DE1750322B1 - Vorrichtung zum Umformen einer linearen in eine kreisfoermige Bewegung,und umgekehrt - Google Patents
Vorrichtung zum Umformen einer linearen in eine kreisfoermige Bewegung,und umgekehrtInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen einer linearen in eine kreisförmige Bewegung,
und umgekehrt, bei der mindestens ein Kolben auf eine starr mit einer Welle verbundene Kurvenscheibe
wirkt.«
Bei einem bekannten Getriebe dieser Art wird zur Umwandlung einer gleichförmigen Drehbewegung in
eine gleichförmige hin- und hergehende Bewegung mit Hilfe einer eine sogenannte Herzkurve aufweisenden
Kurvenscheibe eine Drehbewegung in eine lineare oder aber eine' lineare Bewegung in eine
Drehbewegung umgesetzt. Die Form einer derartigen Kurvenscheibe für ein solches Getriebe ist jedoch
ziemlich schwierig herzustellen, wobei zusätzlich noch der Durchmesser einer mit einer die hin- und
hergehenbe Bewegung ausführenden Kolbenstange verbundene Rolle, die auf der Kante der Kurvenscheibe
abrollt, bei der Festlegung der Herzkurve berücksichtigt werden muß.
Zur Vereinfachung der Herstellung einer solchen, diese zusätzlichen Bedingungen berücksichtigenden
Herzkurve ist bei der bekannten Anordnug die das Herz darstellende Kurvenbahn aus zwei oder mehreren
getrennten Kurvenstücken zusammengesetzt, die zu einer gemeinsamen Achse fixiert und drehbar
gelagert sind. Dabei ist zusätzlich mindestens eines dieser Kurvenstücke um einen gesonderten
Drehpunkt verstellbar, um tatsächlich auf Grund der Drehung der Kurvenscheibe eine gleichförmige
Hin- und Herbewegung erzielen zu können.
Es sind auch bereits mit zwei gegeneinander um 180° in ihrer Bewegungsrichtung verschobenen
hydraulischen oder pneumatischen Stellmotoren zusammenwirkende Kurvenscheiben nach Art eines
Malteserkreuzes bekannt, mit denen die Umwandlung einer linearen in eine kreisförmige Bewegung
möglich ist.
Diese bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil, daß sie trotz ihres relativ großen Aufwandes
zur Herstellung der Kurvenscheibe und der zusätzlich erforderlichen genauen.Justierung der einzelnen
Kurvenstücke dieser Kurvenscheibe ■ keine exakt
lineare Bewegung sicherstellen können, ohne daß beim Eingriff von sich drehender Kurvenscheibe und
hin- und herbewegender Kolbenstange Aktions- und Reaktionskräfte, deren Wirkungslinien gegenüber dei
Längsachse der Kolbenstange geneigt sind, auftreten.
Ein anderes bekanntes und weitverbreitetes Getriebe zur Umsetzung einer linearen Bewegung in
eine Drehbewegung besteht aus der Anordnung einer Zahnstange für die hin- und hergehende Bewegung
und eines sich mit dieser Zahnstange in Eingriff befindenden Zahnrades-für die Drehbewegung. Auch
derartige Getriebe haben aber den Nachteil, daß auf die Zahnstange bei "der Übertragung ihrer Bewegung
auf das Zahnrad bzw. umgekehrt, außer den in Längsrichtung der Zahnstange wirkenden streng
linearen Kräften senkrecht dazu wirkende Aktionsbzw. Reaktionskräfte auftreten, deren Anteil gegenüber
den in Längsrichtung wirkenden Kräften erheblich ist und dadurch zu einer Verkantung der
Zahnstange führen kann, wenn keine entsprechend entgegenwirkende Kräfte ausübende Stützlager vorgesehen
sind. Zusätzlich müssen bei einem solchen Zahnstangengetriebe Vorkehrungen getroffen werden,
die die Spielfreiheit zwischen Zahnstange und Zahnrad auf ein Mindestmaß begrenzen, wodurch jedoch
eine weitere Erhöhung der Reibungskräfte auftritt.
