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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schrittschaltwerk mit
einem periodisch anzutreibenden Zahnkranz, einem mit dem Zahnkranz kämmenden, hin-
und hergehenden, verzahnten Antriebsteil, einem dem Zahnkranz zugeordneten Sperr-Zahnsegment
und einer Steuerkurve, die den Antriebsteil und das Sperr-Zahnsegment so steuert,
daß der Zahnkranz abwechselnd von dem Antriebsteil angetrieben und von dem Sperr-Zahnsegment
gehalten ist.
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Derartige Schrittschaltwerke können insbesondere bei automatischen
Werkzeugmaschinen verwendet werden. Die Schrittschaltwerke stellen dabei sicher,
daß ein Werkstück schrittweise von Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation bewegt
und während des Bearbeitungsvorganges festgehalten wird.
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Es gibt bereits eine Vielzahl von solchen Schrittschaltwerken. Diese
sind jedoch verhältnismäßig kompliziert und störanfällig, lassen nur auf umständliche
Weise eine Änderung des Verhältnisses zwischen der Schalt- und der Verweilzeit und
der Anzahl von Stillstandsstellungen zu und verursachen konstruktive Schwierigkeiten
bei der Auslegung der zugehörigen Maschine.
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Beispielsweise ist eine Vorrichtung zur Umwandlung einer ständigen
Drehbewegung in eine geradlinige, einseitig gerichtete, periodische Bewegung bekannt.
Hierbei steht in einem Gehäuse eine von einem Kurbeltrieb betätigte gerade Zahnstange
während ihres Vorwärtshubes mit einem Zahnrad im Eingriff, das auf einer anzutreibenden
Welle befestigt ist. Ein schwingend gelagertes, teilweise gezahntes Hohlsegment,
welches das Gehäuse und darin das Zahnrad umgreift, wird am Ende des Zahnstangenhubes
durch einen Exzenter entgegen Federkraft in Eingriffsstellung mit dem Zahnrad geschwenkt,
das dadurch blockiert wird. Gleichzeitig wird die Zahnstange ausgerückt, durch denselben
Exzenter verschwenkt und von dem Kurbeltrieb in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt.
Bei einer solchen Vorrichtung dient zum intermittierenden Antrieb eines Zahnrades
eine gerade Zahnstange, die quer zu ihrer Hubrichtung ein- und ausgerückt werden
muß, was nicht nur eine kinematisch ungünstige Anordnung bedingt, sondern auch mit
unerwünschten Massenkräften und einem starken Verschleiß einhergeht. Der richtige
Eingriff der Zahnstange zu Beginn ihres Vorwärtshubes wird durch die Querbewegung
der Zahnstange beeinträchtigt, zumindest wenn nach längerem Betrieb die Exzentersteuerung
Abnutzungserscheinungen aufweist, so daß die Gefahr einer Beschädigung der Antriebselemente
besteht.
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Bei einer bekannten Antriebsvorrichtung für die Abreißwalzen von Kämm-Maschinen
ist eine gebogene Zahnstange vorhanden, die während eines Teils ihrer Hin- und Herbewegung
außer Eingriff mit einem angetriebenen Zahnrad gelangt. Der Zahnbogen ist auf einer
umlaufenden Scheibe gelagert und gegenüber einem schwenkbaren Träger entgegen Federkraft
schwingend beweglich, so daß er durch einen Steuernocken aus- und eingerückt werden
kann. Die kinematisch komplizierte Anordnung erfordert zwei Kurvensteuerungen, die
schon wegen ihrer Form keine größeren Arbeitsgeschwindigkeiten zulassen, zumal infolge
der sowohl auf und ab als i auch hin und her gerichteten Bewegung des Zahnbogens
erhebliche Massenkräfte auftreten. Außerdem ist ein Eingriff in der jeweiligen Endlage
nicht immer ohne weiteres möglich; stehen sich Zähne und Lükken nicht genau gegenüber,
z. B. weil nach längerem Betrieb die Steuerkurven ausgearbeitet sind und nicht mehr
exakt stimmen, so muß das Zahnrad weiterbewegt werden. Das kann nur durch den darüber
hinwegrutschenden Zahnbogen geschehen, wobei die Zahnspitzen die volle Last erhalten,
so daß eine Beschädigung der Antriebselemente unvermeidlich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schrittschaltwerk so
auszubilden, daß es bei einfachem Aufbau leicht in die Konstruktion einer zugehörigen
Maschine eingepaßt werden kann und unschwer eine Änderung des Verhältnisses von
Schaltzu Verweilzeit und der Anzahl der Stillstandsstellungen zuläßt, wobei das
Antriebsteil mit dem angetriebenen Zahnkranz ständig im Eingriff steht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Schrittschaltwerk der eingangs
erwähnten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Antriebsteil ein von einem Hubelement
getragenes Ritzel ist, das ständig mit dem Zahnkranz und nur während des Antriebshubes
mit einem von der Steuerkurve betätigten verzahnten Stützteil im Eingriff steht.
