DE2003588C3

DE2003588C3 - One-turn clutch with connected epicyclic ratchet gear to reduce the inertia forces and moments that occur when switching on and off

Info

Publication number: DE2003588C3
Application number: DE19702003588
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr.-Ing. 4800 Bielefeld Schick
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-01-28
Filing date: 1970-01-28
Publication date: 1975-03-27
Also published as: DE2003588B2; DE2003588A1

Description

Die Erfindung betrifft das Anwendungsgebiet von Eintourenkupplungen für die verschiedensten Zwecke, ao wie z. B. in Exzenterpressen und Stanzen, einmal umlaufende Abtriebe für beliebige aussetzende Arbeitsgänge jeglicher Art in Werkzeug- und Verarbeitungsmaschinen, insbesondere auch genau zu schaltende Schneidvorrichtungen.The invention relates to the field of application of single-turn clutches for a wide variety of purposes, ao such as B. in eccentric presses and punching, once rotating Outputs for any intermittent operations of any kind in machine tools and processing machines, especially those that can be switched precisely Cutting devices.

Beim Ein- und Ausschalten solcher Eintourenkupplungen tritt naturgemäß ein Stoß ocier günstigstenfalls ein Ruck im Abtrieb auf, der sich auch auf den Antrieb der Kupplung auswirkt, da im Moment des Kupplungseingriffs die zunächst noch ruhende abtriebsseitige Masse auf die Ro. .tionsgeschwindigkeit des Antriebes mehr oder weniger schlagartig beschleunigt bzw. beim Auskuppeln und Stillsetzen der Aotriebsmasse diese wieder bis zum Stillstand verzögert 'ird. In jedem Falle setzt die Abtriebsmassc der Änderung ihres Zustandes eine Trägheit entgegen, die sich nach dem Newtonschen Gesetz als Drehmoment auswirkt.When such single-turn clutches are switched on and off, a shock occurs naturally at best There is a jolt in the output, which also affects the drive of the clutch, since at the moment of clutch engagement the output-side that is initially still idle Mass on the rotation speed of the drive accelerated more or less suddenly or at Disengaging and stopping the drive mass this is delayed again to a standstill. In any case the output mass opposes the change of its state with an inertia, which according to Newton's Act acts as torque.

Wird eine kraftschlüssige Kupplung, das heißt also eine Reibungskupplung, verwendet, so ist dieses Drehmoment durch das Reibungsmoment der Kupplung ;iuf einen Höchstwert begrenzt. Es muß daher in jedem Falle ein gewisser Schlupf in den Schaltphasen der Kupplung auftreten, der um so größer ist. je größer die Differenz zwischen den Rotationsgeschwindigkeiten des Antriebes und des Abiriebes im Schaltzeitpunkt ist. Dieser Schlupf verhindert ein winkclgenaues Kuppeln zwischen Antrieb und Abtrieb insbesondere dann, wenn der Antrieb auch noch stufenlos regelbar ist oder mit verschiedenen Geschwindigkeiten fahrbar vorgesehen werden muß. In den Schaltphasen der Eintourenkupplung tritt ein sogenannter Ruck auf. das heißt in diesem Falle, daß der Antriebsseite plötzlich ein bestimmtes Drehmoment abverlangt wird.If a non-positive coupling, that is to say a friction coupling, is used, this is the torque by the friction torque of the clutch; limited to a maximum value. It must therefore be in everyone If a certain slip occurs in the switching phases of the clutch, which is all the greater. the bigger the The difference between the rotational speeds of the drive and the abrasion at the time of switching is. This slip prevents a precise angle coupling between drive and output, especially when if the drive is also infinitely variable or provided so that it can be driven at different speeds must become. A so-called jolt occurs in the shifting phases of the single-speed clutch. that means in In this case, a certain torque is suddenly demanded from the drive side.

Es gibt nun aber gewisse Funktionsforderungen, die gerade eine Streuung im Kupplungseingriff zwischen Antrieb und Abtrieb nicht zulassen, so daß an Stelle einer Reibungs-Eintourenkupplung eine formschlüssige Eintourenkupplung eingesetzt werden muß.There are, however, certain functional requirements that just result in a spread in the clutch engagement between Do not allow drive and output, so that instead of a friction one-turn clutch a form-fitting One-turn clutch must be used.