Ist eine solche Zahnstange nun z. B. mit der Kolbenstange eines hydraulischen oder pneumatischen
Stellmotors verbunden, so findet durch die genannten Aktions- bzw. Reaktionskräfte eine geringfügige
Verkantung des Kolbens im Stellmotor statt, die ausreicht, um die Leckverluste innerhalb eines solchen Stellmotors beträchtlich zu vergrößern. Weist
dagegen die Zahnstange an ihrer dem Zahnrad gegenüberliegenden Seite ein die Reaktionskraft des Zahnrades
ausgleichendes Stützlager auf, so werden die dadurch bedingten Reibungskräfte, die zusätzlich
von dem Stellmotor aufgebracht werden müssen, beträchtlich vergrößert.
Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe es ist, eine Vorrichtung zum Umsetzen einer linearen
Bewegung in eine gleichförmige Drehbewegung und umgekehrt zu schaffen, bei der annähernd keine
Aktions- bzw. Reaktionskräfte zwischen dem drehbeweglichen und dem sich hin- und herbewegenden
so Element auftreten, die nicht genau in Längsrichtung
des sich hin- und herbewegenden Elements oder aber tangential an dem sich drehenden Element angreifen.
Diese Vorrichtung soll dabei einen nur sehr geringfügigen Kräfteverlust bei spielfreier Umsetzung
der Bewegungen aufweisen, so daß keine zusätzliche Reibungskräfte bedingenden Einrichtungen zur Führung
bzw. Abstützung des sich hin- und herbewegenden Elements erforderlich "werden.
Ausgehend von einer Vorrichtung zur Umsetzung einer linearen Bewegung in eine kreisförmige Bewegung, und umgekehrt, bei der mindestens eine Kolbenstange auf eine starr mit einer Welle verbundene Kurvenscheibe wirkt, ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kurvenscheibe eine als Evolvente zum durch den Wellendurchmesser gegebenen Grundkreis ausgebildete Kurvenform aufweist und die Kraftrichtung des Kolbens tangential am Wellendurchmesser angreift.
Ausgehend von einer Vorrichtung zur Umsetzung einer linearen Bewegung in eine kreisförmige Bewegung, und umgekehrt, bei der mindestens eine Kolbenstange auf eine starr mit einer Welle verbundene Kurvenscheibe wirkt, ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kurvenscheibe eine als Evolvente zum durch den Wellendurchmesser gegebenen Grundkreis ausgebildete Kurvenform aufweist und die Kraftrichtung des Kolbens tangential am Wellendurchmesser angreift.
Zwar sind Evolventen in der Getriebetechnik allgemein bekannt, werden jedoch bisher lediglich
zur Festlegung der Verzahnungen von Zahnrädern benutzt. ;
Die gemäß der Erfindung in Form einer Evolvente ausgebildete Kurvenscheibe zur Umsetzung einer
linearen Bewegung in eine-kreisförmige Bewegung hat den Vorteil, daß ein sich hin- und herbewegender
Kolben in jeder beliebigen Stellung genau senkrecht auf die Kurvenscheibe wirkt, wobei seine
genau in Längsrichtung liegende Wirkungslinie exakt die Tangente an den durch den Wellendurchmesser
gegebenen Grundkreis darstellt. Eine derartige als Evolvente ausgebildete Kurvenscheibe hat dabei zusätzlich
den Vorteil, daß sie sehr einfach und genau herstellbar ist.
Ferner wird durch diese Kurvenform sichergestellt, daß der Umwandlungsfaktor für die Bewegungen
konstant ist; d. h., der Kolbenweg bzw. seine Geschwindigkeit wird in jeder Lage in die gleiche Ausgangsdrehbewegung
bzw. Drehgeschwindigkeit umgewandelt. Es ergibt sich daher über den gesamten
Bewegungsablauf ein gleichbleibendes Ausgangsdrehmoment.
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels naher erläutert.