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Das erfindungsgemäße Schrittschaltwerk besteht aus relativ wenigen,
robusten Teilen. Dabei stehen die Antriebselemente, nämlich Ritzel und Zahnkranz,
stets im Eingriff, wodurch Beschädigungen und ungünstige Massenkräfte vermieden
werden und eine hohe Sicherheit des Betriebes gewährleistet ist. Es kann ein großer
Zahnkranz verwendet werden, so daß der von ihm getragene Tisch bei robuster Ausführung
trotzdem mit einer großen zentralen öffnung versehen sein kann, durch die Werkzeuge
oder Zuleitungen von unten eingebracht werden können. Somit ergibt sich eine gute
gegenseitige Anpassung der konstruktiven Bedürfnisse des Schrittschaltwerkes und
der mit ihm ausgerüsteten Maschine. Eine Rastfunktion ist durch den Eingriff eines
Zahnsegments in den Zahnkranz erzielt, so daß während der Bearbeitungs- bzw. Verweilzeit
ein Spiel vermieden wird. Eine Änderung des Verhältnisses zwischen Verweil- und
Schaltzeit läßt sich einfach dadurch erreichen, daß zwischen dem Antrieb zum Hin-
und Herbewegen des Ritzels und der Kurvensteuerung ein im übersetzungsverhältnis
veränderliches Getriebe angeordnet wird, das im einfachsten Fall aus austauschbaren
Zahnrädern besteht. Die Anzahl der Schaltschritte läßt sich ebenfalls leicht durch
Veränderung des Hin- und Herbewegens des Ritzels verändern. Es ergibt sich dadurch
also insgesamt ein wirtschaftlich herstellbares, einfaches und kompaktes Schrittschaltwerk,
das bei hoher Betriebszuverlässigkeit sehr vielseitig verwendbar ist.
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Kinematisch außerordentlich günstig ist eine Ausgestaltung der Erfindung,
wobei der Stützteil einen Zahnbogen aufweist und von einem Gestänge mit einem Anschlag
betätigt wird, an welchem die Steuerkurve angreift. Einen Verklemmungssehutz, der
sich bei jedem Arbeitsspiel automatisch zurückstellt, erhält man nach einer Spezialisierung
der Erfindung, indem der Stützteil mit dem jeweils einen Ende von parallelen Lenkern
gelenkig verbunden ist, deren jeweils anderes Ende an je einem ortsfesten
Schwenkzapfen angelenkt ist, indem der eine der parallelen Lenker mit einem Träger
für den Anschlag gelenkig verbunden und indem zwischen dem Träger und dem Stützteil
eine überlastsicherung vorgesehen ist.
Zweckmäßig ist dabei am Stützteil
eine Stützkurve mit einer Rast vorgesehen, in die eine federbelastete Rolle des
Trägers nach dem durch überlastung bedingten Ausrasten beim folgenden Rückhub des
Stützteils selbsttätig wieder einrastet.
