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Die Erfindung betrifft ein Schaltwerkgetriebe zum Drücken oder Ziehen
einer Last mit einem oder mehreren nacheinander auf eine axial verschiebbare Spindel
einwirkenden Schrittschaltwerken, die je ein: um die Spindel drehbewegliches, mit
Antrieb versehenes Organ aufweisen, das sich einerseits an einem festen Gegenlager
abstützt und andererseits auf ein längs der Spindel axial bewegliches, mit der Spindel
durch ein Richtgesperre koppelbares Organ einwirkt, wobei die Umsetzung der Drehbewegung
in die Axialbewegung mittels Axialnocken und an diesen sich abwälzenden Wälzkörpern
oder Wälzkörpergruppen erfolgt, die in Halterungen angeordnet sind.
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Ein bekanntes Sehaltwerkgetriebe der vorstehend genannten Art ist
derart ausgebildet, daß zwei Schrittschaltwerke vorgesehen sind. Diese Schrittschaltwerke
sind phasenverschoben hintereinandergeschaltet, so daß das eine Schrittschaltwerk
seinen Arbeitshub durchführt, wenn bei dem anderen Schrittschaltwerk der Leer- oder
Rückhub stattfindet. Die Schrittschaltwerke sind in gleicher Weise ausgebildet und
bestehen je aus zwei Nockenscheiben mit einander gegenüberliegenden Axialnocken,
zwischen denen die Wälzkörper angeordnet sind. Bei diesem bekannten Schaltwerkgetriebe
sind die Wälzkörper gleichmäßig in Umfangsrichtung angeordnet, und die Nocken sind
symmetrisch ausgebildet, d. h., die steigenden Abschnitte der Nocken sind gleich
den fallenden Abschnitten. Bei dieser Art der Anordnung ist die Zeitspanne, während
welcher der Arbeitshub stattfindet, gleich derjenigen des Leer- oder Rückhubes.
Wenn zwei in Phase zueinander angeordnete Schrittschaltwerke verwendet werden, so
ist die Zeitspanne, in der das Umschalten von dem einen Schrittschaltwerk auf das
andere erfolgt, sehr kurz. Daher sind große Anforderungen an die Herstellungsgenauigkeit
und Anordnung der einzelnen Teile gestellt.
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Weiterhin ist eine Rutschkupplung bekanntgeworden, bei der die beiden
Kupplungshälften an einander gegenüberliegenden Stirnflächen als Nockenscheiben
mit Axialnocken ausgebildet sind, wobei zwischen den einander gegenüberliegenden
Axialnocken Wälzkörper zur Kraftübertragung angeordnet sind. Eine derartige Rutschkupplung
soll bei überschreiten eines bestimmten Drehmomentes zu Rutschen beginnen und kein
Drehmoment mehr übertragen. Zu diesem Zweck werden die Abtriebskupplungshälften
durch Federn bestimmter Federkraft gegen die Kugeln und damit gegen die Antriebskupplungshälften
gedrückt. Bei dieser bekannten Rutschkupplung sind zwei Abtriebskupplungsstirnflächen
mit getrennt voneinander ausgebildeten Axialnocken vorgesehen. Um das- Grenzdrehmoment
genauer festzulegen, können entweder die Wälzkörper oder die Axialnocken auf verschiedenen
Durchmessern in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sein. Durch diese
Art der Anordnung werden die Einflußgrößen, die das Grenzdrehmoment festlegen, vervielfacht,
so daß jede einzelne Einflußgröße relativ an Bedeutung verliert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltwerkgetriebe der
eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Zeitraum, in dem der Arbeitshub
stattfindet, relativ zu dem Leer- oder Rückhub größer ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
entweder dadurch gelöst, daß die Wälzkörpergruppen und/oder die einzelnen Wälzkörper
in in Umfangsrichtung unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sind oder
daß die Steigung der Axialnocken -in Arbeitsrichtung geringer ist als in
Leerhubrichtung.
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Es ist also grundsätzlich möglich, den Zeitraum, in dem der Arbeitshub
stattfindet, dadurch zu vergrößern, daß die Wälzkörper einzeln oder in Gruppen derart
gegeneinander verschoben oder zueinander versetzt angeordnet sind, daß der Arbeitshub
eher beginnt und später endet. Die Gesamtsumme des Drehwinkels, bei dem der Arbeitshub
durchgeführt wird, ist also größer als 180°, und die Gesamtsumme der Drehwinkel
des Leerhubes ist entsprechend kleiner. Das gleiche Ergebnis kann auch dadurch erzielt
werden, daß die Axialnocken derart unsymmetrisch ausgebildet sind, daß die ansteigenden,
den Arbeitshub durchführenden Nockenflächen über einen größeren Drehwinkel verlaufen
als die den Leer- oder Rückhub erlaubenden Nockenflächen.
