DE1247399B - Schrittweiser Antrieb fuer streifenfoermige Aufzeichnungstraeger - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Gilb

Deutsche Kl.: 21 al-37/38

P 33933 IX c/21 al
28. März 1964
17. August 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb zum intermittierenden Vorschub von streifenförmigen Aufzeichnungsträgern.

Hierbei wird der Start-Stop-Betrieb gefordert, das heißt z. B., nach jedem gelochten Zeichen muß der Aufzeichnungsträger gestoppt werden können, um jederzeit ein oder mehrere Zeichen wieder stanzen zu können. Damit ist die Ungleichförrnigkeit der Bewegung einiger Bauteile nicht zu vermeiden. Mit zunehmender Arbeitsgeschwindigkeit steigen jedoch die Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte, d. h. die Massenkräfte der ungleichförmig bewegten Bauteile, quadratisch, an. Es ist also unsinnig, durch eine kräftigere Dimensionierung der mechanischen Konstruktion eine Steigerung der Geschwindigkeit erreichen zu wollen. Eine Verminderung der Trägheitsmomente und damit eine Steigerung der Geschwindigkeit ist nur in geringem Maße möglich, da man das Material nur bis zur Grenze seiner Festigkeit beanspruchen kann. ao

Für schnellere Streifentransportvorrichtungen sind im wesentlichen drei Prinzipien bekannt: Kurbel· oder Exzenterantrieb; Nocken- oder allgemeiner Kurvenscheiben-Antrieb; . ^a5

Durchführung des Aufzeichnungsträgers zwischen zwei aneinandergedrückte, gegenläufig rotierende Trommeln. "

Zu einem Kurbel- oder Exzenterantrieb werden relativ viele, bewegte mechanische Teile benötigt. Da bei der Umformung einer Drehbewegung in eine Mn- und. hergehende Bewegung die Massenkräfte nicht ausgeglichen werden können, treten Kräfte auf, die besonders an den Lagerstellen die Konstruktion zu verformen versuchen. Deshalb ist es auch bei höchster Materialbeanspruchung nicht möglich, die ungleichförmig bewegten Teile leichter.. zu. dimensionieren und so die Geschwindigkeit zu steigern.

Bei den Nocken- bzw. allgemein Kurvenscheibenantrieben ist die Zahl der ungleichförmig bewegten Teile kleiner und auch die Massen können kleiner gehalten werden. Jedoch sind bei den Nockenscheibenantrieben hohe Gegenkräfte erforderlich, um den Kraftschluß der auf einander gleitenden Teile aufrechtzuerhalten. Wegen der Flächenpressung können die Andruckkräfte nicht beliebig gesteigert werden, wodurch gleichfalls eine deutliche Grenze der Geschwindigkeit gegeben wird.

Bei Kurvenscheibenantrieben ist es wohl möglich, den'Kraftschluß durch einen Formschluß.zu ersetzen, wodurch die Gegenkräfte nicht benötigt werden. Je-Schrittweiser Antrieb für streifenförmige
Aufzeichnungsträger

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Günter WoK, Hamburg-Stellingen

doch führt schon der geringste Verschleiß auf den Kurvenbahnen zu einem Spiel der aufeinander gleitenden Teile, das die Bewegungsverhältnisse unkontrollierbar verändert, und die dann auftretenden Stöße. führen zu einem schnellen Ausfall des Antriebs.

Bei dem drittel· Prinzip gibt es hauptsächlich nur gleichförmig bewegte Massen, wodurch keine Auswirkungen der Massenkräfte.auftreten. Dieses Prinzip ist jedoch für den Start-Stop-Betrieb nicht geeignet.. . .

. Der Antrieb, bei dem die 3em Bekannten anhaftenden Nachteile vermieden sind, besteht gemäß der Erfindung darin, daß zwei synchron und gegenläufig rotierende exzentrische achsparallele Massen in einem geführten .Rahmen, oder Gehäuse'angebracht sind, der oder das als Bewegungsorgan für den auf diesem periodisch festklemmbaren Aufzeichnungsträger dient. . :'J.