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Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn in Weiterbildung
der Erfindung ein Sperr-Zahnsegment an einem Lenker angeordnet ist, der von demselben
Anschlag wie der Stützteil durch dieselbe Steuerkurve betätigt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der
Zeichnungen erläutert. Darin zeigt F i g. 1 in Draufsicht und teilweise im
Schnitt einen Teil des erfindungsgemäßen Schrittschaltwerks zu Beginn des Schalthubes,
F i g. 2 die gleichen Teile wie in F i g. 1 knapp nach der Beendigung
des Schaltschritts und zu Beginn des Rückwärtshubes, F i g. 3 einen Ausschnitt
aus den Anordnungen nach F i g. 1 und 2 mit entsprechenden Teilen und einer
überlastsicherung, F i g. 4 einen Vertikalschnitt längs der gestrichelten
Linie 4-4 in F i g. 2, F i g. 5 einen Vertikalschnitt längs der Linie
5-5
in F i g. 1,
F i g. 6 einen Vertikalschnitt längs
der gestrichelten Linie 6-6 in F i g. 1 und F i g. 7 einen
Schnitt längs der Linie 7-7 in F i g. 6.
Gemäß den F i g. 1
und 5 ist mit einem Zahnkranz 10 mit Hilfe von Kopfschrauben 14 ein
Ring 12 verbunden, der den Außenring eines Lagers 16 festhält. Der Innenring
des Lagers 16 ist zweckmäßig an einem Gehäuse 20 befestigt. Das Lager
16 trägt einen Armstern 22, durch dessen zentrale Ausnehmung eine Säule 24
eingeführt werden kann, die Werkzeugträger oder Versorgungsleitungen trägt. Es kann
auch die ganze innere öffnung frei bleiben und eine andere Anordnung zum Einbringen
von Versorgungsleitungen oder Werkzeugen verwendet werden. Ein Tisch 26 ist
über den Ring 12 drehfest mit dem Zahnkranz 10 verbunden.
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Gemäß F i g. 4 steht eine Antriebswelle 28 mit Schraubenrädern
30 auf einer Welle 32 im Eingriff. Diese ist in einem Lager 34 gelagert
und trägt eine Scheibe 36, mit der über einen Zapfen 38 das eine Ende
eines Pleuels 40 schwenkbar verbunden ist. Am anderen Ende des Pleuels ist auf einem
Zapfen 42 das Antriebsritzel 44 drehbar gelagert (F i g. 1 und
5).
Das obere Ende des Zapfens 42 ragt in einer bogenförmigen Führungsnut
an der Unterseite des Deckels 46 vor, so daß das Ritzel 44 ständig im Eingriff mit
dem Zahnkranz 10 steht.
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Die Welle 32 ist mit einem Antriebszahnrad 48 versehen, das
in ein Zahnrad 50 auf einer Welle 52
eingreift. Diese ist bei 54 drehbar
gelagert und trägt eine Steuerkurve 56, die mit dem Pleuel 40 synchron umläuft.
Das Drehzahlverhältnis zwischen den beiden Wellen wird durch das Getriebe 48,
50 bestimmt.
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Gemäß F i g. 1 und 6 ist ein Lenker 58 auf einem
Zapfen 60 schwenkbar gelagert. An seinem linken Ende trägt der Lenker
58 ein Zahnsegment 62, das zum Eingriff in den Zahnkranz
10 radial zu diesem bewegt werden kann, um durch Verriegeln des Zahnkranzes
eine Rastwirkung zu erzeugen. Von dem Schwenkzapfen 60 zu dem in F i
g. 1 rechten Ende des Lenkers 58 ist dieser gegabelt, so daß er die
Steuerkurve 56 rittlings übergreift. An seinem rechten Ende ist der Lenker
58, mit einer vertikalen Auflage 64 versehen, die als Widerlager für eine
Feder 66 dient, welche gegen ein festes Widerlager 68 drückt. Die
Auflage 64 ist ferner mit vorspringenden Fingern 70 versehen, die an den
Enden einer Welle 72 angreifen. Diese ist in einem Träger 74 zwischen dessen
gespreizten, fingerförmigen Teilen ge-
lagert. Zwischen letzteren ist ein
als Rolle ausgebildeter Anschlag 76 montiert. Die Druckfeder 66 trachtet
den Lenker 58 im Uhrzeigersinn um den Schwenkzapfen 60 zu verschwenken.
