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Reversibles Schaltgetriebe zum Umwandeln von Drehbewegungen in von
der Drehrichtung abhängige gerichtete Schrittbewegungen Die Erfindung bezieht sich
auf ein reversibles Schaltgetriebe zum Umwandeln von Drehbewegungen in von der Drehrichtung
abhängige gerichtete Schrittbewegungen.
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Innerhalb verschiedener Anwendungsgebiete der Technik werden Antriebsanordnungen
benötigt, die Bewegungen wandeln. Zur intermittierenden Übertragung einer Drehbewegung
dienen beispielsweise Malteserkreuz- oder Sternradgetriebe, auch Schaltgetriebe
genannt, bei denen ein Triebstock in einer Kurve eines Schaltrades tangential ein-
und ausläuft. Während des Ein- und Auslaufs wird keine Bewegung übertragen, dazwischen
liegt symmetrisch die Schrittbewegung mit veränderlicher Winkelgeschwindigkeit.
Der eigentliche Schaltvorgang ist damit sowohl für Vorwärts- als auch Rückwärtslauf
des Treibrades symmetrisch und gleich.
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Derartige Schaltgetriebe werden unter anderem auch bei Nachlaufsteuerungen
von motorisch betriebenen Schaltwerken mit Rückmeldung eingesetzt. Sie dienen dabei,
vom Schaltwerk selbst angetrieben, zur Rückmeldung der Position desselben und zur
rechtzeitigen Stillsetzung des Antriebes für eine ungewählte Position. Wichtig ist
dabei, daß die Verzugszeit zum Stillsetzen des Schaltwerkes, d. h. die Zeit, die
das Schaltwerk durch seine Masse und durch seine elektromechanischen Glieder von
Haltebefehl bis zur endgültigen Stillsetzung noch benötigt, die sich beim Auslauf
nach Abschluß der Schaltbewegung ergebende Verweilzeit des Schaltgetriebes nicht
überschreitet, da sonst ein Überlauf über eine angewählte Kontaktstellung stattfindet.
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Im allgemeinen sind die Verweilzeiten bekannter Schaltgetriebe größer
als die Verzugszeiten motorisch betriebener Schaltwerke. Für besonders schnell angetriebene
Schaltwerke jedoch, zum Beispiel pneumatisch angetriebene, die mit Zeiten um 0,125
s weiterschalten, reichen die Verweilzeiten normaler Schaltgetriebe nicht mehr aus,
um den Antrieb nach Erhalt eines Kommandos noch rechtzeitig ohne Überlauf stillsetzen
zu können.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, für solche reversiblen Getriebe die
vorgenannten Verweilzeiten nach Abschluß von Schaltbewegungen zu verlängern, d.
h. ein Schaltgetriebe zu schaffen, das in jeder Richtung die Schaltvorgänge schneller
beendet.
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Für Getriebe, die nur in einer Richtung schalten, ist es bekannt,
die eigentliche Schaltperiode vorzuverlegen und damit zu erreichen, daß eine Schrittbewegung
bereits nach einem Bruchteil eines Drehbewegungsabschnitts abgeschlossen ist. Dies
wird bei einem Antriebsmechanismus für Druckmaschinen beispielsweise dadurch erreicht,
daß ein mit einem Antriebsrad exzentrisch mit umlaufendes Getriebesegment die Schrittbewegung
einer koaxialen Welle bei Auflauf auf einen ortsfesten Mitnehmernocken auslöst und
bei Auflauf auf einen ortsfesten Entkupplungsnocken kurz darauf beendet. Es ergeben
sich hierbei innerhalb eines Drehbewegungsabschnitts (Umlauf) eine z. B. kurze Verweilzeit
beim Einlauf der zusammenwirkenden Elemente, dann die eigentliche Schaltperiode
und schließlich eine lange Verweilzeit nach dem Auslauf der Wirkungselemente. Damit
ist jedoch ein solches Schaltgetriebe in seiner Bewegung unsymmetrisch und nicht
gleichermaßen für reversible Vorgänge geeignet, bei denen es auf die Symmetrie der
Schalthandlung im Umkehrbetrieb ankommt.