Durch die durch die Unwuchten erzeugten Massenkräfte führt .das Gehäuse bzw. der Rahmen erzwungene harmoniische Schwingungen-von konstanter Amplitude aus. Der Hub des Gehäuses ist unabhängig von der Drehzahl der Wellen und ebenfalls unabhängig vom Grad der Dämpfung, sofern man Erkenntnisse aus der Schwingungslehre berücksichtigt.

Die beim schrittweisen Transport eines solchen Aufzeichnungsträgers auftretenden Forderungen nach einer hohen Arbeitsgeschwindigkeit, d.h. einer großen. Zeichenzahl pro Zeiteinheit, bei einer großen Genauigkeit des Vorschubes können gut erfüllt werden, ebenso., die Forderung .nach dem Start-Stop-Betrieb.

709 637/486

Dieser Antrieb hat gegenüber den bekannten den Vorteil, daß er nur wenige bewegte Teile hat, deren Trägheitsmomente klein gehalten werden können, insbesondere durch kleine Abmessungen und der Verwendung spezifisch leichter Werkstoffe (Kunststoffe). Diese Umstände sind besonders für die auf der Welle sitzenden Teile bedeutsam, da neben den Zentrifugalkräften auch die Massenkräfte die Lager belasten. Das Gehäuse wird verschleißfrei durch z. B. eine Plattenfeder geführt. Nur die Wellenlager unterliegen dem Verschleiß. Bei dem heutigen hohen Stand der Lagertechnik und der besonders günstigen Form des Gehäuses ist das Lagerproblem leicht zu lösen bei einem äußerst geringen Verschleiß. Der neue Antrieb erlaubt, die Geschwindigkeit bei günstiger Lebensdauer wesentlich zu steigern.

Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele dar. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Skizze zur Erläuterung des Prinzips,

F i g. 2 und 3 schematische Ansichten eines Ausführungsbeispiels für z. B. einen intermittierenden Streifentransport,

F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Streifentransport.

Die gegenläufig rotierenden exzentrischen Massen

^- erzeugen eine Zentrifugalkraft Z, deren Komponenten Pff senkrecht zum Schwingungsweg sich aufheben und deren Komponenten P_v in Richtung des Schwingungsweges sich addieren (F i g. 1). Die durch die Zentrifugalkraft Z hervorgerufene erregende Kraft ist:

Z = m₀-r₀· Ω²· cos -Qt,

wobei r₀ = Radius der Exzentrizität und Ω die Winkelgeschwindigkeit der Wellen ist. Nach Auflösung der Schwingungsgleichung unter Vernachlässigung der geringen Eigendämpfung erhält man eine Vergrößerungsfunktion, die beim Antrieb durch Massenkräfte die Eigenschaft hat, daß sie bei kleiner Eigenfrequenz und großer Erregerfrequenz, gegen 1 geht. Es bereitet keine Schwierigkeit, die Eigenfrequenz sehr klein zu machen, d. h. die Feder c fortzulassen und nur eine Führung des Gehäuses\m vorzusehen, so daß man die Vergrößerungsfunktion = 1 ansetzen kann. Damit besteht auch nicht die Gefahr, daß das Schwingungsgebilde in die Resonanz kommt, da der Schwinger nur im überkritischen Bereich arbeitet. Gleichzeitig verschwindet in diesem Bereich der Einfluß der Dämpfung. Die Amplitude χ ist dabei ausschließlich durch die Konstruktionsmaße festgelegt. Die- Schwingungsfrequenz des Gehäuses entspricht der Drehfrequenz der Wellen. Da die Wellendrehzahl den Hub nicht verändert und geringe Drehzahlschwankungen auf die Funktionstätigkeit des Antriebes keinen Einfluß haben, kann zur Erzeugung der Drehbewegung für jede Welle ein Turbinenrad vorgesehen sein.

