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Kurvenscheibe und Verfahren zur Herstellung
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Die Erfindung betrifft eine Kurvenscheibe zum mittelbaren oden unmittelbaren
Betätigen von Stellgliedern mittels hydraulischer, pneumatischer, elektrischer oder
elektronischer Befehlsgeber, welche paarweise auf einer Welle verspannbar und relativ
zur Welle und gegeneinander verdrehbar im Sinne eines dadurch gemeinsam gebildeten,
hinsichtlich Phasenlänge und Phasenlage einstellbaren Schaltnockens angeordnet sind
und ein Verfahren zur Herstellung von derartigen Kurvenscheiben.
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Bei Stellvorgängen unmittelbar mittels Kurvenscheiben oder mittels
auf Wellen aufgesetzter Nooken sind bei reinen mechanischen Steuerungen allgemein
Steuerwellen mit darauf angeordneten Kurvenscheiben bzw. darauf gesetzten Nocken
utlll mechanische Steuerglieder, bei Programmschaltwerken darüber hinaus hydraulische,
pneumatische, elektrische oder elektronische Befehlsgeber die wesentlichen Bestandteile.
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tut einer Welle können dabei Kurvenscheiben bestimmter Form oder auch
Nocken bestimmter Form und Länge auswechselbr aufgesetzt sein es können aber auch
wie bei einem Schaltwerk der
2405 590.
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die Nocken in derart bekannter Weise ersetzt werden, daß zwei Kurvenscheiben
mit halbkreisförmiger Außenkontur um deren Drehpunkt nebeneinander auf einem gemeinsamen
mit der Welle drehfest verbundenen Träger, im folgenden Nabe genannt, angeordnet
und so gegeneinander sowie relativ zur Nabe verdrehbar sein, daß entweder mit der
dabei bildbaren Liicke zwischen den halbkreisförmigen Außenkonturen oder mit den
Außenkonturen selbst die zum Betätigen von Stellgliedern oder mechanischen bzw.
elektrisch/elektronischen Befehlsgebern gewünschte Phasenlage und Phasenlange eines
Schaltimpulses stufenlos zwischen 0 und 3600 darstellbar ist.
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Derar-tige Kurvenscheiben können aus Nichtmetall, Metall, Kunststoff
usw. gefertigt und in Funktionsstellung gegen Verdrehen auf der Nabe mit achsial
wirkenden Spannmuttern oder ähnlichen Spannelementen festgeklemmt werden. Die Kurvenscheiben
müssen dabei in Losstellung gegen unbeabsichtigtes selbsttätiges Verdrehen durch
deren exzentrischen
Schwerpunkt oder durch gegeuseitig au£einaiider
wirkende Reib- und Haftkräfte, etwa infolge dazwischen gelangter klebender Medien,
beim Verdrehen einer der beiden Kurvenscheiben oder durch die auf eine der beiden
Nockenscheiben wirkende Drehkraft der Spannmutter arretiert bleiben. Bei höhle Beanspruchung
der Kurvenscheiben durch größere Steuerkräfte oder höhere Steuerfrequenzen müssen
die Kurvtnscheiben geschmiert werden, um die geforderten kleinen Verschleißtoleranzen
zu gewährleisten.
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Bekannte derartige Kurvenscheiben sind als Vollprofile ausgeführt
und werden mittels einer Spannmutter gegen den Flansch der Nabe festgeklemmt. Zwecks
Arretierung der Kurvenscheiben in Losstellung derselben zum einrichten des Programms
ist zwischen den beiden Kurvenscheiben ein zur Nabe drehfestes Zwischenstück angeordnet,
an dem die Kurvenscheiben in Losstellung durch Spannscheiben, Druckfedern usw. gehalten
werden. Eine andere bekannte Ausführung von Kurvenscheiben der eingangs beschriebenen
Art verwendet ebenfalls Scheiben aus Voll-Prufilen, die aber an einer Seite innen
derart hinterdreht sin(l, daß am äußeren Rande ein Hingbund derart stehen bleibt,
daß die Nockanscheiben bei achsialem Gegeneinanderspannen der Bundseite durch eine
im Bereich innerhalb des Bundes pressende Spannmutter elastisch gebogen und dabei
gegen den Flansch der Nabe festgeklemmt werden. Die erforderliche Arretierung der
Kurvenscheiben in Losstellung sowie TrennUng derselben bei etwaiges Aneinanderhaften
wird durch ein achsial federndes Zwischenstück bewirkt.
