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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraubenfederkupplung zwischen
einer kontinuierlich drehenden Antriebswelle und einer angetriebenen Welle, wobei
die Kupplungsfeder mit der einen Welle fest verbunden ist und einige ihrer Windungen
die Antriebswelle umgeben und die getriebene Welle eng umschließen und als Schaltorgan
für den Kupplungs-und Entkupplungsvorgang eine Rolle vorgesehen ist, die den Windungen
der Kupplungsfeder benachbart gelagert ist und durch ihre Anlage an der Kupplungsfeder
die Kupplung von Antriebswelle und getriebener Welle bewirkt.
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Es ist bereits eine Schraubenfederkupplung bekanntgeworden, bei der
zum Ein- bzw. Entkappeln eine mittels eines tastengesteuerten Schwenkarmes geführte,
eine tonnenförmige Oberfläche aufweisenden Rolle in axialer Richtung unter der Wirkung
einer Feder auf den Windungen der Kupplungsfeder, welche die angetriebene Welle
umschlingt, abgewälzt wird. Da durch diese Abwälzung eine Federwindung nach der
anderen wirksam wird, wird ein allmähliches weiches Einkuppeln erzielt. Dieses allmähliche
Einkuppeln ist in gewissen Fällen jedoch nicht erwünscht.
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Bei anderen bekannten Schraubenfederkupplungen hängt die Dauer der
Kraftübertragung von der Charakteristik der verwendeten Feder ab. Von Bedeutung
ist dabei die Zeit, welche benötigt wird, um die Federwindungen an der Welle anliegen
zu lassen, so daß eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der treibenden und der
angetriebenen Welle entsteht.
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Weiten sich z. B. die Federwindungen infolge der Abnützung und/oder
Ermüdung immer mehr aus, so wird naturgemäß immer mehr Zeit notwendig, um die freien
Windungen nach Auslösung des Kupplungsvorganges auf der Welle aufzuwickeln. Dementsprechend
verkürzt sich die Zeit, in der das Drehmoment übertragen wird, wenn die Zeit zwischen
der Auslösung des Kupplungsvorganges und der Entkupplung gleichbleibt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zeit, in der das Drehmoment
übertragen wird, unabhängig von der sich ändernden Federcharakteristik zu halten
und zugleich regulierbar zu gestalten.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kupplungsfeder
mit der getriebenen Welle fest verbunden ist, daß die Rolle nur mit den die Antriebswelle
umgebenden Windungen zur Anlage gelangt, daß ein ortsfester Anschlag justierbar
angeordnet ist, an den sich das freie Ende der die Antriebswelle umgebenden Windungen
legt, und daß eine Feder vorgesehen ist, die die getriebene Welle nach dem Entkupplungsvorgang
in ihre Ausgangsposition zurückdreht.
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Es ist ersichtlich, daß bei einer Änderung der Federcharakteristik
das freie Ende der Feder keine andere Ruhelage einnehmen kann, denn es wird durch
den ortsfesten Anschlag festgehalten. Infolgedessen bleibt die Zeit, welche nach
der Einleitung des Kupplungsvorganges benötigt wird, um die Feder zum Anliegen an
die Welle zu bringen, praktisch immer dieselbe.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung
veranschaulicht F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung der Erfindung,
F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1,
F i
g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der F i g. 2, F i
g. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 2 und F i g. 5 die
in den vorausgehenden Figuren dargestellte Vorrichtung in Perspektive und auseinandergezogener
Form.
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In F i g. 1 ist ein Druckmechanismus mit 9 bezeichnet.
Der Mechanismus 9 dient dazu, ein benachbartes, sich bewegendes Band mit
Informationen (nicht dargestellt) hin und her zu überstreichen. Er weist ein angetriebenes
Organ 10, z. B. einen Druckkopf, in dem sich Druckelektroden od. dgl. befinden,
und ein endloses Band 11 auf, auf dem das Organ 10 angeordnet ist.
