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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandeln einer hin- und
hergehenden Bewegung, insbesondere des Antriebskolbens eines Druckmittelantriebes,
mittels eines von einer Zapfen-Kulissenverbindung betätigten und an einer getriebenen
Welle angebrachten doppelarmigen Hebels in eine reversierende Drehbewegung, wobei
jeweils nur ein Arm des doppelarmigen Hebels mit der Zapfen-Kulissenverbindung zusammenwirkt.
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Eine derartige Vorrichtung für den Antrieb von elektrischen Schaltgeräten
ist bereits bekannt. Der als Doppelkolbenantrieb ausgebildete Druckluftantrieb ist
mit einem auf der Schalterwelle befestigten doppelarmigen. Hebel versehen; der zwei
Kulissenschlitze aufweist. Die gleich langen Arme des Hebels und die Kulissenschlitze
sind winkelig gegeneinander versetzt und kommen nacheinander in Eingriff mit einer
der beiden an der Kolbenstange angebrachten Rollen. Mit dieser Vorrichtung soll
die Schalterwelle um mehr als 90° gedreht werden können. Da die beiden Kulissenschlitze
jedoch nur 90° gegeneinander versetzt sind, kann mit diesem Antrieb die Schalterwelle
ebenfalls nur um einen Schaltwinkel von 90° bewegt werden. Ein Vergrößern des Winkelabstandes
der beiden Kulissenschlitze dürfte andererseits aber nicht möglich sein, da einer
der beiden Kulissenschlitze dann nicht mehr in Eingriff mit der dazugehörigen Rolle
kommt oder die Bewegung der Kolbenstange blockiert. Abgesehen hiervon wird mit dieser
bekannten Vorrichtung, bezogen auf den zurückgelegten Schaltwinkel, nur ein sehr
ungünstiger Drehmomentenverlauf erzielt, da die Kulissenschlitze geradlinig ausgebildet
sind. und die Länge der eingreifenden Hebel während ihrer Bewegung nur geringfügig
verändert wird. Dies wirkt sich in der Praxis bei Schaltgeräten insofern nachteilig
aus, als ein geringes Verdrehen der Schalterwelle bereits eine große Veränderung
des Antriebes zur Folge hat. Es ent-_steht_.da_ durch ein großer Bereich, in dem
der Antrieb schön bei kleinen Fertigungsungenauigkeiten .des Schalters nicht mehr
mit Sicherheit schaltet. Eine günstige Auslegung des Antriebes kann man hingegen
nur dann erzielen, wenn man das abgegebene Drehmoment dem Drehmomentenbedarf des
anzutreibenden Gerätes, wie z: B. eines Schaltgerätes, anpaßt. Die Kulissenschlitze
im doppelarmigen Hebel kurvenförmig auszubilden und damit eine bessere Anpassung
nahe den beiden Endstellungen der reversierenden Schalterwelle beim bekannten Antrieb:
zu ,erhalten, ist nicht möglich. In diesem Fall wäre .ein Eingreifen der Rollen
in die Kulissenschlitze nicht mehr gewährleistet.. Unabhängig hiervon erfolgt beim
bekannten Antrieb keine Verriegelung der Schalterwelle in den Endlagen, weil in
keiner Stellung die Hebel senkrecht zur Bewegungsachse der Druckluftkolben wirken.
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Man hat ferner bei einem bekannten Schalter zur Umwandlung der Linearbewegung
in eine Drehbewegung eine mit dem Kolben verbundene Kurvenscheibe vorgesehen, in
deren V-förmigem Führungsschlitz zwei Rollen eines an der Schalterwelle angreifenden
doppelarmigen Hebels laufen. Die Anordnung zweier Rollen hat dabei den Zweck, die
senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kolbens auftretenden Kraftkomponenten auf die
Kurvenscheibe aufzufangen. Bei dieser Anordnung kann jedoch mit der Schalterwelle
höchstens ein Drehwinkel von 90° ausgeführt werden. Soll eine Verriegelung in den
Endlagen erfolgen, so muß der Drehwinkel sogar kleiner gehalten werden. Ferner ist
die benötigte Kulisse relativ lang was für die Baugröße nicht von Vorteil ist.
