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Vorrichtung zum schrittweisen Bewegen
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von Objektträgern entlang einer Kreisbahn Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum schrittweisen Bewegen von mindestens zwei Objektträgern entlang
einer Kreisbahn.
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Zur Ableitung einer absatzweisen Drehbewegung von einer sich gleichförmig
drehenden Welle sind Zahntriebschaltwerke, wie z.B. Einzahn- oder Mehrzahngetriebe
bekannt, wobei das angetriebene Zahnrad ein volles Zahnrad und das treibende Rad
als Zahnsegment ausgebildet ist. Zur Sicherung der Rastlagen ist das treibende Zahnsegment
mit einem zylindrischen Ansatz versehen, der in entsprechende kreisbogenförmige
Ausnehmungen einer mit dem angetriebenen Zahnrad verbundenen Scheibe eingreift.
Zu den Einzahngetrieben gehört das bekannte Malteserkreuzgetriebe.
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Bei den bekannten Getrieben ist nachteilig, daß die mit der t angetriebenen
Welle verbundenen ObJektträger bei jedem Schaltschritt gemeinsam, d.h. gleichzeitig
beschleunigt und verzögert angetrieben werden. Ein weiterer Nachteil ist, daß die
Bearbeitungsstationen in einer gleichmäßigen Teilung um die angetriebene Welle herum
angeordnet sein müssen bzw.,
daß die jeweiligen Schaltschritte immer
gleich groß sind und z.B. 600, 900, 1200 oder 1800 betragen. Durch den gemeinsamen
und jeweils gleichzeitigen Antrieb müssen sämtliche Massen gleichzeitig beschleunigt
und verzögert werden. Um diese Bewegungsabläufe beherrschbar zu machen, bemißt man
die jeweils erforderlichen Schaltschritte, d.h. die weiterzuschaltenden Winkel möglichst
klein. Diese Maßnahme ist aber wiederum mit dem Nachteil verbunden, daß die Zahl
der Objekttrger entsprechend größer gewählt werden muß. Bei einem Schaltschritt
von 600 sind 6 Objektträger und bei einem Schaltschritt von 300 bereits 12 Objektträger
erforderlich. Wenn jedoch nur wenige Bearbeitungsstationen vorgesehen werden, bedeutet
eine größere Zahl der Objektträger infolge ihrer im allgemeinen recht kostspieligen
Ausgestaltung eine erhebliche Verteuerung des Getriebes. Mit einer größeren Zahl
von Objektträgern ist außerdem eine unerwünschte Vergrößerung der jeweils zu beschleunigenden
und zu verzögernden Massen verbunden.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum schrittweisen Bewegen von Objektträgern entlang einer Kreisbahn zu schaffen,
die es gestattet, bei zwei oder mehreren Objektträgern jeweils nur einen Objektträger
weiterzubewegen, während die übrigen Objektträger stillstehen mit der an sich vorteilhaften
Einschränkung, daß während der Verzögerung des ersten Objektträgers die Beschleunigung
des zweiten Objektträgers erfolgt und bei der Verzögerung des zweiten Objektträgers
die Beschleunigung des nächsten Objektträgers stattfindet usw. Diese Aufgabe wird
an einer Vorrichtung zum schrittweisen Bewegen von mindestens zwei Objektträgern
entlang einer Kreisbahn durch die im Kennzeichen des 1. Patentanspruches angegebenen
Merkmale gelöst.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merk-.
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male der Unteransprüche gekennzeichnet.
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Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die
gleichzeitig zu beschleunigenden Massen im wesentlichen
auf einen
Objektträger mit Führungsarm beschränkt sind. Tn den Übergangsphasen der Bewegung
des einen Objektträgers zum nächstfolgenden Objektträger ergibt sich noch der Vorteil,
daß die auftretenden Kräfte des zu verzögernden Objektträgers durch die aufzubringenden
Kräfte des zu beschleunigenden nächsten Objektträgers kompensiert werden.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung gestattet es, den Zeitanteil zur
Bewegung von einer Verweilstation zur nächsten bzw. anderen zu vergrößern, ohne
die Verweildauer in den jeweiligen Verweilstationen zu beschneiden. Bei einer gegebenen
oder wählbaren Umlaufgeschwindigkeit der Objektträger lassen sich die Beschleunigungs-
und Verzögerungsverhältnisse sowie das Verhältnis von Bewegungsdauer zur Verweildauer
in weiten Grenzen frei wählen. Die Schrittlängen zwischen den einzelnen Verweilstationen
können unterschiedlich gewählt werden, d.h. die Transportschritte brauchen nicht
gleiche Bruchteile von 360° oder ein Mehrfaches davon zu betragen, wie dies bei
den bekannten Zahnschaltwerken (Malteserkreuzgetriebe u. dergl.) der Fall ist.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen
im einzelnen erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein Getriebe mit
vier Verweilstationen und Darstellung des Kurvenverlaufs der Führungsnuten, Fig.