Außerdem sind zwei Räder 12 und 13 vorgesehen, über die das Band
11 läuft. Das Rad 12 sitzt drehbar auf einer Welle 14 und spricht auf Bewegungen
an, die von einem Antriebsorgan 15
ausgeführt werden, welches seinerseits
mit weiteren Antriebsmitteln (nicht dargestellt) gekuppelt ist. Zur Erzielung einer
Hin- und Herbewegung des Organs 10 tritt eine Federkupplung 16 in
Tätigkeit und kuppelt intermittierend das antreibende Element 15
mit dem Rad
12. Das hat eine Bewegung des Bandes 11 und des Organs 10 in Richtung
des Pfeils a in F i g. 1 zur Folge. Die Betätigung der Kupplung
16
wird von einer Steuereinheit 17 gesteuert, und der Rücklauf des
Organs 10 und des Bandes 11 wird von einem Rücklaufmechanismus
18 bewirkt, der mit dem Rad 13 zusammenwirkt. Das Rad 13 sitzt
auf einer Welle 20, mit der es sich drehen kann.
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Die Welle 14 ist drehbar in einem Rahmen 21 (F i g. 1, 2 und
3) gelagert. Dieser Rahmen nimmt die gesamte Kupplung auf. Die Welle 14 ruht
in Lagern, von denen in den F i g. 1 und 3 nur eines, nämlich das
mit der Nummer 22 bezeichnete, dargestellt ist. Letzteres ist dem Antriebselement
15 benachbart. Das Antriebselement 15 besteht aus einer Scheibe und
einem Zahnrad, beide befestigt auf der Welle 14, so daß auf letztere in bekannter
Weise ein Drehmoment übertragen werden kann' das eine intermittierende Rotation
der Welle mit bestimmter Geschwindigkeit in einer Richtung bewirkt. Auf der Welle
14 sitzt eine zylindrische Nabe 23, die von einer Schraube 24 gehalten wird
und von dem Lager 22 durch eine Buchse 25 getrennt ist. Eine zylindrisch
geformte Nabe 26 sitzt frei drehbar auf der Welle 14 unter Zwischenschaltung
einer die Reibung herabsetzenden Hülse 27. Die angetriebene Nabe
26
ist der antreibenden Nabe 23 benachbart, wobei der äußere Durchmesser
der Nabe 26 in etwa gleich dem äußeren Durchmesser der Nabe 23 ist.
Die Begrenzung in axialer Richtung wird durch einen Anschlagring 28 bewirkt,
der auf der Welle 14 mittels einer Schraube 30 gehalten wird.
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Die Nabe 26 ist an dem Rad 12 befestigt, das aus einer Büchse
31 und einem Flanschring 32 besteht. über die Büchse 31 läuft
weitgehend gleitfrei das Band, das angetrieben wird, wenn die Kupplung betätigt
ist. Natürlich kann mit gleichen Vorteilen auch ein Kettenrad und eine Kette od.
dgl. verwendet werden.
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Die äußeren zylindrischen Oberflächen der antreibenden und angetriebenen
Nabe 23 bzw. 26
bilden Kupplungsoberflächen für eine Feder
33, die Teile der Naben spiralförmig umgibt. Die Feder 33
besteht vorzugsweise
aus einem Draht mit rechteckigem Querschnitt, der derart gewickelt ist, daß
sich
benachbarte Windungsstücke normalerweise über die Länge der Feder berühren. Auf
diese Weise wird eine Kupplungshülse gebildet, die in radialer Richtung dehnbar
bzw. zusammenziehbar ist. In der Ruhelage der Feder33 ist diese so geformt, daß
im wesentlichen alle diejenigen Windungsstücke, welche die Kupplungsoberfläche der
angetriebenen Nabe26 umgeben, diese unmittelbar berühren. Das Federende 34 (s. F
i g. 5) ist radial nach innen gebogen und steckt in einer öffnung
35. Die übrigen Windungsteile der Feder 33 haben allmählich größer
werdenden Durchmesser, so daß der Abstand zwischen ihnen und der Kupplungsoberfläche
der antreibenden Nabe 23 im unbelasteten Zustand immer größer wird. Das Ende
36 der Feder ist umgebogen und läuft in axialer Richtung im Abstand von der
Nabe parallel zu dieser.
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Die Feder, die antreibende Nabe und die angetriebene Nabe sind koaxial
zu einem Schild 37 und einem Organ 38, das mit der Feder in Berührung
treten kann, angeordnet (s. F i g. 3). Das Schild 37
umgibt die Feder
teilweise (s. F i g. 2 und 4). Sein Ende 40 ist an dem Rahmen 21 mittels
Schrauben 41 befestigt. Sein Ende 42 stützt sich elastisch auf einer Schulter 43
des Rahmens 21 ab. Das Schild 37
ist von relativ fester Konstruktion und dient
als Aufnahme für das Organ 38, mit dem die Feder in Berührung treten kann.
