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Antriebseinrichtung für ein an einer Geradführung angeordnetes,
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längs dieser Geradführung zu bewegendes Bauteil.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für ein an
einer Geradführung angeordnetes, längs dieser Geradführung zu bewegendes Bauteil
mit einer eine Antriebsbewegung durch Verändern ihrer Länge erzeugenden Antriebseinheit,
welche derart mit dem zu bewegenden Bauteil gekoppelt ist, daß der Bewegungsweg
des genannten Bauteils größer als die Längenveränderung der Antriebseinheit ist.
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Antriebseinheiten der hier in Betracht kommenden Art sind beispielsweise
hydraulische Antriebsstempel, Gewindespindeltriebe, Zahnstangenantriebe und dergleichen.
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Mitunter ist es zweckmäßig, einen verhältnismäßig großen Bewegungsweg
des an der Geradführung angeordneten Bauteils mittels einer einen vergleichsweise
geringen Hub aufweisenden Antriebseinheit erzeugen zu können, da Antriebseinheiten
mit einem dem gewünschten Bewegungsweg des zu bewegenden Bauteils entsprechenden
großen Hub teuer sind, eine in vielen Fällen nicht ausreichende Festigkeit besitzen
und störungsanfälliger sind.
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Zur Verkleinerung des Antriebshubes der Antriebseinheit werden daher
mitunter Hebelübersetzungen vorgesehen, wie sie beispielsweise der deutschen Auslegeschrift
1 245 076 zu entnehmen sind.
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Die aus der genannten Auslegeschrift bekannte Anordnung besteht in
einem Hubtisch mit einer als Geradführung dienenden Nürnberger Schere, wobei der
Hubtisch mittels eines Kniehebels angehoben werden kann, welcher ein über den Kniegelenkpunkt
hinausragendes Gelenkarmende aufweist, an dem der Hubzylinder in solcher Weise angreift,
daß er bei Druckmittelbeaufschlagung und dadurch herbeigeführter Verkürzung seiner
Länge den Kniehebel aufspreizt.
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Es hat sich aber gezeigt, daß der Arbeitshub der Antriebseinheiten
bekannter Antriebseinrichtungen der hier in Betracht kommenden Art nicht über einen
größeren Bereich zu der Bewegung des zu bewegenden Bauteils längs der Geradführung
proportional bleibt, so daß insbesondere dann, wenn eine gleichförmige Bewegung
des zu bewegenden Bauteils längs der Geradführung gewünscht wird, besondere Steuermittel
für die Antriebseinheit vorgesehen werden müssen, welche die Antriebsbewegung der
Antriebseinheit nach einer bestimmten Funktion steuern müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, eine Antriebseinrichtung der
eingangs definierten Art so auszubilden, daß der Arbeitshub der Antriebseinheit
im gesamten Arbeitsbereich zum Bewegungsweg des zu bewegenden Bauteils genau proportional
bleibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei jeweils
die Länge a besitzende, in einem Kniegelenk miteinander verbundene Hebel einerseits
an einem Gelenkpunkt des genannten Bauteils und andererseits an einem festen Verankerungspunkt
angelenkt sind, welcher sich auf einer zur Richtung der Geradführung parallelen,
durch den Gelenkpunkt des genannten Bauteils gehenden Geraden befindet und daß die
Antriebseinheit einerseits an einem weiteren, ebenfalls auf der erwähnten Geraden
im Abstand e von dem erstgenannten Verankerungspunkt gelegenen Verankerungspunkt
und andererseits an dem am genannten
Bauteil angelenkten hebel im
Abstand t vom Iiieg;elenk angelenkt ist, wobei
Es versteht sich, daß die Anlenkstelle der Antriebseinheit an dem mit dem erwähnten
Bauteil verbundenen hebel auf der Verbindungslinie zwischen dem Gelenkpunkt des
genannten Bauteils und dem Kniegelenk gelegen ist.
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Soll die Antriebseinheit so eingesetzt werden, daß sie ihre Länge
zur Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Gelenkpunkt an dem zu bewegenden Bauteil
und dem erstgenannten Verankerungspunkt verringert, so ist der weitere, der Antriebseinheit
zugeordnete Verankerungspunkt zwischen dem erstgenannten Verankerungspunkt und dem
Gelenkpunkt des zu bewegenden Bauteils gelegen.
