DE4310490A1 - Schrittschaltwerk - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schrittschaltwerk mit einer angetriebenen Rotorwelle, einem an der Rotorwelle an­ geordneten Mitnehmerteil mit einem Mitnehmer, einer Schalt­ welle, einem an der Schaltwelle angeordneten Schaltkreuz mit Schaltfingern, mit dem der Mitnehmer in Kontakt tritt und dieses schrittweise weiterbewegt, und einem an der Schalt­ welle angeordneten Schaltteller zur Fixierung von Werk­ stücken u. dgl.

Derartige Schrittschaltwerke werden beispielsweise für Werk­ zeugmaschinen benötigt, um Werkstücke präzise in eine Bear­ beitungsposition zu führen, in dieser Position zu fixieren und aus der Bearbeitungsposition wieder herauszuführen. Die Werkstücke werden dabei in geeigneter Weise am Schaltteller angebracht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schrittschalt­ werk der angegebenen Art zu schaffen, das bei einer ruck­ freien weichen Schaltbewegung mit hoher Schaltleistung be­ sonders klein baut.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Schrittschalt­ werk der angegebenen Art dadurch gelöst, daß das Mitnehmer­ teil einen unteren Trägerabschnitt, in dessen Außenbereich der als Stift ausgebildete Mitnehmer angeordnet ist, und einen oberen Scheibenabschnitt aufweist, der eine Ausnehmung mit gekrümmter Begrenzungsfläche besitzt, auf deren Mittel­ achse der Mitnehmerstift angeordnet ist, daß das Schaltkreuz radiale Ausnehmungen mit jeweils gleicher Breite zum Paßein­ griff für den Mitnehmerstift umfaßt, daß die radial äußersten Punkte der Schaltfinger eine Umlaufbahn durchlau­ fen, die sich durch die Ausnehmung des oberen Scheibenab­ schnitts erstreckt, und daß die Schaltfinger in Umfangs­ richtung des Schaltkreuzes sattelförmig ausgebildet sind, wobei die Sattelkrümmung der Krümmung des Randes des oberen Scheibenabschnittes entspricht.

Während sich bei der erfindungsgemäßen Konstruktion der Mit­ nehmerstift der Rotorwelle in eine der Ausnehmungen des Schaltkreuzes hineinbewegt, tritt der obere Scheibenab­ schnitt der Rotorwelle mit der sattelförmigen Umfangsausneh­ mung des zugehörigen Schaltfingers der Schaltwelle in Ein­ griff. Bei Weiterdrehung der Rotorwelle um 90° erfolgt der entsprechende Schaltvorgang, bei dem sich der Mitnehmerstift in die entsprechende Ausnehmung des Schaltkreuzes hinein- und dann wieder herausbewegt, wodurch das Schaltkreuz ent­ sprechend gedreht wird. Wenn der Mitnehmerstift die Aus­ nehmung verläßt, ist der Schaltvorgang beendet. Bei der nachfolgenden Weiterdrehung der Rotorwelle um 270° gleitet der Umfang des oberen Scheibenabschnitts der Rotorwelle am Rand der sattelförmigen Umfangsausnehmung des Schaltfingers entlang, wodurch das Schaltkreuz in sicherer Weise arretiert wird und keine weitere Bewegung ausführen kann. Während die­ ser Zeitdauer, d. h. bei einer Drehung der Rotorwelle um 2700, kann der eigentliche Bearbeitungsvorgang des auf dem Schaltteller befindlichen Werkstücks durchgeführt werden, wobei das Schrittschaltwerk durch Eingreifen des oberen Scheibenabschnitts in die sattelförmige Ausnehmung für eine besonders sichere Arretierung des Schaltkreuzes sorgt. Nach­ dem 270° von der Rotorwelle durchlaufen worden sind, tritt der Mitnehmerstift in die nächste Ausnehmung des Schaltkreu­ zes ein und führt einen erneuten Drehvorgang des Schaltkreu­ zes während der folgenden Drehung der Rotorwelle um 90° durch.

