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Antriebsvorrichtung für zwei Umwicklerspulen Die Erfindung betrifft
eine Antriebsvorrichtung für zwei Umwicklerspulen, zwischen denen ein Wickelgut
ausgespannt ist und zwischen deren Achsen eine ein Drehfederelement enthaltende
Antriebsverbindung besteht. Dabei dient in vertauschbarer Funktion immer eine der
Spulen als Aufwickelspule und die andere als Abwickelspule. Das Federelement läßt
zu jeder Zeit entgegengesetzt gleich große Spannmomente an den Spulen wirksam werden
und hält damit das Wickelgut gespannt. Als Wickelgut kommen in erster Linie bandförmige
Datenträger in Betracht, wie sie bei Geräten zur Informationswiedergabe, z. B. bei
Standortanzeigegeräten, Schrift-, Bild-oder Tonwiedergabegeräten, Verwendung finden.
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Aus der deutschen Patentschrift 816 312 ist eine insbesondere für
den Antrieb von Magnettonbänder-Spulen bestimmte Vorrichtung der vorbezeichneten
Art bekannt. Dabei sind Spulen mit gemeinsamer Achse übereinander angeordnet, und
eine dazwischenliegende Spiralfeder ist mit einem Ende an der oberen und mit dem
anderen Ende an der unteren Spule befestigt. Die Feder bringt an den beiden Spulen
entgegengesetzt gleich große Spannmomente zur Wirkung, die Wickeldurchmesser sind
aber mit Ausnahme der sogenannten Mittelstellung, bei der das Wickelgut auf beide
Spulen gleichmäßig verteilt ist, stets voneinander verschieden. Es wirkt daher ständig
ein restliches Moment, welches die Spulen in eine Drehbewegung in Richtung Mittelstellung
versetzen will. Dieses Restmoment und außerdem auch das Spannmoment der Feder sind
in den Endstellungen erheblich größer als in der Mittelstellung. Beim Umspulen von
der Mittelstellung zu den Endstellungen muß also ständig vom Spulenantrieb her Energie
in das System hineingesteckt werden, die dann beim Rücklauf von den Endstellungen
zur Mittelstellung wieder frei wird..
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Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Antriebsvorrichtung
anzugeben, die mit den Spulen und dem Wickelgut ein nach außen momentenfreies System
bildet, das somit auch nicht die Tendenz hat, in eine bestimmte Ruhelage »zurückzulaufen«.
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Eine Lösung dieser Aufgabe ist zwar aus der deutschen Patentschrift
962 424 bekannt. Danach verbindet ein stufenlos einstellbares. Getriebe mit Breitkeilriemen
die beiden Spulen. Mittels einer elektrischen Regelanordnung, deren Stellglied dieses
Getriebe ist, wird die Zugspannung im Wickelgut auf einen bestimmten Sollwert eingeregelt.
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Die Erfindung geht von der einleitend beschriebenen Antriebsvorrichtung
aus, bei der ein Drehfederelement in die Antriebsverbindung zwischen den beiden
Spulen eingeschaltet ist, und löst die Aufgabe ohne Regelanordnung dadurch, daß
in diese Antriebsverbindung ein Seilrollengetriebe eingeschaltet ist, bestehend
aus zwei kegelförmigen Seilrollen, deren Kegelmäntel je eine schraubenförmige Rille
aufweisen, und aus einem Seil, dessen Enden an den Kegelmänteln befestigt sind und
das den Rillen entlang beide Seilrollen teilweise umschlingt, wobei der Drall der
Rillen und die Anordnung der Seilrollen so getroffen ist, daß beim Umspulen die
Änderungstendenzen der an den Seilrollen wirksamen Hebelarme einander entgegengesetzt
sind, und daß die Wickelgut aufnehmende Spule mit der Seil abgebenden Seilrolle
und die Wickelgut abgebende Spule mit der Seil aufnehmenden Seilrolle getrieblich
verbunden ist.
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Das Seilrollengetriebe dient zur Kompensation der beim Umwickeln des
Wickelgutes sich verändernden Drehmomentenverhältnisse an den beiden Umwickelspulen.
Dadurch wird der aus der Antriebsvorrichtung, den Spulen und dem Wickelgut gebildete
Wirkungskreis nach außen hin momentenfrei. Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß
das Spannmoment der Feder konstant bleibt und somit nur noch die geringfügigen,
durch die unterschiedlichen Wickeldurchmesser bedingten Unterschiede der Zugspannung
im Wickelgut in Erscheinung treten.