Letzteres ist justierbar auf dem Schild 37 mittels einer Justierschraube
44 befestigt, die in dem Schild 37 eingeschraubt ist und durch einen Schlitz
45 (s. F i g. 1) des Organs 38 hindurchläuft. Ein sich in radialer
Richtung erstreckender Tab 46 ragt von dem einen Ende des Organs 38
nach außen.
Dieser Tab erleichtert die Justierung. Ferner ist das Organ 38 mit einem
nach innen ragenden Anschlag 47 versehen, der der antreibenden Nabe 23 anliegt
und mit dem Ende 36 der Feder 33
(s. F i g. 4) in Berührung
treten kann. Ferner weist das Organ 38 einen nach innen ragenden Anschlag
48 auf, der in gleicher Weise wie der Anschlag 47 ausgebildet ist. Der Anschlag
48 kann ebenfalls mit dem Ende 36 in Berührung treten, wenn das Ende
36
in diejenige Lage gedreht worden ist, die in F i g. 4 strichpunktiert
dargestellt ist und mit der Bezugsziffer 36' bezeichnet ist.
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An der Büchse 31 des Rades 12 ist eine Scheibe 50 befestigt.
An dieser sitzt ein Nocken 51. Die Führungsfläche des Nockens 51 steuert
das Ende 36
der Feder 33, wenn die Kupplung betätigt wird, um eine
Rotation des Rades 32 in Richtung des Pfeils b
(s. F i g. 2)
zu erzeugen.
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Die bereits obenerwähnte Steuervorrichtung 17
weist eine Klinke
54 und ein Solenoid 52, 53 auf; beide Teile sind am Rahmen 21 befestigt.
Ein Kein 52 ist innerhalb einer Wicklung 53 axial verschiebbar. Durch
den Kein 52 kann die Klinke 54 bewegt werden, wenn durch die Wicklung
53 ein Strom läuft. Die Klinke 54 weist eine Schulter 55 auf. Eine
Feder 56 ist an dem Rahmen 21 befestigt (die Befestigungsstelle ist nicht
dargestellt) und übt auf die Klinke 54 ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn um eine
Welle 57 aus. Wenn durch die Wicklung 53
kein Strom fließt, liegt die
Schulter 55 an einem Finger 58.
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Dieser Finger 58 ist Teil eines Arms 60, der eine Rolle
61, die mit der Feder in Berührung treten kann, und eine Rolle
62 auf der gegenüberliegenden Seite trägt, die mit dem Nocken 51 in
Berührung treten kann. Der Arm 60 weist ferner zwei Schlitze 63 auf,
durch die Befestigungszapfen 64 und 65
ragen. Eine Feder 66 sitzt zwischen
dem Zapfen 65
und einem Flansch 67 und zieht den Arm 60 in Richtung
auf die Welle 14. Die Zapfen 64 und 65
sitzen an einem Träger 68, der
Teil des Rahmens 21 ist. Der Arm 60 kann hin- und hergehende Bewegungen vollführen,
die durch die Schlitze 63 begrenzt werden. Wenn die Wicklung 53 nicht
stromdurchflossen ist, ruht der Arm 60 in der in F i g. 1 und 2 dargestellten
Lage, wobei der Finger 58 der Schulter 55 anliegt. Fließt durch die
Wicklung 53 ein Strom, wird die Klinke 54 im Uhrzeigersinn um den Zapfen
57 gedreht, und dabei gibt die Schulter 55 den Finger 58 frei.
Die Feder 66 zieht dann den Arm 60
und damit die Rollen 61 und
62 in Richtung auf die Welle 14. In der dargestellten Ruhelage weist die
Rolle 61 einen Abstand von einer Windung oder mehreren (es hat sich gezeigt,
daß zwei Windungen ausreichend sind) der Feder 33 auf. Dieser Abstand ist
so geartet, daß die Rolle 61 die Windungen berührt, bevor der Arm seine rechte,
durch die Schlitze 63 bestimmte Endstellung eingenommen hat. Die Rolle
62, die mit dem Nocken 51 in Berührung treten kann, weist ebenfalls
einen Abstand von dem Weg des Nockens 51 auf, den dieser bei seiner Drehung
beschreibt. In F i g. 2 ist dieser Weg strichpunktiert dargestellt und mit
der Bezugsziffer 70 gekennzeichnet. Wenn die Rolle 62 und der Nocken
51
miteinander in Berührung treten, wird der Arm 60
von der Welle 14
wegbewegt, wobei der Finger 58
wieder von der Schulter 55 der Klinke
54 erfaßt wird, vorausgesetzt, durch die Wicklung 53 fließt kein Strom. Dabei
wird die Klinke 54 unter der Wirkung der Feder 56 im Gegenuhrzeigersinn ein
Stück gedreht. Fließt durch die Windungen 53 ein Strom, wenn der Nocken
51 mit der Rolle 62 in Berührung ist, wird die Klinke 54 im Uhrzeigersinn
von dem Finger 58 weggedreht, und der Arm 60
kehrt in seine rechte
Endstellung zurück, wenn der Nocken 51 die Rolle 62 verläßt.