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Schließlich ist vorgeschlagen worden, die Antriebswelle nur mit einem
einfachen Hebel zu versehen, der in einem V-förmigen Führungsschlitz der Kulisse
entlanggleitet. Zur Führung der einseitig am Druckmittelantrieb angebrachten Kulisse
ist bei diesem Antrieb eine besondere zusätzliche Lagerstelle notwendig. Diese Lagerstelle
wird von der Schalterwelle selbst gebildet, die durch .einen in Bewegungsrichtung
der Kulisse- verlaufenden Schlitz ragt. Will man mit dieser Einrichtung bei kleiner
Antriebskraft eine große Kraft auf die Schalterwelle übertragen und dabei einen
Drehwinkel über 90° erhalten, so muß die Kulisse verhältnismäßig lang ausgebildet
-werden. Das - Längenmaß kann jedoch aus raumsparenden Gründen :einen gewissen oberen
Wert nicht überschreiten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zum
Umwandeln einer hin- und hergehenden Bewegung, insbesondere des Antriebskolbens
eines °Druckniftelantriebes, zu schaffen, bei dem mit kleiner Kolbenkraft und möglichst
kleiner Kulisse in den Endstellungen eine große Kraft auf die Antriebswelle übertragen
wird. Zusätzlich soll dieser Antrieb ermöglichen, daß"d%e Schalterwelle mehr als
90° gedreht werden kann und diese in den .Endstellungen verriegelt wird.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Kulisse zwei einseitig-
offene, mit ihren Achsen in einen Winkel - zusammenlaufende- Führungsbahnen aufweist
und daß Mitnehmer vorgesehen sind, welche die getriebene Welle mit dem Antriebsglied
verbinden, wenn sich beide Arme des Hebels außerhalb der Führungsbahnen befinden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Druckmittelantrieb
mit zwei- Zylindern und Kolben im Längsschnitt, F i g. 2 den in F i g. 1 dargestellten
Druckmittelantrieb in Draufsicht, FZg. 3 eine für den Druckmittelantrieb geeignete
Kulisse.
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In der Zeichnung sind mit 1 und 2 zwei im Abstand voneinander durch
Verbindungsteile 3 zusammengefügte Zylinder des Druckmittelantriebes bezeichnet.
Die Kolben 4 und 5 der Zylinder 1 und 2 sind durch eine Kulisse 6 verbunden und
rufen bei wechselweisem Beaufschlagen mit Druckmittel eine Linearbewegung der Kulisse
in Pfeilrichtung A bzw.. B hervor. Diese Lineärbewegung der Kulisse 6 wird durch
einen auf der Antriebswelle 7 angebrachten doppelarmigen Hebel 8 oder gegebenenfalls
mehreren getrennten Hebeln in eine Drehbewegung der Antriebswelle 7 umgeformt. Dazu
greifen die an den Armen 9 und 10 des Hebels 8 seitlich herausragenden Zapfen oder
Rollen 11 bzw. 12 gleitend in die Führungsbahnen 13 bzw. 14 (F i g. 3) der Kulisse
6 nacheinander ein, so daß auf sie eine eine Drehung hervorrufende resultierende
Kraft ausgeübt wird: Die Zapfen 11 und 12 sind hierbei zwischen zwei gleichen auf
der Antriebswelle 7 axial versetzt angebrachten doppelarmigen Hebeln 8 (F i g..
