DE4244514C2 - Getriebe zum Umformen einer Rotationsbewegung in eine Hubbewegung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe zum Umformen einer Rotationsbewegung in eine Hubbewegung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Gattungsgemäße Getriebe zum Umformen einer Rotationsbewegung in eine Hubbewegung sind schon seit langem bekannt. So ist aus DE 23 46 836 A1 eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Drehbewegung einer Hohlwelle in eine Hubbewegung von Stößein einer Axialkolbenpumpe umgewandelt wird. Diese Vorrichtung ist relativ kompliziert aufgebaut und außerdem treten hohe Reibungskräfte bei der Umwandlung von Rotationsenergie in Hubenergie auf.

Darüber hinaus ist aus GB 225 518 ein Getriebe bekannt, das die Rotationsbewegung einer von einem elektrischen Motor angetriebenen Welle in eine Rotationsbewegung einer zweiten Welle überträgt. Die zweite Welle ist senkrecht zur erstge­ nannten Welle angeordnet. Von einem Umformen der Rotations­ bewegung der erstgenannten Welle in eine Hubbewegung wird in dieser Druckschrift nicht gesprochen.

Die US 2 639 631 beschreibt ebenfalls ein Kraftübertragungs­ system, bei dem die Rotationsbewegung einer Antriebswelle in eine Rotationsbewegung einer Ausgangswelle übertragen wird. Hierfür dient eine besonders ausgestaltete Kreiselanordnung, welche sich durch eine günstige Drehmomentverteilung aus­ zeichnet und hierfür ineinandergreifende Zahnräder aufweist. Von einer Umformung einer Rotationsbewegung einer Antriebs­ welle in eine Hubbewegung ist in diesem Dokument nicht die Rede.

Aus US RE. 23371 ist ein Taumelantrieb bekannt, der weder einen Schwenkrahmen noch einen Außenrahmen erkennen läßt.

Die Druckschrift US 1 495 911 beschreibt dagegen lediglich einen einfachen Kreisel, der zum Zwecke einer guten Handhab­ barkeit eine eigens hierfür verbesserte Haltevorrichtung in Form von Haltegriffen aufweist. Das Problem, eine erste Bewegung in eine zweite Bewegung und insbesondere eine Rotationsbewegung in eine Hubbewegung umzusetzen, ist auch hier nicht angesprochen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Getriebe zum Umformen einer Rotationsbewegung in eine Hubbewegung zu schaffen, das einfach herzustellen ist und das nur minimale Reibungsver­ luste aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Getriebes ermöglicht über den Abgriff einer Präzessionsbewegung eine einfache Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Hubbewegung. Insbesondere werden die hierbei auftretenden Reibungsver­ luste erheblich verringert.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs­ gegenstandes dargestellt, das nachstehend im einzelnen erläutert ist. Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Getriebes,

Fig. 1a einen Querschnitt entsprechend Fig. 1 in verkleinerter und gekippter Darstellung, wobei die Antriebswelle gegenüber der Darstellung in Fig. 1 um 90° gedreht ist,

Fig. 2 einen Schnitt des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß Fig. 1 längs der Linie D2,

Fig. 3 bis 6 Schnittdarstellungen des erfindungsgemäßen Getriebes in vier verschiedenen Positionen, die sich jeweils um 90° unterscheiden und

Fig. 3a perspektivische Skizze mit einer Stellung der Antriebswelle gemäß Darstellung Fig. 3.

Das Getriebe zum Umformen einer Rotationsbewegung in eine Hubbewegung weist eine Antriebswelle 1 (Fig. 1) auf, die in zwei gegenüberliegenden Kugellagern 11 eines Schwenkrahmens 13 um die Achse D1 drehbar gelagert ist. Die radiale Fixie­ rung der Antriebswelle 1 erfolgt durch zwei mit Schrauben 3 gesicherte Überwurfringe 4. An den äußeren Enden der An­ triebswelle 1 sind je zwei Überwurfringe 5 axial verschieb­ bar angebracht (Fig. 1a). Die Sicherung der Überwurfringe 5 erfolgt mit Hilfe von je einer Madenschraube 8. An jeder der beiden Überwurfringe 5 ist jeweils eine Stahlkugel 2a, b radial zur Achse D1 der Antriebswelle 1 versetzt angebracht. Die Verbindung ist durch je eine Gewindestange 32 herge­ stellt, die den Überwurfring 5 radial durchsetzt und radial in die Stahlkugeln 2a bzw. 2b eingreift. Die Stahlkugeln 2a, b sind durch je eine Kontermutter 44 gesichert. Die beiden Stahlkugeln 2a, b sind in einer Ebene, die die Achse D1 beinhaltet, punktsymmetrisch zum Mittelpunkt 30 der Achse D1 angeordnet.