Aufgrund der im oberen Scheibenabschnitt der Rotorwelle vor­ gesehenen Ausnehmung können sich die Schaltfingerspitzen bei ihrer schrittweise erfolgenden Drehung an der Rotorwelle vorbei bewegen und werden durch den oberen Scheibenabschnitt derselben nicht an einer Drehung gehindert. Hierbei ist die Ausnehmung vorzugsweise so bemessen, daß die Umlaufbahn der radial äußersten Punkte der Schaltfinger nahezu mit der Krümmung der Begrenzungsfläche der Ausnehmung zusammenfällt, wobei allerdings ein Kontakt vermieden werden soll. Hier­ durch gelingt es, Rotorwelle und Schaltwelle besonders nahe beieinander anzuordnen, wodurch sich eine kompakte Bauform ergibt und geringere Momente bei der Kraftübertragung ent­ stehen.

Die im Schaltkreuz vorgesehenen Ausnehmungen, in die der Mitnehmerstift der Rotorwelle eintritt, besitzen jeweils gleiche Breite über ihre Länge, wobei diese Breite an die Breite des Mitnehmerstiftes angepaßt ist, so daß sich ein Paßeingriff ergibt. Da hier kein Spiel vorhanden ist, ergibt sich eine kontinuierlich und weich ablaufende Schaltbewe­ gung. Die Schaltung erfolgt ruckfrei mit weicher Beschleuni­ gung. Die Bewegungsgeschwindigkeit steigt anfangs an, ist im mittleren Bereich der Bewegung am größten und sinkt dann wieder ab. Es treten keine Bewegungsschläge auf, und es er­ gibt sich insgesamt ein kontinuierlicher Bewegungsablauf.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Schrittschaltwerk weist den Vorteil auf, daß der eigentliche Schaltvorgang nur über einen Drehbereich von 90° erfolgt, während der Schaltteller über 270° arretiert ist. Die Schaltbewegung erfolgt konti­ nuierlich und ruckfrei. Rotorwelle und Schaltwelle liegen sehr nahe beieinander, so daß das Schrittschaltwerk geringe Abmessungen aufweist und demzufolge sehr klein baut. Es tre­ ten keine hin- und hergehenden Bewegungen auf, und für die Konstruktion werden wenig Teile benötigt. Das Schrittschalt­ werk ist für Maschinen jeder Art geeignet, die einen Schrittantrieb benötigen, wegen seiner hohen Schaltleistung jedoch speziell für hochlaufende Maschinen.

Zweckmäßigerweise ist der untere Trägerabschnitt des Mit­ nehmerteils ebenfalls als Scheibe ausgebildet. Hierbei be­ steht somit der Mitnehmerteil aus einer unteren und einer oberen Scheibe, wobei die obere Scheibe einen geringeren Durchmesser als die untere Scheibe aufweist. Der Durchmesser der oberen Scheibe ist so bemessen, daß der vorstehend be­ schriebene Eingriff mit den sattelförmigen Vertiefungen am Umfang der Schaltfinger sichergestellt wird. Der Mitnehmer­ stift befindet sich auf der unteren Scheibe in deren äußerem Randbereich und steht von dieser nach oben, etwa bis zum oberen Ende der oberen Scheibe. Vorzugsweise sind beide Scheiben einstückig miteinander ausgebildet, was den Vorteil hat, daß sich keine Relativverschiebungen zwischen beiden Teilen ergeben können, die möglicherweise die Exaktheit der Schaltbewegung beeinflussen könnten. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Rotorwelle mit dem ge­ samten Mitnehmerteil aus einem Stück besteht.

Der Mitnehmerstift trägt zweckmäßigerweise eine an den Be­ grenzungsflächen der radialen Ausnehmungen des Schaltkreuzes abrollende Rolle.

Die radialen Ausnehmungen des Schaltkreuzes erweitern sich an ihren radial äußeren Endabschnitten, um, in Anpassung an die Drehbewegung der Rotorwelle, ein glattes und ruckfreies Eintreten des Mitnehmerstiftes in die Ausnehmungen des Schaltkreuzes zu ermöglichen. Die Erweiterungen werden vor­ zugsweise durch gekrümmte Begrenzungsflächen gebildet.