2) derart angeordnet, daß zwischen den Hebeln 8 die Kulisse 6 durchgeschoben werden
kann. Um dies zu ermöglichen, ist zusätzlich erforderlich, in der Kulisse 6 eine
so große
Ausnehmung 18 vorzusehen, daß die senkrecht durch die Kulisse
6 geführte Antriebswelle 7 die Linearbewegung nicht behindert. In diese Ausnehmung
18 münden die beiden mit ihren Achsen unter einem Winkel zusammenlaufenden, zur
Aufnahme der Zapfen 11 und 12 vorgesehenen Führungsbahnen 13 bzw. 14. Die Führungsbahnen
13 und 14 sind so weit voneinander entfernt, daß bei Drehung der Antriebswelle 8
jeweils nur der dafür vorgesehene Zapfen 11 bzw. 12 in sie eingreifen- kann. Dabei
soll sich in der Mittelstellung der Kulisse 6 weder der Zapfen 11 noch
12 in den Führungsbahnen 13 bzw. 14 befinden. Für den Antrieb
während dieses mittleren Drehbereiches der Antriebswelle 7, bei dem im Vergleich
zu den Endbereichen eine kleine Kraft bei großer Geschwindigkeit.übertragen werden
soll, sorgen einen kurzen Hebelarm um die Antriebswelle 7 bildende, zwischen der
Antriebswelle: 7 und dem Kolben 4 und 5 angeordnete Mitnehme. Vorteilhaft ist, als
Mitnehmer einen. an der .Kulisse 6 -angebrachten Zäpfen 15 vorzusehen, der in eine
Aussparung 16 des .doppelarmigen Hebels 8 eingreift: Die. Aussparung 16, die-in
eirieriiAnsatz 17 des Hebeln 8 vorgesehen ist, befindet sich dabei zwischen den
beiden um nahezu 180° versetzt angeordneten Armen 9 und 10. Soll mit der Einrichtung
ein im mittleren Bereich.. liegender . Drehwinkel mit rascher Geschwindigkeit und
kleiner Antriebskraft überschritten werden, so :ist es möglich, zwischen den Endbereichen,
die von den Armen 9 und 10 bestimmt werden, auch mehrere Mitnehmer 15 und 16 vorzusehen.
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In den Drehbereichen, in denen eine große Kraft auf die Antriebswelle
7 übertragen wird, besteht zwischen Kulisse 6 und den Kolben 4 oder 5 nur über eine
der Führungsbahnen 13 bzw. 14 und den dazugehörigen Armen 9 bzw. 10 eine Verbindung.
Im vorliegenden Fall ist dies nahe der linken und der rechten Endstellung der Kulisse.
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Hinsichtlich der Gestaltung der Führungsbahnen 13, 14 ist zu beachten,
daß ihre Länge die Drehbereiche der Antriebswelle 7 bestimmt, in denen eine große
Kraft auf den Hebel 8 wirken soll., Voraussetzung dafür ist, daß die Führungsbahnen
13, 14 gegenüber der Bewegungsrichtung A-B der Kulisse 6 geneigt sind. Die Neigung
der Führungsbahnen 13, 14 gegenüber der Bewegungsrichtung A bzw.
B, also der zwischen der Horizontalen und den Achsen der Führungsbahnen
13, 14 eingeschlossene Winkel a gibt an, welche Kraft H am Hebel
8 wirken soll, da die Beziehung besteht: Kolbenkraft F=H - sin a.
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Soll zu beiden Endstellungen der Kulisse 6 und damit zum Ende des
Drehbereiches der Antriebswelle 7 ein verschieden großes Drehmoment übertragen werden,
so können die symmetrisch in der Kulisse 6 angeordneten Führungsbahnen 13 und 14
(F i g. 3) auch unterschiedliche Neigung gegenüber der Horizontalen aufweisen. Zum
gleichen Zweck können auch die die Zapfen bzw. Rollen 11, 12 tragenden Arme
9, 10 verschiedene Längen aufweisen.
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Unabhängig hiervon verlaufen dieFührungsbahnen 13 und 14 in ihrem
Endbereich parallel zur Bewegungsrichtung A bzw. B der Kulisse 6.
Dadurch wird die Antriebswelle 7 in den Endstellungen verriegelt und kann nur durch
die Kulisse 6 bewegt werden.
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Um die Einrichtung möglichst raumsparend zu gestalten, wird die Kulisse
6 etwas länger als die doppelte Hublänge eines Kolbens ausgebildet. Auf diese Weise
kann der Mittelteil sehr kurz gehalten werden, da sich eine Hälfte der Kulisse 6
jeweils in einem Zylinder befindet. Besondere Führungselemente der Kulisse 6 ,entfallen,
da die Pumpkolben diese ersetzen und. die quer zur Kulissenbewegung gerichteten
Kraftkomponenten aufnehmen.
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Ferner werden die Verbindungsteile 3 der Druckmittelantriebe
1, 2 als Lager der mittig in der Einrichtung angeordneten Antriebswelle 7
ausgebildet.
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Funktionsweise der Einrichtung Wird in den Zylinder 2 Druckluft
0d. dgl. eingelassen, so schiebt der Kolben 5 die .in Bier einen Endstellung befindliche
Kulisse 6 und den Kolben 4 so weit in Pfeilrichtung A, bis der Kolben 4 am Ende
des anderen Zylinders 1 ansteht.. Während der Kulissenbewegung in Pfeilrichtung
A gleitet der Zapfen 11 tangential an den Kanten seiner Führungsbahn 14 (F i g.