Die formschlüssige Kupplung verbindet in den Schaltphasen die Antriebsseite mit der Abtriebsseite, wie das Wort schon sagt, durch Formschluß, also ohne jeglichen Schlupf. Demzufolge wird die abtriebsseitige Masse schlagartig aus der Ruhelage auf die Drehzahl des Antriebes gebracht, wobei theoretisch bei unelastischem Material ein unendlich großes Drehmoment auf- 6g f ebracht werden müßte, was natürlich nicht möglich ist. Die Elastizität des Materials und die Größe der Motorleistung sowie die ganze auf der Antriebsseite vorhandene Bewegungsenergie dieser Massen bestimmen daher ebenso wie die abiriebsseitig zu beschleunigenden bzw zu verzögernden Massen das in den Schaltgliedern der Kupplung auftretende maximale Drehmoment Es liegt auf der Hand, daß die Größe eines solchen Drehmomentes sich der Berechnung völlig entzieht, da der Einflußfaktoren zu viele sind, die erst beim Bau einer solchen Maschine endgültig festliegen und im voraus nicht bestimmbar sind, so daß die Festigkeit der Schaltglieder erst durch Versuche ermittelt werden kann. Grundsätzlich kann jedoch gesagt werden, daß die in solchen Eintourenkupplungen auftretenden Trägheitsdrehmomente sich um mehrere Zehnerpotenzen von denen in kraftschlüssigen Kupplungen unterscheiden, sie also sehr weit überschreiten.The positive coupling connects the drive side with the output side in the switching phases, as the word already suggests, by means of a form fit, i.e. without any slippage. As a result, the output side Mass abruptly brought from the rest position to the speed of the drive, whereby theoretically with inelastic Material an infinitely large torque would have to be applied, which of course is not possible. The elasticity of the material and the size of the engine power as well as the whole existing on the drive side The kinetic energy of these masses therefore determines the same as that to be accelerated on the abrasion side or the masses to be decelerated, the maximum torque occurring in the switching elements of the clutch It is obvious that the size of such a torque is completely beyond the calculation, because there are too many influencing factors that are only finally established when such a machine is built and in the are not determinable in advance, so that the strength of the switching elements can only be determined through tests can. In principle, however, it can be said that the torques of inertia occurring in such single-turn clutches differ by several powers of ten from those in force-locking clutches, so exceed them very far.

Beim Ein- und Ausschalten einer formschlüssigen Eintourenkupplung tritt nach dem bisher gesagten stets ein Stoß auf, der sich natürlich mit seinen Aus- und Rückwirkungen auf alle bewegten Glieder der gesamten Maschine bemerkbar macht und zu schnellstem Verschleiß bis zum Bruch an durchaus nicht immer vorhersehbarer Stelle führen kann.When switching a positive one-turn clutch on and off, according to what has been said so far, always occurs a shock that naturally affects all moving limbs of the whole with its effects and repercussions Machine noticeable and the fastest wear and tear up to breakage is by no means always predictable Body can lead.

Es gibt nun Schaltvorrichtungen. in welchen die bei der formschlüssigen Koppelung zwischen Antrieb und Abtrieb in der beschriebenen Weise auftretenden großen Trägheitsdrehmomente durch Schraubgetriebe teils nur durch Federbelastung, teils ajch durch zwangläufige Steuerung in gewissen Grenzen gehalten werden, wobei das Auffangen der Trägheitsdrehmomente durch Federn schon wieder den Nachteil der Unkontrollierbarkeit in der Koppelung nach sich zieht, da je nach Drehzahl des Antriebes die Trägheiisdrehmomente verschieden groß sind und demzufolge eine verschiedene Ausweichmöglichkeit bis zum völligen Gleichlauf zwischen Antrieb und Abtrieb auftritt. In dem zwangläufig gesteuerten, der eigentlichen formschlüssigen Kupplung nachgeschalteten Getriebe wird dieser Nachteil zwar zunächst vermieden, aber in dem Schraubgetriebe treten doch ulativ schnell Verschleißerscheinungcn auf, die dann wiederum zu ungenauer und nicht mehr weitgehend spielfreier Koppelung zwischen Antrieb und Abtrieb führen. Infolge des naturgemäß schlechten Wirkungsgrades eines Schraubgetriebes treten außerdem besonders bei großen zu beschleunigenden Massen erhebliche Wärmebelastungen auf.There are now switching devices. in which the at the positive coupling between drive and output in the manner described occurring large Torques of inertia due to helical gears partly only due to spring loading, partly due to inevitable Control can be kept within certain limits, taking up the moments of inertia by springs again the disadvantage of uncontrollability in the coupling with it, since ever Depending on the speed of the drive, the inertia torques are different and therefore different There is a possibility of evasion until there is complete synchronization between the drive and the output. Inevitably controlled, the actual positive coupling downstream transmission is this The disadvantage was avoided at first, but signs of wear and tear appear quickly in the helical gear on, which in turn leads to imprecise and no longer largely backlash-free coupling between drive and output. As a result of the naturally poor efficiency of a helical gear unit In addition, considerable heat loads occur, especially with large masses to be accelerated on.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, auch schwere ruhende Massen durch eine Eintourenkupplung mit formschlüssigem Eingriff periodisch mit einem mit konstanter, aber regelbarer Geschwindigkeit umlaufenden Antrieb stets winkelgenau über jede Drehzahl und davon unabhängig zu- und wieder abzukuppeln, ohne die schweren Massen des Abtriebes sloßartig zu beschleunigen und ohne größere Verlustleistungen, die sich in Wärme umsetzen und Verschleiß verursachen.The invention is therefore based on the object of using a single-turn clutch to also handle heavy stationary masses with positive engagement periodically with a constant but controllable speed revolving drive always angularly accurate over each speed and independently of it and again uncoupling without accelerating the heavy masses of the output and without major power losses, which convert into heat and cause wear.