Der Schwenkrahmen 13 ist auf der Vorderseite und auf der Rückseite offen (Fig. 2). Durch die vordere Öffnung 18 ist ein im Querschnitt halbrunder Zahnriemen 20 geführt, der ein auf der Antriebswelle 1 sitzendes Zahnriemenrad 42 umfaßt. Der Zahnriemen 20 ist über das Zahnriemenrad 40 von einem Motor 41 angetrieben. Er treibt über das Zahnriemenrad 42 die Antriebswelle 1 an. Zwischen dem Zahnriemen 20 und der Innenwand des Schwenkrahmens 13 befinden sich jeweils zwei Unterlagsscheiben 34 (Fig. 1a). An der Ober- bzw. Unterseite des Schwenkrahmens 13 ist je ein Lagerzapfen 24a, b ange­ bracht. Diese beiden Laperzapfen 24a, b sind in je zwei Kugellagern 26, die in die Ober- bzw. Unterseite eines Außenrahmens 22 eingelassen sind, drehbar um die Drehachse D2 gelagert. Die Drehachse D1 der Antriebswelle 1 und die Drehachse D2 des Schwenkrahmens 13 stehen senkrecht aufein­ ander. In der Vorderseite des Außenrahmens 22 befindet sich eine Öffnung 25, durch die der Zahnriemen 20 geführt wird. Auf der Rückseite des Außenrahmens 22 ist ein Lagerzapfen 24c vorgesehen. Dieser Lagerzapfen ist in einem Kugellager 126 drehbar gelagert. Das Kugellager 126 ist im Lagerbock 43 gehalten. Der Lagerbock 43 und der Motor 41 sind raumfest fixiert. An der der Öffnung 25 gegenüberliegenden Seite des Außenrahmens 22 ist ein zu der Achse D3 radial verlaufender Schwenkarm 28 angebracht.

Die Drehachse D3 des Außenrahmens 22 steht senkrecht auf der Drehachse D2 des Schwenkrahmens 13. Außerdem steht die Drehachse D2 des Schwenkrahmens 13 senkrecht auf der Dreh­ achse D1 der Antriebswelle 1. Alle drei Drehachsen D1, D2 und D3 schneiden sich in einem Mittelpunkt 30, der in etwa den Schwerpunkt des Systems bildet.

Fig. 3a zeigt eine perspektivische Anordnung des Getriebes in einer skizzenhaften Darstellung.

Um die rotierende Antriebswelle 1 in ihrer Position festzu­ legen, ist ein raumfestes Spitzenlager 36 vorgesehen, dessen Lagerspitzen in eine entsprechende Lagerbohrung auf der Außenseite der Kugel mit geringer Reibung eingreift. Die Achse des Spitzenlagers 36 und die zugehörige Bohrung liegen auf der raumfesten Drehachse D′, die sich bei Rotation der Antriebswelle 1, aufgrund der Präzessionsbewegung der Dreh­ achse D1, einstellt.

Am Schwenkarm 28 ist ein Gelenkarm 50 beweglich angebracht, der mit einem Schlitten 51 einer Schlittenführung 52 verbun­ den ist.

Das Spitzenlager 36 ist der Übersicht halber nur in der Fig. 3a dargestellt.

Im folgenden ist die Funktionsweise des Getriebes zum Umfor­ men einer Rotationsbewegung in eine Hubbewegung näher erläu­ tert.