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Da das Seil zeitweise schräg in die Seilrillen einläuft und sich dabei
unter Umständen abnutzt, wird zur Erhöhung der Betriebssicherheit in Weiterbildung
des Erfindungsgegenstandes vorgeschlagen, daß mindestens eine Seilrolle auf ihrer
Welle axial verschiebbar angeordnet ist und daß weiterhin ein geradlinig bewegliches
Führungsglied vorgesehen ist, welches mit beiden Seilrollen in Schraubverbindung
steht. Dadurch kann man erreichen, daß die Seilrollen gegeneinander axial so verschoben
werden, daß das Seil an den Rillenrändern nicht scheuert.
Zur weiteren
Erklärung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung und zwei Beispiele der erfindungsgemäßen Weiterbildung beschrieben.
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F i g. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem schematischen
Schrägbild bei. einem Gerät zur Anzeige des Fahrzeugstandortes in der Landkarte;
F i g. 2 stellt schematisch eine einfache Anordnung zur Axialbewegung einer der
beiden Seilrollen dar; F i g. 3 bis 5 zeigen ein anderes Beispiel, bei dem ein Kamm
zum gleichen Zweck in die Seilrillen beider Rollen eingreift; F i g. 3 zeigt den
Kamm allein in einem Schrägbild größeren Maßstabes; F i g. 4 und 5 zeigen den Kamm
zusammen mit den Seilrollen in Ansichten in Achsrichtung bzw. von oben.
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F i g. 1 zeigt ein Band 1, das auf zwei zylindrischen Spulen 2 und
3 aufgewickelt und zwischen diesen ausgespannt ist. Die Spulen sind auf zwei drehbar
gelagerten Wellen 4 und 5 befestigt. Das Band 1 ist aus einer durchscheinenden Folie
hergestellt und trägt einen Landkartenaufdruck, der jedoch nicht eigens dargestellt
ist. Eine nicht dargestellte Anzeigemarke, die in Richtung des Doppelpfeiles 6 beweglich
ist, zeigt den Standort auf der Landkarte an. Bewegt sich das Fahrzeug in der Karte
senkrecht zum Pfeil 6, so werden die beiden Spulen entsprechend weitergedreht, so
daß diese Stelle der Karte unter die Anzeigemarke zu liegen kommt. Im Interesse
einer genauen Anzeige ist es erforderlich, daß das Kartenband auch bei Vibrationen
des ganzen Gerätes nicht flattert. Die Zugspannung darf daher zu keiner Zeit einen
bestimmten Mindestwert unterschreiten.
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Mit den Wellen 4 und 5 sind zwei identische Getriebe 7 und 8 verbunden,
deren Abtriebswellen 9 und 10 die Drehungen der Wellen 4 und 5 ins Langsame übersetzen.
Die Drehrichtungen von An- und Abtrieb sind gleich. Auf der Welle 9 ist eine kegelförmige
Seilrolle 11 befestigt, während auf der Welle 10 eine identische Seilrolle 12 aufgesteckt
ist. Die Rolle 12 kann sich jedoch auf der Welle 10 drehen. Ferner ist auf der Welle
10 eine Scheibe 13 befestigt. Diese trägt einen exzentrischen Stift 14, von dem
sich eine Torsionsfeder 16 zu einem entsprechenden Exzenterstift 15 an der Seilrolle
12 windet.
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In die Seilrollen ist je eine von einem stirnseitigen Ende zum anderen
mit Rechtsdrall verlaufende Rille 17 eingearbeitet. Diese Rillen dienen zur Aufnahme
eines Seiles 18, das an den Enden der Rillen befestigt ist, die dem größten Kegeldurchmesser
entsprechen. Mit Seil gefüllte Rillengänge sind beispielsweise mit 19 bezeichnet.
An der Seilrolle 11 ist das Seil bei 20 befestigt. Das Übersetzungsverhältnis der
Getriebe 7 und 8 und die Steigung der Seilrillen sind so aufeinander abgestimmt,
daß die Radien 21 und 22 der Bandwickel und die Radien derjenigen
Rillengänge der Seilrollen 11 und 12, von denen das Seil gerade ab- bzw. auf die
es aufläuft, stets verhältnisgleich sind.
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Die unter Vorspannung stehende Torsionsfeder 16 bringt auf die Seilrolle
12 und auf die Scheibe 13 entgegengesetzt gleich große Drehmomente auf. Infolgedessen
hat die Seilrolle das Bestreben, mehr Seil aufzurollen, und die Spule 3 hat das
Bestreben, mehr Band aufzurollen. Da auf der anderen Seite aber Spule 2 und Seilrolle
11 über das Getriebe 7 miteinander verbunden sind, können diese Bestrebungen keine
Drehbewegungen, sondern nur ein Anspannen des Kartenbandes 1 und des Seiles 18 bewirken.