Diese Aufgabe wird durch die nachfolgend zu beschreibende Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen die Abtriebsseite der formschlüssigen Eintourenkupplung und die periodisch durch diese Kupplung mit dem Antrieb zu koppelnden Massen ein Umlaufräder-Rastgetriebe zwischengeschaltet ist, so daß das Umlaufräder-Rastgefriebe gerade dann seine Rasttage einnimmt, wenn die fornrschlüssige Kupplung ebenfalls ihre Rastlage hat. Mit anderen Worten: Das Umlaufräder-Rastgetriebe, das bei konstanter Antriebsdrehzahl an seinem Abtrieb stets nur eine Umdrehung mit kurzzeitigem Stillstand (Rastlage) erzeugt, ist mit der Abtriebs-This object is achieved by the invention to be described below in that between the output side of the positive single-turn clutch and the periodically through this clutch with the Drive to be coupled masses an epicyclic ratchet gear is interposed, so that the epicyclic ratchet just then takes its rest days when the positive coupling is also in its rest position Has. In other words: The epicyclic ratchet mechanism that works at a constant drive speed on its Output always only generates one revolution with a brief standstill (detent position), the output

seile der Eintourenkupplung derart verbunden, daß gerade diinn, wenn die anzutreibenden Müssen auch bei Durchlauf der Getriebeantriebsseite ohnehin einen Stillstand (Rastlage) aufweisen, auch die Getriebeantriebsseite durch die Eintourenkupplung stillgesetzt wird. Bliebe demnach die formschlüssigc Kupplung stets im Eingriff, so wurden auch dann die abtriebsseiügen Massen einen kurzzeitigen Stillstand (Rastlage) durchlaufen, so daß beim schlagartigen Abstoppen gerade in dieser Lage des Getriebes keine Rückwirkungen von Massenträgheitsmomenten auf das Getriebe und damit auch auf die Eintourenkupplung auftreten können. In der ganzen Kombination der formschlüssigen Eintourenkupplung mit dem Getriebe und den daran fest angeschlossenen größeren Massen bleibt der Ein- und Ausschaltstoß auf wenige Getriebeteile beschränkt, während die großen abtriebsseitigen Massen nach den durch das Umlaufräder-Rastgetriebe gegebenen stetigen mathematischen Gesetzen beschleunigt und wieder auf Null verzögert werden. aoropes of the one-turn clutch connected in such a way that straight diinn, if the to be driven must also with Passage of the gear drive side anyway have a standstill (detent position), also the gear drive side is stopped by the one-turn clutch. The form-fit coupling would therefore remain always in engagement, the masses at the output were also then to a brief standstill (rest position) run through, so that when suddenly stopping just in this position of the transmission no repercussions of mass moments of inertia on the gearbox and thus also on the single-speed clutch can. In the whole combination of the form-fitting single-turn clutch with the gearbox and the ones on it firmly connected larger masses, the switch-on and switch-off surge is limited to a few gear parts, while the large output-side masses according to the given by the epicyclic ratchet gear constant mathematical laws can be accelerated and decelerated back to zero. ao