Die Antriebswelle 1 wird über den Zahnriemen 20 in Drehbe­ wegung versetzt. Die Anordnung der Stahlkugeln 2a, b be­ dingt, daß die Drehachse D1 keine Hauptträgheitsachse ist. Das eingreifende Drehmoment weist jedoch immer in Richtung der Achse D1. Als Folge davon ergibt sich eine kreisende Präzessionsbewegung der Drehachse D1 um eine raumfeste Drehachse D′, die wegen der kardanischen Aufhängung der Drehachse D1 eine oszillatorische Bewegung um die Achsen D2 und D3 zur Folge hat. Die oszillatorische Bewegung des Außenrahmens 22 um die Achse D3 läßt sich über den Schwenk­ arm 28 abgreifen und für einen oszillatorischen linearen Antrieb verwenden. Die Rotationsbewegung um die Achse D1 wird damit in eine lineare Hubbewegung umgewandelt.

Zur Einstellung eines bestimmten Hubes gibt es verschiedene Möglichkeiten:

• 1. Axiale Verschiebung der Stahlkugeln 2a, b
• 2. Vergrößern oder Verkleinern der Gewichte der Stahlkugeln 2a, b bei gleicher Position,
• 3. Verändern des Arbeitsabnahmepunktes am Schwenkarm 28 des Getriebes.

Für unterschiedliche Drehzahlen sind verschiedene Einstel­ lungen notwendig.

Der Bewegungsablauf des Getriebes ist anhand von vier in den Fig. 3 bis 6 dargestellten Positionen veranschaulicht.

Die Darstellung in Fig. 3 entspricht der perspektivischen Darstellung in Fig. 3a zum Zeitpunkt t = 0.

Fig. 4 entspricht dem Zeitpunkt t = π/2. Zu diesem Zeitpunkt hat sich die Antriebswelle 1 um 90° gedreht und der Außenrahmen 22 ist gegenüber der Vertikalen leicht geneigt.

Fig. 5 entspricht dem Zeitpunkt t = π. Der Außenrahmen 22 ist wieder in seiner vertikalen Position und die Antriebs­ welle 1 ist um 180° gedreht.

Fig. 6 entspricht dem Zeitpunkt t = 3/2 π. Der Außenrahmen 22 ist wieder geneigt und die Antriebswelle 1 ist um 270° gedreht.

Fig. 3 entspricht dem Zeitpunkt t = 2 π und damit dem Ausgangszustand t = 0.

Claims (5)

1. Getriebe zum Umformen einer Rotationsbewegung in eine Hubbewegung mit einer auf einer ersten Achse (D1) lie­ genden Antriebswelle (1), gekennzeichnet durch,
einen Schwenkrahmen (13), der um eine zweite Achse (D2) drehbar gelagert ist, wobei beidseitig Öffnungen vorge­ sehen sind, in denen die Antriebswelle (D1), an deren Enden Gewichte (2a, 2b) angeordnet sind, die eine krei­ sende Bewegung der Antriebswelle (1) um eine Hauptträg­ heitsachse (D′) erzeugen, drehbar gelagert ist,
einen außerhalb des Schwenkrahmens (13) liegenden Außen­ rahmen (22), der um eine raumfest im Getriebe liegende dritte Achse (D3) drehbar gelagert ist, und
einen an den Außenrahmen (22) gekoppelten Gelenkarm (50) zum Abgreifen der Hubbewegung.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichte (2a, b) zwei Stahlkugeln sind.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gewichte (2a, b) punktsymmetrisch zum Mittelpunkt (30) angebracht sind.

4. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Antriebsmechanismus für die Antriebswelle (1) einen Motor (41) aufweist, der über einen vorzugsweise im Querschnitt halbrunden Zahn­ riemen (20) ein auf der Antriebswelle (1) sitzendes Zahnriemenrad (42) antreibt.

5. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß in der sich bei Rotation des Antriebsstabes (1) einstellenden raumfesten Drehachse (D′) ein ortsfestes Spitzenlager (36) vorgesehen ist, das in eine auf der Außenseite des Gewichts, vorzugswei­ se der Kugel (2a), befindliche Lagerbohrung eingreift.