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Die bereits obenerwähnte Rückführvorrichtung 18
weist ein Rad
13 auf, das auf einer Welle 20 sitzt. Letztere ist drehbar in einem Lager
71 und in einem weiteren Lager gelagert, das von einem Träger 72
gehalten
wird. Das endlose Band 11 läuft um die Räder 12 und 13, und zwar mit
praktisch gleitfreiem Sitz. Das Organ 10, das dem Band 11 zugeordnet
ist, bewegt sich hin und her, wie im folgenden im einzelnen beschrieben wird. Das
Organ 10 ruht an einem Anschlag 73, der an dem Träger 72 befestigt
ist. Das Organ 10 wird gegen den Anschlag 73 durch eine Feder 74 gedrückt,
die die Tendenz hat, die Welle 20 zu drehen.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Die Kupplung 16 bewirkt
eine intermittierende Drehung des Rades 12 in Richtung des Pfeils c (s. F i
g. 5),
und zwar als Folge eines Auslösesignals, das in die Steuervorrichtung
17 zur Betätigung der Kupplung eingegeben wird. Das Organ 10 wird
mittels des Bandes 11 von links nach rechts bewegt (s. Pfeil a in F i
g. 1). Wird die Kupplung freigegeben, so zieht die Vorrichtung
18 das Organ 10 in seine Ruheposition, d. h. gegen den Anschlag
73, zurück. Dabei bewegen sich alle Teile der Kupplung in ihre Ruhelage.
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Bei normalem Operationszyklus des Druckmechanismus bewegt sich der
Druckkopf schnell über eine
sich bewegende, nicht dargestellte Papierbahn.
Die Welle 14 dreht sich gemäß Pfeil c (s. F i g. 5); sie wird von einer Antriebsquelle
über das Antriebselement 15 angetrieben. Der Zeitpunkt, bei dem die Rotation
beginnt, ist nicht von Bedeutung, wenn es nur so ist, daß er vor den Operationen
liegt, die im folgenden beschrieben werden. Es ist zu beachten, daß die antreibende
Nabe 23 und der Anschlagring 28 zusammen mit der Welle rotieren, während
die anderen koaxial dazu angeordneten Elemente frei drehbar auf der Welle gelagert
sind. Die Nabe 23
und der Ring 28 sind also die einzigen Elemente in
der Kupplung 16, die der Antriebsquelle ständig folgen.
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Eine Betätigung des Druckkopfes wird dadurch eingeleitet, daß durch
die Wicklung 53 Strom fließt. Dadurch wird der Kein 52 betätigt, und
die Klinke 54 kann sich um den Zapfen 57 gegen die Kraft der Feder
56 im Uhrzeigersinn drehen. Der Finger 58
wird infolgedessen von der
Schulter 55 der Klinke 54 freigegeben, so daß sich der Arm 60, der
die Rolle 61 und die Rolle 62 trägt, in Richtung auf die Welle 14
bewegen kann. Wenn die Rolle 61 die Endwindungen der Feder33 berührt, erhöht
sich die Reibung zwischen der Kupplungsoberfläche der antreibenden Nabe
23 und der Feder 33, was zur Folge hat, daß die Feder sich im Uhrzeigersinn
verwindet, so daß zwischen der antreibenden Nabe und der angetriebenen Nabe eine
Kupplung erfolgt. Wenn sich die angetriebene Nabe 26 dreht, dreht sich auch
das Rad 12, was zur Folge hat, daß das Band 11 und der Druckkopf in Richtung
des Pfeils a bewegt werden, und zwar so lange, wie die Kupplung die Nabe
26 dreht. Außerdem wird das Rad 13 in gleicher Richtung wie das Rad
12 gedreht, was zur Folge hat, daß die Spiralfeder 74 gespannt wird und infolgedessen
ein Drehmoment um die Welle 20 im entgegengesetzten Sinne erzeugt. Jedoch ist dieses
Drehmoment nicht in der Lage, das Drehmoment, was von der Kupplung ausgeübt wird,
zu überwinden.