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Eine Bewegung der Seilrollen und damit ein Weiterbewegen des Bandes
kann nur von einem äußeren Drehmoment hervorgerufen werden. Dazu ist im Beispiel
ein Gleichstrommotor 23 vorgesehen, der über ein Zahnrad 24 .ein weiteres Zahnrad
25 antreibt, das fest auf der Welle 9 sitzt. Der Motor wird gespeist von zwei in
Reihe geschalteten Spannungen U" und Up. Ux entspricht der Standortkoordinate
in Richtung der Kartenbewegung und wird von einem Navigationsrechner geliefert.
Up ist eine Potentiometerspannung, die zwischen dem Mittelabgriff und dem
Schleifer 26 eines Potentiometers 27 abgegriffen wird. Eine Spannungsquelle 28 speist
das Potentlometer, während der Schleifer 26 von einer Stachelwalze 29 betätigt wird,
die in eine Randperforation 30 des Kartenbandes 1 eingreift. Eine gestrichelte Linie
31 soll die mechanische Verbindung andeuten. Die Drehrichtung des Motors 23 ist
so gewählt, daß er mit Hilfe des Potentiometers 27 seine Speisespannung ständig
verringert. Wenn U" und Up gleich groß geworden sind, bleibt er stehen. Auf
diese Weise steuert die Koordinatenspannung U" die Stellung des Kartenbandes.
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Dieses empfindliche Antriebssystem dürfte es verständlich machen,
daß von der erfindungsgemäßen Vorrichtung völlige Restmomentenfreiheit gefordert
werden muß. Würde diese nicht erreicht werden, so müßte ein Restmoment bei eingeschaltetem
Regelkreis eine bleibende Regelabweichung, d. h. einen Anzeigefehler hervorrufen.
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Um einen Überblick zu geben, soll die Wirkungsweise der Anordnung
nach F i g. 1 während einer Bandnachstellung noch einmal im Zusammenhang beschrieben
werden. Ausgehend von der Ruhestellung, in der Ux = Up ist, sei angenommen,
daß sich das Fahrzeug, dessen Standort dargestellt werden soll, in Richtung des
Kartenbandes bewege. Der Navigationsrechner erhöht also seine Ausgangsspannung Ux.
Dadurch entsteht eine Spannungsdifferenz am Motor 23, welche diesen veranlaßt, die
Welle 9 zu drehen und in weiterer Wirkungsfolge auch Up zu
erhöhen. Die Seilrolle
11 und die Spule 2 mögen dabei mit entsprechendem Übersetzungsverhältnis Linksdrehungen
ausführen. Dabei wird der Wickelradius 21 größer. Da jedoch das Seil 18 an der Seilrolle
11 steigend abwickelt, bleibt der wirksame Hebelarm an dieser Rolle stets gleich
dem Wickelradius 21. Gleiches geschieht auf der anderen Seite, wo der Wickelradius
22 kleiner wird und im gleichen Maße der wirksame Hebelarm an der Seilrolle 12,
da hier das Seil fallend aufwickelt. Die Torsionsfeder 16 dreht mit, ohne daß sich
jedoch ihre Federenden relativ zueinander verdrehen. Die beiden von der Feder erzeugten
entgegengesetzten Spannmomente bleiben daher unabhängig von den Anderungen der Wickelradien
stets gleich.
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In F i g. 2 sind ebenfalls zwei Seilrollen 40 und 41 in der Form von
Kegelstümpfen dargestellt. In ihrer Anwendung entsprechen diese völlig den Seilrollen
aus F i g. 1, ohne daß dies aus F i g. 2 näher hervorgeht. Beide Seilrollen sind
fest verbunden mit koaxialen Gewindeansätzen 42 und 43, deren Gewindegänge nur durch
einfache Striche dargestellt sind. Um deutlich zu machen, daß die Seilrolle 40 sich
in Achsrichtung nicht bewegen kann, ist sie zwischen Spitzen 44 und 45 gelagert.
Seilrolle 41 sitzt hingegen
auf einer Welle 46, die sich in Lagern
47 und 48 auch verschieben kann. Ein Verbindungsstück 49 hat zwei Gewindebohrungen,
die mit den Gewindesätzen 42 und 43 verschraubt sind.
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Da die Steigung der Gewinde auf den Ansätzen 42 und 43 und die Steigung
der Seilrillen 50 gleich sind, bleibt der Winkel a, den die Projektion des Seiles
51 auf die Achsebene mit einer Senkrechten zu den Achsen in derselben Ebene bildet,
unabhängig von der Stellung des Seiles konstant. Man ist somit in der Lage, vor
dem Auflegen und Befestigen des Seiles durch entsprechende Justierung der Seilrollen
den Winkel a so einzustellen, daß das Seil an den unter Umständen scharfkantigen
Rillenrändern nicht scheuert.
