DE2263080C3 - Vorrichtung zum Umsetzen einer Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung - Google Patents

Description

Das Hauptpatent betrifft eine Vorrichtung zum Umsetzen einer Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung, insbesondere für die Werkstückplatte eines Arbeitstisches, mit einem in mit Zähnen versehenen Abtriebsglied eingreifenden und im Zahneingriff mit diesem gehaltenen, angetriebenen Zahnrad, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das angetriebene Zahnrad außerhalb seines Mittelpunktes mit einer Antriebswelle verbunden ist, die quer zur Verschieberichlung des Abtriebsglieds um den sich parallel zum Abtriebsglied verschiebenden Mittelpunkt des angetriebenen Zahnrades beweglich geführt ist.

Dabei läßt sich ein verhältnismäßig großer Verschiebungsweg des Abtriebsgliedes erzielen sowie die Beschleunigung und Verzögerung am Anfang bzw. Ende des Verschiebungsweges bei vorgegebenen Abmessungen von Zahnstange und Zahnrad in weiten Bereichen verändern. Will man jedoch den Verschiebun§i;sweg noch weiter vergrößern, so erhält man in vielen Fällen unzweckmäßig große Abmessungen für den Antrieb.

Deshalb liegt der Zusatzerfindung die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung so weiterzubilden, daß mit vorbestimmten Abmessungen größere Verschiebungswege des Abtriebsgliedes erreicht werden. Ferner soll die Beschleunigung, die Verzögerung und eine vorgegebene Geschwindigkeit des Abtriebsgliedes in einfacher Weise erzielbar und in weiten Grenzen bestimmbar Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem Zahnstangenrad mindestens ein weiteres Zahnrad vorgesehen ist, die Mittelpunkte der Zahnräder ausgehend von der Antriebswelle nach außen zu in unterschiedlichen Richtungen versetzt angeordnet sind und da3 die Zahnräder nacheinander mit zugehörigen, unterschiedlichen Zahnstangen des Abtriebsgliedes in Zahneingriff gelangen.

ίο Durch die Verwendung mehrerer Zahnräder, die mit entsprechenden Zahnstangen des Abtriebsgliedes nacheinander in Eingriff gelangen, läßt sich der Verschiebungsweg des Abtriebsgliedes in einfacher Weise verlängern und lassen sich ferner die Weglängen und

Werte für die Beschleunigung bzw. Verzögerung des Abtriebsgliedes unterschiedlich anpassen und einstellen. Dabei wird gleichzeitig eine gleichförmige Bewegung und ein stoßfreier Antrieb erzielt. Ferner läßt sich durch Auswahl der Abmessungen der Zahnräder und des Antriebes die Beschleunigung- sowie Verzögerungseigenschaft der Vorrichtung leicht verändern. Insbesondere ist es möglich, die Verweil2eiten am jeweiligen Hubende zu verändern. Ferner ist es möglich, daß der Antriebsmotor seine Arbeitsgeschwindigkeit bereits erreicht oder annähernd erreicht hat. bevor die Bewegung des Abtriebsgliedes einsetzt. Dies gilt auch für die Verzögerung, so daß das Abtriebsglied bereits anhält, bevor der Antrieb gebremst wird, wodurch der Antrieb keine großen Belastungen erfährt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Zahnräder an einem Zahnrad befestigt, dessen Mittelpunkt mit der Antriebswelle verbunden ist. wobei alle Zahnräder abwechselnd mit den zugehörigen, unterschiedlichen Zahnstangen des Abtriebsgliedes in Zahneingriff gelangen. Dadurch ist es ermöglicht, zwischen einer durch ein erstes Zahnrad festgelegten Beschleunigungsstrecke des Ablriebsgliedes und einer durch das zweite Zahnrad festgelegten Verzögerungsstrecke mittels des dritten Zahnrades einen weiteren Bewegungsabschnitt des Abtriebsgliedes vorzusehen, indem es eine vorbestimmte konstante Geschwindigkeit ausführt. Auch dieser Bewegungsabschnitt für eine konstante Geschwindigkeit läßt sich in einfacher Weise anpassen bzw. verändern.

Die Erfindung soll nicht auf Umkehrantriebe für geradlinig verschiebbare Arbeitstische beschränkt sein. Vielmehr ist es in gleicher Weise möglich, beispielsweise auch einen Drehtisch in eine hin- und herdrehende Bewegung zu versetzen.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt
F i g. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung entlang der Linie2-2der Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Vorrichtung entlang der Linie 3-3der Fig. I,

Fig.4 einen Schnitt durch die Vorrichtung entlang der Linie4-4der Fig. 1,

F i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 der F i g. 1, Fig.6 bis 12 und Fig.6A bis 12A eine Gruppe sehematischer Skizzen, die in Umrißzeichnungen den Bewegungsablauf zeigen,

Fig. 13 ein kinematisches Diagramm, das die Bewegung während der Beschleunigung und der

6«, Verzögerung anzeigt.

