DE4308046C1

DE4308046C1 - Exzentergetriebe

Info

Publication number: DE4308046C1
Application number: DE19934308046
Authority: DE
Inventors: Klaus Duerkopp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-13
Filing date: 1993-03-13
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2013-03-14

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Exzentergetriebe zur Umwandlung einer gleichförmigen Drehbewegung in eine periodische Schwenk- und Zugbewegung.

Für solche Anwendungen werden meistens vielgliedrige, stufenweise verstellbare Getriebe verwendet, die sich nur schwer an verschiedene Aufgabenstellungen anpassen lassen.

In der DE-OS 25 53 336 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen von Schwenk- bzw. Pendelbewegungen beschrieben, bei der zwei über eine Kurbelwelle angetriebene, rotierende Exzenter durch flexible, unter Vorspannung gehaltene Zugmittel mit einer Abtriebswelle verbunden sind.

Eine Einstellung der Amplitude des Schwenkbereiches ist bei dieser Konstruktion nicht möglich.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Exzentergetriebe zu schaffen, das eine Einstellung der Amplitude der erzeugten Schwenk- und Zugbewegung ermöglicht und in zuverlässiger Weise einfach und kostengünstig aus wenigen Komponenten aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die sich daran anschließenden Unteransprüche enthalten Gestaltungsmerkmale, welche vorteilhafte und förderliche Weiterentwicklungen der Erfindung darstellen.

Das erfindungsgemäße Exzentergetriebe besteht aus einer Antriebsscheibe mit daran drehbar gelagertem Exzenter, einer Abtriebsscheibe und einem flexiblen Zugmittel, das den Exzenter und die Abtriebsscheibe teilweise kraft- und/oder formschlüssig umschlingt. Darüberhinaus weist das Exzentergetriebe ein Rückstell- und ein Einstellorgan auf, welche zwischen sich das Zugmittel unter Vorspannung halten. Durch diese Konstruktion wird eine gleichförmige Drehbewegung der Antriebsscheibe über den Exzenter und das Zugmittel in eine periodische Zugbewegung mit einstellbarer Amplitude umgewandelt und auf die Abtriebsscheibe übertragen, welche dabei periodisch um einen maximalen Schaltwinkel vor- und zurückgeschwenkt wird. Mit dem Einstellorgan kann die Amplitude der periodischen Zugbewegung und des Schaltwinkels auch im Betrieb stufenlos eingestellt werden. Dazu ist das Zugmittel mit seinem einen Ende in einer längs einer Einstellbahn verschiebbaren Zugmittelaufnahme des Einstellorganes gehalten. Da bei dieser Art der Übersetzung nur ein Zugmittel ausgelenkt wird, ist das Problem der Massenunwucht im Vergleich zu anderen Exzentergetrieben nur sehr gering.

Anwendungsbereiche sind Maschinen der verschiedensten Art mit periodischen Stellbewegungen, z. B. in automatisierten Fertigungsprozessen. Weitere Anwendungsbereiche für dieses Exzentergetriebe sind z. B. Schüttelsiebe, Rüttler usw. Besonders gut geeignet ist dieses Exzentergetriebe für Prüfstände zur Untersuchung des Schaltverhaltens von Freilaufkupplungen; wird ein Freilauf mit der Abtriebsscheibe verbunden, so schaltet und entspannt sich die Kupplung periodisch. Dieses Exzentergetriebe ist aus wenigen Bauteilen mit dauerhaft sicherer Funktion und optimaler Einstellung auf verschiedene Anwendungsgebiete ausgeführt.

Auf den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, welches nachfolgend näher erläutert wird. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des Exzentergetriebes,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Exzentergetriebes mit den relevanten geometrischen Bezugsgrößen,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Antriebsscheibe mit Exzenter und Zugmittel mit zwei unterschiedlichen Einstellbahnen für die Einstellvorrichtung,

Fig. 4 bis 6 jeweils ein Kurvendiagramm, in dem der Schaltwinkel, die Schaltwinkel-Geschwindigkeit und die Schaltwinkel-Beschleunigung in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Antriebsscheibe dargestellt ist.

Das Exzentergetriebe weist eine Antriebsscheibe (7) mit daran an einem Kurbelzapfen (9) festgelegten Exzenter (6), eine Abtriebsscheibe (1) und ein flexibles Zugmittel (2), welches den Exzenter (6) und die Abtriebsscheibe (1) teilweise kraft- und/oder formschlüssig umschlingt, auf. Weiterhin sind eine Rückstell- (3) und eine Einstellvorrichtung (5) vorhanden, welche zwischen sich das Zugmittel (2) mit den Enden (A, C) unter Vorspannung halten. Durch diese Anordnung wird eine gleichförmige Drehbewegung der Antriebsscheibe (7) über den Exzenter (6) und das Zugmittel (2) in eine periodische Zugbewegung mit stufenlos einstellbarer Amplitude umgewandelt und auf die Abtriebsscheibe (1) übertragen, welche dann periodisch um einen maximalen Schaltwinkel (a) geschwenkt wird (vor und zurück).