Bekannte Kleinst-Luftturbinen für Schleifspindeln, deren Abmessungen etwa den gewählten Turbinenrädern gleichkommen, geben für den Antrieb ausreichende Leistungen (etwa 40 Watt) ab. Der Antrieb der Wellen durch eine Kleinst-Luftturbine ist auch zweckmäßig, da sie einmal technisch sehr einfach herzustellen ist und weiterhin sehr hohe Drehzahlen ermöglicht, z. B. 500 Hübe entsprechen immerhin schon einer Motordrehzahl von 30 000 U/min, die sonst nicht ohne größeren Aufwand aufzubringen sind.

Eine weitere Möglichkeit, die Wellen zu drehen; ist durch Übertragung der Energie von einem fest-i stehenden Motor mittels einer biegsamen Welle möglich, z. B. durch einen Draht, oder, da der Hub relativ klein ist, durch Verwendung elastischer Kupplungen.

Nach Fig. 2 sind auf den Wellen 1,1' exzentrische ίο Massen 2, 2' angebracht. Da die Wellendrehzahl den Hub nicht verändert und geringe Drehzahlschwankungen auf die Funktionsfähigkeit des Antriebes keinen Einfluß haben, kann zunächst zur Erzeugung der Drehbewegung für jede Welle ein Turbinenrad 3, 3' vorgesehen werden. Diese Turbinenräder werden durch je eine feststehende Düse 4, 4' mit Preßluft angeblasen. Da der Hub sehr klein ist, kann eine feststehende Düse gewählt werden. Die Zahnräder 5, 5' gewährleisten, daß keine Phasenverschiebung zwischen den Wellen 1,1' auftreten.

An die Gehäuseführung werden keine großen Anforderungen gestellt. Als Beispiel sind zwei Plattenfedern 12, 12' angegeben, die eine gute und verschleißfreie Führung bei geringer federnder Masse gewährleistet. Eine andere Art der Führung des Gehäuses könnte durch Luftlagerung verwirklicht werden.

Wenn nach Fig. 2 und 3 ein Streifen- in Pfeilrichtung P transportiert werden soll, kann z. B. ein kleiner Elektromagnetanker 10, der mit dem Gehäuse 6 fest verbunden ist, den Streifen in der Ruhe- -" stellung des Gehäuses festklemmen, sofern der Streifen um eine Teilung transportiert werden soll. Nach dem Durchschwingen der Nullage und Erreichen der anderen Ruhelage wird der ortsfeste Magnet 10' abgeschaltet, so daß die Klemmverbindung während des Zurückschwingens gelöst ist. Es lassen sich auch andere Klemmvorrichtungen mit dem schwingenden Gehäuse verbinden.

Der Anker 10 wird z. B. durch zwei gebogene Blattfedern 11,11' geführt und vom Lochstreifen S abgehoben, wenn der Magnet nicht, erregt ist. Die Führung des Gehäuses 6 übernehmen zwei Plattenfedern 12,12'. Der innere Aufbau im Gehäuse 6 entspricht dem beim Stanzer vorbeschriebenen.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß man die Komponenten der Zentrifugalkräfte P_H senkrecht zur Schwingungsbewegung zum Festklemmen und zur Mitnahme des Streifens ausnutzt.
In diesem Fall müssen die Wellen 1, 1' achsparallel zueinander in zwei Gehäuseteilen 6, 6' gelagert sein. Diese Gehäuseteile 6, 6' sind so miteinander gekoppelt, daß zwischen diesen ein paralleler Spalt entsteht, dessen Höhe geringfügig veränderlich sein muß. Wie F i g. 4 zeigt, wird der Streifen S zwischen den Gehäuseteilen 6, 6' hindurchgeführt. Die Komponenten der Zentrifugalkraft P_v bewirken das Schwingen der Gehäuseteile 6,6' in Pfeilrichtung. Dabei wird der Streifen S transportiert, da die Komponenten der Zentrifugalkraft P_n die Anpreßflächen 13 gegen den Streifen drücken. Beim Zurückschwingen der Gehäuseteile 6,6' ändert sich die Richtung der Kraft P_H um 180°, so daß die Anpreßflächen 13 vom Streifen 5 abgehoben werden.

