DE1942364A1 - Exzentergetriebe zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine geradlinige Wechselbewegung mit regelbarem Hub - Google Patents

Description

Exzentergetriebe zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine geradlinige Wechselbewegung mit regelbarem Hub

Die Erfindung betrifft ein Exzentergetriebe zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine geradlinige Wechselbewegung von regelbarem Hub mit einer mit einem Drehteil verbundenen Antriebswelle, mit einem von dem Drehteil angetriebenen» einen Kegel beschreibenden Drehzapfen, mit einem läufer, in dessen Inneren der Drehzapfen gleiten kann, mit einer Steuerung, durch die sich die Lage des Drehzapfens gegenüber dem läufer in der Längsrichtung verändern läßt, und mit einem Abtriebsteil, das mit dem Läufer verbunden und auf eine geradlinige Bewegung senkrecht zur Achse des Kegels beschränkt ist.

Zahlreiche Getriebe dieser Art sind bekannt. Sie ermöglichen eine symmetrische Veränderung des Hubs der geradlinigen Wechselbewegung des Abtriebsteils, d.h. daß der Hub des letzteren stets beiderseits einer unveränderlichen.Mittelstellung erfolgt: der obere und der untere Totpunkt liegen bei einer gegebenen Hubeinstellung immer symmetrisch zu dieser Mittelstellung. Es ist nun in gewissen Fällen wünschenswert, daß die oberen (oder.die unteren) Totpunkte immer an die gleiche, unveränderliche Stelle fallen, gleichgültig, wie groß jeweils der Hub ist; der-Hub des Abtriebsteils muß dann beiderseits einer Mittelstellung erfolgen, die sich in Abhängigkeit vom eingestellten Hub ändert·

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Die Erfindung hat ein Exzentergetriebe zum Gegenstand, mit dem der Hub des Abtriebsteils in asymmetrischer V/eise geregelt werden kann« Dieses Getriebe ist dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzapfen von einer zylindrischen Stange gebildet wird, deren eines Ende an einem Kreuzkopf befestigt ist, der auf einem Quer-. .zapfen angebracht ist, dessen. Enden in zwei im Innern des Drehteils angebrachten, sich in Längsrichtung erstreckenden, in einer Mittelebene des letzteren liegenden Gleitbahnen gleiten, und deren anderes Ende einen Kugelzapfen tragt, der mit einer exzentrisch zu der Drehachse angebrachten Kugelpfanne zusammenarbei- ' tet, die von einein Gleitstück getragen wird, das axial in einer

fc Gleitbahn verschiebbar ist, die parallel zu der Drehachse verläuft und das Gleitstück in einer Drehung um letztere hindert, wobei der Kreuzkopf und die Kugelpfanne so ausgebildet sind, daß der Kegel, den die Achse dea Drehzapfens beim Umlauf des Drehteils beschreibt, eine Mantellinie hat, die parallel zu der'Drehachse verläuft; dadurch, daß der Läufer von einem Teil gebildet wird» das mit einer von zwei zueinander entgegengesetzt gerichteten Kegeln begrenzten Öffnung versehen ist, deren Spitzenwinkel gleich dem des vorgenannten Kegels ist, und das von einer doppelten Führung geführt wird, die eine erste'bewegliehe Gleitbahn umfaßt, die das Teil in einer senkrecht zu der durch die Drehachse und durch die zu ihr parallel verlaufende Mäntellinie gehenden Ebene verlaufenden Richtung gleiten läßt und von einem Paar

P Gleitschuhen getragen wird, die in einer zweitem ortsfesten Gleitbahn gleiten und die erste Gleitbahn längs der genannten, senkrecht zur Achse des Kegels verlaufenden Geraden gleiten lassen; dadurch> daß die Steuerung eine 3cäraube umfaßt,.die koaxial zu der Drehachse angeordnet ist und mit einer von einem orts-· festen Lager getragenen, drehbaren Mutter zusammenarbeitet; und ' ■dadurch, daß das Abtriebsteil mit dem Gleitschuh-Paar Verbunden ist. ." ■■■'■ ' . -' ' '■■-'■ ■ ^: , - " ■■

Ein besonderes Ausführungsbeispiel des Getriebes nach der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen: .

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Pig. 1 einen Längsschnitt dieses Ausführungsbeispiels;

Pig. 2 ein zwei besondere Stellungen eines Teils nach Pig. 1 veranschaulichendes Schema;

Pig. 3 einen vergrößert dargestellten Schnitt eines anderen Teils;

Pig· 4» 5 und 6 Querschnitte längs der Linien IV-IY, Y-Y, und VI-VI in Pig. 1.