In Fig. 1 trägt ein Maschinengestell 1 an seinen beiden Enden angeordnete Ständer 2 und 23. Diese Ständer tragen wiederum einen Arbeitstisch 15 über

ewei Sätze von Führungsrollen 11 und 12. die den hin- und hergehenden Arbeitstisch 15 entlang seiner Bewegungsbahn tragen und führen.

Die in der folgenden Beschreibung verwendeten Ausdrücke Beschleunigung und Verzögerung werden Rir die Arbeitsweise der Vorrichtung verwendet, wenn lieh der hin- und hergehende Arbeitstich 15 von links Bach rechts bewegt. Wenn die Vorrichtung den Rückhub von rechts nach links ausführt, werden die Ausdrücke Beschleunigung und Verzögerung vertauscht.

Am Boden «ies Arbeitstisches 15 (Fig.2) sind drei Distanzstücke 14, 16 und 17 angeordnet, die ihrerseits Zahnstangen 6,8 und 9 tragen. Die Zahnstange 6 ist zum Eingreifen in ein Zahnrad 5 ausgebildet und wird zum Beschleunigen des Arbeitstisches 15 nach rechts »erwendet. Die Zahnstange 8 ist zum Eingreifen in ein Zahnrad 7 ausgebildet und wird zum Bewegen des Arbeitstisches 15 mit konstanter Geschwindigkeit in irgendeiner Richtung verwendet. Die Zahnstange 10 ist zum Eingreifen in ein Zahnrad 9 ausgebildet und wird tarn Verzögerndes Arbeitstisches 15 am Ende des Hubs von links nach rechts verwendet.

Die folgenden Ausdrücke werden zum Unterscheiden zwischen Achse und Mittelpunkt verwendet: Die Achse, um die sich ein Zahnrad dreht, ist die Linie, um die sich ein Zahnrad dreht, auch wenn sich die Achse selbst im Raum bewegt. Der Mittelpunkt eines Zahnrads ist sein echter, geometrischer Mittelpunkt, der im Fall der Zahnräder 5 und 9 nicht mit den Achsen zusammenfällt. Beim Zahnrad 7 fallen die Achse und der Mittelpunkt zusammen. Bei den Zahnrädern 5 und 9 verläuft die Achse durch den Teilkreis der Zähne oder in der Nähe dieses Teilkreises.

Die Zahnräder 5, 7 und 9 sind starr miteinander verbunden (Fig. 3), sind starr an einer Kurbel 25 sowie einer Nabe 24 an einer Seite und an einer Kurbel 26 sowie einem Nabenkettenzahnrad 27 an der anderen Seite befestigt. Die Nabe 24 enthält ein Lager 33, das von einem Halter 34 in seiner Lage gehalten wird. Das Nabenkettenzahnrad 27 enthält ein Lager 29, das durch einen Halter 28 in seiner Lage gehalten wird. Die gesamte Ketten-, Kurbel- und Zahnradanordnung 34, 24,25,5,7,9,26 und 27 dreht sich als starre Einheit auf Lagern 33 und 29 auf einem schwenkbar gelagerten Arm 3 um eine Achse A (vgl. F i g. 1).

Es ist zu erkennen, daß das Zahnrad 5 während eines Bewegungsabschnitts der Vorrichtung mit der Zahnstange 6 im Eingriff steht und daß der Mittelpunktsabstand zwischen diesen beiden Elementen durch ein Distanzstück 21 aufrechterhalten wird, das durch ein zum Mittelpunkt des Zahnrads 5 konzentrisches Lager 35 mit der Kurbel 25 verbunden ist. Das Distanzstück 21 trägt eine Rolle 19, die auf der oberen Fläche der hinter der Zahnstange 6 angeordneten Führung 13 rollt, wodurch der erforderliche Mittelpunktsabstand eingehalten wird (vgl. F i g. 3). Die Führung 13 ist lang genug, um diesen Mittelpunktsabstand nur für diesen Bewegungsabschnitt aufrechtzuerhalten, währenddessen er erforderlich ist.

Wenn das Zahnrad 7 während eines Bewegungsabschnitts mit der Zahnstange 8 im Eingriff steht, wird der Mittelpunktsabstand in ähnlicher Weise durch Anschlag des schwenkbar gelagerten Arms an den Anschlag 4 aufrechterhalten (vgl. Fig. 1). _6j

Wenn das Zahnrad 9 während eines Bewegungsabschnittes mit der Zahnstange 10 im Eingriff steht, wird der Mittelpunktsabstand in gleicher Weise durch ein Distanzstück 22 ( F i g. 3) aufrechterhalten, das über ein konzentrisch zum Mittelpunkt des Zahnrads 9 angeordnetes Lager mit der Kurbel 26 verbunden ist Das Distanzstück 22 trägt eine Rolle 20. die auf der oberen Fläche der hinter der Zahnstange 10 angeordneten Führnng 18 rollt (vgl. Fig.2. 3). Die Führung 18 ist wiederum genügend lang, um diesen Mittelpunktsabstand nur für den Bewegungsabschnitt aufrechtzuerhalten, für den er erforderlich ist.

