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Vorrichtung zum Transport von Werkstücken auf einer Teilkreisbahn
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Transport von Werkstücken auf
einer Teilkreisbahn durch Umwandlung der stetigen Drehbewegung einer Antriebswelle
in eine intermittierende Drehschwingbewegung einer Abtriebswelle.
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Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise in automatischen Bearbeitungsmaschinen
oder Montagemaschinen zum sukzessiven Transport von Werkstücken zwischen einem Magazin
und einer Bearbeitungs- oder Montagestelle oder zwischen zwei Bearbeitungsstellen
verwendet und weisen im allgemeinen einen Transportarm auf, der eine intermittierende
und oszillierende Translations- oder Rotationsbewegung oder aber eine kombinierte
Bewegung zwischen der Aufnahme- und Abgabestelle für das Werkstück ausführt.
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Zum Antrieb des Transportorgans werden bisher z. B. pneumatische
oder hydraulische Steuerglieder verwendet, die einen verhältnismäßig großen Aufwand
an Installationen und Stellgliedern erfordern.
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Andere bekannte Vorrichtungen dieser Art arbeiten mit einem Motor
als Antriebsorgan, der abwechselnd stillgesetzt und in seiner Drehrichtung umgeschaltet
werden muß oder der über ein entsprechendes gesteuertes Umkehrgetriebe kinematisch
mit dem Transportarm verbunden ist.
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Diese Vorrichtungen haben den Nachteil, daß die ständig zu betätigenden
elektrischen oder mechanischen Richtungswender und Ein-Aus-Schalter einem natürlichen
Verschleiß unterliegen, häufig störanfällig sind und keinen sehr raschen Betrieb
der Vorrichtung erlauben. Um außerdem eine stoßweise Bewegung des Transportarms
zu vermeiden, die zur Beschädigung der zu transportierenden Werkstücke und der Vorrichtungsteile
führen kann, müssen zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, um einen weichen Bewegungseinsatz
der bewegten Glieder zu erzielen und Stöße zu dämpfen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile bisher
bekannter Vorrichtungen zur Erzeugung einer intermittierenden, umkehrenden Bewegung
eines Stellorgans, insbesondere des Transportarms einer Transportvorrichtung für
Werkstücke in Bearbeitungs- oder Montagemaschinen, zu beseitigen und einen Mechanismus
zu schaffen, der ohne Verwendung von elektrischen oder mechanischen Umschaltern
von einer stetig in einer Richtung umlaufenden Antriebswelle betätigbar ist.
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Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe unter Verwendung einer an sich
bekannten, zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle angeordneten, magnetischen
Kupplung, die einen Antriebs- und einen Abtriebsmagneten aufweist und bei der die
Drehbewegung der Abtriebswelle mechanisch begrenzt ist, in vorteilhafter Weise gelöst
wird, wenn auf der Abtriebswelle ein Transportarm und eine Nockenscheibe drehfest
angeordnet sind und die Nockenscheibe durch den Eingriff eines von einer weiteren
Nockenscheibe auf der Antriebswelle gesteuerten Zapfens unter Arretierung des Transportarmes
in einer zur Aufnahme der Werkstücke vorgesehenen Stellung vorübergehend blockierbar
ist und bei Weiterdrehung der Antriebswelle mit deren Nockenscheibe wieder freigegeben
wird, wonach die Mitnahme des Abtriebsmagneten zusammen mit der Abtriebswelle und
dem Transportarm bis in eine durch einen Anschlag zur Abgabe des Werkstückes festgelegte
Stellung erfolgt, von wo aus der Transportarm durch die bei Weiterdrehung der Antriebswelle
mit dem Antriebsmagneten erfolgende Umkehrung der Magnetfelder wieder in seine Ausgangsstellung
zurückschwenkt.
