DE3005828A1

DE3005828A1 - Kardankreisgetriebe zur erzeugung einer oszillierenden bewegung einer schubstange, wobei das frei schubstangenende von einem fuehrungselement gefuehrt wird

Info

Publication number: DE3005828A1
Application number: DE19803005828
Authority: DE
Inventors: Bert 5470 Andernach Steffens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-16
Filing date: 1980-02-16
Publication date: 1981-09-03

Description

Kardankreisgetriebe zur Erzeugung einer oszillieren-
den Bewegung einer Schubstange, wobei das freie Schubstangenende von einem Führungselement geführt wird.
Die Erfindung betrifft ein Kardankreisgetriebe zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung einer Schubstange, wobei das freie Schubstangenende von einem Führungselement geführt wird wie es als selbständige Getriebeeinheit z.B. im Verpackungsmaschinenbau eingesetzt werden kann.
Derartige Kardankreisgetriebe können überall dort eingesetzt werden, wo eine Hin- und Herbewegung erzeugt werden muß, welche unmittelbar oder mittelbar genutzt werden soll, ähnlich wie bei pneumatischen oder hydraulischen Zylindern, oder mech. Geradführungen.
Es ist bekannt mittels eines Kardankreisgetriebes eine rotierende Bewegung in eine oszillierende umzuwandeln oder umgekehrt. Solche Getriebe werden unter anderem in den Patentschriften DE - P 271 755, DR - P 595 824, CH - P 263 377, DE - P 875 110 und DE - P 883 540 beschrieben und basieren alle auf dem von Rieronymus Cardanus Anfang des 17. Jahrhunderts entdeckten Pringips, das auch nach ihm benannt wurde, dem Kardankrei spaar.
Alle diese Getriebe weisen jedoch den Nachteil auf, daß das Führungselement, welches zusammen mit dem Kardankreisgetriebe die Führung der Schubstange bewerkstelligt, unbeweglich und nicht verschiebbar mit dem Gestell verbunden ist. Wird das Kardankreisgetriebe in einer Hubkolbenmaschine eingesetzt, so wird das Führungselement aus der Zylinderbohrung und/oder aus der Buchse gebildet, welche den Zylinderraum gegenüber dem Kurbelraum trennt. Bei der Herstellung von Kardankreisgetrieben zur Erzeugung einer ossillierenden Bewegung einer Schubstange läßt es sich bei wirtschaftlicher Herstellung nicht vermeiden, daß die gelenkige Anbindung der Schubstange an das Kardankreisgetriebe nicht mit der idealen Achslinie des Führungselementes fluchtet. Hierdurch muß mit erhöhtem Verschleiß sowohl an dem Führungselement wie an der gelenkigen Anbindung der Schubstange gerechnet werden.
Weiter ist durch die starre Anordnung des Führungselementes am Gestell nur eine geradlinige Bewegung des freien Schubstangenendes möglich. Dies bedeutet, daß das Kardankreiszetriebe nur als die an sich bekannte Geradführung genutzt werden kann. So ist auch die Erzeugung einer Elipse durch die Kurbelzapfenachse mittels Verschieben des Kurbelzapfens aus dem Kreisumfang des Kleinen Kardankreises nicht möglich, da die dadurch erzeugte Pendelbewegung vom Führungselement nicht übernommen werden kann. Der vorgeschilderte Effekt der Erzeugung einer Elipse, abweichend von einer Geradführung, ist allgemein als Elipsenlenker bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das puhrungselement in einer Weise auszubilden und gegenüber dem Gestell anzuordnen, daß die vorgenannten Mängel nicht auftreten.