Der schwenkbar angelenkte Arm 3 wird von einem Aufsatz 39, einem Gabelkopf 40, Lagern 41 und 42 und einer auf einer Achse O befindlichen Welle 43 getragen. Dieser Arm 3 bewegt sich frei um die Achse D hin und her, entsprechend der Steuerung durch eines der drei oben beschriebenen Mittelpunktsabstandsführungen.

Das Nabenkettenzahnrad 27 auf der Nabe 26 wird angetrieben durch eine Kette 44 und durch ein auf einer Ausgangswelle 46 eines Untersetzungsgetriebes 47 ( F i g. 4) angeordnetes Kettenzahnrad 45. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Achse der Ausgangswelle 46 des Zahnraduntersetzungsgetriebes mit der Achse D der Welle 43, um die der Arm 3 hin- und herschwenkt, zusammenfällt. Daher verursacht die Bewegung des Arms 3 um die Achse D keine Änderung des MittelpunktsabEtands zwischen dem Kettenzahnrad 45 und dem Nabenkettenzahnrad 27.

Die Antriebsvorrichtung für eine Eingangswelle 48 auf dem Zahnraduntersetzungsgetriebe 47 wird nicht gezeigt, weil viele Antriebe mit gleichem Erfolg angewendet werden können. Die Eingangswelle kann unmittelbar oder über Riemen und Riemenscheiben von einem Elektromotor, einem Luftmotor oder einem Hydraulikmotor je nach Anwendung angetrieben werden. Zum Anlassen und Anhalten der eingebauten Motorart werden bekannte Begrenzungsschalter und Steuerungen benutzt.

Ein zweiter schwenkbar angelenkter Arm 52 bewegt sich genau parallel zum Arm 3 (vgl. Fig. 1 und 5). Der Arm 52 ist an seinem inneren Ende über eine Welle 51, Lager 50 und 57 und einen Gabelkopf 49 am Gestell 1 angeschlossen. Der Arm 52 ist über ein Gestänge 54 mit dem Arm 3 verbunden. Das Gestänge 54 ist über zwei Gabelköpfe 56 und eine Achse 55 an den Arm 3 angeschlossen. An seinem anderen Ende ist das Gestänge 54 über eine Stummelachse 53 an den Arm 52 angeschlossen. Daher bewegt sich der Arm 52 bei einer Auf- und Abbewegung des Arms 3 völlig synchron mit den Mittelpunktslinien.

An seinem äußeren Ende trägt der Arm 52 über Lager 59 und 60 eine Welle 58 (vgl. Fig.5). Die Welle 58 wiederum trägt starr daran befestigte Kurbeln 61 und 63. Die Kurbel 61 wiederum trägt ein Lager 62, das in einen Fortsatz des Distanzstücks 21 eingebaut ist. Die Exzentrizität der Kurbel 61 ist identisch mit der Exzentrizität der Kurbel 25 ( F i g. 3), die ferner identisch ist mit den Exzentrizitäten der Kurbeln 63 and 26.

Die Welle 58 und die Kurbeln 61 und 63 werden durch eine Kurbel 65 und ein Kettenzahnrad 32 angetrieben (vgl. F i g. 5). In F i g. 5 sind die Kurbeln 61, 63 um 90° gegenüber der in Fig. 1 und 3 gezeigten Stellung vernetzt dargestellt. Es ist darauf hinzuweisen, daß die von der Kurbel 63 abstehend angeordnete Kurbel 65 die Mittelpunktslinie des Kettenzahnrads 32 konzentrisch zur Welle 58 anordnet. Das Kettenzahnrad 32 wiederum wird über eine Kette 31 vom Kettenzahnrad 30 angetrieben (vgl. F i g. 3). Die Kettenzahnräder 30 und 32 haben identische Durchmesser. Es können sich daher die Kurbel 61 in Phase mit der Kurbel 25 und die Kurbel

63 in Phase mit der Kurbel 26 drehen. Das ganze, auf dem Arm 52 basierende untere System verwendet für die Mittelpunktsabstände und -kinematiken die gleichen Bezugszeichen wie das ganze, auf dem Atm 3 basierende obere System.

Es ist die Aufgabe der Kurbel 61, einen unteren Stabilisierungspunkt für das Distanzstück 21 in der Weise zu schaffen, daß die vom Mittelpunkt der Rolle 19 zum Mittelpunkt des Zahnrades 5 führende Linie immer senkrecht zur Zahnstange 6 gehalten wird. In ähnlicher Weise schafft die Kurbel 63 einen unteren Stabilisierungspunkt für das Distanzstück 22 in der Weise, daß die vom Mittelpunkt der Rolle 20 zum Mittelpunkt des Zahnrads 9 führende Linie immer senkrecht zur Zahnstange 10 gehalten wird (vgl. F i g. 1 und 3). Es ist darauf hinzuweisen, daß diese Funktion der Kurbeln 61 und 63 durch eine Vielzahl von unterschiedlichen Stellungen der Welle 58 erfüllt wird, wenn bei den Distanzstücken 21 und 22 anpassende Änderungen vorgenommen werden. Es kann in der Tal eine Vielzahl von anderen Anordnungen verwendet werden, etwa von doppelten Parallelogrammgestängen, um die gewünschte Ausrichtung der Distanzstücke 21 und 22 aufrechtzuerhalten. Die Funktion und die Betriebsweise der Vorrichtung können in einfachster Weise durch eine Reihe von schematisch vereinfachten Skizzen der F i g. 6 sichtbar gemacht werden. Die Bewegung wird nur in einer Richtung beschrieben. Es ist ersichtlich, daß die Rückbewegung die genaue Umkehrung ist.