1 und 2) entlang und wird dadurch in Pfeilrichtung,C geschwenkt. Da der Winkel c4
sehr klein ist, wird während des durch-die .Führungsbahn 14 bestimmten Weges.dieAntriebswelle
7 durch den Arm 9 langsam, aber mit größer Kraft gedreht. Nach einem gewissen Drehwinkel
der Antriebswelle 7, der von der Länge der Führungsbahn 14 bestimmt wird,
gleitet der Zapfen 11 aus der Führungsbahn 14. Der doppelarmige Hebe18 befindet
sich dabei nahezu in der Waagerechten, wobei der Arm 10 mittels des Zapfens
12 noch nicht im Eingriff mit der Führungsbahn 13 steht. Gleichzeitig mit
dem Herausgleiten des Zapfens 11 aus der Führungsbahn 14 umschließt die Aussparung
16 den auf der Kulisse 6 angebrachten Zapfen 15. Hierdurch wird in Nähe der Mittelstellung
-der Kulisse 6 und damit im mittleren Bewegungsbereich der Antriebswelle 7 zwischen
der Kulisse 6 und der Antriebswelle 7 eine Verbindung hergestellt. Da diese Verbindung
kurzhebelig an die Antriebswelle 7 angreift, treibt die Kulisse 6 bei wenig zurückgelegtem
Weg die Antriebswelle 7 mit geringer Kraft, aber einem großen Drehweg an. Am Ende
des mittleren Drehweges der sich in Pfeilrichtung C drehenden Antriebswelle 7 läuft
der Zapfen 12 in die Führungsbahn 13 der sich in Pfeilrichtung A bewegenden Kulisse
6 ein, wobei gleichzeitig die Verbindung zwischen Zapfen 15 und Aussparung 16. gelöst
wird. Bis zu der beim Zylinder 1 befindlichen Endstellung der Kulisse 6 wird die
Antriebswelle 7 mittels des an den Kanten der Führungsbahn 13 entlanggleitenden
Zapfens 12 über dem Arm 10 angetrieben. Da der Arm 10 einen relativ
großen Hebelarm bildet und zusätzlich der Neigungswinkel « der Führungsbahn 13 klein
ist, wird während dieses Bewegungsbereiches auf die Antriebfwelle 7 eine große Kraft
übertragen. Soll die Antriebswelle 7 daraufhin in Pfeilrichtung D zurückgedreht
werden, so wird der Kolben 4 mit Druckmittel beaufschlagt. Der vorbeschriebene Ablauf
vollzieht sich daraufhin in umgekehrter Reihenfolge.
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Durch das Zusammenwirken verschiedener Hebel mit dafür vorgesehenen
Führungsbahnen nacheinander wird der Vorteil erreicht, daß bei einer kleinen konstanten
Antriebskraft das auf eine Antriebswelle wirkende Drehmoment längs des Bewegungsbereiches
verändert werden kann. Das Drehmoment kann hierbei nicht nur wie bisher durch die
Neigung der Kurvenbahn, also dem Winkel a, verändert werden, sondern auch durch
verschieden lange Hebel. Durch die Veränderbarkeit der zwei vorgenannten
Faktoren
läßt sich erreichen, daß jeder Hebel in der dafür vorgesehenen Führungsbahn immer
im günstigsten Winkel eingreift. In diesem Fall fällt die Richtung der Kurventangente
mit der Richtung des Hebelarmes zusammen. Eine Richtungsumkehr des Hebels innerhalb
der Kurvenbahn tritt nicht mehr ein. Besondere, durch die Richtungsumkehr des Hebels
beanspruchte Teile der Führungsbahn sind nicht mehr vorhanden. Des weiteren kann
mit dem Druckmittelantrieb die Antriebswelle auf einfachste Weise mehr als 90° angetrieben
werden, wenn mehrere nacheinander wirkende Mitnehmer auf der Kurvenbahn angebracht
werden und wenn die die Endstellungen bestimmenden Hebel bzw. Arme mit ihren Zapfen
mehr als 180° voneinander entfernt sind.