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Bei höheren Anforderungen an die Funktionssicherheit
und
Reproduzierbarkeit des Schaltpunktes, wie sie z.B.
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bei dem Programm-Werk der o.a. Patentanmeldung zu gevahrleiten sind,
haben sich Kurvenscheiben au8 Metall in der Pis am geeignetsten erwiesen, weshalb
im folgenden vorwiegend diese Ausführung zu Grunde gelegt wird.
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Ivrurvenschelben der zuerst beschriel>cnen Art haben den Nachteil,
daß einmal für da8 Festklemmen auf der Nabe und darüber hinaus noch zum Arretieren
der Kurvenscheiben In Losstellung bzw. zum Trennen derselben bei ungewollt er Anenanderhaftung
jeweils zusätzliche Bauelemente wie Tellerfedern, Druckfedern usw. notwendig sind.
Diese zusätzlichen Spannelemente bringen außerdem den Nachteil, daß sie zwangsläufig
den Spannweg der beiden Kurvenscheiben zwischen Los- und Feststellung verlängern,
was bei Losstellung erfahrungsgemäß leicht zum Abspringen der dabei achsial ausweichenden
einen Kurvenscheibe von der von beiden Kurvenscheiben gemeinsam betätigten Laufrolle
eines mechanischen Abtastfühlers führen kann oder alternativ ungünstig breite und
damit schwere Laufrollen oder gar 2 Laufrollen an einem Abtastfühler erforderlich
macht. Weiterhin haben derartige Kurvenscheiben den Nachteil, daß sie spanbhebend
gefertigt oder gegossen und wegen der erforderlichen engen Betätigungstoleranzen
von Befehlsgebern mehrfach bearbeitet werden müssen und daher relativ zur Welle
sehr teuer sind. Außerdem ist nachteilig, daß da8 zusätzliche Spannelement zwischen
Spannmutter und benachbarter Kurvenscheibe wegen des relativ langen Spannweges ein
mehrfaches Ansetzen des Spannwerkzeuges bedingt.
Kurvenscheiben
der zu zweit beschriebenen Art, nämlich mit einer hinterdrehten Seitenfläche aus
Vollprofil, haben dc'.t Nachteil, daß sie bei entsprechender Breite zur Aufnahme
je eines mechaniscijen Fühlers für die Betätigung eines Befehlsgebers relativ schwer
werden.
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Nachteilig ist weiterhin, daß hier für das Festklemmen auf der Nabe
zwar kein zusätzliches Spannelement erforderlich ist, wohl aber für die Arretierung
der Nockenscheiben in Losstellung sowie fiir die Trennung derselben ei Aneinanderhaftung.
Außer dem Naohteil des zusätzlichen Aufwandes haben derartige Nockenscheiben den
Nachteil, daß durch den zusätzlichen Spannweg für das federnde Zwischenstüclc das
Spannwerkzeug (Stellstift, Schlüssel usw.) wegen der begrenzten Zugänglichkeit der
Nockenwelle infolge des die Welle größtenteils nebst der Montageebene für die Befehlsgeber
umschließenden Gehäuses mehrmals angesetzt werden muß. Die beiden Stellungen "Los"
und "Fest" sind daher für den Bedienungsmann nicht so eindeutig definiert, als wenn
er mit dem Stellwerkzeug nur einmal ansetzen und dabei innerhalb des freizugänglichen
Bereichs der Welle die Stellungen "Los" und-"Fest" in einem Zuge erreichen könnte;
im letzteren.Falle wird aber erfahrungsgemäß die Unfallsicherheit erheblich gesteigert.