2 die Kurvenverläufe am Rotor gemäß Fig. 1, Fig. 3 die Kurvenverläufe am Stator
gemäß Fig. 1, Fig. 4 ein Bewegungsdiagramm für ein Getriebe gemäß Fig.1, Fig. 5
eine schematische Draufsicht auf ein Getriebe mit 4 Führungsarmen für 3 Verweilstationen
mit unterschiedlichen Transportschritten, Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie
II - II in Fig.5, Fig. 7 ein Bewegungsdiagramm für ein Getriebe gemäß Fig.5.
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Die Vorrichtung gemäß den Fig. 1 bis 3 weist 5 Objektträger
1
bis 5 bei 4 Verweilstationen A, B, C und D auf, die in gleichen Transport schritten
in einem Winkel von 900 auf einer Kreisbahn um die zentrale Achse 7 angeordnet sind.
mie Cbjektträger 1 bis 5 sind auf Führungsarmen 9 bis 13 angeordnet, die frei schwenkbar
auf einer zentralen Antriebswelle 15 gelagert sind. Jedem Führungsarm 9 bis 13 sind
zwei quaderförmige Führungsklötze 17 und 18 zugeordnet, die sich i Längsrichtung
der Führungsarme verschieben, sich jedoch infolge geeigneter Profilierung der Führungsarme
nicht um ihre Längsachse verdrehen lassen. Die Führungsklötze -17 und 18 sind an
den beiden einander gegenüberliegenden in Achsrichtung der Antriebswelle 15 weisenden
Stirnseiten mit Führungsmitteln ausgestattet, die zweckmäßig als Rollen ausgebildet,
im folgenden als Kurvenrollen bezeichnet sind. Die Kurvenrollen 19s und 20s der
Führungsklötze 17 bzw. 18 greifen in Kurvenbahnen 22 bzw. 23 eines Stators 27 ein,
während die Kurvenrollen 19r und 20r der Führungsklötze 17 bzw. 18 in gurvenbahnen
24 bzw. 25 eines Rotors 29 eingreifen (verga.
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Fig.6). Der Stator 27 wie auch der Rotor 29 sind als Kreisscheiben
gleichachsig zur Antriebswelle 15 und parallel zu einander derart angeordnet, daß
die Antriebswelle 15 im Stator 27 drehbar gelagert und der Rotor 29 mit der Antriebswelle
15 fest verbunden ist.
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Im folgenden werden die Kurvenbahnen 22 und 24 als Hauptkurven und
die Kurvenbahnen 23 und 25 als Hilfskurven be£eichnet, so daß der Rotor 29 eine
Hauptkurve 24 und eine Hilfskurve 25 (Fig.2) und in entsprechender Weise der Stator
7 eine Hauptkurve 22 und eine Hilfskurve 23 (Fig.3) aufweisen, die sämtlich einen
in sich geschlossenen Kurvenverlauf besitzen. Die auf dem Stator 27 und dem Rotor
29 angeordneten Hilfskurven 23 bzw. 25 sind innerhalb der zugehörigen T4.lUptkurven
22 bzw. 24 gelegen, wobei deren minimaler Abstand durch die Größe der Führungsklötze
bzw. den geringstmöglichen Abstand der Kurvenrollen 19 bzw. 20 der Führungsklotze
17 und 18 auf den Führungsarmen 9 bis 13 bestimmt wird. 1)ie
Hauptkurven
22 und 24 sowie die Hilfskurven 23 und 25 sind als Schlitze mit rechteckigem Querschnitt
ausgebildet, deren Breite dem Durchmesser der Kurvenrollen 19 und 20 angepaßt ist.