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Durch diese erfindungsgemäße Verlängerung des Arbeitshubes in bezug
auf den Leer- oder Rückhub wird die Kraft, die während des Arbeitshubes pro Drehwinkel
des Antriebes übertragen wird, kleiner, so daß die Beanspruchung der entsprechenden
Bauteile ebenfalls herabgesetzt wird. Der für den Leer-oder Rückhub zur Verfügung
stehende Drehwinkel des Antriebes ist zwar kleiner, da aber während der Durchführung
dieses Hubes keine Belastung erfolgt, ist dieses nicht von Bedeutung.
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Insbesondere ist die erfindungsgemäße Verlängerung des Arbeitshubes
von Vorteil, wenn in bekannter Weise zwei Schrittschaltwerke in Phase hintereinandergeschaltet
sind, um möglichst eine gleichmäßige Bewegung der Abtriebsspindel zu gewährleisten.
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Durch die Verlängerung des Zeitraumes des Arbeitshubes bzw. die Vergrößerung
des gesamten Drehwinkels des Arbeitshubes über 180° hinaus erfolgt der übergang
des Kraftflusses von dem einen Schrittschaltwerk auf das andere während eines verhältnismäßig
großen Drehwinkels. Es tritt also kein ruckartiger übergang auf; sondern der übergang
findet allmählich und ohne Stöße statt. Hierdurch ist auch bedingt, daß wesentlich
geringere Fertigungsgenauigkeiten für die wirksamen Bauteile des Schrittschaltwerkzeuges
erforderlich sind, da der übergang nicht mehr in sehr engen Grenzen und während
einer sehr kleinen Zeitspanne erfolgt.
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist es selbstverständlich
auch möglich, sowohl die Wälzkörper als auch die Axialnocken derart anzuordnen und
auszubilden, daß die gewünschte Wirkung erzielt wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es nun möglich, eine innere
Nockenbahn auf einem kleineren Durchmesser und eine äußere Nockenbahn auf einem
größeren Durchmesser vorzusehen und die Nocken dieser Bahnen gegeneinander zu versetzen,
und zwar derart, daß wiederum der Zeitraum, in dem der Arbeitshub stattfindet, vergrößert
wird. Diese Versetzung der unterschiedlichen Nockenbahnen gegeneinander ist selbstverständlich
auch in Verbindung mit der Versetzung der Wälzkörper anwendbar.
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Im einzelnen kann das erfindungsgemäße Schaltwerkgetriebe derart aufgebaut
sein, daß mindestens zwei Wälzkörpergruppen vorgesehen sind, wobei die Wälzkörper
einer Gruppe in bezug auf die Wälzkörper der anderen, auf einem abweichenden Durchmesser
angeordneten
Gruppe oder Gruppen in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.
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Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung näher
erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht durch das
erfindungsgemäße Schaltwerkgetriebe, F i g. 2 einen waagerechten Schnitt zur Veranschaulichung
gegeneinander versetzter Nockenbahnen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
F i g. 3 eine Abwicklung eines Teiles eines Schrittschaltwerkes zu Beginn des Arbeitshubes,
F i g. 4 eine der F i g. 3 entsprechende Abwicklung, aber während der Durchführung
des Arbeitshubes, F i g. 5 eine den F i g. 3 und 4 entsprechende Abwicklung, aber
am Ende des Arbeitshubes bzw. zu Beginn des Leer- oder Rückhubes, F i g. 6 einen
Schnitt gemäß der Linie VI-VI der F i g. 1, F i g. 7 einen der F i g. 6 entsprechenden
Schnitt, jedoch durch eine andere Ausführungsform der Erfindung.
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Bei dem in F i g. 1 dargestellten Schaltwerkgetriebe handelt es sich
um ein Getriebe, das grundsätzlich wie ein herkömmliches Getriebe dieser Art aufgebaut
ist und im wesentlichen der Beschreibung der Funktionsweise eines solchen Getriebes
dient.
