DE3340580A1 - Vorrichtung zum willkuerlichen schrittweisen drehen einer getriebenen welle durch eine treibende welle, die sich staendig und ununterbrochen in derselben richtung dreht - Google Patents

Vorrichtung zum willkuerlichen schrittweisen drehen einer getriebenen welle durch eine treibende welle, die sich staendig und ununterbrochen in derselben richtung dreht

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DE3340580A1 DE19833340580 DE3340580A DE3340580A1 DE 3340580 A1 DE3340580 A1 DE 3340580A1 DE 19833340580 DE19833340580 DE 19833340580 DE 3340580 A DE3340580 A DE 3340580A DE 3340580 A1 DE3340580 A1 DE 3340580A1
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Description

Vorrichtung zum willkürlichen schrittweisen Drehen einer getriebenen Welle durch eine treibende Welle, die sich ständig und ununterbrochen in derselben Richtung dreht
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 7.
Ein Beispiel für eine derartige Vorrichtung zur Bewegungsumformung gibt es beim Vorschub des Bands bei Maschinen zum Lochen von Fernschreiberbändern. Der elektrische Antriebsmotor wird bei Inbetriebsetzung der Maschine in Drehung gesetzt und läuft mit konstanter Drehzahl in ein- und derselben Richtung, während die Antriebswelle des Bands sich nur dann schrittweise drehen muß, wenn das Band gerade gelocht wird (Das Lochen erfolgt bei angehaltenem Band).
Ferner kann es bei gewissen Anwendungsfällen wünschenswert seins daß die getriebene Welle in der einen oder anderen Richtung durch die sich in ein- und derselben Richtung drehende treibende Welle gedreht werden kann. Dies ist der Fall beim obigen Beispiel von Maschinen zum Lochen von Fernschreiberbändern, da das Band z.B. zum Korrigieren einer irrtümlichen Lochung zurückbewegt werden nuß.
Für einen mechanischen Antrieb der angegebenen Art gibt es eine gewisse Anzahl von Vorrichtungen, die alle Nachteile haben.
Die Vorrichtungen mit Klinkenfreilauf sind sehr laut, lassen keine sehr hohen Drehzahlen zu und haben nur eine ge-
gebene beschränkte Anzahl von Haltestellungen.
Elektrische Schrittmotoren bieten zwar überlegene Möglichkeiten, jedoch sind ihre Kosten sehr hoch.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der angegebenen Art, die die Nachteile der bekannten Vorrichtungen nicht aufweist und in allgemeiner Form den verschiedenen Forderungen der Praxis besser als diese bekannten Vorrichtungen genügt, insbesondere bezüglich der Geräuscharmut im Betrieb, der Drehzahl und der Anzahl der Haltestellungen, und dies alles bei einer einfachen platzsparenden und verhältnismäßig preiswerten technologischen Konzeption.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Gegenstände der Patentansprüche 1 bzw. 7.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung ermöglicht somit die Bildung von Vorrichtungen zum willkürlichen schrittweisen Drehen einer getriebenen Welle in einer einzigen oder in zwei Richtungen durch eine treibende Welle, die sich ständig mit konstanter Drehzahl in einer gegebenen Richtung dreht. Diese Vorrichtungen können bei hoher Drehzahl mit herabgesetztem Geräuschniveau und mit hoher Genauigkeit der Winkelstellung beim Ein- oder Ausschalten der getriebenen Welle arbeiten. Außerdem sind die Bauteile in üblicher Weise im Handel erhältlich und bleibt die Konstruktion einfach. Daraus, ergibt sich, daß eine derartige Vorrichtung für den schrittweisen Antrieb in der Herstellung und beim Unterhalt nicht teuer und Zuverlässigkeit hoch ist.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig« 1 eine schematische Seitenansicht ei
ner Vorrichtung für den schrittweisen Antrieb nach der Erfindung,
Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt II-II von
Fig. 1,
Figo 3 verschiedene graphische Darstellun
gen des Betriebs der Vorrichtung von Fig. 1 und 2.
Fig» 1 zeigt eine Gesamtansicht einer Vorrichtung 1 zum willkürlichen schrittweisen und wahlweise in der einen oder anderen Richtung erfolgenden Drehen einer getriebenen Welle 2 durch eine treibende Welle 3> die mit konstanter Drehzahl und in ein- und derselben Richtung ständig gedreht wird.