Wenn der Motor angelassen wird, befindet sich die Vorrichtung in dem in Fig.6 und 6A gezeigten Ausgangszustand. Dies bewirkt eine Drehung der Zahnradanordnung im Uhrzeigersinn um die Achse A. In diesem Zeitpunkt befindet sich nur das Zahnrad 5 im Eingriff mit der Zahnstange 6. Die anderen Zahnräder 7 und 9 befinden sich mit ihren zugehörigen Zahnstangen außer Eingriff. Wenn die Parameter richtig gewählt sind, bewirkt die Anfangsbewegung des Zahnrads 5 eine Belegung der Mittelpunktslinie des Zahnrads 5 nach links, während sich die Drehachse der Zahnradanordnung nach unten bewegt und eine allmähliche Beschleunigung der Zahnstange 6 nach rechts bewirkt. Da die Distanzstücke 21 und 22 sowie der Anschlag 4 bei diesen Skizzen weggelassen sind, sollte angenommen werden, daß diese Elemente ihre Funktion des Aufrechterhaltens des richtigen Mittelpunktabstands zwischen jedem Zahnrad und dessen zugehörigen Zahnstange ausführen. Wenn die Drehung der Zahnradanordnung im Uhrzeigersinn andauert, wird die Zahnstange gleichförmig und zunehmend nach rechts beschleunigt während die Achse A ihre Abwärtsbewegung fortsetzt Dies wird durch den um die feststehende Achse Dschwenkenden Arm 3 ermöglicht

Nach Drehung im Uhrzeigersinn um etwa 90° hat sich die Achse A abwärts bewegt bis sie sich in der gleichen waagerechten Ebene wie der Mittelpunkt B des Zahnrads 5 befindet (vgl. Fig.7 und 7A). In diesem Punkt ist die Geschwindigkeit der Zahnstange 6 etwa die gleiche wie die absolute Umfangsgeschwindigkeit des Teilkreises des Zahnrads 5. Eine fortgesetzte Bewegung im Uhrzeigersinn der Zahnradanordnung bewirkt eine weitere Abwärtsbewegung der Achse A und eine weitere, jedoch abnehmende Beschleunigung der Zahnstange.

Nach einer Drehung der Zahnradanordnung um etwa 180°, hat die Achse A den tiefsten Punkt ihrer Bewegung erreicht (vgl Fig.8). Die Zahnstange 6 hat dann ihre höchste Geschwindigkeit nach rechts erreicht und bewegt sich etwa mit der doppelten Umfangsge schwindigkeit des Teilkreises des Zahnrads 5. Die Beschleunigung der Zahnstange ist auf den Wert Null oder nahe Null zurückgekehrt. Wenn dieser Punkt angenähert wird, bewegt sich das Zahnrad 7 in den Eingriff mit der Zahnstange 8. 1st dieser Punkt erreicht, befindet sich das Zahnrad 7 in vollem Eingriff mit der Zahnstange 8. Dies wird als Wechselpunkt bezeichnet. Wenn die Zahnraddurchmesser, die Zahnradverhältnisse und die Zahnstangenverhältnisse richtig gewählt werden, sind die durch das Zahnrad 5 an diesem Wechselpunkt erzeugte Geschwindigkeit und Stellung der Zahnstange 6 identisch mit der durch das Zahnrad 7 an diesem Wechselpunkt erzeugten Geschwindigkeit

,₅ und Stellung der Zahnstange 8. Darüber hinaus wird es durch geeignete Wahl von anderen, noch zu beschreibenden Parametern möglich, die Beschleunigung der im Eingriff mit dem Zahnrad 5 stehenden Zahnstange 6 an diesem gleichen Wechselpunkt gleich Null zu machen.

Wenn die Zahnradanordnung ihre Drehung in-¹ Uhrzeigersinn fortsetzt, kommt das Zahnrad 5 außer Eingriff mit der Zahnstange 6. Dies wird ermöglicht durch die Abschlußrampe 13a auf der Führung 13, die eine Abwärtsbewegung der Rolle 19 gestattet, was durch die nun abwärts gerichtete Bewegung des Mittelpunkts Bdes Zahnrads 5 erforderlich ist. Der Arm 3 steht nun still, und das Zahnrad 7 bewegt die Zahnstange 8 mit einer völlig konstanten Geschwindigkeit nach rechts, die identisch ist mit der am Wechselpunkt erreichten Geschwindigkeit.

