DE19543760A1 - Schaltbare oder selbstschaltende Einrichtung zur Umschaltung der Verfahrgeschwindigkeit und -kraft an endlichen Vorschüben oder zur Kennlinienumschaltung an Federn, insbesondere mechanischen Federn - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine schaltbare oder selbstschaltende Einrichtung zur Umschaltung der Verfahrgeschwindigkeit und -kraft an endlichen Vorschüben oder zur Kennlinienumschaltung an Federn, ins be­ sondere mechanischen Federn.

Bei Linearvorschüben (Hydraulik- und Pneumatikzylinder oder Elektro­ spindeln) wäre es oft vorteilhaft, an einer Vorschubeinrichtung zwei oder mehr Stufen mit unterschiedlichen Vorschubgeschwindigkeiten zu realisieren.

Als Beispiel seien Werkzeugmaschinen genannt, bei denen aus einer Aus­ gangsposition eine Bearbeitungsposition schnell angefahren werden soll und dann während der Bearbeitung ein langsamerer Vorschub realisiert werden soll.

Oder ein Pneumatikzylinder der am Anfang oder Ende seines Vorschubs mit erhöhter Vorschubkraft arbeiten soll.

Bei Fahrzeugfederungen wäre es wünschenswert, bei Kurvenfahrten die kurvenäußeren Räder zu verhärten, um so ein Kurvenwanken zu vermeiden.

Dies will die Erfindung erreichen. Die Erfindung, wie sie gekennzeich­ net ist, ermöglicht bei gegebenen Linearvorschüben oder Federn die Vorschub- oder Federkraft und -geschwindigkeit in mindestens zwei Stu­ fen zu verändern.

Dies wird dadurch erreicht, daß ein Lineargetriebe mit einem Antriebs­ teil, einem Abtriebsteil und einem Stützteil an einer Vorschubeinrich­ tung oder einer Feder so eingesetzt wird, daß in einer ersten Stufe das Stützteil mit einem Gestell und in einer zweiten Stufe das Stütz­ teil mit dem An- oder Abtriebsteil gekuppelt wird.

Anhand der Fig. 1-8 wird die erfindungsgemäße Einrichtung beschrie­ ben.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer wegabhängigen Schaltung im Verhältnis 1 : 1 und 1 : 2 an einem Zahnstangengetriebe. Eine erste Zahnstange 1 und ein Getriebeteil 2 mit einem Zahnradge­ triebe 5 fungieren als An- und Abtriebsteil und eine zweite Zahnstange als Stützteil 3, welches sich am Getriebeteil 2 oder am Gestell 4 mit Zapfen 6, 7, 8 abstützen kann.

In der oberen Skizze stützt sich das Stützteil 3 mit seiner Stirnflä­ che am Zapfen 6 am Getriebeteil ab. Erste Zahnstange 1 und Getriebe­ teil 2 werden mit gleicher Kraft und Geschwindigkeit bewegt, sind also gekuppelt.

In der unteren Skizze stützt sich das Stützteil 3 mit seinem Zapfen 7 am Zapfen 8 des Gestells 4 ab. Die erste Zahnstange 1 wird mit der doppelten Geschwindigkeit und halben Vorschubkraft wie das Getriebe­ teil 2 bewegt.

Eine derartige Einrichtung ist z. B. an Vorschüben sinnvoll, die zu­ nächst schnell in eine Arbeitsposition verfahren werden sollen und dort mit verminderter Geschwindigkeit und erhöhter Kraft weiterbewegt werden sollen. Dabei ist es sinnvoll, eine spielfreie Kupplung zwi­ schen An- und Abtriebsteil vorzusehen, so daß Präzisionsarbeiten durch­ geführt werden können.

Fig. 2 zeigt das Getriebeprinzip an einer Feder. Das Getriebe ist da­ bei wie ein Differential aufgebaut.

In der oberen Abbildung stützen sich die beiden Abtriebskörper (Zahnstangen) an der Feder ab, die mit der Kraft K entgegendrückt. Da­ her ist am Antriebskörper (Steg mit Zahnrad) ebenfalls die Kraft K aufzubringen.

In der unteren Abbildung wird nur der obere Abtriebskörper von der Kraft K gedrückt. Der untere Abtriebskörper stützt sich am Gestell ab. Nach dem Differentialprinzip sind die beiden Stützkräfte gleich. Daher muß am Antrieb die Kraft 2K aufgewendet werden.

In Fig. 3 ist das Prinzip für eine Fahrzeugfederung skizziert.

Der Aufbau stützt sich über den Antriebskörper 10 an den beiden Ab­ triebskörpern 11, 12 ab, die beide von der Feder 13 gehalten werden. Beide Abtriebskörper sind mit Kolben im Stoßdämpfer 14 verbunden und zwar der rechte 11 mit dem unteren Kolben 16 und der linke Abtriebs­ körper 12 mit dem oberen Kolben.

