsstangen entlang einer
Kreisbahn die Möglichkeit, die Träger von der Seite her anzutreiben, und zwar mit
einem rotierenden Antrieb. Dadurch ist das Gerät wesentlich besser an eine eventuelle
Verwendung in Maschinen angepaßt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch,
daß im Gehäuse zwei Ringe im Abstand untereinander drehbar gelagert
sind,
daß an jedem Ring das geführte Ende einer Führungsstange aasgelenkt ist und daß
die Ringe durch einen Gehäusedurchbruch synchron von außen antreibbar sind. Eine
solche Ausführungsform dient nicht nur der Erhöhung der Arbeitsgenauigkeit des Gerätes,
sondern es wird außerdem vermieden, daß durch die Einleitung einer Kraft in die
Führungsteile des Gerätes während des Antriebes dort elastische Formveränderungen
auftreten können. Außerdem ergibt sich durch diese Maßnahme auch die Möglichkeit,
einen Motor zum Antrieb des Gerätes zu verwenden. Dazu können z. B. die beiden Ringe
auf ihrem Rücken eine Verzahnung tragen und über ein durch den Durchbruch im Gehäuse
greifendes Getriebe zur gemeinsamen Bewegung verbunden sein.
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Mit dem Gerät lassen sich jedoch auch Ellipsensektoren dadurch erzeugen,
daß am Gehäuse eine Skala ringförmig angeordnet ist, die mit einer sich mit den
Führungsstangen bewegenden ringförmigen Gegenskala zusämmenwirkt.
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Um eine genaue Einstellmöglichkeit des Zeichenstiftes bzw. des Werkzeuges
und des oberen Führungszapfens trotz ihrer Verstellbarkeit zu erreichen, ist es
möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Abstand der Führungszapfen
voneinander und der Verlängerung des Führungszapfens vom Zeichenstift bzw. vom Werkzeug
bzw. vom Maschinenteil in bekannter Weise veränderlich ist und daß zum Verändern
des Abstandes jeder Träger als längsgeschlitzte Einstellhülse ausgebildet ist, entlang
welcher der Zeichenstift bzw. das Werkzeug bzw. das Maschinenteil mittels einer
in der Hülse gleitenden Schloßmutter und einer damit zusammenwirkenden, drehbaren
und gegenüber der Hülse axial festgelegten Gewindespindel bewegbar ist.
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Endlich gestattet die besondere Ausbildung des Gerätes auch die Möglichkeit,
verzerrte Ellipsen zu erzeugen, indem einer der Geradführungsstege in an sich bekannter
Weise um die ideelle Mittelachse des Gehäuses schwenk- oder feststellbar
ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und der Zeichnung, in welcher schematisch ein Ausführungsbeispiel des
Erfindungsgegenstandes erläutert ist. Dabei zeigt F i g. 1 das Gerät in räumlicher
Darstellung, teilweise im Schnitt, F i g. 2 und 3 die Erzeugung von verzerrten
Ellipsen und F i g. 4. eine Draufsicht auf das Gerät in schematischer Darstellung.
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Wie aus F i g. 1 ersichtlich, sind in einem Ringgehäuse 1 im Abstand
übereinander zwei sich im rechten Winkel kreuzende Geradführungsstege 2 und 3 angeordnet,
welche durch die ideelle Achse des Ringgehäuses 1 verlaufen. Unterhalb des
oberen Geradführungssteges 2 ist in einer Ringnut des Gehäuses ein Ring
4 konzentrisch drehbar zum Gehäuse gelagert. Ein gleicher Ring 5 ist im Gehäuse
unterhalb des unteren Geradführungssteges 3 angeordnet. Die beiden Ringe
4 und 5 sind mittels Wälzlager 6 in den Ringhüllen des Gehäuses 1
leicht laufend, jedoch praktisch spielfrei gelagert und tragen an ihrem Rücken gleich
ausgebildete Stirnverzahnungen 7 und 8, die mit Ritzeln 9 und 10 kämmen. Diese Ritzel
9, 10 sind auf einer gemeinsamen Nabe 11 angeordnet und mittels Wälzlager
15
in einem Gehäuseansatz 14 drehbar gelagert, wobei der Boden
13 des Gehäuseansatzes 14 die Lauffläche für die Wälzlager 15 bildet.
Zur axialen Festlegung der Ritzel9 und 10 dient eine durch den Boden
13 geführte, in der Nabe 11 angeordnete Verschraubung 12. Die
Ritzel 9 und 10 ragen durch einen Durchbruch des Gehäuses in den Bereich
der Ringe 4 und 5. Das obere Ritzel 9 trägt einen Knopf 16,
welcher aus einer Öffnung des Gehäuseansatzes 14 ragt und zum Drehen der Ritzel
9 und 10 dient. Es ist jedoch auch möglich, anstatt eines Handantriebes einen Motor
zu verwenden.
