DE2336569A1 - Mechanische vorrichtung zur umformung einer kontinuierlichen drehbewegung in eine hin- und hergehende drehbewegung - Google Patents

Description

Mechanische Vorrichtung zur Umformung.einer kontinuierlichen Drehbewegung in eine hin- und hergehende

Drehbewegung

Die Erfindung betrifft eine mechanische Vorrichtung zur Umformung einer kontinuierlichen Drehbewegung in eine hin- und hergehende Drehbewegung.

Die bekannten Mechanismen dieser Art besitzen im allgemeinen eine Kurbel und eine Koppel. Sie besitzen jedoch den Nachteil, daß sie eine Hin- und Herbewegung mit sinusförmig verlaufender Geschwindigkeit liefern, wenn an sie eine kontinuierliche Bewegung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit angelegt wird, und keine Übertragung eines konstanten Drehmoments gestatten.

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Bei anderen bekannten Mechanismen werden Getriebe mit komplexen Formen benutzt, die schwierig herzustellen sind.

Ziel der Erfindung ist es, auf einfache Weise einen reversiblen Mechanismus zu schaffen, der eine kontinuierliche Drehbewegung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit in eine hin- und hergehende Drehbewegung mit einer in beiden Richtungen gleichmäßigen Geschwindigkeit umformt.

Die erfindungsgemäße mechanische Vorrichtung zur Umformung einer kontinuierlichen Drehbewegung in eine hin- und hergehende Drehbewegung ist gekennzeichnet durch zwei Räder mit derselben Drehachse, die durch eine die Bewegung des einen Rades unter Umkehrung der Drehrichtung auf das andere Rad übertragende Vorrichtung miteinander verbunden sind und jeweils auf ihren einander gegenüberstehenden Seiten eine Aussparung aufweisen, und ein zwischen diesen Rädern angeordnetes, um diese Drehachse bewegliches Teil, das ein bewegliches Kopplungselement trägt, das die abwechselnde Kopplung dieses Teils mit den beiden Rädern gestattet, in dem es abwechselnd in die Aussparung des einen und des anderen Rades eintritt, wobei die kontinuierliche Drehbewegung entweder diesem Teil verliehen werden kann und eine Hin- und Herbewegung jedes Rades bewirkt oder einem der Räder verliehen werden kann und eine Hin- und Herbewegung dieses Teils bewirkt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen:

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Pig. Λ eine im Schnitt gezeigte Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mechanismus und

Fig. 2 eine vereinfachte Stirnansicht, die die wichtigsten Elemente des Mechanismus von Fig. 1 zeigt.

Auf diesen beiden Figuren sind gleiche Elemente mit denselben Bezugszahlen versehen.

Der Mechanismus besitzt ein Gehäuse Λ, das aus zwei ineinandergefügten Teilen besteht. Zwei Wellen 2 und 9 treten aus diesem Gehäuse heraus. Im Folgenden sei zunächst angenommen, daß die mechanische Leistung von der Welle 2, die die Rolle der Eingangswelle spielt, in Form einer kontinuierlichen Drehbewegung im Uhrzeigersinn (in Fig.2) geliefert wird, wobei die von dem Mechanismus übertragene mechanische Leistung auf die Welle 9 übertragen wird, die die Holle der Austrittswelle spielt.

Die die Eingangswelle bildende Welle 2 trägt im Inneren des Gehäuses zwei zylindrische Zahnräder 3 und 4-, Diese Zahnräder sind bezüglich Drehung frei beweglich, sind Jedoch bezüglich geradliniger Bewegung gegenüber der Eingangswelle mittels einer Schulter 20 dieser Welle einerseits und eines Blοckierringes 10 andererseits blockiert. Die beiden Zahnräder sind durch einen Satz von zwei zwischenliegenden Ritzeln 7 und 8 gekoppelt, die zur Umkehrung der Drehrichtung des einen Zahnrades gegenüber dem anderen dient. Diese Ritzel sind gleich ausgebildet und besitzen zur gemeinsamen Achse der beiden Zahnräder parallele Achsen. Das erste Ritzel 8, dns in Fig. 2 vor dem Zahnrad H- angeordnet ist, kämmt einerseits mit dem Zahnrad 3 und

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andererseits mit dem Ritzel 7· Das Ritzel 7 ist an der Ausgangswelle befestigt und kämmt mit dem zweiten Zahnrad 4.

