DE3922186A1 - Kurvenscheiben-schwingantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kurvenscheiben-Schwing­ antrieb gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Kurvenscheiben-Schwingantrieb ist bekannt aus der DE-OS 36 26 185, wobei aufgrund einer Erzeugung zyklischer Bewegungen aus Rotationsbewegungen entstehen­ de Drehmomente kompensiert werden. Zu diesem Zweck ist eine an einem rotierenden Teil angreifende, zyklische Bewegung ausführende Einrichtung vorgesehen, die mittels einer einen Energiespeicher darstellenden Feder eine Kraft auf das rotierende Teil ausübt, welche eine Kompen­ sation der Drehmomentschwankungen bewirkt. Die entspre­ chenden Bauteile greifen hierbei an umlaufenden Maschi­ nenteilen des Antriebes an und verringern nicht die Kräfte und Momente zwischen den Antriebsgliedern und dem schwingenden Abtrieb.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwing­ antrieb der in Rede stehenden Art in herstellungstech­ nisch einfacher Weise so auszugestalten, daß insgesamt günstige Verhältnisse hinsichtlich der auftretenden Kräfte gegeben sind, derart, daß die Kräfte und Momente zwischen einem Antriebsglied und einem als Schwingteil angeordneten Antriebsteil reduziert sind.

Gelöst ist diese Aufgabe bei der im Anspruch 1 angegebe­ nen Erfindung.

Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen der erfinderischen Lösung dar.

Zufolge derartiger Ausgestaltung ist ein gattungsgemäßer Schwingantrieb geschaffen, der sich durch einen erhöhten Gebrauchswert auszeichnet. Im Unterschied zum Stand der Technik greift der Energiespeicher an dem mittels einer Kurvenscheibe angetriebenen Schwingteil an, und zwar so, daß der Energiespeicher in den Umkehrpunkten der Schwing­ bewegung seine maximale Aufladung besitzt. Auf diese Weise werden die Kräfte und Momente zwischen der Kurven­ scheibe und dem Schwingteil reduziert mit der Heraufset­ zung der Lebensdauer dieser Bauteile. Der erfindungsgemä­ ße Kurvenscheiben-Schwingantrieb ist so beschaffen, daß die Bewegungsenergie des bewegten Schwingteils während der Verzögerungsphase in den Energiespeicher eingeleitet und bei der Beschleunigungsphase entnonmen wird. Als Energiespeicher können mechanische Federn oder auch Pneumatik-Zylinder dienen. Durch den in den Umkehrpunk­ ten seine Maximalaufladung besitzenden Energiespeicher ist gewährleistet, daß in der Regel ein angenäherter Engerieaustausch zwischen Schwingteil - kinetische Ener­ gie - und Energiespeicher - potentielle Energie - erzielt wird. Der Kurvenscheiben-Schwingantrieb sorgt in einfa­ cher Weise dafür, daß das Schwingteil stets bis zu sei­ nem Umkehrpunkt zwangsgesteuert wird. Zur Übertragung der Bewegung von der umlaufenden Kurvenscheibe auf das Schwingteil dient eine Abtastrolle und ein mit dem Schwingteil fest verbundener Rollenhebel. Zur Zwangslauf­ sicherung kann die Kurvenrolle in einer Nutkurve geführt werden. Es ist ferner ein kraftschlüssiger Abgriff der Kurvenscheibe durch das Schwingteil möglich. Darüber hinaus können auch zwei winkelmäßig und in ihren Ebenen versetzt zueinander angeordnete Rollenhebel eingesetzt werden, die mit zwei gegensinnig geformten Kurvenschei­ ben auf der Antriebswelle zusammenwirken. Es ist eine solche Abstimmung dabei getroffen, daß ein Abheben des einen Rollenhebels jeweils durch ein Auflegen des ande­ ren Rollenhebels an der zugehörigen Kurvenscheibe, die ebenfalls auf versetzt zueinanderliegenden Ebenen vorge­ sehen sind, unterbunden ist. Die Kräfte, die während der Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen des Schwingteils von der Kurve auf die Kurvenrolle einwirken, werden durch den Energiespeicher kompensiert bzw. reduziert. Eine Version zeichnet sich dadurch aus, daß an dem Schwingteil in starrer Verbindung ein Hebel angebracht ist, der über eine Koppel mit dem Energiespeicher zusam­ menwirkt. Je nach Stellung des Schwingteils wird demzu­ folge auch durch den Hebel der Energiespeicher beein­ flußt. Um in den Umkehrpunkten des Schwingteils das Moment des Energiespeichers auf das Schwingteil mög­ lichst klein zu halten, wirkt gemäß einer anderen Varian­ te der Hebel über ein Kurvenstück mit dem Energiespei­ cher zusammen. Vorzugsweise wird die Kurve des Kurven­ stücks von einem mit dem Energiespeicher zusammenwirken­ den Abtastglied abgefahren. Es bietet sich an, dieses Abtastglied ebenfalls als Rolle zu gestalten. In den Endbereichen kann die Steigung der Kurve so weit redu­ ziert werden, daß trotz hoher Federkräfte in den entspre­ chenden Getriebestellungen nur ein geringes Moment auf das Schwingteil einwirkt, das heißt, wenn die Kurvenrol­ le sich an diesen Endbereichen abstützt.