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Das Schaltwerkgetriebe der F i g. 1 besteht aus einem äußeren, den
Antrieb bildenden Gehäuse 32, das mit Hilfe eines Axiallagers 30 auf einer festen
Unterlage 28 abgestützt ist. Durch das Gehäuse 32 verläuft die Abtriebsspinde120,
die durch einen Keil 24 in einer Bohrung 26 der ortsfesten Abstützung 28 drehfest,
aber axial verschiebbar gehalten ist. Die Spindel 20 ist mit einem Gewinde versehen.
Weiterhin sind zwei Lager 34 vorgesehen, um eine leichte Drehbewegung des Gehäuses
32 in bezug auf die Spindel 20 zu ermöglichen.
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In dem Gehäuse sind zwei Schrittschaltwerke im Abstand voneinander
und um die Spindel 20 herum ausgebildet. Diese beiden Schrittschaltwerke weisen
gleiche Bauteile auf, von denen aber einige in Bezug aufeinander verschieden angeordnet
sind. Jedes Schrittschaltwerk besteht aus einer mit dem Gehäuse 32 fest verbundenen
unteren Nockenscheibe 50, 52 und aus einer oberen Nockenscheibe 42, 44, die
mit der Spindel 20 über eine Keilverbindung 46, 48 drehbar, aber in
bezug auf diese axial in einer Keilnut 22 axial verschiebbar ist. Die Keilnut 22
dient auch der Aufnahme des Keils 24 in der ortsfesten Abstützung 28. Mit jeder
oberen Nockenscheibe 42, 44 arbeitet eine auf die Spindel 20 aufgeschraubte Mutter
38, 40 zusammen. Zwischen jeder oberen und jeder unteren Nockenscheibe sind Wälzkörper
54, 56 angeordnet, die durch einen Käfig 58 bzw. 60 gehalten werden. An jeder oberen
Nockenscheibe 42, 44 ist ein Lageransatz befestigt, der eine Welle 76 bzw. 78 in
seiner Bohrung 80 bzw. 82 aufnimmt. An jeder dieser Wellen 76, 78 ist ein Ritzel
70, 74 angeordnet, das immer mit einem Zahnkranz im Eingriff steht, der fest mit
der unteren Nockenscheibe 50, 52 verbunden ist. Weiterhin trägt jede Welle 76, 78
ein Zahnrad 68, 72, dessen Teilkreisdurchmesser halb so groß ist wie derjenige des
Ritzels 70, 74. Dieses Zahnrad 68, 72 steht mit einer Verzahnung des Wälzkörperkäfigs
58, 60 im Eingriff. Schließlich ist auf jeder Welle 76, 78 noch ein Rad 90, 92 angeordnet,
das eine Verzahnung aufweist, die um etwa 180° jedes Rades verläuft, wobei die beiden
Verzahnungen der Räder 90 und 92 aber um 180° gegeneinander versetzt angeordnet
sind. An jeder Mutter 38, 40 ist ebenfalls ein Zahnkranz befestigt, der mit
den Zähnen des entsprechenden Rades 90 oder 92 in Eingriff gelangen kann. Die auf
den einander gegenüberliegenden Stirnflächen der Nockenscheiben 50, 42 und 52, 44
ausgebildeten Axialnocken sind derart angeordnet, daß die Axialnocken des oberen
Schrittschaltwerkes gegen diejenigen des unteren Schrittschaltwerkes mit einer Phasenverschiebung
von etwa 180° angeordnet sind.
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Wird nun das Gehäuse 32 gedreht, so wird beispielsweise durch das
obere Schrittschaltwerk ein Arbeitshub derart durchgeführt, daß die Wälzkörper
54 durch Drehung der Nockenscheibe 50 angehoben werden, wodurch ebenfalls
die obere Nockenscheibe 42, die Mutter 38 und die Spindel
20 angehoben werden. Bei dieser Drehbewegung wird der Käfig 58 mit der halben
Drehgeschwindigkeit der unteren Nockenscheibe 50 über die Zahnradverbindung 70,
68 mitgedreht. Eine Mitdrehung der Mutter 38 erfolgt nicht, da kein Eingriff zwischen
dem Zahnkranz dieser Mutter und den Zähnen des Rades 90 vorhanden ist. Nach
Beendigung des Arbeitshubes bewegt sich die obere Nockenscheibe 42 in Richtung auf
die untere Nockenscheibe 50, und die Zähne des Rades 90 gelangen mit
dem Zahnkranz der Mutter 38 in Eingriff, um diese an dem Gewinde der Spindel 20
auf die obere Nockenscheibe 42 zurückzudrehen. Nach Beendigung dieser Rückkehrbewegung
beginnt bei weiterer Drehung des Gehäuses 32 ein erneuter Arbeitshub. Da das untere
Schrittschaltwerk mit einer Phasenverschiebung von 180° in bezug auf das obere Schrittschaltwerk
angeordnet ist, führt das eine Schrittschaltwerk immer einen Arbeitshub durch, wenn
das andere einen Leer- oder Rückhub durchführt.