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Der maximale Abstand der stationären Kurvenbahnen und der maximale
Abstand der drehbaren Kurvenbahnen zum Getriebemittelpunkt sowie die minimalen Abstände
dieser Kurvenbahnen zum Getriebemittelpunkt müssen sich mindestens um den Abstand
unterscheiden, den die Kurvenrollen an den beiden Führungsklötzen 17 und 18 eines
jeden Führungsarmes voneinander minimal einnehmen können.
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Durch die Linienführung der beiden Hauptkurven wird sichergestellt,
daß die Führungsarme an den Verweilstationen zum Stillstand kommen. Es ist nicht
erforderlich; die Hauptkurve 22 des Stators zwischen den Verweilstationen geradlinig
zu führen, wie aus den Fig. 1 und 3 zu entnehmen ist. Wie die Fig. 5 zeigt, kann
oder muß die Hauptkurve auch anders geführt werden. Die wesentliche Aufgabe der
Hilfskurven ist darin zu sehen, daß sie dann und nur dann die Führung des jeweiligen
Führungsarmes übernehmen muß, wenn die Hauptkurven dies nicht können. Das tritt
immer dann auf, wenn die beiden Hauptkurven koaxial verlaufen, wie dies bei den
Stellungen des Führungsarmes 10 in Fig.1 und des Führungsarmes 11 in Fig.5 der Fall
ist. Der Verlauf der Hilfskurven muß konstruktiv an den vorgewählten Verlauf der
Hauptkurven angepaßt sein, er läßt sich rechnerisch aus den Polarkoordinaten der
Hauptkurven ermitteln.
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Mit der Annahme der Drehung des Rotors 29 (Fig.1) im Uhrzeigerdrehsinn
gemäß Pfeil 30 an der Hauptkurve 24 sollen die Objektträger 1 bis 5 nacheinander
und fortlaufend wiederholt in die Verweilstationen A bis D geführt werden, wo sie
eine vorbestimmte Zeit, die für eine Bearbeitung oder eine andere Funktion vorgesehen
ist, verweilen, um anschließend mit einer
festgelegten Beschleunigung
und anschließenden Verzögerung in die nächste Verweilstation bewegt zu werden. Ausgehen)
von dem in Fig.1 dargestellten Momentanzustand, in dem sieh die Objektträger 1,
3, 4 und 5 in Ruhe in den Verweilnl.wtionen A bzw. B, C oder D befinden, befindet
sich der zweite Objektträger 2 mit seiner höchsten Geschwindigkeit auf dem Wege
in der Mitte zwischen den Verweilstationen A und B. Tn diesem Augenblick ist gerade
der erste Objektträger 1 in der Verweilstation A zur Ruhe gekommen,und der dritte
Objektträger 3 wird jetzt mit definierter Beschleunigung die Verweilstation B verlassen.
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Es ist ersichtlich, daß der 1. Objektträger 1 bei der jetzt folgenden
Drehung des Rotors 29 mit der Hauptkurve 24 (und der Hilfskurve 25) in der Verweilstation
A im Stillstand bleibt, weil der Führungsklotz 17 mit seiner Kurvenrolle 13 (f.:.
Fig.6) in der Ecke, die in Fig.3, in der die Kurvexlbnhncrt 22 und 23 des Stators
27 dargestellt sind, mit dem Buchstaben a der entsprechenden Verweilstation A bezeichnet
ist, festgehalten wird. Da bei einer Drehung des Rotors 29 dessen Kurvenabschnitt
24a der Hauptkurve 24 mit konstantem radialen Abstand von der zentralen Achse 7
den Führungsklotz 17 des Führungsarmes 9 in der Ecke a festhält, kann der Führungsarm
9 nach keiner Richtung ausschwenken. Auch auf den Führungsklotz 18 auf dem Führungsarm
9 kann keine Kraft ausgeübt werden, weil der koaxiale Kurvenabschnitt 25a keine
Verschiebung des Führungsklotzes 18 bewirken kann.