Der Vorgang beim Einschalten der formschlüssigen Kupplung ist demnach folgender: Zunächst wird die Ceiriebeantriebsseite schlagartig infolge des Formjchlusses der Kupplung mit deren Anuiebsdrehzahl mitgenommen die Getriebeabtriebsseite hingegen be- a5 ginnt nach steligen Gesetzen und mil steigendem Drehmoment ihre Drehung aus der Rastlage, erreicht eine höchste Winkelgeschwindigkeit, die infolge des Ceiriebeaufbaus über derjenigen des Getriebeantriebes liegt, w^;rd anschließend nach stetigen Gesetzen verzögert bis bei der Winkelgeschwindigkeit null der Cetriebeabtriebsseite die Getriebeantriebsseitc du.ch die Kupplung wieder stillgesetzt wird.The process when switching on the positive-locking clutch is therefore as follows: First of all, the gear drive side is suddenly taken along with its drive speed due to the positive locking of the clutch; which is higher than that of the gear drive due to the build-up of Ceirie, w ^; rd then decelerated according to constant laws until the clutch is shut down again at zero angular velocity on the gear output side, the gear drive side, and the clutch.

Die Belastung der Eintourenkupplung wird durch die erläuterte Koppelung mit einem Umlaufräder-Rastgetriebe um einige Größenordnungen geringer, was wiederum nichts anderes bedeutet als eine erhebliche Erweiterung des Anwendungsbereiches solcher Kupplungen hinsichtlich bisher nicht erreichbarer Geschwindigkeiten ebenso wie größerer periodisch in Drehung zu versetzender Massen, deren Bewegungen keine Streuung relativ zum Maschinentakt aufweisen dürfen.The load on the single-turn clutch is reduced by the explained coupling with a planetary gear ratchet a few orders of magnitude lower, which in turn means nothing other than a considerable expansion the scope of such couplings with regard to previously unattainable speeds as well as larger masses to be set in rotation periodically, whose movements are not scattered relative to the machine cycle.

Es versteht sich wohl am Rande, daß eine mit einem solchen Umlaufräder-Rastgetriebe kombinierte Eintourenkupplung gegen ein Vorauseilen ihrer Abtriebswelle gegenüber ihrem Antrieb gesichert sein muß. da /on einem bestimmten Drehwinkel an, dessen Größe von der Ausbildung des Getriebes abhängt, eine völlige Umkehrung der Kraft- und Drehmomentrichtungen Stattfinden kann, so dali die abtriebsseitigen Massen inncrhalb der Bewegungsverzögerungsphase. insbesondere beim Fehlen äußerer Kräfte, die von der Abtriebsseite eine Arbeitsleistung verlangen wurden, zum Antrieb umfunktioniert werden.It goes without saying that a single-speed clutch combined with such a planetary gear ratchet must be secured against their output shaft rushing ahead of their drive. da / on a certain angle of rotation, the size of which depends on the design of the gearbox, a complete one Reversal of the directions of force and torque can take place so that the masses on the output side are within the movement delay phase. especially in the absence of external forces that would require work from the output side to drive to be repurposed.

Drehkeilkupplungen z. B. müssen mit einem Freilauf versehen werden, der zwischen Rastenring und Drehkeilwelle eingesetzt ist und dessen Sperrichtung mit der Qberholdrehrichtung der Drehkeilwelle gegenüber dem ständig umlaufenden Rastenring übereinstimmt.Rotary wedge couplings z. B. must be provided with a freewheel between the detent ring and rotary spline shaft is used and its blocking direction with the Qberholdrehrichtung the rotary spline shaft opposite corresponds to the continuously rotating detent ring.

Da es bei der erfindungsgemäßen Kombination einer Eintourenkupplung mit einem Umldufräder-Rastgctriebe nun weniger auf die Ausführung der Kupplung selbst ankommt, sei diese rein schematisch und ohne jede Einzelheit in dem folgenden Bild dargestellt, das die Kombination einer Eintourenkupplung mit einem Umlaufräder-Rastgetriebe in beispielsweiser Ausführung zeigt.Since it is in the inventive combination of a single-turn clutch with a Umldufräder-Rastgctriebe Now the design of the coupling itself is less important, let it be purely schematic and without every detail shown in the following picture, which shows the combination of a single-turn clutch with a Shows epicyclic ratchet gears in an exemplary embodiment.

F i g. 1 stellt die Koppelung einer Eintourenkupplung" mit einem Umlaufräder-Rastgetriebe schematisch dar;F i g. 1 shows the coupling of a "single-speed clutch" with an epicyclic ratchet gear mechanism;

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch F i g. 1 entsprechend der Schnittlinie I-I;F i g. 2 shows a cross section through FIG. 1 according to the section line I-I;

F i g. 3 zeigt die Rastlage des Umlaufräder-Rastgetriebes gemäß F i g. 2, in welcher die feste Verbindung seines Antriebes mit der in Ausschaltstellung befindlichen Eintourenkupplung erfindungsgemäß vorgesehen ist.F i g. 3 shows the locking position of the planetary gear locking gear according to FIG. 2, in which the fixed link its drive with the one-turn clutch in the disengaged position is provided according to the invention is.