Diese Aufgabe wird erfindunsgenrrlB dadurch gelöat, daß das Führungeelement zur Führung des freien Schubstangenendes allseits beweglich aufgehängt ist und seine Position zur Rotationsebene des Kardankreispaares allseits verstellt werden kann und die gelenkige Anbindung der Schubstange an das Kardankreisgetriebe eine allseitige Bewegung zuläßt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch erreicht, daß das Führungselement sphärisch oder kardanisch aufgehangt ist. Weiter kann ein solches Pührungselement als Wälzlagerelement oder als Gleitlager ausgebildet sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgefäßen Getriebes wird dadurch erreicht, daß die gelenkige Anbindung der Schubstange an den Kurbelzapfen mittels eines verstellbaren Gleitstückes aus dem Umfang des Kleinen Kardankreises verschoben werden kann und die gelenkige Anbindung der Schubstange eine entsprechende Pendelbewegung zuläßt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch eine allseits bewegliche Aufhängung des Führungselementes und durch die mögliche Änderung der Position des Führungselementes gegenüber dem GeStell, sowie einer entsprechenden gelenkigen Anbindung der Schubstange an das Kardankreisgetriebe, mit dem freien Schubstangenende eine Vielzahl von Koppelkurven erzeugt werden können, unter Anwendung des an sich bekannten tardankreisgetriebes.
Ausführungsbeispiele der Erfindungen sind in Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 das Prinzip des Kardankreispaares.
Figur 2 im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Getriebes mit 2 Stuck Stützscheiben und einer fliegenden Aufhängung der geradführenden Kurbel.
Figur 3 ein Ausführungsbeipiel dee erfindungsgemäßen Getriebes, wobei 2 Stuck Stützscheiben mittels eines Steges verbanden sind.
Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Getriebes, in dem der Antriebzapfen als gelagerte Stützscheibe erweitert ist, mit einer Zapfenerweiterung, welche die geradführende Kurbel ersetzt.
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel der Schubstange, welche als Zahnstange auzgebildet ist und in ein weiteres Getriebe mit ZaknotanC,enausgang eingreift.
Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schubstange welche mit einem an ihr befestigten Zahnrad in ein Zahnstangengetriebe eingreift.
Figur 7 ein weiteres Ausführangsbeispiel der Schubstange, die mit entsprechendem Querschnitt in einem genuteten Fihrungselement gleitet.
Figur 1 zeigt das Prinzip des Kardankreispaares, nach dem jeder Punkt auf dem Kleinen Kardankreis 2, der im Großen Kardankreis 1 im Verhältnis 1:2 abwälzt, eine Gerade durchschreitet, die durch den Mittelpunkt des großen Kardankreises 1 geht. Liegt der Punkt nicht auf dem Kleinen Kardankreis 2, so beschreibt dieser eine mathematisch genaue Elipse.
Figur 2 verdeutlicht im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Getriebes. Erfolgt der Antrieb tiber die Kurbelwelle 4, so wird mittels der Kurbel 3 das außenverzahnte Zahnrad 2.1 mit dem Kurbelzapfen 5 in Rotation versetzt und wälzt sich im innenverzahnten Zahnrad 1.1 ab. Der Kurbelzapfen 5 ist drehbar gelagert in der Kurbel 3 und wird weiter abgestützt von den Stützscheiben 10 und 10.1. Das auBenverzahnte Zahnrad 2.1, fest verbunden mit dem Kurbelzapfen 5, steuert die fest auf ihm sitzende Kurbel 5.1, welche den Kurbelzapfen 5.1 mit einer gelenkigen Anbindung 6 aufnimmt. Im Normalfall, das heißt als geradführendes Kardankreisgetriebe, liegt die Achse des Kurbelzapfens 5.1 exakt auf dem Teilkreis des außenverzahnten Zahnrades 2.1, der identisch ist mit dem Kleinen Kardankreis 