Bei dieser Ausführungsform besitzen die Zahnräder dieselbe Zahnzahl, so daß sie, wenn sie in Bewegung sind, bezüglich des Moduls gleiche Winkelgeschwindigkeiten mit entgegengesetzten Richtungen haben. Die Winkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle verhält sich zu der Winkelgeschwindigkeit des Zahnrades 4 wie die Zahnzahl des Zahnrades 4 zu der Zahnzahl des Ritzels 7·

Die Eingangswelle treibt bei ihrer Drehbewegung eine Kurbel 5 an, die zwischen den Zahnrädern 3 und 4 sitzt und mit der Welle durch einen Stift oder Splint 11 fest verbunden ist. Die Nabe dieser Kurbel hält den Abstand zwischen den Zahnrädern 3 und 4 konstant. Der maximale Radius der Kurbel ist kleiner als der Radius des Grundkreises der Verzahnung der Zahnräder, damit der Betrieb der Zahnräder nicht gestört wird. Die Kurbel besitzt an ihrem Ende eine zylindrische Öffnung 51? die eine zur Koppelung dienende Kugel 6 enthält. Die Achse dieser Öffnung ist zur Eingangswelle parallel und ihr Durchmesser ist etwas größer als der der Kugel, so daß diese sich in der Öffnung frei bewegen kann.

Der Durchmesser der Kugel ist seinerseits größer als der Abstand zwischen den ebenen der benachbarten Seiten der Zahnräder 3 und 4, so daß die Kugel, wenn sie an der ebenen Seite eines der Zahnräder anliegt, zum Teil in eine an der Seite des anderen Zahnrades vorgesehene Aussparung eintritt. Die benachbarten Seiten der Zahnräder, d.h. die Seite 35 des Zahnrades 3 und die Seite 45 des Zahnrades 4 (Fig.1), besitzen jeweils eine Aus-

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sparung 31 (Zahnrad 3) bzw. 41 (Zahnrad 4), die denselben Abstand von der Achse der Zahnräder wie die öffnung 4-1 hat. Diese Aussparungen sind gleich ausgebildet und haben die Form eines Kegelstumpfes mit zur Eingangswelle parallelen Achse, wobei der Boden der Aussparung die kleine Grundfläche des Kegelstumpfes bildet.

Wenn die Kugel in die Aussparung 31 eintritt, stellt sie eine Verbindung zwischen der Kurbel und dem Zahnrad 3 bezüglich Drehung her. Das Zahnrad 3 wird somit mit derselben Winkelgeschwindigkeit wie die Eingangswelle angetrieben. Über den Satz der zwischenliegenden Ritzel wird das Zahnrad 4 mit derselben Winkelgeschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung, d.h. in Fig. 2 in der dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung, angetrieben.

Die Seitenwände der Aussparung 31 sind so geneigt, daß sie der Bewegung der Kugel eine Reaktionskraft entgegensetzen, deren Querkomponente (senkrecht zur Ebene der Seite 35) aus der Aussparung heraus gerichtet ist. Durch diese Komponente wird die Kugel 6 mit der Seite 45 des Zahnrades 4 in Kontakt gehalten, wobei sie auf dieser Seite gleitet und rollt, in dem sie eine Kreisbahn 44 beschreibt, deren Mittelpunkt in der Achse der Eingangswelle liegt und die durch den Mittelpunkt der Aussparung 41 läuft.