Die treibende Welle 3 wird durch einen nicht dargestellten Motor, etwa einen Elektromotor, gedreht, der in Drehung versetzt wird, sobald eine Spannung an die Maschine angelegt ist, in der sich die Antriebsvorrichtung nach der Erfindung befindet.
Die Antriebsvorrichtung besteht im wesentlichen aus drei Hauptteilen, die jeweils drei Funktionen haben. Es sind dies:
- Ein erster Bestandteil für die Umwandlung der ständigen Drehbewegung mit konstanter Drehzahl und in ein- und derselben Richtung der treibenden Welle 3 in eine ständig hin- und hergehende Drehbewegung eines Zwischenteils.
- Ein zweiter Bestandteil für die Umwandlung der ständig hin- und hergehenden Drehbewegung des Zwischenteils in eine
schrittweise, willkürliche und in der gewünschten Richtung erfolgende Drehbewegung der getriebenen Welle 2.
- Ein dritter Bestandteil für die Steuerung des zweiten Bestandteils zur Erzielung der gewünschten Bewegung.
Gemäß Fig. 1 enthält der erste Bestandteil der Vorrichtung 1 ein auf der treibenden Welle 3 drehfest verkeiltes Rad 4, eine Stange 5, deren eines Ende an einem exzentrischen Kurbelzapfen 6 des Rads 4 angelenkt ist, und ein Zwischendrehteil 7» das zur getriebenen Achse 2 koaxial ist und sich um diese drehen kann. Am Zwischendrehteil 7 ist z.B. an einem radialen Ansatz 8 das andere Ende der Stange 5 exzentrisch angelenkt.
Dank dem durch das Rad 4 und die Stange 5 gebildeten Stange-Kurbelzapfen-System wird die gleichförmige Drehbewegung der treibenden Welle 3 in eine hin- und hergehende Drehbewegung des Zwischendrehteils 7 umgeformt.
Gemäß Fig. 2 enthält der zweite Bestandteil der Vorrichtung 1 eine doppelte elektromagnetische Betätigungseinrichtung mit einem ringförmigen Magnetgehäuse 9, das mit dem Zwischendrehteil 7 verbunden ist und über ein Lager 10 auf der getriebenen Welle 2 drehbar zentriert ist. Das Gehäuse 9 umschließt zwei ringförmige Wicklungen 11. Zur Erhöung der Wi Funktionswirksamkeit sind zwei ringförmige Reibbeläge 12 jeweils an den Seitenflächen der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung befestigt.
Gegenüber jeder der Seitenfläche der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung befindet sich ein ringförmiger Reibbelag 13, der über eine an ihm durch Schrauben 15 befestigte, axial wirkende Rückstellfeder 14 am Gehäuse 16 eines von der getriebenen Welle 2 getragenen Freilaufs 17 mit Rollen
18 drehfest verbunden ist. Ein zwischen dem Gehäuse 16 und dem Lager 10 angeordneter Zwischenring 19 gewährleistet die Positionierung der aus dem Freilauf 17 und dem Reibbelag 13 bestehenden Anordnung derart, daß in der Ruhestellung des Systems zwischen den beiden gegenüberliegenden Reibbelägen 12 und 13 ein Spalt freibleibt.
Die Anordnung der auf der getriebenen Welle 2 befestigten Teile hat eine zur getriebenen Welle 2 senkrechte Symmetrieebene AA.
Der dritte Bestandteil der Vorrichtung 1 enthält die Steuerung der aus den Teilen 9*11*12,13 bestehenden elektromagnetischen Kupplung. Gemäß Fig. 1 enthält diese Steuerung einen Geber 20 für die Winkelstellung des Rads 4. Dieser Geber besteht beispielsweise aus einer Photoemissionsdiode und einem Phototransistor, die nicht darge. stellt und einander zugewandt sind. Das Rad 4 trägt einen Verschluß 21, der bei jeder Radumdrehung den Geber 20 in geeigneter Weise auslöst. Beim dargestellten Beispiel ist der Verschluß 21 ein Band, das sich auf einer halben Umdrehung des Rads 4 auf dessen Umfang erstreckt und in den Zwischenraum zwischen der Photoemissionsdiode und dem Phototransistor eingreifen kannf um das Lichtbündel zu unterbrechen.