Somit bilden sich zwischen Stoßdämpferwänden und Kolben drei fluidge­ füllte Räume 18, 19, 20. Mit Hilfe des Ventils 17 können zwei der drei Räume verbunden werden und der dritte gesperrt werden.

In der linken und mittleren Abbildung sind der oberste 20 und unterste Fluidraum 18 durch das Ventil 17 verbunden und der Zwischenraum 19 ist gesperrt. Damit stützen sich die beiden Abtriebskörper 11, 12 an der Feder 13 entsprechend dem oberen Bild der Fig. 2 ab. Die Federung ist weich.

In der rechten Abbildung ist der oberste Fluidraum 20 und der Zwi­ schenraum 19 über das Ventil 17 verbunden und der unterste Fluidraum 18 gesperrt. Damit stützt sich nur der linke Abtriebskörper 12 ent­ sprechend dem unteren Bild der Fig. 2 an der Feder 13 und der rechte Abtriebskörper 11 am Fluidpolster des Raums 18 ab. Damit wird die Fe­ derung sehr hart.

Durch die Umschaltung des Ventils 17 wird eine unstetige Veränderung der Federkennlinie erreicht. Um die Feder aus der Position des Mittel­ bildes der Fig. 3 weiter zusammenzupressen, muß die Kraft K um den Wert µ erhöht werden.

Schaltet man das Ventil entsprechend des rechten Bildes der Fig. 3, dann muß zum weiteren Zusammenpressen der Feder die Last auf 2_*K+2_*p erhöht werden.

Man beachte, daß aus jeder Stellung der Feder die Umschaltung so ar­ beitet. Das heißt, daß bei einem Fahrzeug bei jeder Beladung und der daraus resultierenden Belastung die Umschaltung entsprechend Fig. 3 arbeitet. Damit kann ein Fahrzeug grundsätzlich sehr weich gefedert sein und zur Vermeidung des Kurvenwankens werden die kurvenäußeren Rä­ der auf hart geschaltet.

Umgekehrt könnte natürlich auch ein hart gefedertes Fahrzeug die kur­ veninneren Räder auf welch schalten.

Fig. 4 zeigt die Federkennlinie wie sie verändert werden kann. Im Schaltpunkt wird von der weichen Federlinie auf die harte Federlinie umgeschaltet.

Natürlich wird die Mechanik als "Differential" sehr viel kompakter aufgebaut werden können als in den Figuren. Beispielsweise kann eine Anordnung so erfolgen, da das "Differentialprinzip" innerhalb dreier rohrförmig umeinanderliegender Gestänge erfolgt. Dies ist in Fig. 5 skizziert.

Denkt man sich das Gestänge der Fig. 5 im Stoßdämpferrohr der Fig. 3 angeordnet, dann entspricht die Innenstange 20 mit den Zapfen 23 dem Antriebsteil 10 der Fig. 3, das Mittelrohr 21 mit den ersten Schlit­ zen 24 entspricht dem rechten Abtriebskörper 11 der Fig. 3 und das Außenrohr 22 mit den zweiten Schlitzen 23 entspricht dem linken Ab­ triebskörper 12 der Fig. 3.

Die rechts skizzierten Abwicklungen zeigen das Funktionsprinzip. Man stelle sich vor, daß die Innenstange 20 zum Aufbau drehbar gela­ gert ist. Wenn dann der an der Innenstange feste Zapfen 23 um eine Strecke s nach unten verschoben wird und das Mittelrohr mit den ersten Schlitzen 24 festgehalten wird, wird das Außenrohr mit den zweiten Schlitzen 23 um die doppelte Strecke 2s verschoben.

Fig. 6 zeigt die Möglichkeit einer Krafterhöhung beim Anfahren zur Überwindung der Haftreibung. Am Abtriebsteil 31 ist ein Zahnrad 32 fest, welches in das Zahngestänge des Antriebsteils 30 und des Stütz­ teils 33 eingreift.

In Fig. 6a stützt sich zu Beginn der Vorschubbewegung das Stützteil 33 über einen Klemmrollenfreilauf 35 am Gestell 34 ab. Wenn die Feder 36 genügend gespannt ist, wird das Stützteil 33 vom Abtriebsteil 31 mitgenommen und das Stützteil aus dem Bereich des Freilaufs bewegt. In Fig. 6b stützt sich zu Beginn der Bewegung das Stützteil an einem Zapfen 37 am Gestell ab und wird dann vom Abtriebsteil mit genommen. Natürlich kann zum sanften Anfahren eine Feder wie in Fig. 6a vorgese­ hen werden.