Kurvenscheiben der zu zweit beschriebenen Art mit einer hinterdrehten Seite haben
weiter den Nachteil, daß sie beim Gegeneinanderspannen im Bereich zwischen dem inneren
Kreisausschnitt für die Aufnahme auf der Nabe und dem Bund aus der Ebene senkrecht
zur Welle kurvenförmig so ausgebogen werden, daß es zunächst nur zu einem gegenseitigen
Anliegen der Kurvenscheiben in Form einer Linienberuhrung um den Ausschnitt
für
die Nabe kommt. Eine Spannmutter gestattet aber dem Bedienungsmann kraftmäßig ohne
besondere Anstrengung ein weiteres Anziehen der Spannmutter, wobei sich dann eine
nochmalige Biegung der Nockenscheibe, diesmal in der entgegengesetzten Richtung
um den inneren Ausschnitt tür die Nabe zwischen diesem Ausschnitt und dem äufleren
Bund ergibt Es kann also je nach Kraftautwand des Bedienungsmannes ein unterschiedlicher
Spannwog mit entsprechend undefinierter Klemmkraft bewirkt werden, weil es im Bereich
der elastschen Verformung nicht zu einer Flächenpressung kommt, womit letztlich
allein eine definierte Begrenzung des Spannweges erreicht werden kann. Derartige
Kurvenscheiben werden daher in dor Praxis zumeist zu stark verspannt, so daß die
Stellwerkzeuge beim Lösen verbogen bzw. abgebrochen werden.
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Derartige Kurvenscheiben aus dem Vollen haben weiter den Nachteil,
daß sie ein relativ hohes Eigengewicht haben, was insbesondere wegen ihrer funktionsbedingten
Unwuchtigkeit unerwünscht große Massenkräfte an der rotierenden Welle bewirkt. Besonders
nachteilig ist bei den vorbeschriebenen Kurvenscheiben, daß sie spanabhebend aus
genügend elastischem Vollmaterial hergestellt und zur Erreichung der erforderlichen
Güte der Lauffläche mit entsprechend geringer Rautiefe mehrfach bearbeitet werden
müssen; außerdem müssen für das Ansetzen von Verstellwerkzeugen in besonderen Arbeitsgängen
besondere Einkerbungen etc. in die Kurvenscheiben eingearbeitet oder gar entsprechende
Kerbringe usw. angebracht werden. Nachteilig ist sodann bei den vor beschriebenen
Kurvenscheiben, daß sie im
Verhältnis zu den Kosten der Welle sehr
teuer sind.
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Beide oben beschriebenen Kurvenscheiben haben weiterhin den Nachteil,
daß etwa erforderliche Achmiermlttel bei höheren Beanspruahungen von außen an die
Kurvenscheiben herangebracht werden müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Herstellung einer Kurvenacheibe
aus Halbzeug als preisgünstigen Massenartikel vorzuschlagen, deren bauliche gestaltung
die Nachteile vorgenannter Kurvenscheiben vermeidet, So sollen zur Arretierung und
Trennung der Kurvenscheiben keine zusätzlichen Spannelemente benötigt werden.