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Hierbei kann der Transportarm auch unter Ausschaltung der Blockierung
durch entsprechende Gestaltung der den Zapfen steuernden Nockenscheibe über seine
Ausgangsstellung in eine durch einen Anschlag festgelegte Stellung zurückschwenken,
von wo aus die Mitnahme durch den eine vollständige Drehung ausführenden Antriebsmagneten
in die Ausgangsstellung erfolgt.
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Es ist ferner möglich, im Bereich des Transportarmendes eine Führungsschiene
vorzusehen, welche bei unrichtiger Lage oder Orientierung der erfaßten Werkstücke
eine Schwenkung des Transportarmes von der Ausgangsstellung in die Abgabestellung
durch Anschlagen am Werkstück und nur eine Schwenkung in die entgegengesetzte Stellung
zuläßt.
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In den Zeichnungen ist eine beispielsweise Ausführungsform einer
Transportvorrichtung für Werkstücke sowie deren Wirkungsweise dargestellt, wobei
zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung, F i g. 2
einen Schnitt längs der Linie II-II nach Fig. 1, F i g. 3 einen Schnitt längs der
Linie III-III nach Fig. 1, F i g. 4 eine zur Verriegelung der Abtriebswelle dienende
Nockenscheibe der Vorrichtung in vergrößertem Maßstab, Fig.5 eine weitere Nockenscheibe,
im gleichen Maßstab wie F i g. 4, Fig. 6 eine die Funktion der Vorrichtung veranschaulichende
Darstellung und Fig. 7 bis Fig. 14 ebenfalls zur Veranschaulichung der Funktion
der Vorrichtung dienende Darstellungen der verschiedenen aufeinanderfolgenden Relativstellungen
der Antriebs- und Abtriebsmagneten der Vorrichtung während des Arbeitsablaufs.
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Nach den F i g. 1 und 2 weist die Vorrichtung eine Grundplatte 1
auf, auf der ein Transportarm 2 für die Bewegung der in Fig. 1 dargestellten, zu
transportierenden Werkstücke 3 aus einem Magazin bis unter ein weiteres Transportorgan
4 sorgt, welches dann diese Teile an die nicht dargestellte Bearbeitungs-oder Montagestelle
führt. Bei dem Magazin handelt es sich um eine mit einer vibrierenden schraubenförmigen
Rampe ausgerüstete Zuführungseinrichtung, welche die regellos eingefüllten Werkstücke
durch Vibration in ausgerichteter Anordnung auf die Rampe und auf dieser aufwärts
bis zu der am oberen Umfang des Magazins gelegenen Entnahmestelle befördert, wo
sie von dem erwähnten Transportarm 2 ergriffen werden bzw. in eine Öffnung des Arms
gelangen.
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Das zweite Transportorgan 4 kann auch entfallen, wenn die Bearbeitungs-
oder Montagestelle für die Werkstücke vom Transportarm 2 direkt erreichbar ist und
dementsprechend die Werkstücke 3 direkt vom Arm 2 an die Bestimmungsstelle transportiert
werden können.
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Der Transportarm 2 wird durch einen Motor 5 über ein Untersetzungsgetriebe
6 sowie über eine magnetische Kupplung angetrieben. Diese magnetische Kupplung besteht
aus einem zylindrischen, als Antriebsmagnet dienenden Dauermagneten 7, der auf der
Motorwelle 8 aufgekeilt ist, sowie einem zweiten, als Antriebsscheibe bzw. Abtriebsmagnet
dienenden zylindrischen Dauermagneten 11, der auf einer zur Motorwelle $ koaxialen
und in deren Verlängerung liegenden Abtriebswelle 9 sitzt. Die Abtriebswelle 9 ist
in der Grundplatte 1 der Vorrichtung mit Hilfe eines Kugellagers 10 gelagert und
trägt an ihrem äußeren Ende den Transportarm 2, der an einem Flansch dieser Welle
9 befestigt ist.