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Der Führungsarm 10 des zweiten Objektträgers 2 wird in der in Fig.1
dargestellten Position durch die Hilfskurve 2t) tles Rotors 29 angetrieten, während
in diesem Augenblick die Hauptkurve 24 des Rotors einen wenn auch nur sehr kurzen
konzentrischen Bereich aufweist, in dem sie keine Antriebswirkung ausüben kann.
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Der Führungsarm 11 des dritten Objektträgers 3 wird bei einer Drehung
des Rotors die Verweilstation 3 mit einer definierten Beschleunigung in Pfeilrichtung
30 verlassen.
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Durch den mit dem Bezugazeichen 24b markierten Abschnitt der Hauptkurve
24 des Rotors, dessen durch die Verweilstation laufende Kurvenpunkte einen sich
vermindernden Abstand zur zentralen Achse 7 aufweisen, wird die Kurvenrolle 19s
in den Kurvenabschnitt 22a der Hauptkurve 22 des Stators 27 getrieben und damit
der Führungsarm 11 mit dem dritten Objektträger in Richtung auf die Verweilstation
C geschwenkt.
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Tn gleicher Weise wie der erste Führungsarm 9 mit dem ersten Objektträger
in der Verweilstation A festgehalten wird, bleiben während der oben beschriebenen
Drehung des Rotors 29 auch die vierten und fünften Objektträger 4 bzw. 5 in ihren
Verweilstationen C bzw. D stehen, da ihre Führungsarme 12 bzw. 13 in den Ecken c
bzw. d (Fig.3) der Hauptkurve 22 des Stators 27 durch den koaxialen Bereich der
Hauptkurve 24 festgehalten sind.
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Fig.4 bietet einen anschaulichen berblick auf die Bewegungsabläufe
der Objektträger 1 bis 5 in Abhängigkeit von der mit konstanter Winkelgeschwindigkeit
ablaufenden Drehung des Rotors 29. Die schraffierten Flächen markieren den Stillstand
der einzelnen Objektträger. Die mit 0° bezeichnete waagerechte Gerade beschreibt
den in Fig.1 dargestellten umstand des Getriebes: Der erste Objektträger hat gerade
seine Stillstandsphase begonnen, der zweite Objektträger ist in Bewegung, der dritte
Objektträger hat seine Stillstandsphase beendet, der vierte und der fünfte Objektträger
befinden sich im Stillstand. Man erkennt, daß die bei 0° beginnende Bewegungsphase
für den dritten Objektträger erst nach einer Drehung des Rotors um i00 beendet ist
und daß während dieser Umdrehung des Rotors der dritte Objektträger nur um das das
heißt von der Verweilstation B zur Verweilstaticn eschwenkt worden ist, wo er bis
zur Drehung des Rotors
um weitere 2700 (bis 4500) im Stillstand
blelbt. In entsprechender Weise erfolgen lediglich zeitlich versetzt die Bewegungs-
und Stillstandsphasen der übrigen Objektträgell.
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In Fig.5 ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargesteilt, bei
dem drei Verweilstationen A, B und C' mit unterschiet chen Transportschritten gewählt
sind. Die gewählten Schritte zwischen den Verweilstationen von 600, 1200 und 180°
sind nur beispielhaft, es können auch beliebige andere Winkel angesetzt werden.
Fig.6 ist ein Schnitt entlang der Linie II - II in Fig.5 und erläutert die Anordnung
der Führungsklötze 17 und 18 auf den Führungsarmen 9 bis 12 und die Lagerung der
Kurvenrollen 19r, 19s und 20r, 2Cs auf den Führungsklötzen sowie deren Eingriff
und Führung in den Kurvenbahnen 22 und 23 des Stators 27 bzw. in den Kurvenbahnen
24 und 25 des Rotors 29. Der Bewegungsablauf ist schematisch in Fig.7 dargestellt.
Die Funktion entspricht genau dem in den Fig. 1 bis 4 erläuterten Ausführungsbeispiel
mit den Unterschied, daß nur drei Verweilstationen mit unterschiedlicher Teilung
und vier Objektträger vorgesehen sind.
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Es wird betont, die in den Figuren dargestellten Ausführungen unter
Verwendung von gleitenden Führungsklötzen sind nur beispielhaft, es können auch
andere gebrauchliche FührullEsmittel, wie Rollenlängsführungen, eingesetzt werden.