Bei ihren Bewegungen in entgegengesetzter Richtung treffen sich die in die Aussparung 31 eingreifende Kugel und die Aussparung 41 in einer bezüglich dem Gehäuse feststehenden Stellung 43. Durch Einwirkung der Querkomponente der Reaktionskraft wird die Kugel aus der Aussparung 31 gedrückt, so daß sie aufhört das

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Zahnrad 3 anzutreiben, und tritt in die Aussparung 4-1 ein, wobei sie nun das Zahnrad 4 in einer Drehbewegung im Uhrzeigersinn (in Fig.2) mitnimmt. Der Übergang der Kugel aus einer Aussparung in die andere bewirkt eine Umkehrung der- Drehrichtungen der Zahnräder, der Ritzel und der Ausgangswelle. Der korrekte Übergang der Kugel aus einer Aussparung in die andere kann nur stattfinden, wenn tatsächlich eine Reaktionskraft von Seiten des Zahnrades 3 besteht, daß heißt, wenn ein Widerstandsmoment an der Ausgangswelle vorhanden ist, das die Ritzel und die Zahnräder und insbesondere das Zahnrad 3 abbremst. Das für den einwandfreien Betrieb des Mechanismus bei NichtVorhandensein einer Last erforderliche Widerstandsmoment ist bezüglich dem maximalen Drehmoment, das der Mechanismus übertragen kann, gering. Dank dieser Reaktionskraft kann die Kugel nicht stabil in einer Zwischenstellung zwischen den beiden Aussparungen bleiben. Während der zweiten Phase gleitet und rollt die Kugel auf der ebenen Seite 35 des Zahnrades 3-

Diese zweite Phase findet statt, bis die in die Aussparung 41 eingreifende Kugel die Aussparung 31 trifft, was in einer der Stellung 43 diametral entgegengesetzten Stellung 42 stattfindet. An diesem Punkt findet wieder der Umkehrungsvorgang statt: Die Kugel v.'ird aus der Aussparung 41 gedrückt, tritt in die Aussparung 31 ein und treibt das Zahnrad 3 an, was den Beginn des folgenden Zyklus darstellt.

Während eines Zyklus beschreibt die Kugel einen Kreis, der durch die Stellungen 42 und 43 läuft, wobei die Kugel das Zahnrad 3 von der Stellung 42 bis zur Stellung 43 und das Zahnrad 4· von der Stellung 45 bis zur Stellung 42 antreibt. Die Aussparung 31 beschreibt einen HaIb-

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kreis von der Stellung 43 bis zur Stellung 42, wenn sie die Kugel enthält, und beschreibt denselben Halbkreis in entgegengesetzter Richtung während der folgenden Phase. In symmetrischer Weise beschreibt die Aussparung 41 bei Abwesenheit der Kugel den zweiten Halbkreis, der von der Stellung 42 zur Stellung 43 läuft, und kehrt von der Stellung 43 in die Stellung 42 zurück, wenn sie die Kugel enthält.

Die hin- und hergehenden Drehbewegungen der Zahnräder mit einer Amplitude von 180° erscheinen wieder auf der Ausgangswelle mit einer entsprechenden Amplitude in dem Verhältnis der Zahnzahlen. Wenn die Eingangswelle in einer kontinuierlichen Drehbewegung mit gleichmäßiger Winkelgeschwindigkeit angetrieben wird, wird die Ausgangswelle durch den Mechanismus in eine hin- und hergehende Drehbewegung mit in beiden Eichtungen gleichmäßiger Geschwindigkeit versetzt.

Der Mechanismus ist insofern reversibel, als umgekehrt die Welle 2 durch den Mechanismus in eine hin- und hergehende Drehbewegung versetzt wird, wenn die Welle" 9 in einer kontinuierlichen Drehbewegung angetrieben wird. Bei dieser zweiten Betriebsart drehen sich die Zahnräder 3 und 4 kontinuierlich in entgegengesetzter .Richtung. Die Aussparungen 41 und 43 beschreiben in ^?"'«-< entgegengesetzter Richtung dieselbe Kreisbahn, die durch die Stellungen 42 und 43 läuft, die die !Treffpunkte der Aussparungen bilden. Zum Ausgangszeitpunkt befindet sich die Kugel in der Aussparung 31 und nimmt die Kurbel 5 und die Eingangswelle 2 mit. Am Treffpunkt, d.h. in der Stellung 42, wird die Kugel auf dieselbe V/eise wie oben unter der Einwirkung der Querkomponente, die durch die Neigung der Seitenwände der Aussparung erzeugt wix*d, aus der Aussparung 31 gedrückt. Die Kurbel

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hört auf angetrieben zu sein, die Kugel tritt in die Aussparung 41 ein und koppelt auf diese Weise die Kurbel mit dem Zahnrad 4, das sie in entgegengesetzter Richtung in die Stellung 43 mitnimmt.