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Die beiden Dauermagneten 7 und 11 haben die gleichen Abmessungen
und weisen magnetische Achsen auf, die senkrecht zu ihrer mit den Achsen
der Wellen
8 und 9 zusammenfallenden gemeinsamen Rotationsachse orientiert sind, d. h., beide
Magneten 7 und 11 sind diametral magnetisiert.
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Der Motor 5 und das Untersetzungsgetriebe 6 sind an einem mit der
Grundplatte 1 verbundenen L-förmigen Träger 12 befestigt, der gemeinsam mit der
Grundplatte die beiden Kupplungsmagneten von drei Seiten einschließt.
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Wie in den F i g. 1 und 3 zu sehen, ist auf der Obel seite der Grundplatte
1 ein einstellbarer Anschlag 13 angeordnet, der die Drehbewegung des Transportarms
2 nach links begrenzt, während ein weiterer, auf der Platte 1 befestigter Anschlag
26 die Drehung des Transportarms 2 nach rechts begrenzt, der zu diesem Zweck einen
horizontalen Anschlagstift 25 trägt, in dessen Bewegungsbahn der Anschlag 26 hineinragt.
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Auf der Unterseite der Grundplatte 1 ist ein parallel zu den Wellen
8 und 9 orientierter Bolzen 14 befestigt, auf dem sich ein Arm 15 drehen kann.
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Dieser Arm 15 weist an seinem freien Ende einen Zapfen 16 auf, der
mit einem zylindrischen Teil in einer Öffnung des Arms 15 gelagert ist und auf dem
auf der anderen Seite des Arms 15 herausragenden Ende 16 a ein Kugellager 17 trägt,
während das andere Zapfenende 16 b in eine Öffnung 18 der Grundplatte 1 mit Spiel
hineinragt.
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Mit Hilfe einer Feder 19, deren Spannung durch eine Schraube 20 eingestellt
werden kann, wird über einen von der Feder 19 beaufschlagten Stift 21 (F i g. 1)
entweder das Kugellager 17 am Zapfenende 16 a oder aber der Zapfen 16 selber gegen
den Umfang einer ersten Nockenscheibe 23 oder einer zweiten Nockenscheibe 22 gedrückt
(F i g. 3), von denen, wie in F i g. 2 dargestellt, die Nockenscheibe 22 fest mit
dem Abtriebsmagneten 11 und die andere Nockenscheibe 23 fest mit dem Antriebsmagneten
7 der Kupplung verbunden sind.
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Die Nockenscheibe 22 dient als Verriegelungsorgan für den Abtriebsmagneten
11 und damit den Arm2 und hat die Form einer zum Magneten 11 koaxial liegenden kreisförmigen
Scheibe, die an ihrem Umfang eine Ausnehmung 22 a aufweist (F i g. 4).
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Diese Ausnehmung 22 a ist derart angeordnet, daß sich der Transportarm
in der in F i g. 1 dargestellten Stellung zur Aufnahme eines Werkstücks 3 befindet,
wenn die Ausnehmung genau dem Zapfen 16 gegenüberliegt.
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Die Nockenscheibe 23 (Fig. 5) dient als Steuerorgan für die Verriegelung
und Entriegelung und hat die Form eines auf dem Umfang des Magneten 7 befestigten
und zum Magneten 7 koaxial liegenden Zylinders, der mit seinem Mantel über die Stirnfläche
des Magneten 7 hinausragt und den Abtriebsmagneten 11 teilweise umgibt. Der den
Magneten 11 umgebende Rand der Nockenscheibe 23 weist einerseits einen radial nach
außen weisenden Kreisringvorsprung 23 a, der sich über mehr als 180 ° des Nockenscheibenumfangs
erstreckt, und andererseits eine sich über den übrigen Umfangsbereich der Nockenscheibe
23 erstreckende Ausnehmung 23 b auf.
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In F i g. 6 sind die verschiedenen Winkelstellungen dargestellt,
welche die beiden Kupplungsmagneten 7 und 11 mit ihren Nockenscheiben während einer
Umdrehung der Antriebswelle 8 und damit des Antriebsmagneten 7 einnehmen.