Der Geber 20 ist bei 22 mit einem Steuerblock 23 verbunden, der die Informationen für die Einschaltsteuerung der getriebenen Welle 2 (Leitung 24)und für die Wahl der Drehrichtung der getriebenen Welle 2 (z.B. Schalter 25) empfängt. Der Steuerblock 23 liefert in Abhängigkeit von den ihm zugeführten verschiedenen Informationen die Erregungssignale für die beiden Wicklungen 11 der elektromagnetischen Kupplung über die eine oder andere der beiden Leitungen 26, die ihn jeweils mit den Wicklungen verbinden.
Der Steuerblock 23 ermöglicht gegebenenfalls außerdem die Lieferung von ErregungsSignalen mit verschiedenen Eigenschaften zur Erzielung von mehreren Drehzahlen der getriebenen Welle 2.
Der Steuerblock 23 kann vorteilhaft Gebrauch von der Impulselektronik machen. Sein Aufbau ist dem Fachmann bekannt und wird hier nicht beschrieben.
Im folgenden wird in Verbindung mit Fig. 3 der Betrieb der Vorrichtung nach der Erfindung beschrieben.
Zunächst sei angenommen, daß sich die getriebene Welle in einer beliebigen Richtung dreht, die als Vorwärtsrichtung bezeichnet wird.
Gemäß Fig. 3 stellt die graphische Darstellung A den Zeitmaßstab dar. Die Augenblicke t.,, tp usw. begrenzen die aufeinanderfolgenden Zeitintervalle, die einer halben Umdrehung der treibenden Welle 3 entsprechen.
Die graphische Darstellung B symbolisiert die Drehung der treibenden Welle 3. Die Nummern 1,2,3 usw. stellen die vom Augenblick t^ an ausgeführt Umdrehungszahl dar.
Die graphische Darstellung C stellt das Signal dar, das in Abhängigkeit von den Durchgängen des Verschlusses 21 vom Geber 20 geliefert wird. Dieses Signal wird vom Steuerblock 23 derart behandelt, daß die aufeinanderfolgenden Erregungen und Aberregungen der geeigneten Wicklung 11 nur durch die Anstiegsfronten des vom Geber 20 abgegebenen Signals gesteuert werden. Die Wicklung wird daher während der Zeitintervalle t.. t^, te ty,usw. erregt und während der Zeitintervalle t^ t,-, t7 tg, usw. aberregt.
Die graphische Darstellung D stellt das Steuersignal der Wicklung dar, wobei der obere Zustand des Signals dem Eingriffszustand der elektromagnetischen Kupplung entspricht.
Die graphische Darstellung E stellt den Betrieb des hin- und hergehend gedrehten Zwischendrehteils dar.
Die graphische Darstellung F stellt den Zustand des entsprechenden Freilaufs 17 dar, wobei das untere Niveau der graphischen Darstellung seinen Betrieb mit losem Rad darstelltj während das obere Niveau seinen Betrieb im eingekuppelten Zustand darstellt. Da der Betrieb im eingekuppelten Zustand nur in einer einzigen Bewegungsrichtung des Zwischendrehteils 7 stattfinden kann (absteigende Teile der graphischen Darstellung E beim betrachteten Beispiel) und dies nur dann, wenn sich die Kupplung in der Eingriffsstellung befindet, ist durch Vergleich der graphischen Darstellungen D und E ersichtlich, daß dieser Betrieb im eingekuppelten Zustand nur während der Zeitintervalle t2 t·,, tg tys usw. stattfinden kann.
Wenn nun der Antrieb der getriebenen Welle 2 in der entgegengesetzten Richtung gewünscht wird, wird der Schalter 25 derart gekippt, daß der Steuerblock nun die hinteren oder absteigenden Fronten des vom Geber 20 gelieferten Signals C in Betracht zieht.
Die graphische Darstellung G stellt das vom Steuerblock nun zur Erregung der anderen Wicklung 11 gelieferte Signal dar.
Bei dieser Betriebsart in der entgegengesetzten Richtung wirkt der mit der erregten Kupplung verbundene Freilauf in Gegenphase zu dem zum Betrieb in Vorwärtsrichtung ge-
BAD ORIGINAL
hörenden Freilauf. D.h., er blockiert während der Zeitintervalle, die den absteigenden Teilen der graphischen Darstellung E entsprechen.