Das Schaltkreuz ist zweckmäßigerweise austauschbar an der Schaltwelle befestigt. Hierdurch lassen sich, je nach Ein­ satzzweck, unterschiedliche Schaltkreuze an der Schaltwelle montieren, die unterschiedliche Teilungen aufweisen können, jedoch auf die entsprechende Rotorwelle abgestimmt sein müs­ sen. So müssen die unterschiedlichen Schaltkreuze immer eine Krümmung an ihren sattelförmigen Vertiefungen auf­ weisen, die an die Krümmung des oberen Scheibenabschnitts des Mitnehmerteiles angepaßt ist.

Besonders bevorzugt wird ein Schaltkreuz, das vier Aus­ nehmungen besitzt, die unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind. Hiermit lassen sich daher vier Schaltstel­ lungen des Schaltkreuzes und damit des Schalttellers er­ reichen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Schaltkreuz acht Ausnehmungen auf, die unter einem Winkel von 45° zueinander angeordnet sind, so daß sich hier­ mit acht Schaltstellungen erreichen lassen. Eine Umdrehung der Rotorwelle entspricht jeweils einem Schaltvorgang.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Schrittschaltwerk ist zweckmäßigerweise in einem Gehäuse untergebracht, wobei Ro­ torwelle und Schaltwelle im Gehäuse zweckmäßigerweise je durch ein oberes und unteres Wälzlager gelagert sind.

Besonders gute Ergebnisse werden mit einer Ausführungsform erzielt, bei der die Schaltwelle eine obere radiale Erweite­ rung aufweist, an der das Schaltkreuz von unten befestigbar ist. Durch die obere radiale Erweiterung der Welle steht eine relativ große Fläche zur Fixierung des Schaltkreuzes zur Verfügung, wobei dieses insbesondere radial weiter außen befestigt werden kann. Hierdurch entstehen bei der Kraft­ übertragung von der Rotorwelle auf die Schaltwelle geringere Momente. Des weiteren ermöglicht diese Ausführungsform einen raschen und einfachen Austausch des Schaltkreuzes, das von unten her gegen die radiale Erweiterung fixiert wird.

Der Schaltteller ist auf der radialen Erweiterung der Welle fixiert, insbesondere mit dieser verschraubt. Er läßt sich ebenfalls auf diese Weise rasch und einfach austauschen. Hierdurch ist eine exakte Positionierung des Schalttellers möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu­ tert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Schritt­ schaltwerk;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Schrittschaltwerk der Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Mit­ nehmerteiles in Eingriff mit einem Schaltkreuz mit acht Ausnehmungen in der Draufsicht;

Fig. 4 eine entsprechende Darstellung wie Fig. 3, wobei ein Schaltkreuz mit vier Aus­ nehmungen gezeigt ist;

Fig. 5 die Rotorwelle des Schrittschaltwerkes der Fig. 1 und 2 in separater Darstel­ lung in der Seitenansicht;

Fig. 6 die Rotorwelle der Fig. 5 in der Drauf­ sicht;

Fig. 7 die Schaltwelle des Schrittschaltwerkes der Fig. 1 und 2 in separater Darstel­ lung in der Seitenansicht;

Fig. 8 die Schaltwelle der Fig. 7 in der Drauf­ sicht und

Fig. 9 verschiedene Schaltstellungen der Vorrich­ tung.

Wie man Fig. 1 entnehmen kann, ist das dargestellte Schrittschaltwerk in einem Gehäuse 1 untergebracht, das mit einem Deckel 2 versehen ist. Das Schrittschaltwerk umfaßt eine Rotorwelle 3, die über einen geeigneten Antrieb (nicht gezeigt) permanent angetrieben wird und sich um ihre eigene Achse dreht. Die Rotorwelle 3 ist über ein unteres und oberes Kugellager 8, 9 im Gehäuse bzw. Gehäusedeckel drehbar gelagert. Auf die Welle ist ein einstückiges Mitnehmerteil 4 gekeilt, das scheibenförmig ausgebildet ist und einen unte­ ren Scheibenabschnitt 5 sowie einen oberen Scheibenabschnitt 6 umfaßt. Der obere Scheibenabschnitt 6 besitzt einen gerin­ geren Durchmesser als der untere Scheibenabschnitt 5.