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In den Fig. 7 bis 14 sind die relativen aufeinanderfolgenden Lagen
des Antriebsmagneten 7 in bezug auf den Abtriebsmagneten 11 dargestellt, wobei die
Lagen
der Magnetpole durch die Buchstaben N (Nordpol) und S (Südpol) bezeichnet sind,
und zwar die des Antriebsmagneten 7 auf dem gestrichelt gezeichneten äußeren Umfang
und die des Abtriebsmagneten 11 auf dem ebenfalls gestrichelt gezeichneten inneren
Umfang.
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An Hand dieser Figuren soll die Funktion der beschriebenen Vorrichtung
nach der Erfindung näher erläutert werden.
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Die Antriebswelle 8 dreht sich entgegengesetzt zum Uhrzeigersinne
mit einer konstanten Geschwindigkeit. Der Südpol S des Antriebsmagneten 7 nimmt
also nacheinander die in F i g. 6 mit römischen Ziffern I bis V bezeichneten Stellungen
ein.
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In der Ausgangsstellung hat der Transportarm 2 die in F i g. 1 gezeigte
Lage, in der er, wie später noch näher erläutert wird, eine bestimmte Zeit lang
verriegelt bleibt, damit genügend Zeit besteht, um ein Werkstück 3 an der Entnahmestelle
der vibrierenden Rampe aufzunehmen.
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Dieser Ausgangsstellung des Transportarms 2 entspricht die in F i
g. 7 dargestellte Lage I des mit dem Transportarm fest verbundenen Abtriebsmagneten
11.
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Während der erwähnten Verriegelungszeit in der Stellung I dreht sich
der stetig rotierende Antriebsmagnet 7 aus der in F i g. 7 dargestellten Lage, in
der seine magnetische Achse antiparallel zu der des Abtriebsmagneten 11 orientiert
ist, in die in F i g. 8 gezeigte Stellung um einen Winkel, der kleiner als 90° ist;
beim Passieren dieser Stellung wird der Abtriebsmagnet 11 entriegelt, so daß er
nun durch magnetische Anziehung vom Antriebsmagneten in der gleichen Drehrichtung
wie dieser mitgenommen wird. Diese, einer Linksschwenkung des Transportarms 2 nach
F i g. 1 entsprechende Drehung, endet in der in F i g. 8 mit II bezeichneten Stellung.
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In dieser Stellung II stößt Arm 2 gegen den entsprechend eingestellten
Anschlag 13 (Fig. 6) und wird gestoppt, um das Werkstück 3 an das zweite Transportorgan
4 abzugeben oder aber an der dort befindlichen Bearbeitungs- oder Montagestelle
abzusetzen. Währenddessen dreht sich der Antriebsmagnet 7 weiter, bis die gleichnamigen
Pole beider Magneten einander gegenüberliegen (F i g. 9).
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Wenn sich anschließend bei Fortsetzung der Drehung des Antriebsmagneten
die gleichnamigen Pole beider Magneten etwas voneinander entfernen und der Antriebsmagnet
etwa die Stellung III erreicht (Fig. 10), dann wird eine magnetische Abstoßung wirksam,
durch die der Abtriebsmagnet 11 mit seinem Transportarm vom Anschlag 13 weg entgegengesetzt
zur Drehrichtung des Antriebsmagneten in die in F i g. 11 gezeigte, über die Ausgangslage
I hinausgehende Stellung V gestoßen wird, die durch den Anschlag 26 bestimmt ist,
während der Antriebsmagnet eine weitere Drehung bis zur Stellung IV ausführt (Fig.
12).