Das in Pig. T dargestellte Getriebe ist in eine.:, zylindrischen Gehäuse 1 untergebracht, das selbst auf einem Gestell 2 ruht. Das Getriebe umfaßt eine Antriebswelle 3» die in Richtung des Pfeils 4 umläuft. Diese Antriebswelle ist fest mit einem Drehteil 5 verbunden, das in Lagern 6, 7 umläuft. Das Drehteil b ist glockenförmig ausgebildet und mit Nuten 8, 9 versehen, in denen Gleite schuhe· 10, 11 gleiten, welcne von der: iänden eines Querzapfens 12 getragen v/erden. Die liuten 8, 9 liegen in einer Mittelebene des Drehteils 5, so daß der Querzäpfen 12 in !Richtung eines Durchmessers des Drehteils 5 verläuft. Dieser Querzapfen 12 wird also beim Umlauf des Drehteils 5 um die Achse 13 des letzteren umlaufend angetrieben und-kann axial in seinem Inneren gleiten. Ein von einer zylindrischen stange gebildeter Drehzapfen 14 trägt an seinem einen Ende einen halbmondförmigen Kreuzkopf 15.» der mit einem Stift 16 bleibend daran befestigt ist und von dem Querzapfen 12 durchdrungen wird, um dea er schwenkbar ist. Das andere Snde ,des Drehzapfens 14 trägt -einen exzentrischen Stift 17», auf de·, eine mit ihm einen Kugelzapfen bildende Kugel 18 befestigt ist,Die Kugel 18 wird von einer Vertiefung 19 aufgenommen, die in einem Gleitstück

20 angebracht ist; in dieser Vertiefung wird sie durch eine Platte

21 gehalten, die- an den Gleitstück 20 durcn Schrauben 22 befestigt ist.. Die Vertiefung 19 bildet also eine Kugelpfanne für den Kugelzapfen des Drehzapfens 14, die exzentrisch zu der Achse 13 angeordnet ist. Der Abstand zwischen der Achse 15 des Drehzapfens 14 und de.T.■ Querzapfen 12 einerseits und die Exzentrizität der Vertiefung 19 in den Gleitstück .20 andererseits sind so gewählt, daß un-

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ter Berücksichtigung der Exzentrizität des Stifts 17 eine •Winkelstellung des Drehteils 5» genannt "obere Stellung", existiert, in der die Achse des Drehzapfens 14 parallel zur Drehachse 13 verläuft. Ferner ist die Befestigung des Drehzapfena gegen Verdrehung in seinem Kreuzkopf 15 so ausgebildet, daß, wenn er sich in dieser "oberen Stellung" befindet, der Stift 17 und die Achse 25 in derselben Mittelebene des. Drehteils 5 liegen, die in Pig. 1 mit. der Zeiohenebene zusammenfällt.

Wie ersichtlich, geht der Drehzapfen 14 beim Umlauf des Drehteils 5 durch eine "untere Stellung" 14 (Fig. 2), die gestrichelt dargestellt ist, und die Achse 25 des Drehzapfens beschreibt bei einem vollständigen Umlauf einen Kegel, die sogenannte Exzentrizität, dessen Umrißbild von der "oberen" 25 und "unteren Stellung" 25' dieser Achse begrenzt wird und der eine parallele zur Drehachse 13 verlaufende Mantellinie 25 aufweist. Dieser Exzentrizitätskegel hat einen Spitzenwinkel A (Fig. 3), und seine Achse 26 (Flg. 2) verläuft geneigt zur Drehachse 13; sie trifft die letztere an der Stelle, an der der Querzapfen 12 sie schneidet.

JDas Gleitstück 20 ist so ausgebildet, daß es sich in dem ihm als: Gleitbahn dienenden Gehäuse 1 axial verschieben kann, und ein radial gerichteter Anschlag 23, der einen in dem Gehäuse 1 auge- " brachten längsschlitz 24 durchdringt, verhindert eine Drehung um die Drehachse 13» der Mittelpunkt der Kugelpfanne verschiebt sich also längs einer zur Drehachse 13 parallelen Geraden» '

