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Kurvengetriebe mit Drehmomentausgleich Die Erfindung betrifft ein
Kurvengetriebe mit einer mit der Hauptnockenscheibe verbundenen Ausgleichsnockenscheibe,
die unter einer Belastung steht und iin Bereich eines Anstieges der Hauptnockenscheibe
einen abfallenden und einen ansteigenden Bereich aufweist, zur Kompensierung des
während des Arbeitshubes bei konstanter Drehgeschwindigkeit an der Hauptnockenscheibe
wirksamen Drehmoments.
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Kurvengetriebe mit konstanter Drehgeschwindigkeit während eines Arbeitshubes
finden beispielsweise in der Büromaschinentechnik zur schrittweisen Beförderung
von Aufzeichnungsträgern oder zur Erzielung einer schrittweise hin- und hergehenden
Bewegung von Druckhämmern bei Schnelldruckern Verwendung. Diese Getriebe haben,
verglichen mit Kurbelgetrieben und hydraulischen Getrieben, den Vorteil, daß durch
die Wahl des Bewegungsgesetzes der Bewegungsablauf in einfacher Weise beeinflußt
werden kann. Bei den bekannten Getrieben dieser Art sind allerdings, besonders bei
schnellaufenden Kurvenscheiben, der Größe des Hubes enge Grenzen gesetzt, wenn nur
kleine Maximalbeschleunigungen und weder Sprünge noch große Beschleunigungsänderungen
zugelassen werden, um die auftretenden Massenkräfte klein zu halten und um die Erregung
unerwünschter Schwingungen zu vermeiden. Bei kontinuierlich laufenden Getrieben
kann eine weitgehend konstante Winkelgeschwindigkeit der Kurvenscheibe durch Verwendung
eines Schwungrades erreicht werden. Bei intermittierend arbeitenden Getrieben dagegen,
die beispielsweise mittels eines Schrittmotors zwischen den Hubwegen gestartet und
gestoppt werden, muß an Stelle dessen eine dynamisch abgestimmte Kompensation des
an der Kurvenscheibe angreifenden Drehmoments treten, wenn eine möglichst konstante
Winkelgeschwindigkeit der Kurvenscheibe erreicht werden soll.
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Man hat schon versucht, das an der Nockenwelle eines 4-Zylinder-Motors
wirksame Drehmoment mit einem Entlastungsnocken zu kompensieren. Der Entlastungsnocken
weist dabei im Bereich eines Arbeitshubes der Nockenwelle einen abfallenden und
einen ansteigenden Bereich auf und wirkt mit einer federbelasteten Masse zusammen.
Diese bekannte Anordnung konnte sich jedoch nicht durchsetzen, da es nicht gelang,
die Massen am Entlastungsnocken der Ventilmasse anzugleichen, wodurch nur ein Ausgleich
bei einer bestimmten Drehzahl möglich erschien.
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Die der Erfindung zugrunde liegenden Getriebe arbeiten mit konstanter
Drehgeschwindigkeit während des Arbeitshubes, und die durch die sich ändernde Drehzahl
entstehenden Probleme treten hierbei gar nicht auf. Aber auch bei Kurvengetrieben
mit konstanter Drehzahl könnte mit der bekannten Anordnung kein befriedigender Drehmomentausgleich
erzielt werden, da es nicht möglich ist, auch die Form und die Lage des Drehmoments
zu beeinflussen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kurvengetriebe der eingangs
erwähnten Art zu schaffen, bei dem mittels einer Ausgleichsnockenscheibe ein Gegendrehmoment
erzeugt wird, das sowohl bezüglich seiner Größe als auch bezüglich seiner Form und
seiner Lage dem Drehmoment der Hauptnockenscheibe angepaßt und daher geeignet ist,
einen nahezu vollständigen Drehmomentausgleich zu erzielen.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Ausgleichsnockenscheibe
bezüglich ihrer Form durch die dem Bewegungsgesetz der Hauptnocken-Scheibe entsprechende
Mittelpunktslinie eines Nockenfolgeelements bestimmt ist, jedoch mit einem solchen
Nockenfolgeelement im Eingriff steht, dessen Mittelpunktsabstand von der Kurvenfläche
demgegenüber zur Kompensierung der Lage des Drehmoments vergrößert ist und dessen
Belastung zur Kompensierung des Betrages des Drehmoments durch eine als Energiespeicher
dienende Feder gebildet wird.
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In vorteilhafter Weise sind dabei mehrere, jeweils. einen abfallenden
und einen ansteigenden Bereich aufweisende Arbeitsbereiche -und mit ihnen zusammenwirkende
Nockenfolgeelemente symmetrisch am Umfang der Ausgleichsnockenscheibe angeordnet.