Unter diesen Bedingungen wird die getriebene Achse während der Zeitintervalle t-r t^, ty to, usw., wie in der graphischen Darstellung H dargestellt, schrittweise in der entgegengesetzten Richtung angetrieben.
Die beschriebene Vorrichtung für den schrittweisen Antrieb erweist sich als besonders vorteilhaft in dem Ausmaß, in dem sie die Beseitigung gewisser Nachteile der insbesondere elektromagnetischen Kupplungen gestattet.
Bei der Großserienfertigung haben die elektromagnetischen Kupplungen eine große Streuung bei den Eingriffs- und Freigabezeiten, was sich durch eine entsprechende Ungenauigkeit des Antriebs der getriebenen Welle ausdrückt.
Die erfindungsgemäße Vereinigung einer insbesondere elektromagnetischen Kupplung mit ungenauem zeitlichem Ansprechen einschließlich eines Freilaufs, insbesondere eines Rollenfreilaufs mit extrem kurzen zeitlichem Ansprechen, ermöglicht die Erzielung guter Ergebnisse. Dadurch, daß der Freilauf seinen Zustand nur nach einer halbem Umdrehung der treibenden Welle 3 ausgehend von der Erregung oder Aberregung der Wicklung 11 ändert, kann der wirksame Eingriff oder das wirksame Lösen der Kupplung während dieser halben Umdrehung in einem beliebigen Augenblick stattfinden, und zwar zwischen den Augenblicken t^ t~, t,- tg, usw. für den Eingriff oder zwischen den Augenblicken t^ t,, ty to, usw. für das Lösen.
Der Betrieb, insbesondere der Steueraugenblick, der Vorrichtung nach der Erfindung, ist von der Drehzahl der trei-
benden und getriebenen Wellen unabhängig. Daraus ergibt sich eine große Betriebssicherheit bei allen Drehzahlen.
Außerdem hat die Vorrichtung für den schrittweisen Antrieb nach der Erfindung zahlreiche weitere Vorteile: Einfachheit der Konstruktion und der Wartung mit geringen Kauf- bzitf« Unterhaltskosten, geringer Platzbedarf, im Handel erhältliche Bestanteile und geringe Betriebsgeräusche bei Verwendung einer Vorrichtung mit Rollenfreilauf.
Wenn auch die beschriebene Ausführungsform eine Weiterbewegung um einen Schritt der getriebenen Welle bei zwei Umdrehungen der treibenden Welle ergibt, ist es jedoch möglich, die Steuereinrichtung derart auszuführen, daß jeder Vorwärtsschritt der getriebenen Welle bei einer einzigen Umdrehung der treibenden Welle erzielt wird. Hierzu genügt es, daß der Steuerblock 23 alle ansteigenden Fronten (und nicht jede dritte ansteigende Front) des vom Geber 20 gelieferten Signals C als Steuersignal für die Erregung der elektromagnetischen Kupplung in Betracht zieht. Eine derartige Abänderung des Betriebs wird leicht durch eine passende Programmierung erzielt, wenn der Steuerblock 23 ein kommerzieller Block mit Mikroprozessor ist. In diesem Fall kann die Programmierung z.B. von der Art sein, daß die Aufnahme eines gesonderten Lochbefehls die Weiterbewegung um einen Schritt der getriebenen Welle bei zwei Umdrehungen der treibenden Welle hervorruft, während die Aufnahme einer Lochbefehlsfolge (ständige Lochung des Bands) die Weiterbewegung um einen Schritt der getriebenen Welle bei einer einzigen Umdrehung der treibenden Welle hervorruft.
Selbstverständlich können im betrachteten Fall geringere Antriebsdrehzahlen als die angegebenen (d.h. einen Weiterbewegungsschritt der getriebenen Welle bei η (η ?, 2) Um-
drehungen der getriebenen Velle) leicht bei Bedarf dadurch erhalten werden, daß nur gewisse ansteigende Fronten des Signals C z.B. durch eine passende Programmierung des kommerziellen Blocks in Betracht gezogen werden.
Leerseite

Claims (1)

  1. Dr. F. Zumstein sen. - Dr. £. Assmann 0 V 4 U P Q U
    Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.