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Die Welle 14 dreht sich so lange, bis der Nocken 51
mit der Rolle 62 in Berührung tritt. In diesem Augenblick wird die Rolle
62 in bezug auf F i g. 1
nach links bewegt, was zur Folge hat, daß
die andere Rolle 61, die mit der Feder 33 in Berührung steht, diese
Feder 33 freigibt. Inzwischen ist die Wicklung 53 stromlos geworden.
Die Klinke 54 kehrt unter der Wirkung der Feder 56 in ihre obere Lage zurück,
in der sie den Finger 58 aufnimmt und insofern den Arm 60 in seiner
linken Endstellung hält, in die er durch den Nocken 51 gebracht worden ist.
Wenn die Rolle 61, die mit der Feder 33 in Berührung treten kann,
diese Feder 33 freigibt, expandiert die Feder, was ein Entkuppeln zwischen
den Naben 23 und 26
zur Folge hat. Die Nabe 26 kann sich dann
in anderer Richtung unter der Wirkung der Spiralfeder 74 drehen, die eine Kraft
in entgegengesetzter Drehrichtung über das Band 11 überträgt. Das hat zur
Folge, daß der Druckkopf, nämlich das Organ10, auf seinem linearen Weg bis zum Anschlag73
bewegt wird. Die Feder33, die mit der angetriebenen Nabe26 verbunden ist, wird ebenfalls
im Gegenuhrzeigersinn gedreht, jedoch ist es so, daß, bevor der Anschlag73 erreicht
wird, das Ende36 den Anschlag 47 des Organs 38 berührt, so daß die
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Feder 33 eine Vorspannung erhält. Die Stelle des Organs
10, in der das Ende 36 den Anschlag 47 berührt, ist in F i
g. 1 strichpunktiert dargestellt. Auf diese Weise wird erreicht, daß der
folgende Zyklus akkurat beginnen kann. Das Ende 36 kann seine richtige Lage
einnehmen, so daß sich der vorgeschriebene Abstand zwischen Feder und Nabe wieder
einstellen kann.
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Angenommen, daß im Verlauf des oben geschilderten Operationszyklus
sich die Rolle 61 nicht von der Feder zurückbewegt, wenn der Nocken
51
die Rolle 62 erreicht, oder angenommen, daß bei der Rückbewegung
der Rolle sich die Federdehnung verzögert und ein Entkuppeln nicht vorschriftsmäßig
erfolgt, dann tritt der Anschlag 48 in Aktion, und zwar in der Weise, daß das Ende
36 an ihn anschlägt, was zur Folge hat, daß die Reibung zwischen der Feder
und den Kupplungsoberflächen aufhöm Der F i g. 2 ist zu entnehmen, daß der
Anschlag 49 in bezug auf den Nocken 51 so angeordnet ist, daß der Nocken
51 die Position durchläuft, bei der die Kupplung gelöst wird, wenn der Anschlag
48 mit dem Ende 36 in Berührung tritt. Die Feder gleitet dann auf der antreibenden
Nabe, bis der Fehler beseitigt ist. Auf diese Weise wird eine Beschädigung der Kupplung
vermieden.
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Die beschriebene Kupplung ist einfach und wirtschaftlich im Aufbau.
Hinzu kommt, daß sie sehr stabil ausgebildet ist und infolgedessen besonders für
Vorrichtungen geeignet ist, bei denen hohe Hin-und Herbewegungen auftreten, z. B.
in Druckapparaten. Bei bekannten Vorrichtungen kommt es auf einen bestimmten Betrag
der Federentspannung während des Lösevorgangs der Kupplung an, so daß die Größe
der Windungen für den akkuraten Ablauf mitbestimmend ist. Diese Größe aber schwankt
im Laufe der Zeit, was zur Folge hat, daß sich der Abstand zwischen Feder und Nabe
ändert und die Anlaufzeit infolgedessen Variationen unterworfen ist. Dieser Nachteil
wird bei der beschriebenen Vorrichtung besonders durch das Ende 36 der Feder
33 und den Anschlag für dieses Ende beseitigt, so daß eine Variation in der
Größe sich nicht auf die Operation der Kupplung auswirkt. Ferner dient das Ende
der Feder zusammen mit einem Begrenzungsorgan als Sicherheitsvorrichtung.