Ein weiterer Vorteil wird dadurch erreicht, daß die Nockenfolgeelemente als an federbelasteten
Schwinghebeln gelagerte Rollen ausgebildet sind. Auf diese Weise kann der Mittelpunktsabstand
der Nockenfolgeelemente bequem variiert und den jeweils gegebenen Verhältnissen
angepaßt werden.
Die Erfindung wird an Hand von durch Zeichnungen
erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt F i g. 1 in schematischer
Darstellung ein Kurvengetriebe zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung
einer geradlinig geführten Masse, F i g. 2 eine graphische Darstellung der ah der
Hauptnockenscheibe und an der Ausgleichsnockenscheibe wirksamen Drehmomente, F i
g. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Einflusses des Mittelpunktsabstandes
der Folgeelemente, F i g. 4 als weiteres Ausführungsbeispiel ein Getriebe zur Hin-
und Herbewegung des Druckhammersystems eines Schnelldruckers, ebenfalls in schematischer
Darstellung, und F i g. 5 die Kurvenscheiben dieses Getriebes in vergrößerter Darstellung.
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Das in F i g. 1 dargestellte Kurvengetriebe hat zur Aufgabe, mittels
eines zentrisch gerade geführten Folgeelementes in kurzer, möglichst konstanter
Transportzeit, die Masse m von A nach B und zurück zu transportieren. Die Stillstandszeiten
in A und B sind variabel, d, h., die Drehbewegung der Kurvenscheibe soll auf dem
Grundkreis und auf dem Kopfkreis gestartet und gestoppt werden können. Die Masse
m ist über den Schieber 1 mit den beiden Rollen 2 und 3 an der als Komplementämocken
ausgebildeten Hauptnockenscheibe 4 angelenkt. Die Rollen 2, 3 und die Nockenscheibe
4 sind durch die Tellerfeder 5, die sich am Schieber 1 abstützt, gegeneinander vorgespannt:
Mit der Welle 7 der Nockenscheibe 4 starr verbunden - ist die Ausgleichsnockenscheibe
g. Diese steht im Eingriff mit den beiden symmetrisch angeordneten Schwinghebeln
9 und 10; die mittels der stark vorgespannten weichen Federn 11 und. 12 über die
auf ihnen gelagerten Rollen 13 und 14 gegen die Ausgleichsnockenscheibe 8 gedrückt
werden.
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Die Hauptnockenscheibe 4 ist in ihrer Kurvenform entsprechend einem
ruck- und stoßfreien Bewegungsgesetz ausgebildet, beispielsweise der höheren Sinolde
nach Bestehorn:
wobei i - n für Plus, = m für Minus und R den vom Drehwinkel W abhängigen
Abstand, P" den minimalen, R, den maximalen Abstand des Mittelpunktes des Folgeelementes
vom Mittelpunkt der Nockenscheibe und rp, den Anstiegswinkel bedeutet. Bei konstanter
Drehzahl greift zwischen dem Drehwinkeln To und ,p, an der Hauptnockenscheibe ein
Drehmoment aii, dessen Verlauf in F i g. 2 durch die Kurve M,, qualitativ dargestellt
ist: Das DrelimomentMh steigt zunächst auf einen Maximalwert an, geht dann ziemlich
steil durch Null bis zu eitlem negativen Maximalwert, um schließlich wieder auf
Null zurückzukehren. Dieser Verlauf wird dadurch verursacht, daß die Masse m (beispielsweise
vom Ruhepunkt A aus) in der ersten Hälfte des Arbeitshubes beschleunigt und in der
zweiten Hälfte wieder gebremst werden muß.
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Dementsprechend bestehen in der Ausgleichsscheibe $ diejenigen Bereiche,
die während des Arbeitshubes wirksam werden, aus einem abfallenden und eiteln ansteigenden
Teil. Im abfallenden Teil liefern die gespannten Federn 11 und 12 zusätzlich Energie,
während im ansteigenden Teil gleichzeitig mit der Abbremsung der Masse m die Federn
11 und 12 wieder gespannt werden. Die Kurvenform der in der Ausgleichsscheibe 8
vorhandenen Mulden wird bestimmt durch eine gedachte Nockenfolgerolle, deren Mittelpunktslinie
dem für die Hauptnocken-Scheibe gültigen Bewegungsgesetz folgt: Die an sich beliebige
Größe der gedachten Folgerolle wird bei etwa gleich großen Haupt- und Ausgleichsnockenscheiben
zweckmäßigerweise etwa entsprechend der Größe der Folgerolle der Hauptnockenscheibe
angenommen, da diese Rollen im allgemeinen so klein wie möglich gemacht werden und
das Belastungsverhalten im Falle der Haüptnockenscheibe bereits bekannt ist. Mit
der so gebildeten Kurvenform der Ausgleichsnockenscheibe erhält man bei entsprechender
Stärke der Federn 11 und 12 einen Drehniomentverlauf, der in p' i g. 2 durch die
Kure Mä 1 qualitativ dargestellt ist. Die hierbei auftretenden Drehmomente
entsprechen mit ihren Maalwerten den zu konipengierenden Drehmomenten der Hauptnockenscheibe,
die Lage der maximalen brehmomente ist jedoch gegenüber denjenigen der Hauptnockenscheibe
ver= schoben.