Da durch den Energiespeicher Massenkräfte ausgeglichen bzw. kinetische Energie gespeichert werden soll, ist entweder eine einmalige Anpassung an eine konstante Maschinendrehzahl oder eine kontinuierliche Anpassung bzw. Regelung an eine veränderliche Maschinendrehzahl erforderlich. Einerseits ist die entsprechende Anpassung dadurch möglich, daß der Kraftarm des Hebels zur Dreh­ zahlanpassung längenveränderbar ist. Andererseits ist eine entsprechende Anpassung dadurch gestattet, daß die Federvorspannung oder die Federrate einstellbar ist. Wie bereits zuvor erwähnt, kann der Energiespeicher als mechanische Feder gestaltet sein. Es bietet sich eine Bauform an, bei welcher die Feder eine Blattfeder ist, an der das freie Ende eines Verbindungsgliedes angelenkt ist, welches verstellbar an dem Hebel befestigt ist. Ebenfalls wäre auch ein Torsionsstab einsetzbar. Das Verbindungsglied ist in bezug auf den Kraftarm des He­ bels relativ zu diesem verstellbar unter Ermöglichung einer entsprechenden Anpassung an eine veränderliche Maschinendrehzahl. Bildet der Hebel das Kurvenstück aus, so bietet es sich an, die Kurvenrolle an einer Schwinge festzulegen, an welcher eine Feder als Energiespeicher angreift. Durch eine Verstellung der Vorspannung der Feder ist dabei die Drehzahlanpassung vornehmbar. Als Energiespeicher können alle möglichen Bauformen mechani­ scher Federn oder auch pneumatische Federelemente verwen­ det werden.

Wenn der Bewegungsablauf des Schwingteils im Vor- und Rücklauf sehr unterschiedlich ist, so ist bei der Ausle­ gung des Energiespeichers und der zwischen ihm und dem Schwingteil geschalteten Bauelemente ein Kompromiß zu wählen, so daß entweder beide Bewegungsbereiche gleich­ wertig optimiert werden oder ein Bewegungsbereich - vornehmlich der wesentlichere - den bestmöglichen Lei­ stungsausgleich erhält.

Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung die erste Ausfüh­ rungsform eines Kurvenschei­ ben-Schwingantriebs, und zwar während der Bewegung des Schwingteils nach rechts,

Fig. 2 ebenfalls eine schematische Darstellung eines Kurvenscheiben-Schwingantriebs, betreffend die zweite Ausführungsform und

Fig. 3 ein zugehöriges Diagramm zur Darstellung der Momentenkompensation.

Gemäß der ersten Ausführungsform, dargestellt in Fig. 1, ist mit der Bezugsziffer 1 eine Antriebswelle bezeich­ net, welche von einem nicht veranschaulichten Antriebsag­ gregat in Pfeilrichtung x in Umdrehung versetzt wird. Drehfest auf der Antriebswelle 1 sitzt eine Scheibe 2, die auf ihrer einen Stirnseite eine Nutkurve 3 aufweist. Letztere setzt sich bei dem hier zur Erläuterung gewähl­ ten Beispiel aus zwei konzentrisch zur Antriebsachse 1 verlaufenden Kurvenabschnitten a und b zusammen, die über Kurvenabschnitte c, d miteinander verbunden sind. Der Kurvenabschnitt a besitzt einen größeren Abstand vom Wellenmittelpunkt als der Kurvenabschnitt b. Ferner ist der Kurvenabschnitt c kürzer als der Kurvenabschnitt d.

In die Nutkurve 3 ragt eine Abtastrolle 4 hinein, deren Durchmesser etwa der Weite der Nutkurve 3 angepaßt ist. Die Abtastrolle 4 lagert an dem freien Ende eines Rollen­ hebels 5. Dieser ist fest mit dem lagerseitigen Ende eines Schwingteils 6 verbunden. Bezüglich des letzteren kann es sich um einen Vorgreifer an Bogenrotationsdruck­ maschinen handeln. Das Schwingteil 6 ist im Lagerpunkt 7 im Maschinengestell drehbar angeordnet.