Die Fig. 5 und 6 zeigen den genauen Aufbau der Rotorwelle 3. Im äußeren Randbereich des unteren Scheibenabschnitts 5 des Mitnehmerteiles 4 ist ein Mitnehmerstift 7 angeordnet, der von diesem Scheibenabschnitt nach oben vorsteht. Der Mitnehmerstift 7 trägt eine Mitnehmerrolle. Der obere Schei­ benabschnitt 6 mit kleinerem Durchmesser weist eine Aus­ nehmung 17 auf, die eine kreisförmig gekrümmte Begrenzungs­ fläche besitzt. Auf der Mittelachse dieser Ausnehmung ist der Mitnehmerstift 7 angeordnet.

Wie wiederum aus Fig. 1 zu entnehmen ist, wirkt die Rotor­ welle 3 mit einer neben dieser im Gehäuse 1 angeordneten Schaltwelle 10 zusammen, die ebenfalls über ein unteres Ku­ gellager 16 und ein oberes Kugellager 14 drehbar im Gehäuse gelagert ist. Die Schaltwelle 10 weist einen einstückig da­ mit ausgebildeten erweiterten oberen Teil 13 auf, der sich durch den Gehäusedeckel 2 erstreckt. Auf diesen erweiterten Teil 13 ist ein geeigneter Schaltteller 15 schraubbar.

Den genauen Aufbau der Schaltwelle 10 zeigen die Fig. 7 und 8. Auf die Schaltwelle 10 ist von unten ein Schaltkreuz 12 geschoben, das von dem Mitnehmerstift 7 der Rotorwelle 3 schrittweise gedreht wird. Genaue Einzelheiten in bezug auf das Schaltkreuz 12 werden nachfolgend wiedergegeben. Das Schaltkreuz 12 ist am erweiterten Teil 13 der Schaltwelle fixiert und liegt mit seiner Unterseite an einer Distanz­ buchse 11 an, die über dem Kugellager 16 angeordnet ist und sich um die Schaltwelle 10 erstreckt.

Den genauen Aufbau des Schaltkreuzes 12 zeigt Fig. 8. Das Schaltkreuz 12 besitzt vier radiale Ausnehmungen 18, die über ihre Länge gleiche Breite besitzen. Zwischen diesen Ausnehmungen befinden sich vier Schaltfinger 19, die an ihrem Umfang je eine sattelförmige Vertiefung 20 aufweisen.

Im zusammengebauten Zustand des Schrittschaltwerkes treten diese sattelförmigen Vertiefungen 20 mit dem Umfang des obe­ ren Scheibenabschnitts 6 der Rotorwelle 3 in Eingriff. Die Ausnehmung 17 des oberen Scheibenteiles 6 ist so tief ausge­ bildet, daß die Spitzen der Schaltfinger bei ihrer Drehbewe­ gung ungehindert durch den oberen Scheibenabschnitt 6 die Ausnehmung 17 passieren können. Dabei ist die Krümmung der Umlaufbahn der Schaltfinger an die Krümmung der Begrenzungs­ wand der Ausnehmung 17 angepaßt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei unterschiedliche Arten von Schaltkreuzen 12, wobei das in Fig. 4 gezeigte Schaltkreuz dem der Fig. 8 entspricht, während das in Fig. 3 gezeigte Schaltkreuz acht Ausnehmungen 18 aufweist. Man erkennt, daß bei diesem Schaltkreuz der obere Scheibenabschnitt 6 des Mitnehmerteiles 4 der Rotorwelle einen geringeren Durchmes­ ser aufweist als der entsprechende Scheibenabschnitt, der mit dem mit vier Ausnehmungen versehenen Schaltkreuz in Ein­ griff tritt. Auch die entsprechenden Schaltfinger 20 sind kleiner ausgebildet als die Schaltfinger der Ausführungsform mit vier Ausnehmungen, wobei allerdings die Grundform erhal­ ten bleibt. Die Krümmung der sattelförmigen Vertiefungen der Ausführungsform mit acht Ausnehmungen ist entsprechend an die stärkere Krümmung des oberen Scheibenabschnitts 6 der zugehörigen Rotorwelle angepaßt.