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Die Kurvenscheibe soll in leichter Bauweise eine genügend breite Lauffläche
für die Aufnahme eines Fühlers (Stößel, Laufrolle, Spule usw.) aufweisen. Der Spannweg
zum FeStstellen der Kurvenscheibe soll für den Bedienungsmann fühlbar begrenzt sein,
so daß ein einmaliges Ansetzen eines Stellwerkzeuges für die Stellung "Los" und
"Fest" ausreicht. Außerdem soll die Kurvenscheibe einen Schmiermittelbehälter aufweisen,
aus demnach Bedarf das Schmiermittel an die Betätigungsfläche der Kurvenscheibe
gelangt.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird ein Verfahren zum Herstellen
von derartigen Kurvenscheiben vorgeschlagen, bei dem zunächst eine um die Breite
der ringförmigen Umfangsfläche größere Scheibe aus elastisch verformbarem Material,
beispielsweise FederstChlblech oder entsprechendem härtbarem Material von den Anforderungen
an die Verwendung entsprechender Dicke von einem Stanzwerkzeug unter gleichzeitigem
Ausstanzen der Ausnehmung für die Welle und die Löcher bzw. Kerben
auf
der späteren ringförmigen Umfangs fläche und den Schmiermittelaustrittslöchern ausgestanzt
werden, dann durch Aufbiegen, Pressen oder Tiefziehen das Abwinkeln der äußeren
Umfangsfläche zu einem einseitig offenen Hohlkörper und das Abbiegen des tellerferderartigen,
ringförmigen Abschnittes erfolgt, danach das Prägen der Markierungen in die Umfangsflächen
und schließlich das Härten der Kurvenscheibe und das Polieren der Umfangsfläche
getätigt wird.
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Das Verfahren zur Herstellung von Kurvenscheiben hat den Vorteil,
daß auf relativ einfache Weise Kurvenscheiben mit äußerst geringen Gewichten mit
hoher Präzision als preiswerter Massenartikel angefertigt Der den können. Außer
den erheblich größeren Gewichten und dadurch bedingten Massenkräften können auch
weitere, bei massiven Scheiben aufwendige Fertigungsvorgänge wie das Anbringen von
Bohrungen an den Umfangsflächen der Kurvenscheibe zum Einsetzen von Verstellwerkzeugen
und das Aufbringen von Justierungsmarken vermieden werden. Schließlich kann ein
Schmierstoffreservoir direkt in der Kurvenscheibe untergebracht werden.
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Zur Lösung der gestellten Aufhabe wird weiter vorgesclulagen, die
Kurvenscheibe an ihrem äußeren Umfang mit einer rechtwinklig zur Seitenfläche abgewinkelten,
der Form der Kurvenscheibe angepaßten, ringförmigen Umfangsfläche zum Betätigen
Von StellgliedeRn oder Befehlsgebern zu versehen und im Bereich des Ausschnittes
zur Aufnahme der Welle einen ringförmigen, aus der senkrechten Ebene nach Art einer
Tellerfeder seitlich winkeilförmig ausgebogenen Abschnitt anzuordnen. Dabei soll
der ausgebogene Abschnitt in seinem größten Dßurch,nesser mindestens gleich gr,oß
oder kleiner als der der zum Verspannen der Kurvenscheibe außen anliegenden Wider
lager (Scheiben, Spannmutter oder Nabe) sein.
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Als weitere Merkmale der Erfindung sind der von der äußeren, ringförmigen
Umfangs fläche und der Kurvetischeibe gebildete innere Hohlraum mit einem, ein Schmiermittel
aufnehmenden aus saugfähigem Material (beispielsweise Filz) bestehendem Schmiermittelreservoir
ausgefüllt. Der ringförmige ausgebogene tellerfederarttge Abschnitt kann entweder
zu der dem inneren Hohlraum zugewandten Seite hin oder dazu entgegengesetzt gerichtet
sein. Das Verspannen der Kurvenscheibe zwischen zwei Widerlagern im Spannbereich
gegenüber einem Zwischenstück erfolgt mittels Flcichenpressung im Sinne einer eindeutig
definierten Begrenzung des Spannwebes.
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In der ringförmigen Umfangs fläche der Kurvenscheibe sind Löcher oder
Kerben zum Eingreifen des Verstellwerkzeuges und Kennmarken als Einstellhilfe und
in der Kurvenscheibe seitlich Löcher zum Austreten des Scnmiermittels angeordnet.