Die für die Funktion des Exzentergetriebes relevanten geometrischen Größen sind in Fig. 2 dargestellt. Dabei bezeichnet:

(R) den Radius der Abtriebsscheibe (1),
(L) den Abstand zwischen dem Drehpunkt der Antriebsscheibe (7) und dem Drehpunkt der Abtriebsscheibe (1),
(K) den Abstand zwischen dem Dreh-/Mittelpunkt des Ex zenters (6) und dem Drehpunkt der Antriebsscheibe (7),
(W) den Radius des Exzenters (6),
(H) den Abstand zwischen dem Punkt (C) - Verbindungspunkt zwischen Zugmittel (2) und Einstellvorrichtung (5) - und einer fiktiven, vertikalen Achse durch den Drehpunkt der Antriebsscheibe (7)
(α) den Winkel, der von einer fiktiven, horizontalen Achse durch den Drehpunkt der Antriebsscheibe (7) und einer fiktiven Verbindungsgeraden vom Drehpunkt der Antriebsscheibe (7) zum Punkt (C) eingeschlossen ist,
(Φ) den Drehwinkel der Antriebsscheibe (7),
(δ) den Schaltwinkel, um den die Abtriebsscheibe periodisch vor- und zurückgeschwenkt wird.

Das Zugmittel (2) ist mit seinem einen Ende (C) in einer Zugmittelaufnahme (4) der Einstellvorrichtung (5) zum stufenlosen Einstellen der Amplitude der periodischen Zugbewegung und des maximalen Schaltwinkels (δ) angelenkt, wobei die Zugmittelaufnahme (4) mittels einer Spindel (14) mit Handkurbel (13) entlang einer durch die Einstellvorrichtung (5) gegebenen Einstellbahn (10, 11) verschoben wird.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Einstellbahn (10) wird die Zugmittelaufnahme (4) entlang einer von unten nach oben verlaufenden linearen Bahn verschoben, wobei in der unteren Stellung der Zugmittelaufnahme (4) die Amplitude der periodischen Zugspannung am größten ist. Dabei wird jedoch bei Änderung der Lage der Zugmittelaufnahme (4) die Vorspannung des Zugmittels (2) durch die Rückstellvorrichtung (3) geändert.

Mit einer entsprechend gekrümmten Einstellbahn (11) - ebenfalls in Fig. 3 gezeigt - ist es zu erreichen, daß die Vorspannung des Zugmittels (2) unabhängig von der Lage der Zugmittelaufnahme (4) immer konstant ist.

Für besondere Anforderungen ist auch eine speziell gekrümmte Einstellbahn (11) möglich, die bei Änderung der Lage der Zugmittelaufnahme (4) während der Amplitudeneinstellung die Mittellage der periodischen Zugbewegung nicht ändert. Die lineare Einstellbahn (10) stellt in gewissen Grenzen eine Annäherung an die gekrümmte Einstellbahn (11) dar und ist konstruktiv leichter zu realisieren.

Die Rückstellvorrichtung (3) kann von einer Feder (Zug-, Druck- oder Torsionsfeder) gebildet werden, die im Punkt (A) mit dem Zugmittel (2) verbunden ist. Alternativ dazu kann ein an dem Zugmittel (2) hängendes Gewicht (nicht dargestellt) die Rückstellvorrichtung (3) bilden.

Aus konstruktiven Gründen kann zwischen der Abtriebsscheibe (1) und der Rückstellvorrichtung (3) eine Umlenkrolle (8) angeordnet sein. Die an der Rückstellvorrichtung (3) erzeugte lineare, periodische Stellbewegung ist für die verschiedensten Zwecke abgreifbar und übertragbar.

Um eine grobe Vorauswahl für den Amplitudenbereich der periodischen Zugbewegung und des maximalen Schaltwinkels (δ) vornehmen zu können, weist die Antriebsscheibe (7) in verschiedenen Abständen (K) zu ihrer Drehachse zwei oder mehrere Einstecköffnungen (nicht dargestellt) für den Kurbelzapfen (9) des Exzenters (6) auf. Damit ist über die Wahl der Einstecköffnung die Exzentrizität bestimmt. Zusätzlich zu dieser Vorauswahl für den Amplitudenbereich der periodischen Zugbewegung und des maximalen Schaltwinkels (δ) ist die Einstellvorrichtung (5) auf einer Bodenplatte (12) des Exzentergetriebes in Längsrichtung des Zugmittels (2) stufenlos oder stufenweise verschiebbar und festlegbar.

Das Zugmittel (2) kann von einem Zahnriemen oder eine Kette gebildet sein, wobei die Abtriebsscheibe (1) auf ihrer Mantelfläche für den Formschluß entsprechend ausgebildet ist. In diesem Fall ist der vom Zugmittel umschlungene Exzenter (6) an der Antriebsscheibe (7) drehbar gelagert. Alternativ dazu kann das Zugmittel (2) von einem Keilriemen oder einem Seil gebildet sein, wobei die Abtriebsscheibe (1) auf ihrer Mantelfläche für den Kraftschluß eine entsprechende Nut aufweist. Dabei kann der Exzenter (6) an der Antriebsscheibe (7) drehbar oder verdrehfest angeordnet sein.