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Diesem Mangel kann dadurch abgeholfen werden, daß für die Ausgleichsscheibe
8 nicht eine Nocken.-folgerolle finit dem zur Bildung der Kurvenform angenommenen
Durchmesser, sondern eine Folgerolle mit einem um eitlen bestimmten Betrag vergrößerten
Durchmesser verwendet wird. Die Wirkungsweise dieser Maßnahme soll an Hand der -F
i g. 3 verdeutlicht werden. Zu der Ausgleichsnockenscheibe 21
sind die kleine
Folgerolle 22 mit dem Radius r und, mit der gleichen $erühtungstangente 23, die
große Folgerolle 24 mit dem Radius R eingezeichnet. Die beiden Rollen 22 und
24 Üben somit bei gleichCr Kraft der Feder 25 dasselbe Drehmoment aus, das
durch den Ilebelarm 26 bestimmt ist. Es ist jedoch aus der Figur ersichtlich, daß
die große Rolle 24 dieses Drehmoment bereits, nach einem Drehwinkel @pR ergibt;
während bei der kleineren Rolle 22 dieses Drehlrioment erst nach dein Durchlaufen
des größeren Drehwinkels 9p,. wirksam wird. Diese Verschiebung erfolgt im aufsteigenden
Teil der Mulde in entgegengesetzter Richtung, so daß wich. insgesamt durch die Vergrößerung
des Rollendurchmessers eine Verschiebung der Maxima zur Symmetrieachse 27 hin ergibt.
Durch geeignete Wähl des Rollendurchlnessers ist es somit möglich, einen Drehinomentsverlauf
zu erzeugen, wie er in F i g. 2 durch die Kurte M- 2 dargestellt ist. >das- auf
diese 'Weise erzeugte C`regendrehinoment an der Aüggleichsnockenscheibe stimmt;
insbesondere im Bereich der Maximalwerte, sowohl dem Betrag als auch der tage nach
sehr gut mit dein an der Hauptnockenscheibe angreifenden Drehmoment übereilt, so
daß sich bei entgegengey setzteln Vorzeichen eine Weitgehende Kompensation der Drehmomente
ergibt.
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Ein Anwendungsbeispiel ist in den Fi-g. 4 und 5 dargestellt. In, .F
i g. 4 ist mit 31 die Hammereinheit eines Zeilendruckers mit eitler Typentrommel
oder einem Typenband bezeichnet. Bei diesem Drucker ist nicht jede Druckstelle mit
eiteln Drnckhatnmer besetzt, sondern jeder Druckhammer bedient insgesamt vier Druckstellen.
Zu diesem Zweck wird die Drnckhammereifilreit, die an zwei parallelen Blattfedern
32 elastisch gelagert ist, schrittweise in die einzelnen Druckstellen hin- und hergeschoben.
-Der Antrieb
hierzu erfolgt durch den Schrittmotor 33, der für jeden
Schritt gestartet und sodann wieder gestoppt wird. Auf der Achse 34 ist die Antriebsnockenscheibe
35 befestigt, die insgesamt die in F i g. 5 mit a, b,
c, d bezeichneten
Stufen besitzt. Die Anstiege sind wiederum nach einem ruck- und stoßfreien Bewegungsgesetz
ausgebildet. Mit der Antriebsnockenscheibe 35 im Eingriff sind die auf dem Träger
36 gelagerten Folgerollen 37, 38, die mittels der Feder 39 gegen die Nockenscheibe
35 vorgespannt sind. Die Bewegung des Trägers 36 wird mittels der Gelenkhebel 40
auf die Druckhammereinheit 32 übertragen. Auf der Achse 34 der Antriebsnockenscheibe
ist die Ausgleichsnockenscheibe 41 angeordnet. Diese besitzt entsprechend den Übergängen
zwischen den einzelnen Bereichen a bis d sechs Mulden, in welche die an den
federbelasteten Schwinghebeln 42 und 43 gelagerten Folgerollen 44 und 45 im Eingriff
stehen. Bei Ausbildung der Ausgleichsnockenscheibe 41 und der Folgerollen 44 und
45 in der beschriebenen Weise wird auch bei Verwendung eines relativ schwachen Schrittmotors
33 durch Kompensierung des an der Antriebsnockenscheibe 35 auftretenden Drehmoments
ein ruhiger und schwingungsarmer Lauf des Hammerwerkes gewährleistet.