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Am oberen Ring 4 ist mittels einer Schwenkachse 18 eine Führungsstange
17 aasgelenkt, welche sich zwischen die Geradführungsstege 2 und 3 erstreckt
und mit diesen, von der Seite gesehen, parallel verläuft. Am unteren Ring 5 ist
eine mit der Schwenkachse 18 fluchtende untere Schwenkachse 20 angebracht,
welche zur Aaslenkung einer weiteren Führungsstange 19 dient, welche parallel
zur Führungsstange 17 verlaufend unter dem unteren Geradführungssteg 3 angeordnet
ist. Mit der Stange 17 ist eine längsgeschlitzte Einstellhülse
23, mit der Stange 19 eine ähnliche längsgeschlitzte Einstellhülse 24 fest
verbunden. Dabei ragen die Stangen 17 und 19
axial durch die Einstellhülsen
23 und 24, wobei jedoch die Führungsstangen 17 und 19 als Führung einer mit
einem Außengewinde versehenen Schraubenhülse dienen (nicht gezeichnet), welche auf
den Führungsstangen 17 und 19 jeweils drehbar, aber längsunverschieblich
gelagert sind. Das eine Ende dieser Schraubenhülsen ragt aus dem Stirnende der Einstellhülse
23 bzw. 24 und ist mit einem gerändelten Einstellknopf 29 bzw. 36
versehen. Auf der in der Einstellhülse 23 angeordneten Schraubenhülse ist eine Schloßmutter
(nicht gezeichnet) angeordnet, die mit einem nach oben aus dem Längsschlitz der
Einstellhülse 23 ragenden Zapfen 28 verbunden ist, welcher in einer geraden Kulisse
27 des oberen Geradführungssteges 2 geführt ist. Soweit der Zapfen 28 einen
kreisrunden Querschnitt aufweist, dient er selbst als Führungselement in der Kulisse
27. Es ist jedoch zur Erzielung einer noch genaueren Führung auch möglich,
in der Kulisse 27 einen Gleitstein bekannter Art (nicht gezeichnet) anzuordnen,
in welchen der Zapfen 28 eingreift.
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In der Nähe der gerändelten Einstellknöpfe 29
und 36 sind die
beiden Einstellhülsen 23 und 24 und damit auch die Führungsstangen
17 und 19 durch einen Zapfen 25 miteinander verbunden, welcher
durch den unteren Geradführungssteg 3 ragt und mit einer im Steg angeordneten geraden
Kulisse 26 geführt ist.
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Jede der Einstellhülsen 23 und 24 ist mit einer Längenskala 21 und
22 versehen, mit Hilfe welcher eine genaue Einstellung des Zapfens 28 bzw.
des Zeichenstiftes bzw. Werkzeuges 31 vorgenommen werden kann.
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Außerdem trägt sowohl das Gehäuse 1 als auch der obere Ring
4 jeweils eine übereinstimmende Gradeinteilung, welche das genaue Zeichnen
von Ellipsenbogenstücken ermöglichen.
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Das Gehäuse 1 ist mit drei Füßen 32, 33 und
34
versehen, welche zur Justierung des Gerätes, z. B. mit Hilfe einer Schraube,
höhenverstellbar ausgebildet sein können und am Ende mit einer Spitze ausgerüstet
sind, um ein Verrutschen des Gerätes während des Betriebes zu verhindern.
Zur
weiteren Erläuterung der Arbeitsweise des Gerätes sei die Schwenkachse des Zapfens
25 mit A, diejenige des Zapfens 28 mit B und die Spitze mit P bezeichnet.
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Um mittels der Spitze P eine Ellipse beschreiben zu können, werden
durch Drehen am Knopf 16 die Zahnräder 9 und 10 und damit auch die Ringe
4
und 5 miteinander in Bewegung gesetzt. Dabei werden über die Achsen 18 und
20 die an diesen angeschlossenen Enden der Führungsstangen 17 und 19 mitgenommen.