In F i g. 9 hat sich die Zahnradanordnung um etwa 270" gedreht, und das Zahnrad 5 ist völlig frei gekommen von der Zahnstange 6. Die Zahnstange 8 bewegt sich noch mit konstanter Geschwindigkeit, da sie vom Zahnrad 7 angetrieben wird. Das Ausmaß der Bewegung dieser Zahnstange steht völlig frei und wird nur durch deren Länge und den Winkelabstand zwischen dem Zahnrad 9, das zum Verzögern des hin- und hergehenden Systems verwendet wird, und dem Zahnrad 5 begrenzt. Es ist darauf hinzuweisen, daß sich am Wechselpunkt die Zahnräder 5 und 7 gleichzeitig mit den entsprechenden Zahnstangen berühren. In ähnlicher Weise berühren sich am Wechselpunkt die Zahnräder 9 und 7 gleichzeitig mit ihren entsprechen den Zahnstangen. Der entlang dem Teilkreis de; Zahnrads 7 vom Berührungspunkt des Zahnrads 5 zurr Berührungspunkt des Zahnrads 9 gemessene Abstanc entspricht der Länge des Wegs mit konstante! Geschwindigkeit auf der Zahnstange 8. Dies ist auch di< theoretische Länge der Zahnstange 8. In der Zeichnunj sind die Zahnräder 5 und 9 ungefähr um 180° versetz gezeigt. Diese Stellung ist vollkommen willkürlich. Sii könnte ebensogut in einer anderen Winkelstelluni vorliegen. Darüber hinaus kann die Wegstrecke mi konstanter Geschwindigkeit den Teilkreisumfang de Zahnrads 7 übersteigen. Bei einer derartigen Anwen dung macht das Zahnrad 7 eine oder mehrer Umdrehungen, bevor der zweite Wechsel stattfinde Der Abstand zwischen den Zahnrädern5 und 9 wird de

go restliche Weg, nachdem eine ganzzahlige Anzahl vo Teilkreisumfängen des Zahnrads 7 vom Weg m konstant er Geschwindigkeit abgezogen wurde.

Der Weg mit konstanter Geschwindigkeit dauert ai bis das Zahnrad 9 in Eingriff mit der Zahnstange 1 kommt (vgl. Fig. 10). Zu diesem Zeitpunkt kommt di Führungsrolle 20 in Berührung mit der Führung 18. A diesem zweiten Wechselpunkt erzeugt das Zahnrad die gleiche Geschwindigkeit und Stellung auf d<

Γ-

Zahnstangc 8 wie die vom Zahnrad 9 erzeugte Geschwindigkeit und Stellung der Zahnstangc 10. Wenn «lic Bewegung etwas über den Wechselpunkt hinaus fortschreitet, kommt die Zahnstange 8 vom Zahnrad 7 frei, und die Ausgangsbewegung wird nur von dem im Eingriff mit der Zahnstange 10 befindlichen Zahnrad 9 gesteuert. Die Achse A beginnt sich aufwärts zu bewegen, und die Zahnstange 10 beginnt verzögert zu werden.

Eine weitere Drehung der Zahnradanordnung er zeugt, wenn sich das Zahnrad 9 nur im Eingriff mit der Zahnstange 10 befindet, eine Verzögerung der Zahnstange 10, bis bei einer verbleibenden Drehung von etwa 90° der Mittelpunkt des Zahnrads 9 und die Drehachse A in der gleichen waagerechten Ebene liegen. An diesem Punkt wird die Geschwindigkeit der Zahnstange 10 auf die absolute Teilkreisgeschwindigkeii des Zahnrads 9 herabgesetzt.

Eine Fortsetzung der Drehung der Zahnradanordnung bewirkt eine Rückkehr der Achse A in ihre in Fig. 12 gezeigte Ausgangsstellung. Während dieses letzten Drehungsintervalls wird die Zahnstange gleichförmig bis zum Stillstand bis in dessen Nähe oder bis zu einer geringen Bewegungsumkehr verzögert, je nach den genauen, geometrischen Verhältnissen der verschiedenen noch genauer zu beschreibenden Parameter.

Es ist zu erkennen, daß während der (ungefähr) ersten halben Umdrehung der Zahnradanordnung das mit der Zahnstange 6 im Eingriff stehende Zahnrad 5 die Zahnstange gleichförmig bis zu ihrer Höchstgeschwindigkeit beschleunigt. Die Beschleunigung beginnt von Null oder nahe Null, endet bei Null oder nahe Null und erreicht ihren Höchstwert in der Nähe der Mitte des Beschleunigungsintervalls. Am Ende des Beschleunigungsintervalls kommt das Zahnrad 7 in Eingriff mit der Zahnstange 8, und die Bewegung setzt sich mit konstanter Geschwindigkeit fort Nachdem das Zahnrad 7 mit der Zahnstange 8 in Eingriff gekommen ist, kommt das Zahnrad 5 von der Zahnstange 6 frei. Die Länge der Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit ^₀ hängt von der Länge der Zahnstange 8 und von der Phasenstellung der Zahnräder 5 und 9 gegenüber dem Zahnrad 7 ab. Am Ende der Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit kommt das Zahnrad 9 in Eingriff mit der Zahnstange 10, das Zahnrad 7 wird von der Zahnstange 8 freigegeben und das Verzögerungsintervall beginnt Dies wiederum erfordert ungefähr eine halbe Umdrehung des Zahnrads 9. Die Verzögerung beginnt bei Null oder nahe Null, endet bei Null oder nahe Null und erreicht ihren Höchstwert am ungefähren Mittelpunkt des Verzögeningsintervalls.