Ihre Kraft wird auf die vorstehenden Enden des Zapfens 72 übertragen, so
daß der Anschlag 76 am Umfang der Steuerkurve 56
kraftschlüssig anliegt.
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Der Träger 74 ist bei 78 schwenkbar mit einem Winkelhebel
80 verbunden. Dieser ist auf dem Zapfen 60 schwenkbar gelagert und
durch die Feder 66
vorgespannt. Die Federkraft wird ferner über den Zapfen
78 übertragen und trachtet dabei, den Winkelhebel 80 im Uhrzeigersinn
um seinen Schwenkzapfen 60 zu drehen. An seinem anderen Ende ist der Winkelhebe180
mit einem Zapfen82 versehen, der mit einem StützteiI 84 verbunden ist, das einen
Zahnbogen 83 trägt. An seinem anderen Ende ist der Stützteil 84 über einen
Zapfen 86 mit einem Führungslenker 88 verbunden, der auf einem ortsfesten
Zapfen 90 schwenkbar gelagert ist. Der Stützteil 84 hat eine Kurve
92 mit einer Kerbe 94, in welche normalerweise eine Rolle 96 eingreift.
Diese ist drehbar auf einem Zapfen am Ende eines Stößels 98
gelagert, der
von einer in dem Träger 74 angeordneten Feder 100 auswärts gedrückt wird.
Der Träger 74 weist eine zweite Rolle 102 auf, die von einer Feder 104 gegen den
rechts von der Kerbe befindlichen Kurventeil gedrückt wird. Wie aus der nachstehenden
Beschreibung hervorgeht, erzielt man mit zwei Rollen eine besonders günstige Aufnahme
der überlastungskraft.
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F i g. 1 zeigt die Teile zu Beginn des Schalthubes. Der Anschlag
76 befindet sich an einer Erhöhung der Steuerkurve 56 und wird von
dieser zusammen mit dem Träger 74 um den Schwenkzapfen 78 bewegt, wobei zugleich
das Auflager 64 und der Lenker 58 im Gegensinn des Uhrzeigers um den Zapfen
60
geschwenkt werden. Infolgedessen wird das Zahnsegment 62 aus dem
Zahnkranz 10 ausgerückt, so daß dieser von der von ihm getragene Tisch jetzt
für eine Drehbewegung freigegeben sind. Gleichzeitig wird durch den beschriebenen
Vorgang der Winkelhebel 80 im Gegenzeigersinn um den Zapfen 60 gedrückt
und dadurch der Zahnbogen 83 mit dem Ritzel 44 zum Eingriff gebracht. Wenn
jetzt die Scheibe 36 ihre Drehbewegung in dem durch den Pfeil angedeuteten
Uhrzeigersinn fortsetzt, schiebt das Pleuel 40 das Ritzel 44 zwischen dem Zahnkranz
10 und dem Zahnbogen 83 vor. Da dieser durch den Stützteil 84 festgelegt
ist, wird jetzt dem Zahnkranz 10 die erforderliche resultierende Drehung
erteilt.
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Am Ende des Hubes des Pleuels 40 verläßt der Anschlag 76 die
Erhöhung (F i g. 2), so daß die gegen das Auflager 64 wirkende Feder
66 den Lenker 58 im Uhrzeigersinn um den Schwenkzapfen 60 bewegen
und das Zahnsegment 62 sperrend in den Zahnkranz 10 einrücken kann.
Gleichzeitig wird der Winkelhebel 80 im Uhrzeigersinn um den Schwenkzapfen
60 bewegt, wodurch der Zahnbogen 83 aus dem Ritzel ausgerückt wird.