Die weitere Lage der beiden Führungsstangen, die ständig parallel zueinander verbleiben,
wird durch die Zapfen A und B bestimmt. Dabei bewegt sich die Achse
A ständig entlang dem Geradführungssteg 3 und die Achse B entlang dem Steg 2. Der
Punkt P beschreibt dabei, wie aus F i g. 4 ersichtlich, eine Ellipse entsprechend
der Einstellung der Achse B bzw. der Spitze P. Die Stellung der Achse B auf der
Skala 21 gibt das Verhältnis des großen Halbmessers zum kleinen Halbmesser an. Dieses
Verhältnis kann somit auf der Skala 21 abgelesen werden, es beträgt im Beispiel
nach F i g. 1 9 : 2. Durch Drehen am Rändelknopf 29 kann ohne Schwierigkeit jedes
gewünschte andere Halbmesserverhältnis eingestellt werden.
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Um die absolute Größe der Ellipse, d. h. der Halbachsen, genau einstellen
zu können, wird der Stift P mittels des Rändelknopfes 36 entlang der Skala
22 eingestellt. Soll nun beispielsweise ein Ellipsenbogen bestimmter Größe
beschrieben werden, so kann dies mit Hilfe der Gradeinteilung auf dem Ring 4 bzw.
am feststehenden Gehäuse 1 abgelesen werden. In F i g. 2 ist die Konstruktion einer
verzerrten Ellipse mittels des Gerätes dargestellt, wobei P innerhalb der Strecke
A, B liegt. Die Geradführungen 3 und 4 sind dabei mit x bzw. y bezeichnet.
A bewegt sich auf der x-Achse, B auf der y-Achse. Bei einer Verschiebung
der Strecke A, B
mit A auf der Achse x und B auf der Achse y
beschreibt der Punkt P die normale Ellipse e.
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Durch Drehen der Ordinate y in die Richtung y' beschreibt jedoch der
auf der Strecke A', B' liegende Punkt P' die verzerrte Ellipse e'. In einem
solchen Fall kreuzen sich die Geradführungsstege 2 und 3 nicht mehr in einem rechten
Winkel, sondern schiefwinklig.
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Die F i g. 3 zeigt eine entsprechende Darstellung der Ellipsenkonstruktion
k bzw. k" für den Fall, daß P außerhalb der Strecke A, B bzw. P" außerhalb
der Strecke A", B" liegt.
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Eine solche Änderung des Kreuzungswinkels zwischen den Stegen 2 und
3 läßt sich beispielsweise dadurch vornehmen, daß der obere Steg 2 auf der Oberseite
des Ringgehäuses um die ideelle Achse desselben verschwenkbar und feststellbar gelagert
ist. Das Gerät bietet außerdem die Möglichkeit, beispielsweise für die Erzeugung
von Ornamenten oder von mathematischen Kurven bestimmter Art einen Führungssteg
2 oder 3 zu verwenden, der in einer bestimmten Art gekrümmt verläuft. Auf diese
Art und Weise können geschlossene Kurvenzüge erzielt werden, die einer normalen
Ellipse überlagert sind.
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Ferner ist es auch möglich, aus Punkten von Ellipsen verschiedener
Größen und Halbmesserverhältnissen bestehende Kurvenzüge zu beschreiben, indem die
Einstellknöpfe 29 oder/und 36, z. B. mittels Elektromotoren gleichmäßig angetrieben
werden, während der Punkt P sich bewegt. Weiterhin kann auch z. B. der obere Steg
2 in im Kreuzungswinkel zum unteren Steg 3 kontinuierlich verstellt werden, so daß
der Punkt P einen aus verzerrten Ellipsenteilen bestehenden Kurvenzug beschreibt.
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Besonders muß endlich betont werden, daß mit dem Gerät nicht nur Ellipsen
erzeugt werden können, sondern auch Kreise aller Größen, bis zum Punkt, aber auch
Gerade. Zum Erzielen von Kreisen ist es nur erforderlich, den Punkt B so einzustellen,
daß die Halbmesser gleich groß sind. Dabei wandert der Drehzapfen 25 in das Zentrum
des Ringgehäuses 1, d. h., er befindet sich im Schnittpunkt der beiden Geradführungsstege
2 und 3 (von oben gesehen). Die Größe des Kreises kann durch Verschieben des Punktes
P mittels des Rändelknopfes 36 eingestellt werden.
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Zum Erzeugen eines Striches muß der Punkt P nur entweder fluchtend
unter den Drehzapfen 28 oder unter den Drehzapfen 25 gebracht werden. In dem einen
Fall verläuft der Strich parallel zum Steg 2, in dem anderen Falle parallel zum
Steg 3.
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Diese Möglichkeiten, mit dem Gerät auch Striche oder Kreise erzeugen
zu können, ist deshalb von beträchtlicher Bedeutung, weil dann das Gerät nicht abgehoben
werden muß, wenn abwechselnd Kreise, Gerade und elliptische Kurven beschrieben werden
müssen.