Eine mathematische Analyse soll im folgenden wichtige Beziehungen zwischen gewissen geometrischen Parametern aufzeigen, die ein Abstimmen der

45 Bcschleunigungs-, Geschwindigkeits-, Verschiebungsund Verweilcharakteristiken der Vorrichtung gestatten, um einer Vielzahl von Anwendungserfordernissen zu genügen.

Das erste Ziel der mathematischen Analyse ist, die Bedingungen zu finden, die einen Verweilpunkt des Betriebs erzeugen, in dem die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des hin- und hergehenden Abtriebsglieds gleichzeitig Null oder nahe Null sind.

Die Analyse zur Auffindung dieser Bedingungen befaßt sich nur mit dem Zahnrad 5 für die Beschleunigung, dem Zahnrad 9 für die Verzögerung, dem Arm 3 und der Stellung des Armes 3 zur Schwenkpunktachse 04 am Rahmen. Fig. 13 zeigt ein kinematisches Diagramm, das die noch zu definierenden Variablen darstellt.

Die Verhältniszahl für das Beschleunigungszahnrad ist der Einfachheit der Analyse wegen willkürlich mit 1 festgelegt.

Der Radius vom wahren geometrischen Mittelpunkt des Beschleunigungszahnrads 5 zu seiner Drehachse wird mit λ bezeichnet.

Die Länge des schwenkbar angelenkten Gestänges oder Arms 3 von der Drehachse des Beschleunigungszahnrads zur Achse der Lagerwelle 43 des Arms wird mit ολ bezeichnet, d.h. die wirksame Länge der Mittelpunktslinie in Längsrichtung des Arms ist omal größer als der Radius λ.

θ ist der Winkel zwischen der Senkrechten zur Zahnstange am Zahnradberührungspunkt und der radialen Linie λ.

β ist der Winkel zwischen der radialen Linie λ und der Mittelpunktslinie in Längsrichtung des schwenkbar angelenkten Arms 3,die mit σλ bezeichnet wurde.

δλ ist der Abstand, um den die Laigerwelle 43 des Arms 3 von einer zur Zahnteilungslinie der Zahnstange parallelen und gegenüber dieser Linie versetzten Linie versetzt angeordnet ist. Dieser Abstand ist gleich dem als 1 angenommenen Radius des Beschleunigungszahnrads 5.

Es ist das Ziel der Analyse, die Werte von θ und λ für irgendwelche gegebenen oder angenommenen Werte von ο und i in der Weise zu linden, daß die Geschwindigkeit und Beschleunigung der Zahnstange gleichzeitig Null oder nahe Null sind, obwohl das Beschleunigungszahnrad 5 sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht Es wird daher zur Auffindung

der gewünschten Lösung Qz- und

gleich Null

gesetzt.

Unter Bezugnahme auf F i g. 13 kann gezeigt werden daß

dll
de

d²i7

= 1 — λ I cos

= λ I sin θ —

u sin Θ (cos (9 - ö) -

^y+ [o* -{cose-dfY* J g² [(cos θ — g) cos θ — sin² β] — cos θ (cos θ
[σ² - (cos θ -

An den Hubenden wird das System nur vom Beschleunigungszahnrad, vom Verzögerungszahnrad, von der Armiänge und der Lagegeometrie der Armverankerung geregelt und gesteuert

Wie oben beschrieben, werden die Wirkung der Anm-dnune des Antriebssystems auf dem schwenkbar angelenkten Arm 3, wobei -HL —

At.

gen in der Weise gefunden, daß

= 0, und die Beziehur dl/

dß

und ^r-J- gleid

Null oder nahe Null gesetzt werden.
In ähnlicher Weise hat das Übersetzungsverhältni

der Ketlenzahnräder 45 und 27 den Wert t und kann verwendet werden zur Änderung der Form der Beschleunigungs- und Verzögerungskurven. Die Analyse wird wiederum erreicht durch die Verwendung des künstlichen Winkels ψ, wobei

ψ = (1 - r)fl + ι θ

Schließlich wird die Definition des K- Faktors identisch mit derjenigen des einzelnen Zahnradsystems gemacht, d. h.

tatsächlicher Wert

~~ aus Differentialgleichungen gewonnener Wert

Die Wirkung des K-Faktors ist somit sehr gering (für K-Werte in unmittelbarer Nähe von 1) auf die Geschwindigkeits- und Beschleumigungscharaktcristiken des Systems, sofern dieses sich nicht in den Endruhelagen befindet. In der Mitte oder in der Nähe der theoretischen Ruhelage, falls der /C-Faktor etwas größer als 1 gemacht wird, wird die Zahnstangengeschwindigkeit sehr geringfügig negativ an dem Punkt, an dem die Beschleunigung Null ist. Dies wiederum erzeugt eine sehr geringe Umkehr der Verschiebung, was in der Praxis eine bedeutende Zunahme der praktischen Verweilzeit ergibt.