    PATENTANWÄLTE
    ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE
    Te/Li PL/EM 0298.8305
    SOCIETE D'APPLICATIONS GENERALES D'ELECTRICITE ET DE MECANIQUE SAGEM, Paris, Frankreich
    Vorrichtung zum willkürlichen schrittweisen Drehen einer getriebenen Welle durch eine treibende Welle, die sich ständig und ununterbrochen in derselben
    Richtung dreht.
    PATENTANSPRÜCHE:
    1. Vorrichtung zum willkürlichen schrittweisen Drehen ei-. ner getriebenen Welle durch eine treibende Welle, die sich ständig und ununterbrochen in derselben Richtung dreht,
    gekennzeichnet durch eine Einrichtung (4-8), die die Drehung der treibenden Welle (3) in eine hin- und hergehende Drehung eines Zwischendrehteils (7) umwandelt,
    durch eine lösbare Kupplung (9-13) und eine Freilaufvorrichtung (17), die zwischen dem Zwischendrehteil (7) und der getriebenen Welle (2) angeordnet sind, und durch eine Steuereinrichtung (23) zur Steuerung der Kupplung (9-13) derart, daß die getriebene Welle (2) nur dann drehfest mit dem Zwischendrehteil (7) verbunden ist, wenn sich das Zwischendrehteil (7) in
    der geeigneten Richtung dreht.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufvorrichtung (17) wenigstens einen Freilauf mit Rollen (18) aufweist.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufvorrichtung (17) koaxial auf der getriebenen Welle (2) angebracht ist, und daß die Kupplung (9-13) zwischen der Freilaufvorrichtung (17) und dem Zwischendrehteil (7) angeordnet ist.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (9-13) eine elektromagnetische Kupplung aufweist mit einem ringförmigen Gehäuse (9) und einer Wicklung (11), die ringförmig, koaxial zur getriebenen Welle(2) und mit dem Zwischendrehteil (7) drehfest verbunden sind, und mit einer Reibplatte (13)> die mit der Freilaufvorrichtung (17) drehfest verbunden, koaxial zur getriebenen Welle (2) und axial verschiebbar ist, um mit dem Gehäuse (9) zusammen zu arbeiten, wenn die Wicklung (11) durch die Steuereinrichtung (23) erregt ist, wobei eine Rückstelleinrichtung (14) die Reibplatte (13) in deren entkuppelter Stellung zurückführt, wenn die Wicklung (11) nicht erregt ist.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtung eine Feder (14) aufweist, die aus einer elastisch verformbaren Scheibe besteht, die koaxial zur getriebenen Welle (2) ist und an der Freilaufvorrichtung (17) sowie an der Reibplatte (13) anliegt.
    Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur getriebenen Welle (2) koaxiale zweite Reibplatte (12) mit dem Gehäuse (9) verbunden und gegenüber der ersten Reibplatte (13) angeordnet ist.
    7c Vorrichtung zum willkürlichen schrittweisen Drehen einer getriebenen Welle wahlweise in der einen oder anderen Richtung durch eine treibende Welle, die sich ständig und ununterbrochen in derselben Richtung dreht, gekennzeichnet durch die Vereinigung zweier Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Freilaufvorrichtungen (17) gegeneinander wirkend eingebaut sind.
    8„ Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (4-8), die die Drehung der treibenden Welle (3) in eine hin- und hergehende Drehung eines Zwischendrehteils (7) umwandelt, eine Stange-Kurbelzapfenanordnung aufweist, die auf der einen Seite am Zwischendrehteil (7) und auf der anderen Seite an der treibenden Welle (2) angeschlossen ist.
    9ο Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Steuerung der lösbaren Kupplung (9-13) eine Ermittlungseinrichtung (20) aufweist, die eine Größe (21) ermittelt, die die Winkelstellung des Zwischendrehteils (7) wiedergibt.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 9»
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlungseinrichtung (20) aufweist: Ein auf der treibenden Welle (2) drehfest verkeiltes Rad (4) zur Bestimmung der Winkelstel-
    lungen des Zwischendrehteils (7) und ein System (20) zur optischen Ermittlung von Markierungen.
DE19833340580 1982-11-09 1983-11-09 Vorrichtung zum willkuerlichen schrittweisen drehen einer getriebenen welle durch eine treibende welle, die sich staendig und ununterbrochen in derselben richtung dreht Granted DE3340580A1 (de)

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