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F i g. 2 kann beispielsweise ein Schnitt durch das Schaltwerkgetriebe
der F i g. 1 zwischen den Wälzkörpern 54 und der unteren Nockenscheibe 50 sein,
wobei die Axialnocken von oben sichtbar werden. Bei der Ausführungsform der F i
g. 2 sind zwei Axialnockenbahnen vorhanden, die derart konzentrisch zueinander angeordnet
sind, daß die Axialnocken der inneren Nockenbahn in bezug auf diejenigen der äußeren
Nockenbahn in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind. Dieser besonderen Anordnung
der Axialnocken und der Axialnockenbahnen ist die Anordnung der Wälzkörper entsprechend
angepaßt.
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In den F i g. 3 bis 5 ist beispielsweise das durch die Nockenscheiben
50 und 42 und die Wälzkörper 54 gebildete obere Schrittschaltwerk der F i g. 1 als
Abwicklung im einzelnen dargestellt.
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Die Nockenscheiben weisen Neigungsflächen 96, 98 auf, die über einen
größeren Bereich verlaufen als die sich daran anschließenden Neigungsflächen 100
und 102. Die verlängerten Neigungsflächen 96 und 98 führen den Arbeitshub durch,
wohingegen die Neigungsflächen 100 und 102 den Leer- oder Rückhub während eines
kürzeren Zeitraumes erlauben.
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In F i g. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei
dem Wälzkörper bildende Kugeln 1 bis 12 in einem Käfig 58a angeordnet sind.
Der Käfig wird - wie bereits in Verbindung mit der F i g. 1 erläutert - durch das
Zahnrad 68 angetrieben, welches auf der Welle 78 befestigt ist. Die Kugeln 1, 5
und 9 sind ebenso wie die Kugeln 6, 2 und 10, die Kugeln 3, 7 und 11 und die Kugeln
4, 8 und 12 zu einer Wälzkörper- bzw. Kugelgruppe zusammengefaßt. Jeweils
zwei
dieser Gruppen sind zusammen auf einem gleichen Durchmesser angeordnet.
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Weiterhin sind die Kugeln in Umfangsrichtung in unterschiedlichen
Abständen zueinander angeordnet, und zwar im einzelnen derart, daß die Kugeln
1, 5 und 9 der ersten Gruppe um 3° versetzt sind, d. h., die Kugel l ist
um 3° in bezug auf die senkrechte Mittellinie versetzt, wobei aber der Winkel zwischen
diesen Kugeln 1, 5 und 9 immer 120° beträgt. In entsprechender Weise sind
die Kugeln 2, 6 und 10 derart versetzt angeordnet, daß die Kugel 2 in einem Winkel
von 65° und 30' zu der senkrechten Mittellinie angeordnet ist und der Winkel zwischen
den Kugeln dieser Gruppe wiederum 120° beträgt. Die Kugel 3 der Gruppe der Kugeln
3, 7 und 11 ist in einem Winkel von 68° zu der senkrechten Mittellinie angeordnet,
und die Kugeln 3, 7 und 11 schließen wiederum jeweils einen Winkel von 120° zwischen
sich ein. Die vierte Gruppe, die aus den Kugeln 4, 8 und 12 besteht, weist wiederum
einen Abstand von 120° zwischen den einzelnen Kugeln. dieser Gruppe auf, wobei die
Kugel 4 in einem Winkel von 100° und 30' zu der senkrechten Mittellinie angeordnet
ist. Die Kugeln 1, 3, 5, 7, 9 und 11 laufen auf der inneren Nockenbahn, wohingegen
die anderen Kugeln auf der äußeren Nockenbahn entsprechend ihrer Anordnung auf einem
größeren Durchmesser laufen.
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Bei der weiteren in F i g. 7 dargestellten Ausführungsform sind die
Wälzkörper als Rollen R1 bis R32 ausgebildet. Wie der F i g. 7 zu entnehmen ist,
sind diese Rollen in 12 Gruppen zusammengefaßt, wobei immer je zwei Gruppen auf
einem gleichen Durchmessec liegen. Die Gruppen eines Durchmessers sind immer in
bezug auf die Gruppen des anderen Durchmessers in Umfangsrichtung versetzt angeordnet.
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