In Fig. 7 ist ein Getriebe nach Art der Fig. 5 mit Selbsthemmung. Der nebenstehende Pfeil kennzeichnet die Bewegungsrichtung. Der Antriebsschlitz, in dem die Stifte gleiten, liegt quer zur Bewe­ gungsrichtung, der Abtriebsschlitz hat einen sehr spitzen Winkel zum Antriebsschlitz, wogegen der Stützteilschlitz einen wenig spitzen Win­ kel zum Antriebsschlitz hat. Ohne Kraftwirkung am Stützteil klemmt dieses. Damit sind ohne Kraftwirkung auf das Stützteil stets die drei Elemente der Einrichtung gekuppelt. Es wird also eine Kupplung einge­ spart.

Fig. 8 zeigt die Möglichkeit an einer Feder drei verschiedene Kennli­ nien im Schaltpunkt zu erreichen. Die beiden sich an der Feder abstüt­ zenden Teile der Einrichtung haben jedes einen Stoßdämpfer, der blockiert werden kann. Die Übersetzung der Einrichtung ist ungleich -1, also für die beiden Stützteile verschieden.

In oberen Ventilstellung sind beide Ventile offen, die Feder ist weich. In der mittleren Stellung ist der linke Stützkörper blockiert, die Feder ist mittelhart, in der untersten Ventilstellung ist der rechte Stützkörper blockiert, die Feder ist hart.

Claims (9)

1. Einrichtung bestehend aus einem mechanischen Getriebe mit einem Antriebsteil (1; 10; 20; 30), einem Abtriebsteil (2; 12; 22; 31), einem Stütz­ teil (3; 11; 21), einem Gestell (4; 14; 34), einer Übersetzungseinrichtung (5; 23, 24, 25; 32) und einem Vorschubelement für endliche Bewegungen, ins­ besondere einem Federelement (13), dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe so geschaltet werden kann, daß das Stützteil (3; 11; 21; 33), entweder am Gestell (4; 14; 34), oder am An- oder Abtriebsteil gekuppelt ist, so daß bei Kupplung am Gestell die Kraft und Geschwin­ digkeit am Antriebsteil ungleich der am Abtriebsteil ist und bei Kup­ plung des Stützteils am An- oder Abtriebsteil die Kraft und Geschwin­ digkeit des Abtriebsteils gleich der des Antriebsteils ist und die Einrichtung schaltbar oder selbstschaltend ist zur Umschaltung der Verfahrgeschwindigkeit und -kraft an endlichen Vorschüben oder zur Kennlinienumschaltung an Federn, insbesondere mechanischen Federn, verwendet wird.

2. Einrichtung unter Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie wegabhängig und selbsttätig so arbeitet, daß in einer bestimm­ ten, vorher festlegbaren Position die Übersetzung zwischen An- und Ab­ triebsteil umgeschaltet wird.

3. Einrichtung unter Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung allein durch Anfahren einer neuen Abstützung des Stützteils und daraus erfolgendes Lösen der anderen Abstützung des Stützteils erfolgt.

4. Einrichtung unter Patentanspruch 1, welche zur Umschaltung einer Fe­ derkennlinie eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Umschaltung der Federhärte von Fahrzeugfederungen einge­ setzt wird.

5. Einrichtung unter Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie so geschaltet ist, daß zum Erreichen einer weichen Federkenn­ linie zwei (11, 12) der drei Elemente (10, 11, 12) der Vorrichtung sich an der Feder (13) und das dritte Element (10) sich am abzufedernden Teil ab­ stützt und bei harter Federung sich ein Element (12) sich an der Feder (13), ein Element (10) am abzufedernden Teil und ein Element sich am sel­ ben Teil wie die Feder (Federträger = Gestell) abstützt, so daß zwei verschiedene Federhärten erreicht werden.

6. Einrichtung unter Patentanspruch 4, 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kurvenfahrten die kurvenäußeren Federn härter geschaltet sind als die kurveninneren.

7. Einrichtung unter Patentanspruch 4-6, bei der sich zwei der drei Elemente sich an der Feder abstützen, dadurch gekennzeichnet, daß es drei verschiedene Schaltstellungen gibt, bei denen entweder je eines der beiden an der Feder sich abstützenden Elemente mit dem Fe­ derträger gekuppelt ist und das andere nicht oder keines mit dem Fe­ derträger gekuppelt ist, so daß im Schaltpunkt drei verschiedene Federhärten erreicht werden können.

8. Einrichtung unter Patentanspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Elemente durch Selbsthemmung so verbunden sind, daß sie nur bei Krafteinwirkung auf das Stützteil als Getriebe wirken.

9. Einrichtung unter Patentanspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungseinrichtung aus Kurven in mindestens zwei der drei Elemente Antrieb, Abtrieb und Stützteil besteht und ein Gleitkörper die drei Elemente Antrieb,Abtrieb und Stützteil kraftschlüssig verbin­ det.