Wenn die oben erwähnten geometrischen Größen und die Kreisfrequenz, mit der die Antriebsscheibe (7) rotiert, gegeben sind, dann ist der Bewegungsablauf des Exzentergetriebes mathematisch eindeutig bestimmt und berechenbar.

In den Fig. 4 bis 6 sind für ein konkretes Beispiel der Schaltwinkel (δ), die Schaltwinkel-Geschwindigkeit und die Schaltwinkel-Beschleunigung in Abhängigkeit vom Drehwinkel (o) dargestellt. Diesen Diagrammen liegen numerische Computerberechnungen zugrunde. Die berechneten Ergebnisse sind durch Messungen bestätigt. Dabei wurden für die oben bereits erwähnten geometrischen Größen folgende Werte gewählt:
R = 21 cm
L = 56 cm
w = 5 cm
K = 8 cm
H = 0,28 cm
α = 98°
Die Kreisfrequenz, mit der die Antriebsscheibe (7) rotiert, beträgt hier 10 Hz. Für dieses Beispiel ergibt sich ein maximaler Schaltwinkel (δ) von 61,8°.

Claims

1. Exzentergetriebe, mit

- einem angetriebenen, um eine Achse rotierenden Exzenter (6),
- einem flexiblen, den Exzenter (6) und eine Abtriebsscheibe (1), teilweise kraft- und/oder formschlüssig umschlingenden Zugmittel (2) und
- mit einem das Zugmittel (2) unter Vorspannung haltenden Spannmittel, wobei bei gleichförmiger Drehbewegung des Exzenters (6) das Zugmittel (2) eine periodische Zugbewegung erhält und dadurch die Abtriebsscheibe (1) um einen maximalen Schaltwinkel (δ) vor- und zurückgeschwenkt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß
das Zugmittel (2) mit seinem einen Ende (C) in einer auf einer Einstellbahn (10, 11) verschiebbaren Zugmittelaufnahme (4) einer Einstellvorrichtung (5) zum stufenlosen Einstellen der Amplitude der periodischen Zugbewegung und des maximalen Schaltwinkels (δ) angelenkt ist und mit seinem anderen Ende (A) an einer Rückstellvorrichtung (3) unter Spannung gehalten ist.

2. Exzentergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugmittelaufnahme (4) mittels einer Spindel (14) mit Handkurbel (13) entlang der durch die Einstellvorrichtung (5) gegebenen Einstellbahn (10, 11) verschoben wird.

3. Exzentergetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugmittelaufnahme (4) auf einer von unten nach oben verlaufenden linearen Einstellbahn (10) der Einstellvorrichtung (5) verschiebbar ist, wobei in der unteren Stellung der Zugmittelaufnahme (4) die Amplitude der periodischen Zugbewegung am größten ist.

4. Exzentergetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugmittelaufnahme (4) auf einer gekrümmten Einstellbahn (11) der Einstellvorrichtung (5) verschiebbar ist.

5. Exzentergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellvorrichtung (3) von einer Zugfeder gebildet ist.

6. Exzentergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellvorrichtung (3) von einer Druckfeder gebildet ist.

7. Exzentergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellvorrichtung (3) von einer Torsionsfeder gebildet ist.

8. Exzentergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellvorrichtung (3) von einem an dem Zugmittel (4) hängenden Gewicht gebildet ist.

9. Exzentergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abtriebsscheibe (1) und der Rückstellvorrichtung (3) eine Umlenkrolle (8) angeordnet ist.

10. Exzentergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe (7) in verschiedenen Abständen (K) zu ihrer Drehachse zwei oder mehrere Einstecköffnungen zur Aufnahme des Kurbelzapfens (9) des Exzenters (6) aufweist.

11. Exzentergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (5) auf einer Bodenplatte (12) des Exzentergetriebes in Längsrichtung des Zugmittels (2) stufenlos oder stufenweise verschiebbar und festlegbar ist.

12. Exzentergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugmittel (2) von einem Zahnriemen oder einer Kette gebildet ist, wobei die Abtriebsscheibe (1) auf ihrer Mantelfläche für den Formschluß entsprechend ausgebildet ist.

13. Exzentergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugmittel (2) von einem Keilriemen oder Seil gebildet ist, wobei die Abtriebsscheibe (1) auf ihrer Mantelfläche für den Kraftschluß eine entsprechende Nut aufweist.

14. Exzentergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (6) an der Antriebsscheibe (7) drehbar gelagert ist.

15. Exzentergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (6) an der Antriebsscheibe (7) verdrehfest angeordnet ist.