Ein Anschlag 14· verhindert, daß der Spalt zwischen den Anpreßflächen zu groß wird. Während der Zeit des Zurückschwingens müßte, wenn beim nachfolgenden Vorwärtsschwingen der Streifen nicht

transportiert werden soll, das Zusammendrücken der Anpreßflächen durch eine Sperre verhindert werden. Der erforderliche Hub beträgt nur einige Mikron, so daß trotzdem die Synchronisierung durch zwei Zahnräder möglich ist.

In beiden Fällen wird der Streifen S oder Aufzeichnungsträger nach einem sinusfönnigen Verlauf aus der Ruhelage beschleunigt und ebenso sinusförmig bis zum Stillstand abgebremst, so daß die Beanspruchung des Streifens auf ein Minimum be- ίο grenzt wird. Durch zwei Bremsen kann im Bedarfsfall beim Zurückschwingen des Gehäuses oder bei längerem Halten des Streifens dieser in seiner Lage festgehalten werden.

Wesentlich für diesen Antrieb ist, daß durch die Wirkung von synchron und gegenläufig exzentrisch rotierenden Massenkräften ein Gehäuse erzwungene Schwingungen ausführt, das gekoppelt mit einer Klemmeinrichtung zum intermittierenden Streifentransport benutzt werden kann. Der Hub dieses Gehäuses ist unabhängig von der Drehzahl der Unwuchten und der Dämpfung des Systems.

Durch Anwendung einer Kleinst-Luftturbine kann die Drehzahl stufenlos von kleinen bis sehr hohen Werten gesteigert werden und damit die Zahl der Vorschubschritte pro Sekunde. Die Bewegung erfolgt sinusförmig, d. h. ohne Stöße. Verschleiß kann bei dem neuen Antrieb nur an den Wellenlagern auftreten. Da das Gehäuse zusammen mit den Wellen hin- und herschwingt, üben die Wellen mit den auf ihr sitzenden Teilen infolge der Trägheitsmomente Kräfte auf die Lager aus. In den Umkehrpunkten, wo die Massenkräfte ein Maximum erreichen, sind die Zentrifugalkräfte der Unwuchten gerade entgegengesetzt gerichtet, so daß die Lager dadurch von Belastungsspitzen entlastet und die Beanspruchung ausgeglichen werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schrittweiser Antrieb für streifenförmige Aufzeichnungsträger, dadurch gekennzeichnet, daß zwei. synchron und gegenläufig rotierende exzentrische achsparallele Massen (2,2') in einem geführten Rahmen oder Gehäuse (6) angebracht sind, der oder das als Bewegungsorgan für den auf diesem periodisch festklemmbaren (10) Aufzeichnungsträger (5) dient.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen oder das Gehäuse (6) über eine Feder (11) mit dem Anker (10) eines steuerbaren Magneten (10') verbunden ist und zwischen Anker und Gehäuse ein von dem schwingenden Gehäuse oder Rahmen nur in einer Richtung transportierbarer Streifen (5) geführt ist.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachsen (1, 1') parallel zueinander beweglich gelagert sind und ein zu transportierender Streifen zwischen den rotierenden Massen hindurchgeführt ist, der zwangläufig von diesen geklemmt wird.

4. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6) bzw. der Rahmen an zwei Blattfedern (12,12') befestigt ist, die zu beiden Seiten der Ebene angebracht sind, in der die Rotationsachsen liegen.

5. Antrieb nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die die Unwucht (2,2') tragenden Wellen durch Kleinst-Luftturbinen (3, 3') oder über eine biegsame Welle angetrieben werden und stufenlos regelbar sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 637/486 8.67 © Bundesdruckerei Berlin