Das lagerseitige Ende des Schwingteils 6 ist ferner mit einem Hebel 8 verbunden. Auf diesem sitzt verschieblich, jedoch feststellbar ein Schlitten 9, an dem das eine Ende einer Koppel 10 angelenkt ist. Deren anderes Ende greift an einem Energiespeicher 11 an. Derselbe ist als Blattfeder 12 gestaltet. Das eine Ende derselben ist bei 13 ortsfest eingespannt, während das andere Ende mit dem freien Ende der Koppel 10 in geeigneter Weise gekuppelt ist.

Läuft die Antriebswelle 1 des Kurvenscheiben-Schwing­ antriebes in Pfeilrichtung x um, so wird über die Schei­ be 2 und deren Nutkurve 3 sowie Abtastrolle 4 und Rollen­ hebel 5 das Schwingteil 6 in eine zyklisch ablaufende Hin- und Herschwenkbewegung versetzt. Durchläuft die Abtastrolle 4 den Kurvenabschnitt c, wird das Schwing­ teil 6 im Uhrzeigersinn aus der linken in die rechte Endlage bewegt. Durch den Kurvenabschnitt d erfolgt die umgekehrte Bewegungsphase von rechts nach links. Zwi­ schen beiden Bewegungsphasen liegen die Endlagen des Schwingteils 6, die durch die konzentrischen Kurvenab­ schnitte a und b erzeugt werden. In beiden Bewegungspha­ sen wird das Schwingteil zunächst beschleunigt und dann verzögert. In der Beschleunigungsphase wird der Energie­ speicher 11 aus einem gespannten Zustand mit hohem Ener­ gieniveau in einen entspannten Zustand ohne oder mit geringer Energie gebracht. In der Verzögerungsphase gelangt der Energiespeicher wieder auf ein hohes Energie­ niveau. Durch die Umwandlung der potentiellen Energie des Energiespeichers in kinetische Energie des Schwing­ teils und umgekehrt werden das Antriebsmoment an der Kurvenscheibe und die Kräfte zwischen Nutkurve 3 und Ab­ tastrolle 4 wesentlich reduziert.

Anhand der Fig. 3 ist die Überlagerung der Drehmoment­ schwankungen veranschaulicht. Auf der Ordinate des Dia­ gramms ist ein Drehmoment aufgetragen, während die Ab­ szisse einen Drehwinkel über eine volle Umdrehung veran­ schaulicht. Mit vollen Linien ist der Kurvenverlauf 14 des Antriebsmoments für kinetische Energie veranschau­ licht, während der gepunktete Kurvenverlauf 15 dem An­ triebsmoment für potentielle Energie entspricht. Aus der Summe dieser Momente ergibt sich der strichpunktierte Kurvenverlauf 16. Aus diesem ist ersichtlich, daß die Drehmomentspitzen sowohl in positiver als auch in negati­ ver Richtung relativ nahe der Abszisse liegen.

Bei der in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsform tragen gleiche Bauteile gleiche Bezugsziffern. Abwei­ chend von der ersten Ausführungsform bildet der Hebel 8′ ein Kurvenstück 17 aus. Letzteres weist, vom Lagerzapfen 7 aus gesehen, einen divergierenden Verlauf auf. Endsei­ tig ist das Kurvenstück 17 mit einer Kurve 18 ausgestat­ tet, deren Endbereiche 19, 20 nahezu konzentrisch zum Lagerzapfen 7 verlaufen. Mit der Kurve 18 wirkt eine Kurvenrolle 21 zusammen, die von dem freien Ende einer einarmig gestalteten Schwinge 22 drehbar gelagert ist. Im oberen Bereich der um einen Schwingendrehpunkt 23 verlagerbaren Schwinge 22 greift ein Energiespeicher 24 an, der gemäß dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel als wendelförmig verlaufende Zugfeder 25 gestaltet ist. Das der Schwinge 22 gegenüberliegende Ende der Zugfeder 25 geht von einem Verstellglied 26 aus. Durch Verlage­ rung desselben in der angezeigten Doppelpfeilrichtung ist eine Einstellung der Federvorspannung möglich, um eine Drehzahlanpassung vornehmen zu können.

Gemäß Fig. 1 wird diese Drehzahlanpassung dadurch bewerk­ stelligt, daß der Schlitten 9 ebenfalls in der angezeig­ ten Doppelpfeilrichtung verstellt und danach justiert wird.

Da durch die Energiespeicher 11, 24 Massenkräfte ausgegli­ chen bzw. kinetische Energie gespeichert werden soll, ist entweder eine einmalige Anpassung an eine konstante Maschinendrehzahl oder eine kontinuierliche Anpassung bzw. Regelung an eine veränderliche Maschinendrehzahl erforderlich. Diese Anpassung erfolgt gemäß der ersten Ausführungsform in Fig. 1 durch Änderung des Federweges. Bei der zweiten Ausführungsform wird durch Änderung der Federvorspannung die entsprechende Anpassung vorgenommen.