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Als ein weiteres Kriterium wird für ein solches Schaltwerk speziell
in der Verwendung für Nachlaufsteuerungen gefordert, daß ein bei Antriebsausfall
des Schaltwerks nicht gänzlich vollzogener Schaltwerksschritt keine Fehlmeldung
für die Steuerung verursachen darf, d. h., daß bei Rücklauf beispielsweise eine
Stellung angezeigt wird, die nie erreicht wurde.
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Die Erfindung löst die genannten Aufgaben für ein reversibles Schaltgetriebe
zum Umwandeln von Drehbewegungen in von der Drehrichtung abhängige gerichtete Schrittbewegungen,
deren Schaltschritte von definiertenDrehbewegungsabschnitten abgeleitet, bereits
vor Beendigung jedes Drehbewegungsabschnitts abgeschlossen sind, wobei eine rückläufige
Drehbewegung des Getriebes innerhalb eines noch nicht beendeten Drehbewegungsabschnitts
den bereits vollzogenen Schaltschritt wieder rückgängig macht, insbesondere für
Nachlaufsteuerungen in besonders einfacher und sicherer Weise durch die Verwendung
umlaufender
Weichensysteme, die das Getriebe bei Drehrichtungswechsel über angrenzende Drehbewegungsabschnitte
umschalten und die Schaltschritte unabhängig von den Drehrichtungen stets im Anfang
eines jeden Drehbewegungsabschnitts vollziehen.
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Es sind zwar schon Schaltgetriebe bekanntgeworden, bei denen im Nutgrund
eines Zahnrades mit umlaufende Klinken- und Stößelsysteme zum schrittweisen Transport
eines weiteren Wellenteils Verwendung finden, doch haben solche Anordnungen nichts
mit Weichensystemen für reversible Getriebe, wie sie Gegenstand der Erfindung sind,
gemeinsam. Derartige Anordnungen sind ausschließlich für den Transport in nur einer
festgelegten Richtung verwendbar; für Richtungswechsel sind sie nicht geeignet.
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In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung laufen die Weichensysteme
in einer Ebene um und verstellen, in Umlauffolge in Verstellgliedcr eines senkrecht
zur vorgenannten Ebene bewegbaren Schaltsegments eintauchend, dieses schrittweise.
Hierzu sind die Weichensysteme zweckmäßig auf einer umlaufenden Antriebsscheibe
angeordnet, die nach einem weiteren Erfindungsgedanken schräge Durchlaßnuten aufweist,
durch die Stifte des Schaltsegments hindurchtreten können. Die Anordnung ist dabei
derart, daß von den Weichensystemen sich ein Weichensystem auf der einen Seite und
ein Weichensystem auf der anderen Seite der Antriebsscheibe befinden, wobei stets
ein Weichensystem in Transportstellung und ein Weichensystem in Durchlaßstellung
stehen. Die bereits angedeutete Umschaltung der Weichen erfolgt in besonders günstiger
und einfacher Weise durch ein Umschaltsystem, das aus einer mit der Antriebs-Scheibe
umlaufenden Mitnehmergabel besteht, die um einen Zapfen schwenkbar die Weichensysteme
über einen angelenkten Schieber verstellt, dessen Nasen mit Nockengliedern der Weichensysteme
zusammenwirken.
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An Hand eines schematischen Ausführungsbeispiels sei die Erfindung
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine komplette Schaltgetriebeanordnung mit einem
gekuppelten induktiven Geber, F i g. 2 den Antriebs- und Umschaltmechanismus in
Frontansicht, F i g. 3 die Ansicht des Antriebs- und Umschaltmechanismus nach F
i g. 2 von unten, F i g. 4 die Schnittansicht A B des Antriebs- und Umschaltmechanismus
nach F i g. 3, F i g. 5 a bis 5 e das Antriebsprinzip in schematischer Darstellung.