Auf den Drehzapfen 14 ist ein läufer aufgesteckt, der von einem Teil 27 gebildet wird, welches mit,einer öffnung versehen ist. Diese wird von zwei zueinander entgegengesetzt ,^gerichteten kegeligen Flächen 28, 29 begrenzt (Fig. 3) »die beide einen dem Spitzenwinkel A des Exzentrizitätskegels 25, 25' gleichen Spitzenwinkel'aufweisen. Diese Formgebung erlaubt dem Drehzapfen 14 sieh_v: in dem Jaüfer zu drehen und zu verschieben, indem er ihn ohne Spiel bei seiner kegeligen Bewegung antreibt. Das Teil27 i&t zwischen ^ wei Stangen 30, 31 (Fig. 5) eingeschlossen, die eine erst«*

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Gleitbahn bilden, welche ihm erlaubt, in einer Richtung zu gleiten, die senkrecht zu der durch die Drehachse 13 und die Mantellinie der "hohen Stellung" 25 des Exzentrizitätskegels gehenden Ebene verläuft. Die' beiden Stangen 30, 31 durchqueren das Gehäuse 1 durch zwei Schlitze 33, 34 hindurch und sichnd durch zwei Querarme 35»36 zusammengebaut. Diese Querarme stellen Gleitschuhe dar, die ihrerseits in zwei luten 37, 38 gleiten, welche eine zweite Gleitbahn darstellen. Diese erlaubt der ersten Gleitbahn, sich in einer senkrecht zur Achse 26 des Bxzentrizitätskegels verlaufenden Richtung zu bewegen. Die Stange 31 ist über die Gleitschuhe 35» 36 hinaus verlängert, und ihre Enden 40, 41 dienen als Gelenkzapfen, an denen eine Gabel 42 angelenkt ist. Die letztere ist ihrerseits an einer Stange 43 angelenkt, die in einem in dem Gestell 2 angeordneten Gleitlager 44 geführt ist.

Das Gleitstück 20 ist fest mit einer Stange 45 verbunden, die das Ende einer Schraube 46 darstellt, welche mit einer von einer Buchse 48 getragenen Mutter 47 zusammenwirkt. Die letztere dreht sich in einem von drei elastischen, in einer senkrecht auf der "Drehachse stehenden Ebene in Form eines der Buchse umschriebenen Dreiecks angeordneten Stäben 51, 52, 53 (Fig· 6) gebildeten Lager: die Enden 54-59 dieser Stäbe sind von einer Fassung 60 umschlossen, während ihre Mittelpunkte 51, 52, 53 um eine Umfangsnut 64 zusammenarbeiten« die auf der Buchse 48 angebracht ist. Dieses Dreieck bildet also ein elastisches Lager, was vorteilhaft sein kann, wenn Ausrichtefehler zu befürchten sind und es sich empfiehlt, die sich daraus ergebenden Zwänge zu beseitigen.

Die Buchse 48- schließlich trägt einen Drehknopf 65, der an ihr mittels eines Stifts 66 befestigt ist. Die Stange 45» die·Schraube 46, die Mutter 47, die Buchse 48 und der Drehknopf 65 bilden eine Steuerung, mit der sich die Axialstellung des Gleitstücks 20 und infolgedessen des Drehzapfens 14 und seines Kreutzkopfs 15 verändern läßt. .

Die Wirkungsweise des Getriebes ist leicht verständlich. Es war ersichtlich, daß sich der Drehzapfen 14 wegen seiner drehfesten Ver-

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bindung mit dem Drehteil 5 über die Schlitze 8, 9» den Querzapfen 12 und den Kreuzkopf 15 um die Kugelpfanne 19 dreht, so daß seine Achse 25 den durch die Linien 25, 25' schematisch veranschaulichten Exzentrizitätskegel beschreibt, von dem diese Linien zwei besondere Mantellinien, nämlich die Mantellinie der "oberen ,Stellung"' 25 und die der "unteren Stellung" 25'» darstellen. Es ergibt sich, daraus, daß der Mittelpunkt des Läufers 27, der, von den Gleitbahnen 30, 31 und 37, 38 geführt, eine zur Achse 26 des Kegels senkrechte Bbene nicht verlassen kann, einen Kreis zu beschreiben gezwungen ist, der den Schnitt des Kegels mit dieser Ebene darstellt. Das Abtriebsteil wird also in der Richtung 39 (Fig.. .3)