Wenn jetzt die Scheibe 36 ihre Drehung
fortsetzt und das
Pleuel 40 zurückgezogen wird, dreht sich das Ritzel 44 im Leerlauf, und zwar während
der übrigen fünf Sechstel des Arbeitsspieles, wenn zwischen den Zahnrädern 48,50
das Zähnezahlverhältnis 1 :3 beträgt. Zur Erzielung eines anderen Verhältnisses
zwischen der Schaltzeit und der Verweilzeit braucht man nur das Zähnezahlverhältnis
zu ändern.
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Gemäß F i g. 2 ist durch die Wirkung der Feder 66
auf
das Gestänge die Zahnstange nach rechts zurückgezogen, bis der Lenker
88 den ortsfesten Anschlag 106 erreicht. Der Anschlag 76 trachtet,
an dem verstellungsfreien Bereich der Steuerkurve 56 entlangzulaufen. Infolgedessen
führt jede weitere Wirkung zu einer Relativbewegung zwischen dem Träger 74 und der
Kurve 92, wodurch das Zahnsegment 62 zum festen Eingriff in den Zahnkranz
10 gelangt und Spielfreiheit erzielt wird.
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Wenn der Zahnkranz während einer Schaltbewegung verklemmt wird, tritt
eine überlastsicherung in Funktion. Diese ist in F i g. 3 dargestellt. Darin
sind die Teile im ausgerückten Zustand gezeigt, der durch Druck zwischen den Zähnen
des Ritzels und der Zahnstange herbeigeführt ist. Dieser Druck erzeugt eine Kraft,
welche diejenigc der Feder 100
überwindet und die Kurve 92 gegenüber
der Rolle 96
nach rechts drückt. Wenn sich die Erhöhung der Steuerkurve
56 unter der Rolle 76 befindet und die Rolle 96 auf der steilen
linken Flanke der Kerbe rollt, tritt eine Schnappwirkung auf. Verläßt dann der Anschlag
76 die Erhöhung der Steuerkurve 56, so drückt die Rückstellfeder
66, die stärker ist als die relativ schwache Feder 100, den Träger
74 um seinen Schwenkzapfen 78, so daß die Rolle 96 in die Kerbe 94
zurückrollt. Dadurch wird der Stützteil 84 mit dem Zahnbogen 83 zurückgestellt,
so daß letzterer betätigt werden kann, wenn die Erhöhung der Steuerkurve
56 wieder unter den Anschlag 76 gelangt. Sollte der Zahnkranz
10 oder der Tisch immer noch verklemmt sein, so springt die Rolle
96 sofort wieder heraus, so daß ein Überlastungsschutz gewährleistet ist.
In jedem Arbeitsspiel wird die Rolle 96 jedoch automatisch zurückgestellt,
um zu prüfen, ob die Verklemmung beseitigt ist. Die zweite Rolle 102 dient nur zum
Ausgleich gewisser Kräfte und zur Erzielung eines zuverlässigeren Ausrückvorganges.
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Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die Anzahl der
Schaltschritte, die für eine Bewegung rund um den Zahnkranz 10 erforderlich
sind, ohne weiteres durch Veränderung des Hubes des Pleuels 40 verändert werden
kann. Angesichts der durch die Schubkurbel und das Ritzel 44 erzielten Übersetzung
im Verhältnis von 2: 1 genügt ein sehr kleines Antriebsgehäuse.
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Die Zähnezahl des Zahnkranzes 10 ist zweckmäßig durch viele
Zahlen teilbar und kann beispielsweise 96 Zähne betragen. Der Anteil der
Schaltzeit am Arbeitsspiel kann dabei besonders bequem verändert werden. Beispielsweise
beträgt bei einem Zähnezahl-Verhältnis von 1 : 1 bzw. 1 : 2 die Schaltzeit
die Hälfte bzw. ein Viertel des Arbeitsspieles, während dessen übrige Dauer als
Verweilzeit und zum Zurückstellen des Ritzels zur Verfügung steht.
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Erwähnt sei noch, daß durch Drehen eines von außen zugänglichen Knopfes
196 eine Nocke 108 gedreht werden kann, die gegen das Auflager 64
wirkt und das Zahnsegment 62 aus dem Zahnkranz 10 ausrückt, so daß
der Tisch frei drehbar ist.