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Vorteil einer solchen Kurvenscheibe ist, daP diese mit kleinstmöglichen
Massen in einfacher Weise als Masser1-artikel preiswert herzustellen ist und trotzdem
eine genügend breite radiale Umfangsflche parallel zu die Längsachse der Kurvenscheibe
aufnehmenden Welle zwecks Betätigung oder Auflage der Fühler (Stößel, Laufrollen
usw.) für die Betätigung von Schaltern bietet.
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Andererseits bewirkt der rund um den inneren kreisförmigen Ausschnitt
für die Welle der Kurvenscheibe angeordnete tellerfederartig ausgebogene Abschnitt
der Kurvenscheibe, welcher ringförmig aus der senkrechten Ebene zur Welle in geeigneter
Breite um einer' ausreichenden Winkel ausgeknickt wird, daß eine Rückverformung
dieser Knickung in die Ebene senkrecht zur Welle mittels einer Spannmutter im Bereich
der elastischen Verformbarkeit des Materials bliebt. Dabei kommen die Kurvenscheiben
bei
axialem Anpressen mit der einen Kurvenscheibe an dem Flansch der vorerwähnten Nabe
und mit der anderen Kurvenscheibe an der Stellmutter in Form einer FlSchenpressung
zum Anliegen, ohne sich an dor äußeren rechtwinkelig abgebogenen Kante gegenseitig
zu pressen, wodurch seinerseits eine gegenüber den tangential an den Nockenringen
angreifenden*SchaltkrMften mehrfach grössere Klemmkraft zwischen den Nockenringen
und der drehfest auf der Welle aufSitzenden Trägernabe gewährleistet wird. Andererseits
wird durch die dadurch bewirkte Flächenpressung eine für den Bedienungsmann eindeutige
Begrenzung des Spannweges vermittelts, so daß in dem durch die Abkantung gebildeten
Hohlraum vorteilhafterweise ein schmierstoffspeicherndes Bauelement aus Filz, Schaumstoff
oder aus ähnlichem porösen Stoff angeordnet werden kann. Durch Löcher in dem abgekanteten
Teil der Kurvenscheibe wird laufend in geeigneter Menge Schmierstoff nach außen
auf die Betätigungsfläche der Kurvenscheibe abgegeben, so daß ein Schmieren von
außen her entfällt.
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In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung dargestellt.
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Es zeigen: Figur l eine Welle mit Nabe und Kurvenscheiben in Losstellung,
Figur 2 eine Explosionsdarstellung zu Figur 1.
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In Figur 1 sitzt eine Nabe 2 fest auf einer Welle 1.
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Auf der Nabe 2 sind zwei paarige Kurvenscheiben 3, 4 relativ zur.Nabe
2 drehbar und axial verschieblich aufgeschoben. Die Kurvenscheiben 3, 4 sind exzentrisch
gestaltet und in ihrem gesamten Profil gleichmäßig dick, an ihrem äußeren Rande
zu einer radialen Umfangsfläche 3a, 4a rechtwinkelig abgekantet und um den inneren
kreisförmigen Ausschnitt um einen geringen Winkel in einem ringförmigen Abschnitt
3b, 4b derart ausgeknickt, daß eine Rückverformung dieses Abschnittes in die ursprüngliche
Ebene im elastischen Bereich des Materials bleibt. Die erste Kurvenscheibe 3 liegt
mit ihrer der Abkantung abgekehrten - in der Ebene senkrectit zur Welle 1 liegenden
- Fläche an der Nabe 2 an und mit ihrer inneren kreisrunden Kante des ringförmig
abgeknickten Abschnittes 3b an einem zur Nabe 2 drehfesten und axial verschieblichen
Zwischenstück 5 an. Die zweite Kurvenscheibe 4 ist auf der Nabe 2 derart angeordnet,
daß diese mit der Abkantung zur ersten Kurvenscheibe 3 Gekehrt ist und dabei ebenfalls
mit ihrer inneren kreisrunden Kante des ringförmig abgeknickten Abschnittes 4b an
dem Zwischenstück 5 anliegt. An der äußeren, der Ab-Abkantung abgekehrten zähe der
zweiten Kurvenscheibe 4 ist eine zur Nabe 2 drehfeste und axial verschiebliches
Scheibe 6 auf der Nabe 2 angeordnet. Eine auf die Nabe 2 aufgeschraubte Lochmutter
7 drückt die Klemmscheibe 6 gegen die zweite Kurvenscheibe 4 und biegt dabei den
abgekniekten"ringdrmigXn Abschnitt er der zweiten Kurvenscheibe 4 sowie mittelbar
durch die dabei bewirkte Verschiebung des Zwischenstücks 5 auch den ringförmig abgeknickten
Abschnitt 3b der ersten Kurvenscheibe 3 unter elastischer Rückverformung der Ausknickung
beider
Kurvenscheiben in die zur Welle 1 senkrechte Ebene.