Die in F i g. 1 dargestellte Kombination zeigt die Verbindung des Steges I mit der Abtriebswelle 2 (/.. B. ürchkeilwelle einer DrehkeiU ,pplung), wobei diese Welle durch ein gestellfestes Sonn?nrad 3 zentral hindurchrrigt und in diesem auch gelagert sein kann. In der Lagerung 4 des Steges 1 befindet sich die Kurbel 5, die üb^r die Welle 6 mit einem Planetenrad 7 verbunden ist. Das Planetenrad 7 und das Sonnenrad 3 sind mit ihren Teilkreisdurchmesserri als Zahnräder übereinstimmend vorgesehen und der Radius der Kurbel 5 stimmt mit den Teilkreisradien des Sonnen- und Planetenrades überein. Die Kurbel 5 ist mit ihrem Kurbelzapfen 8 in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Koppel 9 mit dem über den Hebel 10 mit der Abtriebswelle verbundenen Zapfen 11 drehbar verbunden, wobei die mit der Abtrie'oswelle verbundene Masse 12 einfachhcitshalber als Schwungrad dargestellt ist.The in F i g. 1 shows the combination shown Connection of the web I with the output shaft 2 (/ .. B. A splined shaft of a turntable, coupling), this shaft centrally penetrating through a sun gear 3 fixed to the frame and can also be stored in this. In the storage 4 of the web 1 is the crank 5, which Connected to a planet gear 7 via the shaft 6 is. The planet gear 7 and the sun gear 3 are coincident with their pitch circle diameter ri as gears provided and the radius of the crank 5 matches the pitch circle radii of the sun and planet gears match. The crank 5 is with its crank pin 8 in this embodiment by a Coupling 9 rotatably connected to the pin 11 connected to the output shaft via the lever 10, wherein the mass 12 connected to the output shaft for the sake of simplicity is shown as a flywheel.

Für die beschriebene Ausführung der Kombination ist nun gerade die Koppelungslage 'wischen Abtriebswclle 2 der Eintourenkupplung mit dem Umlaufräder-Rastgetriebe kennzeichnend derart, daß in der Ausschaltlage der Eintourenkupplung die mit der Masse 12 der Abtricbsglitdcr der Kombination verbundene Abtriebswelle des Umlaufräder-Rastgetriebes gerade ihre Rastlage einnimmt, d. h., daß der Steg 1 und die Kurbel 5 sich bei ausgeschalteter Eintourenkuppllung in Decklage befinden (F i g. 3).For the described embodiment of the combination, the coupling position is now between Abtriebswclle 2 characterizing the one-turn clutch with the planetary gear ratchet in such a way that in the disengaged position of the single-turn clutch, the output shaft connected to the mass 12 of the output shaft of the combination the planetary gear ratchet is just in its locking position, d. that is, the web 1 and the crank 5 are in the top layer when the one-turn clutch is switched off (Fig. 3).

Eine andere Variante des Umlaufräder-Rastgetriebes kann, ohne die beschriebene Lagenkoppelung zu verändern, darin bestehen, daß der Kurbelzapfen 8 in einem Schlitz des Hebels 10 radial geführt ist, wodurch in den Bewegungsgesetzen der Abtriebswclle zwar eine vollkommene Symmetrie hinsichtlich des Gesch'vindigkeits- und Beschleunigungsverlaufs erzielt wird, allerdings unter Inkaufnahme schlechterer Übertragungselemente gegenüber der Übertragung der Kräfte durch reine Drehgelenke.Another variant of the planetary gear ratchet can, without changing the described position coupling, consist in that the crank pin 8 is guided radially in a slot of the lever 10, whereby in the laws of motion of the output shafts there is a perfect symmetry with regard to the and acceleration progression is achieved, but with the acceptance of poorer transmission elements compared to the transmission of forces through pure swivel joints.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Drive device with a farm-locking single-turn clutch, in particular for speed-independent, Accurate angle actuation periodically only one full turn with intermittent Standstill of executing output members, in particular a cutting device (rotary cross cutter), characterized in that to reduce the switching on and off the one-turn clutch occurring inertia forces and moments a planetary gear ratchet (1.3 to 10) is arranged downstream.