Es sind sowohl theoretische und praktische, zusätzliche Einschränkungen erforderlich, um die Einführung des Zahnrads oder Zahnsegments mit konstanter Geschwindigkeit zuzulassen. Diese hängen mit den Bedingungen am Wechselpunkt zusammen und werden nachfolgend beschrieben.

Am Wechselpunkt ist es notwendig, daß die durch das Beschleunigungszahnrad erzeugte Stellung der Beschleunigungszahnstange innerhalb eines ziemlich kleinen Betrags, der durch das Zahnrad für konstante Geschwindigkeit erzeugten Stellung der Zahnstange für konstante Geschwindigkeit entspricht. Dies erfordert, daß die Zahnstellungen für jedes Zahnrad und jede Zahnstange für jeden speziellen Entwurf richtig ausgerichtet sind. Es ist ferner erforderlich, daß die Zahnstangcnlängen und -Stellungen genau kontrolliert werden.

Am Wechselpunkt ist es auch notwendig, daß die durch das Beschleunigungszahnrad erzeugte augenblickliche Geschwindigkeit ziemlich identisch ist mit der vom Zahnrad für konstante Geschwindigkeit erzeugten Geschwindigkeit der Zahnstange für konstante Geschwindigkeit Irgendeine Fehlanpassung zwischen diesen beiden Geschwindigkeiten würde eine Stufe im Geschwindigkeitsverlauf erzeugen. Eine derartige Stufe erfordert eine theoretisch unendliche Beschleunigung, die in der Praxis einen unerwünschten Stoß erzeugt.

Falls sich beide Zahnräder um eine gemeinsame Achse drehen, ist es zum Erzielen des Zusammenfassens der Geschwindigkeit erforderlich, daß die Strecken vom Drehpunkt zu ihren Berührpunkten mit ihren entsprechenden Zahnstangen gleich groß sind. Da diese Sirecke für das Zahnrad mit konstanter Geschwindigkeit senkrecht zur Zahnstange ist, müssen sich beide Zahnräder am Wechselpunkt gleichzeitig mit ihren entsprechenden Zahnstangen berühren.

Wenn der vom Mittelpunkt des Beschleunigungszahnrads zu dessen Teilkreis verlaufende Radius mit 1 angenommen wird und der vom Mittelpunkt des Beschleunigungszahnrads zur Drehachse verlaufende Radius gleich λ ist, wobei λ eine Funktion von τ ist, dann muß der zum Teilkreis des Zahnrads für konstante Geschwindigkeit verlaufende Radius dieses Zahnrads gleich 1 + λ sein, damit das Zahnrad für konstante Geschwindigkeit, dessen Mittelpunkt mit der Drehachse zusammenfällt, im Augenblick des Zusammenwirkens mit dem Beschleunigungszahnrad mit gleicher Geschwindigkeit arbeitet. Für den Fall, daß zur Veränderung der Verweildauercharakteristiken ein K-Faktor verwendet wird, muß der Radius des Zahnrads für

ίο konstante Geschwindigkeit gleich I + K ■ λ sein.

Ein weiterer in Betracht zu ziehender Faktor ist die Beschleunigung der beiden Zahnstangen am Wcchselpunkl. Durch die grundlegende Voraussetzung des Entwurfs ist die Beschleunigung der Zahnstange für konstante Geschwindigkeit am Wechselpunkt (entlang jedes Punktes seiner Bewegung) gleich Null. Es ist wünschenswert, aber nicht notwendig, daß die durch das Beschleunigungszahnrad erzeugte Beschleunigung der Beschleunigungszahnstange am Wechselpunkt gleich Null oder nahe Null ist. Bei Malteserkreuzgelnebcn ist zum Vergleich die Beschleunigung am Weehselpunki im allgemeinen in der Nähe des Höchstwerts o^er an ihrem Höchstwert, was eine Stufe in der Beschleunigungskurve erzeugt. Es ist in mechanischer Hinsicht überlegen und weitaus gleichförmiger, eine Vorrichtung ohne Stufe oder Unstetigkeit in ihrer Beschleunigungskurvc zu entwerfen. Beim vorliegenden Gerät ist es theoretisch möglich, die Parameter zum Erreichen dieses Ziels aufzustellen. Dies wird bewerkstelligt durch das Eingangsantriebsverhältnis (c-Faktor) in der Weise, daß die Beschleunigung der Beschleunigungszahnstangc am Wechselpunkt Null ist.