2. Bei Rotation von Kurbelwelle 4 bewegt sich die Schubstange 7 auf einer Geraden, welche durch den Mittelpunkt des innenverzahnten Zahnrades 1.1 geht, unter der Voraussetzung, daß die gemeinsame Achse 7.2 von Führungselement 8 und Schubstange 7 ebenfalls durch den Mittelpunkt des innenverzahnten Zahnrades 1.1 geht und gegenüber der Rotationsebene des Kardankreisgetriebes parallel liegt. Wird nun das Führungselement gegenüber der gelenkigen Anbindung 6 der Schubstange 7 verschoben, beispielsweise in einem Winkel zur Rotationsebene des Kardankreisgetriebes, so beschreibt das freie Schubstangenende 7.1 keine Gerade, vielmehr überlagert sich eine Hubbewegung mit einer Pendelbewegung, die durch die spezielle Ausbildung des Führungselement-Lagers 9 ermöglicht wird, wie durch eine entsprechende Ausbildung der gelenkigen Anbindung 6 von Schubstange 7. Wird nun mittels des Gleitstückes 13 der Kurbelzapfen 5.1 mit der daran befestigten gelenkigen Anbindung 6 aus dem Bereich des Kleinen Kardankrei-Bes verschoben, so beschreibt bekanntermaßen die Achslinie des Kurbelzapfens 5.1 keine Gerade, sondern eine mathematisch genaue Elipse. Die sphärische Ausbildung des Führungselement-Lagers 9 ermöglicht in diesem Falle die notwendige Pendelbefegung des Führungselementes 8, zusammen mit der vorzugsweise kardanähnlichen Ausbildung der gelenkigen Anbindung o. Weiter kann eine Hubbewegung der Schubstange 7 mit einer überlagernden Pendelbewegung erzeugt werden wenn die Kurbel 3.1 gegenüber dem Kurbelzapfen 5 verdreht wird. Der gleiche Effekt wird erzielt durch Verschiebung des Führungselementes 8 längs der Etotationsebene des Kardankreisgetriebes. Bei quaderförmiger Ausbildung des Getriebegehäuses entspräche dies einer Verschiebung des Führungselementes 8 auf der Gehäuseoberseite, parallel zur Rotationsebene des Kardankreisgetriebes oder bei zylindrischer Ausführung des Getriebegehäuses, einer Bewegung des Führungselementes 8 auf der Mantelfläche des zylindrischen Gehäuses, ebenfalls parallel zur Rotationsebene des KardankreSsgetriebes.
Figur 3 zeigt ein erfindungsgeinäßes Getriebe, ähnlich Figur 2, jedoch mit zwei Stück Stützscheiben 10.1 und 10.2, die über einen gemeinsamen Steg 11 fest miteinander verbunden sind. Der Kurbelzapfen 5 ist wie in Figur 2 in den Stützscheiben 10.1 und 10.2 drehbar gelagert. Die Stützscheibe 10.2 wird durch eine Zapfenerweiterung der Kurbelwelle 4 erzeugt. Das Führungselement 8 ist am Führungselement-Lager 9 mittels eines beweglichen Zapfens aufgehängt, dessen Achse die Achse 7.2 schneidet. Hierdurch wird eine Pendelbewegung des Führungselementes 8 ermöglicht.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Getriebes, in dem die Kurbelwelle 4 zu einem Teil zur Stützscheibe 12 erweitert wurde und diese mittig zu ihrer Breite eine Aussparung 12.1 aufweist, in der das außenverzahnte Zahnrad 2.1 mit dem drehbar gelagerten Kurbelzapfen 5 angeordnet ist.
Der Kurbelzapfen 5.1 ist so in seinem Querschnitt vergrößert, daß er mit dem Kurbelzapfen 5 verbunden ist.und somit die Kurbel 3.1 ersetzt.
Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel von Schubstange 7, welche zum Teil am freien Scnubstangenende 7.1 als Zahnstange ausgeführt ist, die in ein Zahnradgetriebe eingreift, welches wiederum eine oszillierende Zahnstange 15 als Getriebeausgang aufweist.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schubstange 7, wobei das freie 5ehubstangenende 7.1 ein gelagertes Zahnrad 16 aufn.mr.t, welches auf einer zum Gestell gehörenden Zahnstange 17 abrollt und 8o eine linear gelagerte Zahnstange oszillierend antreibt.
Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schubstange, welche vorzugsweise mit einem viereckigen Querschnitt in einem mt Nut 8.1 ausgerüsteten i!hrungselement 8 gleitet. Das Führungselement 8 ist in diesem Falle vorzugsweise als eine Erweiterung des Gehäusedeckels 19 ausgebildet.
Legende: 1 Großer Kardenkreis 1.1 Innenverzahntes Zahnrad 2 Kleiner Kardankreis 2.1 Außenverza4intes Zahnrad 3 Kurbel 3.1 Kurbel 4 Kurbelwelle 5 Kurbelzapfen 5.1 Kurbelzapten 6 Gelenkige Anbindung 7 Sctubstanwe 7.1 Freles Schubstangenende 7.2 Achse 8 Führungselement 8.1 Nut 8.2 Weiteres Führungselement 9 Führungselement-Lager 10 Stützscheibe 10.1 Stützscheibe 10.2 Stützscheibe 11 Steg 12 Stützscheibe 12.1 Aussparung 19 GleitstUc-k 14 Zahnradgetriebe 15 Zahnstange 16 Zahnrad 17 Zahnstange 18 Zahnstange 19 Gehäusedeckel Leerseite

Claims

Patentansprüche: C1,1 Eardankreisgetriete zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung einer Schubstange, wobei das freie Schubstangenende von einem Führungselement geführt wird, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das FUhrungselement (8) zur Führung des freien Schubstangenendes (7.1) allseits bewe;71ich aufgehängt ist und seine Position zur Rotationsebene des Kardankreispaares allseits verstellt werden kann und die gelenkige Anbindung (6) der Schubstange (7) an das Kardankreisgetriebe eine allseitige Bewegung zuläßt.
2. Getriebe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Führungselement (8) sphärisch aufgehängt ist.
3. Getriebe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Pührungselement kardanisch aufgehängt ist.
4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Führungselement (8) als Wälzlagerelement ausgebildet ist.
5. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Führungselement (8) als Gleitlager ausgebildet ist.
6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Führungselement (8) außerhalb des Teil- kr~eisumfanges vom Großen Kardankreis (1) angeordnet ist.
7. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Fuhrungselement (8) imerhalb des Teilkreisumfanges vom Großen Kardankreis (1) angeordnet ist.
8. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Führungselement (8) e-r.e Nut (8.1) aufweist, in der die Schubstange (7) mit entsprechender Ausbildung ihres Querschnittes auf- und abgleitet.
9. Getriebe nach einem der Anspruche 1-8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Führungselement (8) mIt der Schubstange (7) eine Reversiereinheit bildet und die gelenkige Anbindung (6) der Schubstange (7) an den Kurbelzapfen (5.1) eine Drehbewegung der Schubstange 87) um ihre eigene Achse ermöglicht.
10. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-8, d a -a u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schubstange (7) zuvar^w.en mit dem Fühningselement (8) als Schraubengetriebe mit Steilgewinde ausgebildet ist und die gelenkige Anbindung (6) der Schubstange (7) an den Kurbelzapfen (5.1) eine Drehbewegung der Schubstange (7) um ihre eigene Achse ermöglicht.
11. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schubstange (7) und das Führungselement (8) als Schraubengetriebe mit Steilgewinde ausgeführt ist derart, daß das Mutterngewinde des PUhrungselementes (8) nur bei einer Drehriehtung der Schubstange (7) mit dieser gekuppelt ist und die gelenkige Anbindung (6) der Schubst-nge (7) an den Kurbelzapfen (5.1) eine Drehbewegung der Schubstange (7) um ihre eigene Achse ermöglicht.
12. Getriebe nach einem der Ansprüche 9-11, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Schraubengetriebe aus Führungselement (8) und Schubstange (7), als Wälzelemente-Getriebe ausgebildet ist.
13. Getriebe nach einem der Ansprüche 9-12, d a -d u r e h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem Führungselement (8) ein weiteres Führunselement (8.2) nachgeordnet ist.
14. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schubstange (7) als stange ausgeführt ist, welche in ein Zahnradgetriebe (14) oszillierend eingreift, das wiederum eine weitere, linear geführte Zahnstange (15) als Getriebeausgang aufweist.
15. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schubstange (7) am freien Schubstangenende (7.1) ein drehbar gelagertes Zahnrad (16) aufweist, welches auf einer zum Gestell gehörenden Zahnstange (17) abrollt und weiter eine zweite Zahnstange (18) aufweist, welche vom Zahnrad (16) angetrieben wird.
16. Getriebe nach einem der ^tbsp-rüche 1-15, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß daß zwei Kardankreispaarre nebeneinander koaxial angeordnet sind und, daß die Kurbel (3) zwischen diesen angeordnet ist, bei gleichzeitig fliegender Aufhängung der Kurbel (3.1), welche die Schubstange (7) steuert.
17. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-15, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kurbel ()) zwischen fner gelagerten Stützscheibe (10) und außenverzahnten Zahnrad (2.1) angeordnet ist bei gleichzeitig fliegender Aufhängung von Kurbel (3.1).
18. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-15, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kurbel (3) mit dem außenverzahnten Zahnrad (2.1) zwischen einer gelagerten Stützscheibe (10) und (10.1) angeordnet ist, bei gleichzeitig fliegender Aufhängung von Kurbel (3.1).
19. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-15, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kurbelwelle (4) nahe des Antriebzapfens als eine an ihrem äußeren Umfang gelagerte Stützscheibe (10.2) erweitert ist und diese huber den KRlrtelzapfen (5) und einen Steg (11) mit einer weiteren gelagerten Stützscheibe (10.1) verbunden ist, bei gleichzeitig fliegender Aufhängung der Kurbel ( 3.1).
20. Getriebe nach einen der Ansprüche 1-15, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kurbelwelle (4) nahe des Antriebzapfens als gelagerte Stützscheibe (12) erweitert ist, derart, daß sie in ihrer Breite eine Aussparung (12.1) aufweist, in der das außenverzahnte Zahnrad (2.1) angeordnet ist, bei gleichzeitig fliegender Aufhängung der Kurbel (3.1).
21. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-15, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kurbelzapfen (5.1) in seinem Querschnitt so vergrößert ist, daß er rit dem Kurbelzapfen (5) eine feinheit bIldet und die Kurbel (3.1) somit ersetzt, bei gleichzeitig fliegender Anordnung von rurbelzapfen (5.1).
22. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-13 und 16-21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß das Führungselement (8) in der Ebene des Kardankreispaares verschiebbar angeordnet ist und die gelenkige Anbindung (6) der Schubstange (7) an den Kurbelzapfen (5.1) eine entsprechende penSeinde Bewegung in der Ebene des Kardankreispaares zuläßt, gemeinsam mit der pendelnden Bewegung des Führungselementes (8).
23. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-13 und 16-22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß das Führungselement (8) in einem Winkel zur Ebene des Kar:r.-reispaares verschoben werden kann und die gelenkige Anbindung (6) der Schubstange (7) an den Kurbelzapfen (5.1) eine entsprechende pendelnde Bewegung zur Ebene des Kardankreispaares zuläßt, gemeinsam mit einer pendelnden Bewegung des Führungselementes (8).
24. Getriebe nach einem der Anspruche 1-13 und 16-23, da du c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Kurbel (3.1) auf dem Kurbel- zapfen (53 drehend verstellt werden kann.
25. Getriebe nach einem der Anspruche 1-13 und 16-24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die gelenkige Anbindung (6) der Schubstange (7) an en Kurbelzapfen (5.1) mittels eines verstellbaren Gleitstückes (13) aus dem Umfang des Kleinen K.ardankreises (2) verschoben werden ksnn x.rd die gelenkige Anbindung (6) der Schubstange (7) eine entsprechende Pendelbewegung Zuläßt.
26. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-13 und 16-2-5, d a d u r r h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Kurbelwelle (4) feststeht und der Antrieb über das Gestell erfolgt.