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F i g. 1 zeigt komplett eine Schaltgetriebeanordnung, die mit einem
induktiven Geber 1 gekuppelt ist, der die Stellungen eines Schaltwerkes 2, dessen
Konstruktion hier nicht weiter interessiert und daher nur strichpunktiert angedeutet
wurde, elektrisch an den Fahrerstand rückmelden und die verwendete Nachlaufsteuerung
exakt in richtiger Stellung stillsetzen soll. Über ein Kegelradgetriebe 3, das die
Schaltbewegungen der Antriebswelle des Schaltwerkes 2 übersetzt, wird ein Umschaltsystem
4 bewegt, das den Anker 5 des induktiven Gebers 1 mittels eines mit Stiften 6 versehenen
Schaltsegments 7 um definierte Winkelgrade weitertransportiert. Das Schaltsegment
7 weist dabei eine der Schaltstufenzahl des Schaltwerks entsprechende Anzahl von
Stiften 6 auf. Der Transport des Schaltsegments 7 erfolgt, wie deutlich aus der
F i g. 2 zu entnehmen ist, mittels einer Antriebsscheibe 8, auf der einseitig zum
Scheibenumfang hin das Umschaltsystem 4 angeordnet ist (vgl. auch F i g. 3). Dieses
Umschaltsystem 4 bedient zwei Weichensysteme 9, 10 auf den beiden Seiten, hier oberhalb
und unterhalb der Antriebsscheibe 8, die ihrerseits mit Durchlaßnuten 11, 12 der
Antriebsscheibe 8 zusammenarbeiten. Je nachdem, ob der Weitertransport bei einer
360°-Drehung der Antriebsscheibe oder schon bei einer 180°-Drehung erfolgen soll,
verdoppelt sich die Anzahl der notwendigen Umschaltsysteme und damit der Weichensystempaare.
Für einen einstufigen Weitertransport bei 360°-Drehung wie in diesem Fall ist nur
ein einseitiges Umschaltsystem 4 mit Weichensystemen 9, 10 notwendig. Verstellt
werden die Weichensysteme, wie sich der F i g. 4 (Schnitt A B von F i g.
3) entnehmen läßt, von einer auf der Antriebsscheibe mit umlaufenden Mitnehmergabel
13, die um einen Zapfen 14 schwenkbar ist, gegen eine als Rast wirkende Rolle 15.
Die Rolle 15 ist in einem um eine Achse 16 schwenkbaren Blechhebel 17 gegen
die Kraft einer Feder 18 bewegbar. Das Federwiderlager liegt im Schlitz einer Schraube
19? mit der sich die Federvor-Spannung verändern läßt. Die Schenkel der Feder 18
sind durch die Achse 16 sowie die Achse 20 der Rolle 15 geführt und sichern deren
Lage. Die Mitnehmergabel13 ragt in einen geschlitzten Schieber 21 und bewegt
diesen mittels eines Mitnehmerzapfens 22, der in Langlöchern 23 beiderseits des
Schieberschlitzes geführt ist. Zwei Nasen 24 und 25 des Schiebers 21 bewegen
Nockenglieder 26 und 27, die fest mit den Weichensystemen 9 bzw. 10
verbunden sind und diese umschalten. Ein Weichensystem ist stets in Durchlaßstellung
(hier 9) und eines in Transportstellung (hier 10) geschaltet. Zur Umschaltung von
Durchlaßstellung auf Transportstellung des Weichensystems 9 muß die Mitnehmergabel
13 bewegt werden. Das geschieht vergleichlich der F i g. 1 durch eine Rolle 28,
die an einem federbelasteten Hebel 29 um einen ortsfesten Lagerpunkt 30 schwenkbar
ist. Bei Drehung der Antriebsscheibe 8 in Pfeilrichtung läuft die Mitnehmergabel13
mit ihrem hochgestellten Anschlag 31 gegen die ortsfeste Rolle 28 und wird in ihre
andere stabile Lage geschwenkt. Bei weiterer Drehung der Antriebsscheibe 8 unterläuft
der nun niedrige Anschlag 31 die Rolle 28. Bei vollen Drehungen in gleicher Richtung
bleibt die Mitnehmergabel in der umgeschalteten Stellung, und die Rolle 28 läuft
dabei von außen und ohne Wirkung über die äußere Auflaufschräge des nun hochgestellten
Anschlages 32 unter Anhebung des Hebels 29.
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Eine Drehrichtungsänderung derAntriebsscheibe 8 würde nach Durchlaufen
des Freiraumes der Mitnehmergabel13 zwischen den beiden Anschlägen 31 und 32 wieder
eine Umschaltung der Mitnehmergabe113 und damit eine Weichenumstellung bewirken.
Der Ablauf selbst gleicht dann dem schon geschilderten.