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Ist jedoch die Antriebseinheit so ausgebildet, daß sie ihre Länge
zur Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Gelenkpunkt des zu bewegenden Bauteils
und dem erstgenannten Verankerungspunkt ihrerseits vergrößert, so ist der weitere,
der Antriebseinheit zugeordnete Verankerungspunkt auf der von dem Gelenkpunkt des
zu bewegenden Bauteils abgewandten Seite des erstgenannten Verankerungspunktes gelegen.
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Es zeigt sich, daß durch Veränderung des Wertes
das Übersetzungsverhältnis der Antriebseinrichtung eingestellt werden kann, wobei
die vorstehend angegebene Bedingung
eingehalten werden muß. Zum Einstellen des Ubersetzungsverhältnisses an ein und
derselben Einrichtung kann die Anordnung so getroffen sein, daß die Abstände e und
f einstellbar veränderlich sind.
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Die hier vorgeschlagene Antriebseinrichtung besitzt zwei weitere,
ganz wesentliche Vorteile. Wegen der Proportionalität des Arbeitshubes zum Bewegungsweg
des zu bewegenden Bauteils bleibt
die vom Antrieb aufzubringende
Antriebskraft über den gesamten Arbeitsbereich konstant, so daß eine Sicherung gegen
Überlastung des Antriebes unabhängig von der Stellung des zu bewegenden Bauteils
auf dem Bewegungsweg beispielsweise im Falle einer llebebühne auf die maximale IIublast
abgestimmt werden kann, während bci bisher bekannten Antriebs einrichtungen sich
für den Antrieb ein ungünstigster Fall maximaler Belastung bei einer bestimmten
Stellung des zu bewegenden Bauteils auf dem Bewegungsweg einstellt und die Sicherung
gegen Überlastung auf diesen ungünstigsten Fall abgestimmt werden muß, was zur Folge
hat, daß für alle übrigen Stellungen des zu bewegenden Bauteils längs des Bewegungsweges
der Antrieb und die ihm zugeordneten Bauteile der Antriebseinrichtung überdimensioniert
und vergleichsweise schlecht ausgenützt sind.
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Ferner kann mit der hier vorgeschlagenen Antriebseinrichtung eine
gleichförmige Bewegung des zu bewegenden Bauteils längs des Bewegungsweges ohne
Zuhilfenahme komplizierter Steuerungsmittel durch einen Antrieb konstanter Leistung
erzeugt werden, was eine sparsame Dimensionierung dieses Antriebs ermöglicht.
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Im übrigen bilden zweckmäßige Ausgestaltungen und lfeiterbildungen
Gegenstand der anliegenden Ansprüche, auf welche hier zur Vereinfachung und Verkürzung
der Beschreibung ausdrücklich hingewiesen wird. Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert.
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Es stellen dar; Figur i eine schematische Ansicht einer Antriebseinrichtung
für einen Werkzeugmaschinensupport, Figur 2 eine schematische Ansicht einer Hebebühne
Figur
3 eine weitere schematische Ansicht einer Ilebebühne mit zwei Gelenkplattenzwcischlägen
und einer Antriebseinrichtung der hier vorgeschlagenen Art und Figur 4 eine mit
einer Antriebseinrichtung der hier vorgeschlagenen Art ausgerüstete Scherenhebebühne.
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Zunächst sei nnhand von Figur 1 nachgewiesen, daß mittels der hier
vorgeschlagenen Antriebseinrichtung ein zu dem Arbeitshub der Antriebseinheit stets
proportional er Bewegungsweg des zu bewegenden Bauteils, im vorliegenden Falle des
Werkzeugmaschinensupportes, erzielbar ist. Es sei an dieser Stclle noch kurz erwähnt,
daß der Fachmann selbstverständlich durch an geeigneter Stelle angebrachte Anschläge
einen von Todpunktlagen und Zwangungen freien, ungestörten Arbeitsbereich der Antriebseinrichtung
festlegt.