In beiden Fällen erfolgt eine etwa sinoidenförmige Bewegung.

Die Fig. 9a-9h zeigen Rotorwelle und Schaltwelle in un­ terschiedlichen Drehstellungen, wobei das Schaltkreuz der Fig. 4 mit vier Ausnehmungen dargestellt ist. Die Fig. 9e und 9f zeigen die Position, in der sich der Mitnehmer­ stift 7 am tiefsten Punkt der zugehörigen Ausnehmung 18 be­ findet. Man erkennt, daß der Boden der Ausnehmung in Anpas­ sung an die Krümmung der Rolle des Mitnehmerstiftes gekrümmt ausgebildet ist. Im Eintrittsbereich erweitern sich die Aus­ nehmungen bogenförmig nach außen.

Claims (10)

1. Schrittschaltwerk mit einer angetriebenen Rotorwelle, einem an der Rotorwelle angeordneten Mitnehmerteil mit einem Mitnehmer, einer Schaltwelle, einem an der Schaltwelle angeordneten Schaltkreuz mit Schaltfingern, mit dem der Mitnehmer in Kontakt tritt und dieses schrittweise weiterbewegt, und einem an der Schaltwelle angeordneten Schaltteller zur Fixierung von Werkstücken u. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß das Mitnehmerteil (4) einen unteren Trägerabschnitt (5), in dessen Außen­ bereich der als Stift (7) ausgebildete Mitnehmer ange­ ordnet ist, und einen oberen Scheibenabschnitt (6) auf­ weist, der eine Ausnehmung (17) mit gekrümmter Begren­ zungsfläche besitzt, auf deren Mittelachse der Mit­ nehmerstift (7) angeordnet ist, daß das Schaltkreuz (12) radiale Ausnehmungen (18) mit jeweils gleicher Breite zum Paßeingriff für den Mitnehmerstift (7) um­ faßt, daß die radial äußersten Punkte der Schaltfinger (19) eine Umlaufbahn durchlaufen, die sich durch die Ausnehmung (17) des oberen Scheibenabschnitts (6) er­ streckt, und daß die Schaltfinger (19) in Umfangs­ richtung des Schaltkreuzes (12) sattelförmig ausgebil­ det sind, wobei die Sattelkrümmung der Krümmung des Randes des oberen Scheibenabschnitts (6) entspricht.

2. Schrittschaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die radial äußersten Punkte der Schalt­ finger (19) eine Umlaufbahn durchlaufen, deren Krümmung etwa mit der Krümmung der Begrenzungsfläche der Aus­ nehmung (17) des oberen Scheibenabschnitts (6) deckungsgleich ist.

3. Schrittschaltwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der untere Trägerabschnitt (5) des Mitnehmerteils (4) als Scheibe ausgebildet ist.

4. Schrittschaltwerk nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmerstift (7) eine an den Begrenzungsflächen der radialen Aus­ nehmungen (18) des Schaltkreuzes (12) abrollende Rolle trägt.

5. Schrittschaltwerk nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die radialen Ausnehmungen (18) des Schaltkreuzes (12) an ihren ra­ dial äußeren Endabschnitten erweitern.

6. Schrittschaltwerk nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltkreuz (12) vier Ausnehmungen (18) besitzt, die unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.

7. Schrittschaltwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Schaltkreuz acht Aus­ nehmungen aufweist, die unter einem Winkel von 45° zu­ einander angeordnet sind.

8. Schrittschaltwerk nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Gehäuse (1) aufweist.

9. Schrittschaltwerk nach einem der vorangehenden. An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Rotorwelle (3) und Schaltwelle (10) im Gehäuse jeweils durch ein oberes und unteres Wälzlager (9, 8; 14, 16) gelagert sind.

10. Schrittschaltwerk nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwelle (10) eine obere radiale Erweiterung (13) aufweist, an der das Schaltkreuz (12) von unten befestigbar ist.