tine weitere Betrachtung betrifft die Kinematik innerer Unterbaugruppen der Vorrichtung und nicht nur die hin- und hergehenden Abtriebsglieder. Insbesondere müssen die Bewegung des schwenkbar gelagerten Arms 3 und dessen Nebenarms 52 betrachtet werden. Es kann gezeigt werden, daß die senkrechte Bewegung dieser Arme ungefähr harmonisch ist, wenn sich ein Beschleunigungszahnrad im Eingriff mit seiner entsprechenden Zahnstange befindet. Es ist darauf hinzuweisen, daß keine Bewegung vorliegt, wenn das Zahnrad für konstante Geschwindigkeit im Eingriff steht mit der Zahnstange für konstante Geschwindigkeit. Es ist daher

wichtig, daß der Wechsel an dem Punkt stattfindet, an dem die senkrechte Geschwindigkeit der schwenkbar angelenkten Arme den Wert NuI! oder nahe Null erreicht hat. Andernfalls entsteht eine Stufe oder Unstetigkeit in der Geschwindigkeitskurve dieser

schwenkbar angelenkten Arme mit einem sich daraus ergebenden Stoß für den Mechanismus. Dies erfordert daß der Winkel θ etwa 180° ist.

Änderungen, die zum Erzielen einer größerer Anpassungsfähigkeit an der Vorrichtung vorgenommer

werden können, werden im folgenden beschrieben.

Die Zahnteilungslinie der Zahnstangen muß nich parallel zu ihrer Bewegungslinie sein. Eine derartigt Nichtparallelität würde die Bewegung des schwenkba angelenkten Arms verändern. Es ist darüber hinau nicht notwendig, daß die Durchmesser der Beschleuni gungs- und Verzögerungszahnräder gleich groß sine Diese Anpassungsfähigkeit ist für solche Anwendungci nützlich, bei denen es erwünscht ist, daß die Beschleuni gungslänge am einen Hubende sich von derjenigen ar

anderen Hubende unterscheidet. Dies wird entweder ei nicht kreisförmiges Zahnrad für das mittlere Interva erfordern, welches dann nicht mehr ein Intervall m wirklich konstanter Geschwindigkeit ist, oder ei

kreisförmiges Zahnrad für das mittlere Intervall. In diesem Fall fällt die Drehaehse nicht mehr mil dem Mittelpunkt des Zahnrads zusammen, und das mittlere Intervall ist wiederum nicht mehr ein Intervall mit wirklich konstanter Geschwindigkeit.

Diese zusätzlichen Freiheilen gestatten bei richtiger Zuordnung im wesentlichen den Entwurf von speziellen Systemen, in denen die Beschleunigung und Verzögerung nicht gleich groß sind, in denen das mittlere Intervall kein Intervall mit wirklich konstanter Geschwindigkeit ist und in denen die Verweildauercharakteristiken an jedem Ende nicht gleich sind. Anwendungsfällc, die diese Charakteristiken benötigen.

sind weniger üblich als solche, die das beschriebene Siandardsystem benötigen. Die der Vorrichtung eigene Anpassungsfähigkeit kann jedoch im Bedarfsfall benutzt werden. Wenn irgendeine dieser Änderungen angewens det wird, können die Weehsclbedingungen in entsprechender Weise geändert werden.

In besonderen I allen können ein oder mehrere Zahnräder nicht kreisförmig sein, wodurch noch mehr Anpassungsfähigkeit erzielt wird.

ίο In Fällen, in denen das mittlere Intervall weniger als eine volle Umdrehung dieses Zahnrads benötigt, ist es nicht erforderlich, ein volles Zahnrad zu verwenden, eir Sektor von passender Länge genügt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

sein. Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Umsetzen einer Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung, insbesondere für die Werkstückplatte eines Arbeitstisches, mit einem in mit Zähnen versehenen Abtriebsglied eingreifenden und im Zahneingriff mit diesem gehaltenen Zahnstangenrad, das außerhalb seines Mittelpunktes mit einer Antriebswelle verbunden ist, die quer zur Verschieberichturig des Abtriebsgliedes um den sich parallel zum Abtriebsglied verschiebenden Mittelpunkt des Zahnrades beweglich geführt ist, nach Patent 2150410, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Zahnstangenrad (5) mindestens ein weiteres Zahnrad (9) vorgesehen ist, die Mittelpunkte der Zahnräder (5, 9) ausgehend von der Antriebswelle nach außen zu in unterschiedlichen Richtungen versetzt angeordnet sind, und daß die Zahnräder nacheinander mit zugehörigen, unterschiedlichen Zahnstangen (6, 10) des Abtriebsgliedes in Zahneingriff gelangen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (5,9) an einem Zahnrad (7) befestigt sind, dessen Mittelpunkt mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei alle Zahnräder (5, 7, 9) abwechselnd mit den zugehörigen, unterschiedlichen Zahnstangen (6, 8, 10) des Abtriebsgliedes in Zahneingriff gelangen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zahnräder (5, 7, 9) im Zahneingriff mit den Zahnstangen (6, 8, 10) haltenden Führungseinrichtungen (19, 20, 2«, 22) gegenüber den Zahnstangen durch einen von den Zahnrädern synchron angetriebenen Kurbeltrieb (60,61,62) gehalten sind.