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Bezeichnet man die Länge der Hebel II1 und 112 zwischen dem Gelenkpunkt
G an dem Werkzeugmaschinensupport t und dem Kniegelenk bzw. zwischen dem Verankerungspunkt
V1 und dem Eniegelenk mit a, wozu festzustellen ist, daß die Hebel jeweils gleiche
Länge besitzen, bezeichnet man ferner den Abstand zwischen den Verankerungspunkten
V1 und V2 mit e, den Abstand zwischen den Punkten P und K mit f und die Winkel zwischen
den Loten zu der Geraden g in den Punkten V1 und V2 einerseits und den Achsen des
Hebels H2 bzw. der Antriebs einheit A mit 0< bzw. z , so erhält man für die mit
x zu bezeichnende wirksame Länge der Antriebseinheit A folgende beiden Gleichungen:
Wird aus diesen Gleichungen der Ausdruck sin R eliminiert, so erhält
man nach einiger Rechnung folgende quadratische Gleichung für x:
Die Bedingung der Proportionalität des Arbeitshubes der Antriebseinheit A zu dem
Bewegungsweg des Maschinensupportes S wird durch die Forderung berücksichtigt, daß
die Länge x der Antriebseinheit A sich aus einem konstanten Betrag c und einem sich
zu diesem hinzuaddierenden oder hiervon subtrahierenden veränderlichen Betrag zusammensetzt,
der proportional zu dem Bewegungsweg des Maschinensupportes und damit proportional
zu sin ist, so daß die genannte Bedingung in Gestalt folgender Gleichung anzuschreiben
ist:
Wird diese Gleichung quadriert, so erhält man;
Durch Koeffizientenvergleich mit der zuvor angeschriebenen quadratischen Gleichung
für x erhält man schließlich eine Gleichung für die Abhängigkeit zwischen den Größen
e, a und f, welche lautet:
Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Arbeitshub der Antriebseinheit A und dem
Bewegungsweg des Maschinensupportes S, welches mit ü bezeichnet wird, ergibt sich
wie nachfolgend angegeben:
Haben beispielsweise die Hebel H1 und H2 eine Länge a von 1000 mm, wird der Abstand
f zu 10 mm geuählt und beträgt der Abstand e 200 mm, so erhält man ein Übersetzungsverhältnis
von ü = 10. Das bedeutet, daß ein Arbeitshub der Antriebseinheit A vin 10 mm einen
Vorschub des Maschinensupportes S um 100 mm bewirkt.
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Aus Figur 1 ist ferner ersichtlich, daß sich der Gelenkpunkt P, in
welchem die Antriebseinheit A an dem Hebel 111 angelenkt ist, auf einem Schlitten
10 angeordnet ist, der auf dem Hebel H1 geführt und mittels einer Gewindespindel
11 zur Einstellung des Abstandes f verschiebbar ist. Auch der Verankerungspunkt
V2 der Antriebseinheit A befindet sich an einem Schlitten, der in Figur 1 mit 12
bezeichnet ist. Der Schlitten 12 ist in einer Führung i3 vermittels einer Gewindespindel
14 parallel zu der Geraden g verschiebbar, welche den Verankerungspunkt V1 mit dem
Gelenkpunkt G des Maschinensupportes S verbindet und welche parallel zu der Führungsrichtung
der Geradführung verläuft.
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Wird der Schlitten 10 mittels der Gewindespindel 11 verfahren, so
daß ein bestimmter Abstand f zwischen den Punkten K und P eingestellt wird und sich
damit entsprechend der oben angegebenen Gleichung ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis
einstellt so muß auch der Abstand e durch Verfahren des Schlittens 12 verändert
werden, um die Bedingung
einzuhalten.
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Die in Figur 2 gezeigte Hebebuhne weist einen Hubtisch 15 und diesen
mit einem Fundament 16 verbindende Teleskopführungen 17 und 18 auf. Eine aus gleichlangen
Hebeln 111 und 112 gebildete Schere ist mit einem Ende über den Gelenkpunkt G an
den Hubtisch 15 und mit dem anderen Ende über den Verankerungspunkt V1 an dem Fundament
16 in solcher Weise angelenkt, daß die Verbindungslinie zwischen den Punkten G und
Vi parallel zu den Teleskopführungen 18 verläuft.