In einem Gehäuse 1 befinden sich zwei parallel nebeneinanderliegende hydraulische Stellmotoren 2
und 3, deren Kolben 21 und 31 in der gleichen Rieh-
tung wirken. An den aus den Stellmotoren jeweils herausragenden Enden der Kolbenstangen 21 und 33
befinden sich drehbar gelagerte Rollen 22 und 32, die so angeordnet sind, daß sie auf einer mit ihnen
korrespondierenden Kurvenscheibe 4 abrollen. Die Kurvenscheibe 4 ist starr mit einer hier nicht näher
dargestellten Welle 5 verbunden, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kolben der Stellmotoren 2
und 3 angeordnet ist. Die Kurvenscheibe 4 hat in
wobei mit Hilfe der als Evolvente ausgebildeten Kurvenscheibe Drehbewegungen bis zu 360° möglich
sind.
Bei der Verwendung einer derartigen Vorrichtung zur Umsetzung einer linearen Bewegung in eine
kreisförmige Bewegung, z. B. in Verbindung mit einer nach Seite und Höhe richtbaren Abschußanlage
für fernlenkbare Flugkörper ist es ausreichend, eine
werden, indem z. B. ein sich in Richtung der Kolben der hier gezeigten Stellmotoren gleichförmig bewegender
Fräser bei gleichzeitiger Drehung einer entsprechend großen kreisförmigen Scheibe um die
5 durch die Welle 5 gegebene Grundkreisachse entsprechende Teile von dieser Kreisscheibe wegschneidet.
Durch die äußerst geringen, zwischen den Rollen 22 und 32 der Kolben 21 und 31 und der Kurvenihren
jeweils mit den Rollen 22 und 32 der Kolben io scheibe 4 auftretenden Reibungskräfte ist der Ver-
_ 21 jund_31_ korrespondierenden -Teilen- die-Form-von sehleiß—vernachiässigbaridein," so~aaiT die ~gesämTe~
Kreisevolventen 41 und 42, die jeweils in Richtung Vorrichtung bei großer Lebensdauer exakt arbeitet,
der sich von den Rollen 22 und 32 nach außen Die angegebene Vorrichtung zur Umsetzung einer
hin fortbewegenden Kurvenscheibe 4 ansteigen. Die linearen Bewegung in eine kreisförmige Drehbewe-Evolventen
41 und 42 steigen dabei je nach Größe 15 gung und umgekehrt kann in Verbindung mit den
der beabsichtigten Drehbewegung auf einen hoch- verschiedensten Einrichtungen verwendet werden,
sten, vom durch den Durchmesser der Welle 5 gegebenen Grundkreis beliebig weit entfernten Punkt an.
Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist
eine nur relativ kleine Drehbewegung jeweils in 20
beiden Richtungen erforderlich, so daß die Evolventen 41 und 42 bei relativ nahe am Grundkreis liegenden Punkten abbrechen, wobei sie jeweils eine
durch die durch den höchsten Punkt der Evolvente
Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist
eine nur relativ kleine Drehbewegung jeweils in 20
beiden Richtungen erforderlich, so daß die Evolventen 41 und 42 bei relativ nahe am Grundkreis liegenden Punkten abbrechen, wobei sie jeweils eine
durch die durch den höchsten Punkt der Evolvente
gehende Tangente an den Grundkreis gegebene 25 sich nur über einen gewissen Teilkreis erstreckende
Kante 43 und 44 bilden, die dann in einer beliebigen. Drehbewegung zuzulassen, wobei diese Bewegung in
der Einfachheit halber als Kreisbogen um die Achse an sich bekannter Weise durch zwei sich linear beder
Welle 5 geführten Kurvenform zusammenlaufen. wegende hydraulische Stellmotoren hervorgerufen
Die so gebildeten Kanten 43 und 44 dienen als werden soll. Die beiden Endpunkte dieser sich ledignockenartige
Anschläge zur Betätigung von End- 30 lieh über einen Teilkreis erstreckenden Drehbeweschaltern
6 und 7, die auf der den Stellmotoren 2 gung werden durch Endschalter markiert, die über