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Anschließend vollendet der Antriebsmagnet 7 seine volle Umdrehung
bis zur AusgangsstellungI, wobei der Abtriebsmagnet zunächst noch in seiner durch
den Anschlag 26 bestimmten Stellung V verharrt, bis sich die ungleichnamigen Pole
beider Magneten gegenüberliegen (Fig. 13); dann wird der Abtriebsmagnet wiederum
durch magnetische Anziehung vom Antriebsmagneten bis in die Ausgangsstellung 1 (F
i g. 14) mitgenommen, in welcher der Arm 2, wie bereits erwähnt, zur Aufnahme des
nächsten Werkstücks 3 verriegelt wird. Damit ist ein voller Arbeits-
zyklus beendet.
Der Antriebsmagnet dreht sich ständig weiter und nimmt, nach Entriegelung des Abtriebsmagneten,
diesen erneut nach links mit, und der Zyklus wiederholt sich.
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Die erwähnte Verriegelung des Abtriebsmagneten 11 erfolgt mit Hilfe
der bereits beschriebenen Nockenscheiben 22 und 23 sowie des um den Zapfen 14 schwenkbaren
Arms 15.
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Während sich der Antriebsmagnet 7 aus der in Fig. 8 gezeigten Stellung
bis in die in Fig. 12 dargestellte Stellung dreht, was einem der Umfangslänge des
Kreisringvorsprungs 23 a der Nockenscheibe 23 entsprechenden Winkelbereich entspricht,
rollt das am Zapfenende 16 a am Ende des Arms 15 angeordnete Kugellager 17 auf dem
Umfang des Kreisringvorsprungs 23 a der Nockenscheibe 23 ab; während dieser Bewegungsphase
befindet sich der Zapfen 16 außerhalb des Umfangsbereichs der mit dem Abtriebsmagneten
verbundenen Nockenscheibe 22, und diese Nockenscheibe ist daher frei drehbar.
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In der in Fig. 12 gezeigten Stellung erreicht die Ausnehmung 23 b
der Nockenscheibe 23 das Kugellager 17, so daß nunmehr der Arm 15 unter der Wirkung
der Feder 19 in Richtung auf die Zentren der Nockenscheiben gedrückt wird und der
Zapfen 16 in die Ausnehmung 22 a der Nockenscheibe 22 einrasten kann, wenn diese
die Stellung I (F i g. 14 und 1) erreicht. Dadurch wird diese Nockenscheibe 22 und
mit ihr die Abtriebswelle 9 mit dem Transportarm in der StellungI des Arms 2 verriegelt,
und zwar so lange, bis der Arm 15 erneut durch den Vorsprung 23 a der Nockenscheibe
23 angehoben und damit der Zapfen 16 aus der Ausnehmung 22 a herausbewegt wird.
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Die Länge dieser Verriegelungszeit ist durch die Umfangslänge der
Ausnehmung 23 b der Nockenscheibe 23 gegeben.
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Die beschriebene Vorrichtung erlaubt es also, die stetige Drehbewegung
einer Antriebswelle 8 in eine intermittierende Hin- und Herbewegung eines angetriebenen
Organs, im betrachteten Ausführungsbeispiel des Transportarms 2, derart umzuwandeln.
daß während einer vollen Umdrehung der Antriebswelle der Transportarm, ausgehend
von einer ersten Stellung, zunächst eine Schwenkung von rechts nach links ausführt,
dann in einer Endlage zur Abgabe des transportierten Werkstücks verharrt, anschließend
eine Schwenkung von links nach rechts über die Ausgangsstellung hinaus erfährt,
unter Rückdrehung in die Ausgangslage gebracht und dort schließlich so lange festgehalten
wird, daß genügend Zeit zur Aufnahme eines weiteren zu transportierenden Werkstücks
besteht.