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Zur Erklärung der Wirkungsweise sei von der gezeichneten Stellung
der Seilrollen ausgegangen (F i g. 2). Das Seil ist zum größten Teil auf Rolle 41
aufgewickelt, während Rolle 40 fast leer ist. Macht nun die Rolle 40 zwei aufwickelnde
Umdrehungen, so entspricht dies einer abwickelnden Umdrehung der Rolle 41, da deren
wirksamer Durchmesser an der betrachteten Stelle größer ist. Das Verbindungsstück
49 bewegt sich also um zwei Ganghöhen (2h) bis in die gestrichelt dargestellte Lage.
Gleichzeitig schraubt sich die Rolle 41 eine Umdrehung aus dem Verbindungsstück
heraus und gelangt in die gestrichelt angedeutete Stellung 52. Während dieser Zeit
ist aber auch das Seil auf den Rollen in Richtung des Pfeiles 53 gewandert, und
zwar auf der Rolle 40 um zwei und auf der Rolle 41 um eine Ganghöhe. Diese unterschiedlicheWanderungsgeschwindigkeit
wurde jedoch durch die entgegengesetzte Axialbewegung der Rolle 41 kompensiert,
so daß der Seilwinkel a auch in der neuen Stellung 52 erhalten bleibt.
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Ebenso bleibt a im Verlauf des ganzen Auf- bzw. Abwickelvorganges
erhalten, obwohl sich das Drehgeschwindigkeitsverhältnis der beiden Seilrollen fortwährend
ändert. In den beiden Endstellungen, in denen die ganze Seillänge auf einer der
beiden Rollen aufgewickelt ist, befindet sich die verschiebbare Rolle 41 in Stellung
52a. Von hier ausgehend, bewegt sie sich bei unveränderter Wickelrichtung
bis in die Stellung 52 b und wieder zurück. 52 b entspricht der Mittelstellung
des Seiles, d. h. einer hälftigen Verteilung des Seiles auf die beiden Rollen.
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Da der Steigungswinkel der Seilrillen im Gegensatz zu einem zylindrischen
Gewinde an jeder Stelle einen anderen Betrag hat, wird man den Seilwinkel a vorzugsweise
auf einen Mittelwert zwischen dem größten und dem kleinsten Steigungswinkel einstellen,
wie es aus dem Beispiel ersichtlich ist.
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Das in den F i g. 3 bis 5 dargestellte Beispiel bringt vor allem eine
wesentliche Raumersparnis. Nach diesem Vorschlag wird auf die Gewindeansätze verzichtet
und statt dessen die Schraubverbindung mittels eines Doppelkammes herbeigeführt,
der direkt in die Seilrillen eingreift. Der Doppelkamm ist in F i g. 3 dargestellt.
Er besteht aus zwei Hälften, die mittels einer Achse 60 gelenkig verbunden sind.
Die eine Hälfte ist entlang zweier Führungsstangen 61 und 62 verschiebbar und besteht
aus zwei Längsträgern 63 und 64, die auf der nicht sichtbaren Rückseite durch eine
Brücke miteinander verbunden sind. Die Stirn-Seite 65 der Brücke ist sichtbar. Die
beiden Führungsstangen durchsetzen die Längsträger. Auf der Welle 60 ist ein Hebel
66 befestigt, an dem eine Zugfeder 67 wirkt. Infolgedessen hat die mit 68 bezeichnete
Kammhälfte das Bestreben, nach rechts herauszuklappen. Teil 68 trägt zwei Rippen
69 in Form längsgestreckter Wülste, die dazu vorgesehen sind, in die leeren Rillen
der Seilrolle 70 einzugreifen. Entsprechende Rippen, die jedoch in F i g. 3 nicht
sichtbar sind, befinden sich auf der Brücke 65. Sie sind in F i g. 4 und 5 mit
71 bezeichnet.
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Die F i g. 4 und 5 zeigen den Doppelkamm in vereinfachter Form zusammen
mit den Seilrollen 70 und 73. Rolle 72 ist wiederum axial unbeweglich, die Rolle
70 kann auf ihrer nicht dargestellten Welle gleiten. Die Führungsstangen 61 und
62 sind parallel zu den gegenüberstehenden Mantellinien der beiden Kegel fest angeordnet.
Durch Versetzung der Rippen 71 gegenüber den Rippen 69 in Richtung der Führungsstangen
wird erreicht, daß diese Rippen trotz des über den Doppelkamm hinwegführenden Seiles
in seilfreie Rillen beider Seilrollen eingreifen können.
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Die Wirkungsweise entspricht der Anordnung von F i g. 2. Wenn sich
die Rolle 70 axial bewegt, so ändert sich der Abstand der gegenüberliegenden Kegelmantellinien.
Dies ist jedoch ohne Bedeutung, da die Rippen 69 infolge der Feder 67 stets in die
Rillen eingedrückt werden und somit der Bewegung der Rolle 70 nachfolgen.