und 3 gegenüberliegenden Seite der Welle 5 so an- das hydraulische System eine Wegbegrenzung der
geordnet sind, daß sie jeweils bei Erreichen der End- hydraulischen Stellmotoren veranlassen,
stellung der Stellmotoren mit ausgefahrenen Kolben Obwohl das hier gezeigte Ausführungsbeispiel der
stellung der Stellmotoren mit ausgefahrenen Kolben Obwohl das hier gezeigte Ausführungsbeispiel der
betätigt werden. Mit Hilfe der Endschalter 6 und 7 35 Erfindung besonders für eine hydraulische, nach
werden in hier nicht näher dargestellter Weise über Höhe und Seite richtbare Start- und Abschußeindas
Hydrauliksystem die Stellmotoren 2 und 3 umge- richtung ausgelegt ist, bei der beträchtliche Massen
steuert, so daß der Kolben des einen Stellmotors sehr genau in eine vorbestimmte Stellung bewegt
durch Zuführung von Hydraulikflüssigkeit aus dem und in dieser Stellung kraftschlüssig fixiert werden
Stellmotor herausgefahren wird, während der Kolben 40 müssen, kann die beschriebene Vorrichtung auch
des anderen Stellmotors durch Einwirkung der z. B. in Verbindung mit Werkzeugmaschinen, Fertijeweils
anderen Evolvente der Kurvenscheibe in den gungsautomaten, Verpackungsmaschinen oder z. B.
Zylinder seines zugeordneten Stellmotors hineinge- auch Ruder- und Spoilerantrieben verwendet wegdrückt wird. den, wobei die gleichen vorstehend genannten Vor-Wie
in der Zeichnung deutlich zu erkennen ist. 45 teile gegenüber den bisher bekannten vergleichbaren
wirken die Kolben 21 und 31 jeweils senkrecht auf Einrichtungen erzielt werden.
die evolventenförmig ausgebildeten Kanten der Kur- Bei verschiedenen Anwendungsarten kann die
venscheibe 4, so daß die genau in Längsrichtung der Kurvenscheibe auch die Form einer auf den Kolben
Kolben liegenden Wirkungslinien der Kräfte exakt eines Stellmotors wirkenden Innenevolvente aufweidie
Tangente an den durch den Durchmesser der-50 -sen. Eine-solche~Anurdnung ist dann in analoger
Welle 5 gegebenen Grundkreis der Evolventen bil- Weise ausgebildet, wie die zum Stand der Technik
den. Dadurch wird sichergestellt, daß, abgesehen von der geringen Rollenreibung der Rollen 22 und
32 auf der Kurvenscheibe 4, keinerlei Schrägkräfte auf die Kolben einwirken können, so daß diese 55
ohne jegliche, zusätzliche Reibungen einführende Stützlager nur in Längsrichtung beansprucht v/erden
und damit keine über das normale geringfügige Maß hinausgehende Leckverluste an den hydraulischen
Stellmotoren auftreten können. Werden, wie in der 60 Zeichnung gezeigt, in die Kolben 21 und 31 als
Dichtelemente O-Ringe 33 eingesetzt, so treten überhaupt keine Leckverluste auf.
Wie an Hand der Zeichnung leicht einzusehen ist. kann die durch die Evolvente gegebene Kurven- 65
scheibe in einfacher Weise sehr exakt hergestellt
gehörenden Vorrichtungen zur Umsetzung von linearen Bewegungen in Drehbewegungen mit Hilfe von
Innenkurven.
Claims (1)
- Patentanspruch:Einrichtung zum Umformen einer linearen in eine kreisförmige Bewegung, und umgekehrt, bei der mindestens ein Kolben auf eine starr mit einer Welle verbundene Kurvenscheibe wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (4) eine als Evolvente (41, 42) zum durch den Wellendurchmesser (5) gegebenen Grundkreis ausgebildete Kurvenform aufweist und die Kraftrichtung des Kolbens tangential am Wellendurchmesscr angreift.Hierzu 1 Blatt ZeichnungenCOPY
Priority Applications (5)
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