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Die beschriebene Vorrichtung weist außerdem noch eine Führungsschiene
24 für das Ende des Arms 2 auf (F i g. 1 und 2), welche dafür sorgt, daß der Arm
2 in seiner Stellung I festgehalten wird und keine Schwenkbewegung von rechts nach
links ausführen kann, wenn zufälligerweise ein Werkstück 3 in dem Augenblick, an
welchem es in die Aufnahmeöffnung des Arms 2 eintreten sollte, nicht die richtige
Orientierung hat, also beispielsweise umgekehrt oder umgedreht liegt. Dann wirkt
dieses nicht ordnungsgemäß in der Transportarmöffnung befindliche Werkstück durch
Anlage gegen die Führungsschiene 24 als Blockierungsorgan für den Arm 2, der so
lange in der Stellung 1 verharrt, bis der Antriebsmagnet etwa seine Stellung III
einnimmt; dann kann der
Transportarm 2 seine beschriebene, normale
Funktion aufnehmen, d. h., er wird unter der Wirkung der magnetischen Kupplung in
die Stellung V gestoßen, so daß das falsch orientierte Werkstück in das Rüttelmagazin
zurückfallen kann, verharrt dort, und bewegt sich anschließend in die Ausgangsstellung
1 zurück, wo er, wie beschrieben, zur Aufnahme eines neuen Werkstücks 3 vorübergehend
durch die Blockierungsnockenscheibe 22 a gehalten wird.
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Auf diese Weise übt die Vorrichtung nach der Erfindung die doppelte
Funktion sowohl einer Transporteinrichtung als auch einer Sortier- oder Überwachungseinrichtung
zur Kontrolle der richtigen Orientierung der zu transportierenden Werkstücke aus,
da automatisch eine Beförderung falsch orientierter Werkstücke zum zweiten Transportorgan
oder zur Bearbeitungs- oder Montagestelle verhindert wird.
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Die magnetische Kupplung bewirkt nicht nur den Antrieb des Transportarms
in beiden Richtungen ohne Verwendung irgendeines mechanischen oder elektrischen
Richtungswenders oder Umkehrgetriebes, sondern gewährleistet auch ein weiches Einkuppeln
sowie eine selbsttätige Lösung der Kupplung, wenn der Transportarm infolge irgendeines
Fehlers oder Hindernisses ein die magnetische Kupplungskraft übersteigendes Bremsdrehmoment
erfährt; auf diese Weise werden harte Stöße, welche die Werkstücke wie z. B. im
Falle der Verwendung eines rein mechanischen Antriebes, etwa eines Einkurbeltriebes,
beschädigen oder zu einer Verbiegung oder zu einem Bruch eines der Maschinenteile
führen könnten, vermieden.
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Der Bewegungszyklus der Abtriebswelle bzw. des Abtriebsmagneten läßt
sich, ohne das Prinzip nach der Erfindung zu verlassen, in verschiedener Weise variieren:
Unter Verzicht auf ein Überschwingen bei der Rückkehr in die Ausgangsstellung I
kann die Nockenverriegelungseinrichtung leicht durch Änderung der Winkellage und
Länge der Ausnehmung 23 b der Nockenscheibe 23 derart modifiziert werden, daß der
Abtriebsmagnet bereits beim Passieren der Stellung I während der Drehung entgegengesetzt
zur Drehrichtung des Antriebsmagneten (Zwischenlage zwischen den auf Fig. 11 und
12 dargestellten Stellungen) verriegelt wird. Dann entspricht die Verharrungszeit
in der Stellung 1 der gesamten Zeit, die der Antriebsmagnet noch benötigt, um seinen
vollen Umlauf zu beenden.
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Man kann andererseits auf den zweiten Anschlag 26 verzichten; in
diesem Falle führt der Abtriebsmagnet, wenn der Antriebsmagnet etwa seine Stellung
III erreicht und die Abstoßung wirksam wird, eine volle Halbdrehung relativ zum
Antriebsmagneten und gegenläufig zu diesem aus, bis die ungleichnamigen Pole beider
Magneten übereinanderliegen, und wird dann vom Antriebsmagneten
unter Richtungswechsel
wieder bis in die Stellung 1 mitgenommen.