Die Kugel beschreibt hin- und hergehend einen Halbkreis von der Stellung 42 zur Stellung 43, in dem sie bei jedem Treffpunkt die Aussparung wechselt. Die Kurbel 5 und die Welle 2 machen dieselbe hin- und hergehende Drehbewegung mit.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die auf jedem Zahnrad vorgesehene Aussparung nicht kegelstumpfförmig, sondern besteht aus einer radialen Nut mit trapezförmigem Querschnitt, wobei der Boden der Nut die kleine Grundseite eines gleichschenkligen Trapezes bildet. Diese geneigten Seitenwände der Nut spielen dieselbe Rolle wie die Seitenwand der Aussparung. Diese Ausführungsform gestattet die getrennte Bearbeitung der Kurbel 5 und der Zahnräder 3 und 4, da die Stellung der Aussparung jedes Zahnrades nicht an die Stellung der öffnung 51 auf der Kurbel gebunden ist..

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Vielmehr können auch andere Vorrichtungen zum Antrieb der beiden Zahnräder in einander entgegengesetzter Richtung und anstelle einer Kurbel auch andere Antriebsteile zum Antrieb der Kugel auf der oben beschriebenen Kreisbahn benutzt werden.

Es können auch zwei Zahnräder mit verschiedenen Zahnzahlen benutzt werden, so daß man aus einer kontinuierlichen Bewegung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit eine Hin- und Herbewegung erhält, bei der die Winkelge-

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schwindigkeit während der zweiten Periodenhälfte sich bezüglich dem Modul von der Winkelgeschwindigkeit während der ersten Periodenhälfte unterscheidet.

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Claims (4)

Patentansprüche

1.] Mechanische Vorrichtung zur Umformung einer kontinuierlichen Drehbewegung in eine hin- und hergehende Drehbewegung, gekennzeichnet durch zwei Räder mit derselben Drehachse, die durch eine die Bewegung des einen Rades unter Umkehrung der Drehrichtung auf das andere Rad übertragende Vorrichtung miteinander verbunden sind und jeweils auf ihren einander gegenüberstehenden Seiten eine Aussparung aufweisen, und ein zwischen diesen Rädern angeordnetes, um diese Drehachse bewegliches Teil, das ein bewegliches Kopplungselement trägt, das die abwechselnde Kopplung dieses Teils mit den beiden Rädern gestattet, in dem es abwechselnd in die Aussparung des einen und des anderen Rades eintritt, wobei die kontinuierliche Drehbewegung entweder diesem Teil verliehen werden kann und eine Hin- und Herbewegung jedes Rades bewirkt oder einem der Räder verliehen werden kann und eine Hin- und Herbewegung dieses Teils bewirkt.

2. Mechanische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelungselement eine Kugel ist, deren Durchmesser größer als der Abstand zwischen den ebenen der einander gegenüberstehenden Seiten der Räder ist.

3- Mechanische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Aussparung eine Nut mit trapezförmigen Querschnitt ist, deren Boden die kleine Grundseite eines gleichschenkligen Trapezes bildet und dessen Längsachse auf einem Radius des entsprechenden Rades angeordnet ist.

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4. Mechanische Vorrichtung nach Anspruch 2, d a durch gekennzeichnet, daß jede Aussparung eine kegelstumpffÖrmige Aussparung mit zur Drehachse paralleler Achse ist, deren Boden die kleine Grundfläche eines Kegelstumpfes bildet.

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