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Die einzelnen Phasen des Bewegungsablaufes zur Schwenkung des induktiven
Gebers 1 bzw. dem Transport des Schaltsegments 7 gehen aus den F i g. 5 a bis 5
e hervor. Dabei wurde zunächst das Weichensystem 9 allein dargestellt, das mit der
Antriebsscheibe 8 und ihren Durchlaßnuten 11 sowie den Stiften 6 des nicht näher
dargestellten Schaltsegments
7 zusammenarbeitet. F i g. 5 e zeigt
die Transportscheibe 8 nach fast 360° Umlauf zusammen mit dem Weichensystem
10.
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Zunächst bringt, wie schon erwähnt, eine Drehung der Antriebsscheibe
8 in Pfeilrichtung (Schaltwerk läuft noch) ein Umlegen der Mitnehmergabel 13 mit
sich und damit ein Verstellen des Weichensystems 9 in die in F i g. 5 a dargestellte
Lage. Damit ist die Ausgangsposition für den Transport geschaffen. Das Schaltsegment
mit den Stiften 6 - die augenblicklich interessierenden sind schraffiert -nimmt
die gezeichnete Stellung ein. Nach F i g. 5 b hat sich die Antriebsscheibe einige
Winkelgrade weitergedreht, und der obere schraffierte Stift 6 taucht in das Weichensystem
9 ein. Eine Weiterdrehung der Antriebsscheibe 8 nach F i g. 5 c bewirkt über die
Schräge des Weichensystems 9 ein Niederdrücken des oberen schraffierten Stiftes
6 und ein Eintauchen in die gleichermaßen abgeschrägte Durchlaßnut 11 (Schaltsegment
7 dreht in Pfeilrichtung entgegen Uhrzeigersinn). F i g. 5 d zeigt den beendeten
Schaltschritt nach Durchlaufen der Durchlaßnut 11. Bis zur vollen Beendigung einer
Umdrehung (360°) ändert sich nun nichts mehr. Mit jedem neuen Umlauf beginnt ein
neuer Schaltschritt. F i g. 5 e zeigt das Durchlaufen des in Durchlaßstellung befindlichen
Weichensystems 10 nach fast einer vollen Umdrehung der Antriebsscheibe 8
(Ende eines Drehbewegungsabschnitts von 360°). Ändert sich die Drehrichtung der
Antriebsscheibe 8 (Schaltwerk läuft herunter), so schalten beide Weichensysteme
um, und der Transport der Stifte 6 erfolgt rückläufig (Schaltsegment 7 dreht in
Uhrzeigersinn).
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Mit der in F i g. 1 gezeigten Anordnung ist es möglich, schon innerhalb
des Beginns eines zu vollziehenden Schaltschrittes des Schaltwerkes 2 dem induktiven
Geber Vollzugsmeldung geben zu lassen, um lange Totzeiten oder Verzugszeiten eines
Antriebs, hier z. B. eines Druckluftantriebs für ein Schaltwerk, ausgleichen zu
können. Erreicht das Schaltwerk 2 aus irgendeinem Grunde, z. B. durch Ausbleiben
des Antriebes, nicht die angestrebte Schaltstufe und läuft dann in die alte Schaltstufe
zurück, dann wird der Drehbewegungsabschnitt der Antriebsscheibe 8 nicht abgeschlossen,
und es erfolgt ebenfalls ein Rücklauf für diese in die Ausgangsstellung. Zunächst
wird die Mitnehmergabel 13 nicht umgelegt (28 überläuft 31), bis die Ausgangsstellung
erreicht ist und in dieser Stellung stehengeblieben wird. Die Weichensysteme 9,
10 behalten ihre Lage bei, und am Ende des Rücklaufs erfolgt Rücktransport des induktiven
Gebers. Wird die Antriebsscheibe 8 dabei jedoch in dieser anderen Richtung über
die Ausgangsstellung weitergedreht (Schaltwerk wird in anderer Richtung angetrieben),
dann wird die Mitnehmergabel13 umgeschaltet, verstellt die Weichensysteme
9, 10, und das Schaltsegment 7 wird im Anfang des neuen Drehbewegungsabschnittes,
wie schon geschildert, diesmal jedoch nach oben bewegt.