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Die Kurvenscheiben 3, 4 kommen dabei plan am Flansch der Nabe 2 bzw.
an der Klemmscheibe 6 zur Anlage und bewirken dadurch eine für den Bedienungsmantl
erwünschte zwangslaufige Begrenzung des Spannweges. Die Kurvenscheiben 3, 4 werden
dadurch auf der Nabe 2 und damit zuLleich auf der Welle zenit einer Kraft festgeklemmt,
diese mehrfach größer ist elß die an den Kurvenscheiben 3, 4 tangential wirkenden
Betätigungskräfte, womit eine hohe Sicherheit gegen ungewolltes Verdrehen der Kurvenscheiben
3, 4 zur Welle l gewährleistet ist.
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Die ringförmig abgeknickten Abschnitte 3b, 4b können je nach Bedarfsfall
zum inneren Hohlraum der Kurvenscheiben 3, 4 hin, oder entgegengesetzt dazu winklig
ausgestellt sein. Der Außendurchmesser der die Kurvenscheiben 3, 4 verspannenden
Teile (Naben, Klemmscheiben) muß mindestens so groß wie der Ringdurchmesser der
abgewinkelten Abschnitte 3b, 4b oder größer sein.
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In der ringförmig abgekanteten Betätigungsfläche der Kurvenscheiben
3, 4 sind relativ kleine Löcher 8 eingestanzt. Im Hohlraum der Kurvenscheiben 3,
4 sind Scheiben 9 aus schmierstoffspeicherndem Material angeordnet. Durch die Löcher
8 kann Schmierstoff von den Scheiben 9 durch Schwer- oder Zentrifugalkraft nach
außen auf die Betätigungsflächen der Kurvenscheiben 3, 4 gelangen.
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Das Verfahren zur Herstellung vorbezeichneter Kurvenscheiben erfolgt,
indem zunächst eine um die Breite der ringförmigen Umfangsflächen größere Scheibe
aus
elastisch verformbaren Material, beispielsweise Federstahlblech
oder entsprechendem härtbarem Material, von den Anforderungen an die Verwendung
entaprechender Dicke von einem Stanzwerkzeug unter gleichzeitigem Ausstanzen der
Ausnehmungen für die Welle und die LOcher für die Kerben auf der späteren ringförmigen
Umfangafläche und den Schmiermiettelaustrittslöchern ausgestanzt werden. Dann erfolgt
durch Aufbiegen, Pressen oder Tiefziehen daß Abwickeln dor äußeren Umfangsfläche
zu einem einseitig offenen Hohlraum und das seitliche winklige Abbiegen des tellerfederartigen,
ringförmigen Abschnittes. Danach werden auf-die Umfangsfläche Markierungen als Einstell-
und Verstellhilfen aufgeprägt und abschließend wird die Kurvenscheibe gehärtet und
die Umfangsfläche poliert.
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L e e r s e i t e