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An einer über das Fundament 16 aufragenden Lasche 19 befindet sich
der auf der Verbindungslinie zwischen den Punkten G und Vt liegende Verankerungspunkt
V2 für den gelenkigen Anschluß eines hydraulischen Antriebsstempels 209 dessen anderes
Ende nahe dem Kniegelenk K an dem Hebel H1 bei P angelenkt ist. Während also bei
der Ausführungsform gemäß Figur 1 die Antriebseinheit A in der in der Zeichnung
angedeuteten Weise von einem Gewindespindeltrieb und einem Elektromotor gebildet
ist, der von einer
Steuereinheit ST steuerbar ist, bewirkt bei
der Hebebühne nach Figur 2 der hydraulische Antriebsstempel 20 bei Druckmittelbeaufschlagung
über die Hydraulikleitung 21 eine Verkürzung seiner wirksamen Länge und dadurch
ein Aufspreizen der aus den Hebeln H1 und H2 gebildeten Schere derart, daß der Hubtisch
15 in Richtung des bei 22 eingezeichneten Pfeiles bewegt wird1 und zwar um eine
Strecke, die zu der jeweiligen Verkürzung des hydraulischen Antriebsstempels 20
stets proportional ist.
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Der Hubtisch 15 der Hebebühne gemäß Figur 3 wird unter Bewegung sämtlicher
Punkte des Hubtisches senkrecht zur Ebene des Hubtisches dadurch geradgeführt, daß
zwischen dem Fundament 16 und dem Hubtisch 15 zwei Gelenkplattenzweischläge 23 und
24 angeordnet sind. Die Gelenkplattenzwiischläge sind jeweils aus gleich langen,
verwindungssteifen Gelenkplatten zusammengesetzt, die an dem Fundament 16, an dem
Hubtisch 17 und längs ihres Kniegelenkes über parallele Gelenkachsen verbunden sind,
wobei aber die Gelenkachsen des Gelenkplattenzweischlages 23 zu den Gelenkachsen
des Gelenkplattenzweischlages 24 einen bestimmten Winkel, insbesondere einen rechten
Winkel bilden.
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In der Darstellung nach Figur 3 ist der Gelenkplattenzweischlag 24
nur von der Seite sichtbar, so daß die Gelenkplatten dieses Gelenkplattenzweischlages
nur in ihrer Stärke zu erkennen sind.
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Die Gelenkachse der oberen Gelenkplatte des Gelenkplattenzweischlages
24 ist mit G bezeichnet und liegt vertikal über dem Verankerungspunkt V1 der Gelenkachse
der unteren Gelenkplatte an dem Fundament 16. Auf einer durch die obere und die
untere Gelenkachse des Gelenkplattenzweischlages 24 gehenden Geraden liegt auf der
von der Gelenkachse G abgewandten Seite des Verankerungspunktes Vt der Verankerungspunkt
V2 für den gelenkigen Anschluß des hydraulischen Antriebsstempels 25, der andererseits
in geringem Abstand von dem Kniegelenk K an der oberen Gelenkplatte des Gelenkplattenzweischlages
24 angelenkt ist. Ebenso wie bei der Ausführungsform nach Figur 2 entsprechen die
Abstände zwischen den Gelenkpunkten bei der Ausführungsform
nach
Figur 3 wieder den geometrischen Verhältnissen, wie sie anhand von Figur 1 erläutert
worden sind. Aufgrund der Anlenkung des hydraulischen Antriebsstempels 25 an dem
Fundament i6 unterhalb d-es Verankerungspunktes V1 wird jedoch bei der Ausführungsform
nach Figur 3 erreicht, daß eine Hubbewegung des IIubtisches 15 durch eine Vergrößerung
der wirksamen Länge des hydraulischen Antriebsstempels 25 herbeigeführt wird.
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Die Ausführungsform nach Figur 4 entspricht bezüglich des hydraulischen
Antriebsstempels 25 und seiner Anlenkung der Ausführungsform nach Figur 3, doch
ist hier der Hubtisch 15 mittels einer Nürnberger Schere 26 an sich bekannter Bauart
gegenüber dem Fundament 16 abgestützt. Der hydraulische Antriebsstempel 25 greift
unmittelbar an der Schere 26 an und ist andererseits unterhalb des Verankerungspunktes
V1 im Verankerungspunkt V2 am Fundament 16 angelenkt. Der Antrieb für die Einrichtung
gemäß Figur 4 kann jedoch auch mit der Schere 26 entsprechend der in Figur 2 gezeigten
Konstruktion zusammenwirken.
L e e r s e i t e