" mit einer geradlinigen Wechselbewegung angetrieben, deren Hub gleich, dem Radius dieses Kreises ist, wobei der Gesamthub gleich dem Durchmesser ist. Wenn man durch Betätigen des Drehknopfs 65 die Mutter 47 bewegt, verändert man die Axiallage des Gleitstücks ■ 20, die die Kegelpfanne 19 trägt,, also auch des Drehzapfens 14 und seines Kreuzkopfs 15, man ändert den Abstand zwischen der Spitze des Exzentrizitätskegels 25, 25' und der Ebene, in der sich der Läufer bewegt und die durch die Richtungen 32 und 39 bestimmt ist. Man ändert also den Durchmesser des Kreises längs dem sich der Kegel und diese Ebene schneiden und infolgedessen den Hub der dem Abtriebsteil übermittelten Wechselbewegung. Da die Abmessungen der '.Teile so gewählt waren, daß die Mantellinie "obere Stel-

K lung" 25 des Exzentrizitätskegels parallel zur Drehachse 13 verläuft, ist der obere Totpunkt dieser Wechselbewegung unabhängig von der Axialstellung des Drehzapfens: man hat also eine asymmetrische Veränderung des Hubes, und die Mittelstellung, beiderseits, von der der Hub des Abtriebsteils erfolgt, verändert sich in gleicher Weise wie der Hub.

Die Veränderung des Hubes kann ebenso gut während des Umlaufs des Drehteils erfolgen wie während seines Stillstands. Im letzteren Fall kann es vorteilhaft sein, den Drehzapfen stets in seiner "oberen Stellung" anzuhalten, wo seine Achse 25 mit der Mantellinie der "oberen Stellung" des Exzentrizitätskegels zusammen-""' : fällt. Die Veränderung der Axiallage des Gleitstücks 20, die für

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die Hubänderung erforderlich ist, hat dann keinen Einfluß auf · das Abtriebsteil, das völlig unbeweglich bleibt. Um dieses Ergebnis mit Sicherheit zu erhalten, ist es vorgesehen, das Getriebe mit einem elastischen Hastanschlag zu versehen, der von einer Kugel 70 gebildet werden kann, welche in einem Sitz 71 auf dem Gehäuse 1 eingeschlossen ist. Diese Kugel.wird durch eine Feder 72 in der V/eise beaufschlagt, daß sie mit einer auf der seitlichen Außenfläche des Drehteils 5 an entsprechender Umfangsstelle angebrachten Längsnut 73 zusammenarbeitet. Diese Anordnung ist dann von Bedeutung, wenn das Getriebe zum Antrieb einer ein Fluid fördernden Kolbenpumpe benutzt wird: man ist so sicher, daß man beim Verändern der Hubregelung beim Stillstand des Getriebes niciiX eine unzeitige Verschiebung des Fluids veranlaßt. Dies ist ein Vorteil* der das Getriebe speziell für den Antrieb von Dosierpumpen von Mikroanalysengeräten, namentlich für dje biochemische Mikroanalyse, konstruiert erscheinen läßt.

Die Anbringung des Kugelzapfens, den die Kugel 18 auf dem gegenüber der Achse 25 exzentrisch angeordneten Stift 17 darstellt, ist nicht "unerläßlich. Die^e Anordnung ist vorgesehen, um dem läufer 27 zu erlauben, bis zu dem Augenblick zu gleiten, in dem die Ebene," in der er sich bewegt, durch den Kittelpunkt 50 des Exzentrizitätskegels geht, d.h. um eine Ausdehnung des Hubregel— bereichs bis auf den Wert ITuIl zu ermöglichen. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt zu werden braucht, kann man die Xu.,el durchaus in einer zur Achse 25- koaxialen ote-Liung befestigen, d.h. einen zentrierten Stift 17 verwenden.

Man kann, wie ersichtlich, eine Einricntung vorsehen, die ein Messen der ,Axiallage des Gleitstücks 20 erlaubt, und sie mit einer direkt den Wert des Hubes anzeigenden Gradeinteilung versehen.

.Schließlich kann es vorteilhaft sein, den Axialhub des Gleitstücks 20 zu begrenzen, um zu. vermeiden, daß der lauf er in Berührung mit der Ku₁JeI 18 oder mit dem Kreuzkopf 15 kommt j dies laßt sich z.B. durch entsprechende Bemessung der lange des

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Scnlitses 24 und durch entsprechende Positionierung desselben in.der längsrichtung erreichen·

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Claims (5)

Patentansprüche:

1.!Exzentergetriebe zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine geradlinige Wechselbewegung von regelbarem Hub mit einer tait einem Drehteil verbundenen Antriebswelle, mit einem von dem Drehteil angetriebenen, einen Kegel beschreibenden Drehzapfen, mit einem läufer, in dessen Inneren der Drehzapfen gleiten kann, mit einer Steuerung, durch die sich die lage des Drehzapfens gegenüber dem läufer in der längsrichtung verändern läßt, und mit einem Abtriebsteil, das mit dem läufer verbunden und auf eine geradlinige Bewegung senkrecht zur Achse des Kegels beschränkt ist> da d u r c h g e k e.· η η ζ e i c hnet, daß der'Drehzapfen (14) von einer zylindrischen Stange gebildet wird, deren·eines Ende an einem Kreuzkopf (15) befestigt ist, der auf einem Querzapf.en (12) angebracht ist, dessen Enden in zwei im Innern des Drehteils (5) angebrachten^ sich in längsrichtung erstreckenden in einer Mittelebene des letzteren liegenden (Reitbahnen (8,_t 9) gleiten» uncl deren anderes Ende einen Kugelzapfen (17» 18), trägt, der mit; einer exzentrisch zu der. Drehachse (13) angebrachten Kugelpfanne (19.) zusammenarbeitet, die yon einem gleitstück (20) getragen wird, das axial in einer Gleitbahn verschiebbar ist>_? die parallel zu der Drehachse (15) vorlauft und aas Gleitstück (20.) a,n einer Drehung um die letztere hindert, wobei der. Kreuzkopf (15) iyid die Kugelp;Eanh.e (1.9,) so ausgebildet sind,^ daß der Kegel, den die Achse (25) des D_;re.hzap,fens (1,4) beim Umlaiif des prehteils (5.) bfSGAreibt,. eiae Mantellinie hat, d.ie parallel zu der. Drehachse (13,) v_rer.läu|tj_t dadurch, ^aß 4er, iMttfer« ^on eimern Teil (2.7) gebild.et w.ir^^ d_tas m.it_; einer, von zwei zueinander, entgegengesetzt gerichteten Kegeln (28^ 29), Öffnung, versehen ist^ deren ^itze.nv^inkel ^)₁ gleich vorgenannten Kegels ist, und daa van einer, doppelten führung.

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geführt 'wird, die eine erste bewegliche Gleitbahn (30, 31} umfaßt, die das Teil (27) in einer senkrecht zu der durch die Drehachse (13) und durch die zu. ihr parallel verlaufende Mantellinie (25.) gehenden Ebene verlaufenden Richtung gleiten läßt und von einem Paar Gleitschuhen (35» 3.6). getragen wird, die in einer zweiten .ortsfesten Gleitbahn (37» 38) gleiten und die erste Gleitbahn längs der genannten, senkrecht zur Achse des Kegels verlaufenden Geraden gleiten lassen; dadurch, daß·die Steuerung eine Schraube (46) umfaßt, die koaxial zu der Drehachse (33) angeordnet ..ist und mit ei-" ner von einem ortsfesten Lager (60) getragenen,- drehbaren Mutter (4-7) zusammenarbeitet; und dadurch, daß das Abtriebsteil (43} mit 'dem. Gleitschuh-Paar (35» 36) verbunden ist.

2. Exzentergetriebe nacn Anspruch 1, dadurch g- e k e η η-z ei G h "n e t, ■ d a β -es eine;_ elastischer. Rastanschlag (70* 75) umfaßt^ der so ausgebildet ist, da;B er genau diejenige Winkelstellung des Drehteils (5) merkbar macht, die dem

'" Durchgang des Drehzapfens (-14). durch die Stellung entsprient,; in fter dessen Achse (25) mit der parallelen Majitellinie zusammenfällt? t . . :

3. 3xzenter-.getriebe nach Afispruch 1,, d'a durch g e k e anz e i c h η e. ■. t|. da fi das ortsfeste jjjager ;(6G) elastisch ausgfbilde"| ist» '

4«. Exzentergetriebe nach Ansprucn 3j dadurch gek.ennzeichnet,_ daß das o,rtsfeste, elastisch ausgebildete Lager mindestens drei elastische Stäbe (51> 52, 53) umfaßt, die in einer zu der Drehachse (13) senkrechten 3bene so angeordnet sind, daß sie ein Dreieck bilden, welches einer die Mutter (47) tragenden Buchse (48) umschrieben ist, wobei die Enden der Stäbe (51,, 52_% 53.) ortsfest angeordnet sind 'q.nd Mittelpunkte mit einer Umfangsnut (64) an der Buchse (48) in stehen^

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5. Exzentergetriebe nach Ansprucn 1, dadurch gek e η η ζ. e i c h η e t, d a ß der Kugeise],fen (17₅ 18) gegenüber cer AciiL-e (25) des Drehzapfene (14) in einer zu derh querzapfen (12.) ε-enkreciiten Richtung und von ihm fort außermittig angeordnet ist«

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