Durchläuft bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 2 die Abtast­ rolle 4 den Kurvenabschnitt b, so verharrt das Schwing­ teil 6 in seiner Lage. Dann stützt sich die Kurvenrolle 21 an dem Endbereich 20 ab. Sobald die Rolle 4 in den Kurvenabschnitt c eingreift, gelangt die Kurvenrolle in den abfallenden Kurvenabschnitt 18′, so daß die zuvor gespeicherte potentielle Energie des Kraftspeichers 24 sich abbaut unter Unterstützung der Schwenkverlagerung des Schwingteils 6 in Uhrzeigerrichtung. Das dabei auf­ tretende Drehmoment ist dem Antriebsdrehmoment entgegen­ gerichtet, so daß der Anlagedruck zwischen Abtastrolle 4 und Kurvenscheibe bzw. Nutkurve 3 relativ gering bleibt. Wenn die Rolle 4 die Mitte des Kurvenabschnitts c durch­ wandert, ist das Kurvental 18′′ erreicht, und der Ener­ giespeicher 24 hat ein niedriges Niveau. Bis zum Errei­ chen des Kurvenabschnitts a hat die Kurvenrolle 21 den anderen hohen Punkt der Kurve 18 in der Nähe des Be­ reichs 19 erreicht, und der Energiespeicher ist wieder aufgeladen.

Auch bei dieser zweiten Version sind die durch den Energiespeicher erzeugten Drehmomente den Antriebsdrehmo­ menten entgegengerichtet.

Eine weitere Version wäre möglich, auf der Antriebswelle 1 zwei hintereinanderliegende Kurvenscheiben anzuordnen. Deren Kurven wären dann gegensinnig geformt und werden von zwei auf unterschiedlichen Ebenen und winkelversetz­ ten Rollenhebeln abgetastet.

Alle in der Beschreibung erwähnten und in der Zeichnung dargestellten neuen Merkmale sind erfindungswesentlich, auch soweit sie in den Ansprüchen nicht ausdrücklich erwähnt sind.

Claims (11)

1. Schwingantrieb, insbesondere Kurvenscheiben-Schwing­ antrieb eines schwingenden Vorgreifers an Bogenrotations­ druckmaschinen, bei welchem die zyklisch auftretende Ungleichförmigkeit eines Verlaufs von Antriebsdrehmomen­ ten kompensiert ist durch einen Energiespeicher, welcher Drehmomente erzeugt, die den Antriebsdrehmomenten entge­ gengerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ener­ giespeicher (11, 24) an einem angetriebenen Schwingteil (6) angreift, derart, daß der Energiespeicher (11, 24) in den Umkehrpunkten einer Schwingbewegung seine maximale Aufladung besitzt.

2. Kurvenscheiben-Schwingantrieb, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingteil (6) mittels einer Nutkurve (3) angetrieben ist.

3. Kurvenscheiben-Schwingantrieb, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen kraftschlüssigen Abgriff der Kurvenscheibe durch das Schwingteil.

4. Kurvenscheiben-Schwingantrieb, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Schwingteil (6) ein die Kurvenscheibe (2) bzw. Nutkurve (3) abtastender Rollenhe­ bel (5) zugeordnet ist.

5. Kurvenscheiben-Schwingantrieb, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Schwingteil zwei winkelmä­ ßig und in ihren Ebenen versetzt zueinander angeordnete Rollenhebel besitzt, die mit zwei gegensinnig geformten Kurvenscheiben auf der Antriebswelle zusammenwirken, derart, daß ein Abheben des einen Rollenhebels jeweils durch ein Aufliegen des anderen Rollenhebels an der zuge­ hörigen Kurvenscheibe unterbunden ist.

6. Kurvenscheiben-Schwingantrieb, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß an dem Schwingteil (6) in starrer Verbindung ein Hebel (8, 8′) angebracht ist, der mit dem Energiespeicher (11 bzw. 24) zusammenwirkt.

7. Kurvenscheiben-Schwingantrieb, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Hebel (8′) mit dem Energie­ speicher (24) über ein Kurvenstück (17) zusammenwirkt.

8. Kurvenscheiben-Schwingantrieb, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kraftarm des Hebels (8) zur Drehzahlanpassung längenveränderbar ist.

9. Kurvenscheiben-Schwingantrieb, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher eine ein­ stellbare Federvorspannung aufweist.

10. Kurvenscheiben-Schwingantrieb, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (11) eine Blattfeder (12) ist, an der das freie Ende einer Koppel (10) angelenkt ist, welche verstellbar an dem Hebel (8) befestigt ist.

11. Kurvenscheiben-Schwingantrieb, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kurvenstück (17) mit einer Schwinge (22) zusammenwirkt, an welcher der Energiespei­ cher (24) angreift.