DE4446619A1 - Umlaufgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Umlaufgetriebe zur Umwandlung einer Rotations- in eine Linearbewegung.

Gattungsgemäße Umlaufgetriebe sind in vielen Bereichen der Technik im Ein­ satz. Die lineare Bewegung wird in vielen Industriebereichen zu Ar­ beitszwecken genutzt. Ein wichtiger Anwendungsbereich ergibt sich bei­ spielsweise in der Papier- und Zellstoff-Industrie, wo die mechanischen Hub­ bewegungen vielfach dazu genutzt werden, um von einer Materialrolle abge­ trennte Zuschnitte zu sammeln, zu zählen und zu portionieren oder einer Wei­ terverarbeitung zuzuführen. Die üblicherweise im Rotationsprinzip arbeitenden materialbearbeitenden Maschinen fördern beispielsweise kontinuierliche Zu­ schnitte, welche aus dem Bewegungszustand in eine Stillstandsposition ge­ bracht werden müssen, beispielsweise zwecks Zählung oder Sammlung abge­ legt werden müssen. Die üblicherweise in flachliegenden Bandsystemen trans­ portierten Zuschnitte werden mit synchronisierten Hubbewegungen mittels Stößeln aus den Bändern auf Senktische ausgestoßen. Üblicherweise werden wenigstens zwei hintereinander angeordnete Stößel benutzt, welche ab­ wechselnd einen Stapel einer vorgegebenen Anzahl von Zuschnitten zusam­ men stellen und dann in eine nicht mehr ausstoßende Parkposition zurückge­ zogen werden, damit der Stapel entsprechend weiterverarbeitet werden kann.

In diesem beschriebenen Anwendungsbereich ist es erforderlich, daß die üb­ licherweise mittels Kurbelgetrieben angetriebenen Stößel hinsichtlich der Ar­ beitshöhe schnell umschaltbar sind. Üblicherweise wird dies durch Vorrich­ tungen erzielt, die die Länge der Pleuel- bzw. Kurbelstange variieren. Bei­ spielsweise werden dazu in der Pleuelstange angeordnete Pneumatikzylinder eingesetzt. Auch werden bei Kurvensteuerungen Druckfederanordnungen, Hubrahmen mit Gegenkurven und dergleichen verwendet.

Neben dem Bedarf an einer einfachen Umschaltung zwischen unterschied­ lichen Stößelhöhen besteht auch Bedarf an einer stufenlosen Hubregelung, da unterschiedliche zu bearbeitende Materialien unterschiedliche Hubstrecken be­ nötigen.

Bekannte eingesetzte Kurbelgetriebe weisen den Nachteil auf, daß die Vor­ richtungen zur Stößelhöhenumschaltung zusätzlichen Material-, Montage- und Steuerungsaufwand mit sich bringen. Stufen lose Hubstreckenregelungen sind praktisch nicht bekannt.

Durch die ansich bekannten Kurbelgetriebe erfordert die Stößelführung ohne­ hin eine aufwendige Bauweise. Beispielsweise sind Gelenke und dergleichen erforderlich und auf das jeweils zu bearbeitende Material abzustimmen.

Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Kurbelgetriebe besteht darin, daß die Ge­ schwindigkeit während eines Umlaufes nur unzureichend variiert werden kann. Bei variablen Abschnittlängen bei Zuschnittanlagen ergibt sich die Notwendig­ keit, verschiedene Geschwindigkeiten während eines Ausstoßvorganges einzu­ setzen, beispielsweise einen schnellen Vorlauf zum Ausstoßen und einen lang­ samen Rücklauf oder umgekehrt. Herkömmliche Kurbelgetriebe bieten hierfür keine praktikable Lösung.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Umlaufgetriebe anzugeben, welches einfach und mit geringem wirtschaftlichen Aufwand herstellbar ist, auf einfache Weise eine schnelle Stößelhöhenumschaltung sowie eine stufenlose Hubstreckenregelung gewährleistet und auch die Möglichkeit bietet, eine Geschwindigkeitsvariation vorzusehen.

Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird ein Umlaufgetriebe zur Umwandlung einer Rotations- in eine Linearbewegung, insbesondere zur Stößel-Hubbewegung einer industriellen Zuschnittanlage vorgeschlagen, mit einem Innenradpaar, bestehend aus einem außenverzahnten Planeten- und einem innenverzahnten Hohlrad, wobei das Planetenrad auf einem achsparallel und exzentrisch auf der Stirnfläche einer Welle angeordneten Kurbelzapfen ge­ lagert ist, und seinerseits an einer Stirnfläche einen achsparallel und exzentrisch angeordneten Kurbelbolzen trägt, an welchem radial verlaufend eine Kurbelstange gelagert ist, und das Hohlrad koaxial zur Welle und relativ zu dieser verdrehbar gelagert ist.

Das erfindungsgemäße Umlaufgetriebe ist mit wenigen Mitteln problemlos und in einfacher Bauweise mit geringem wirtschaftlichen Aufwand herstellbar. Es erfordert keine besonderen Zusatzvorrichtungen wie Hubrahmen, Gegenkurven und dergleichen. Die Hubstrecke ist abhängig von der relativen Ausgangs­ positionierung zwischen Hohlrad und Planetenrad, so daß eine nahezu stufen­ lose Grundeinstellung möglich ist. Auch ist auf die gleiche Weise eine einfache Stößelhöhenänderung möglich.

In vorteilhafter Weise ist der Wälzkreisdurchmesser des Planetenrades genau halb so groß wie der Wälzkreisdurchmesser des Hohlrades, es ergibt sich somit eine Übersetzung von 1 : 2. Weiterhin ist gemäß einem vorteilhaften Vorschlag die Kurbelbolzenachse auf dem Wälzkreis des Planetenrades positioniert. Durch diese Maßnahmen wird sichergestellt, daß der Kurbelbolzen nur auf einer Geraden bewegt wird, so daß sich auch der besondere Vorteil ergibt, daß keine großen Massen in Rotationsbewegungen, Schwingungen und dergleichen befindlich sind, wie dies bei herkömmlichen Kurbelgetrieben der Fall ist.

In vorteilhafter Weise wird vorgeschlagen, daß die Welle mit einer Antriebseinrichtung verbunden ist. Durch die angetriebene Welle wird der Kurbelzapfen auf einer Kreisbahn bewegt, während das Planetenrad am Hohlrad abgewälzt wird. Der Kurbelbolzen macht in entsprechender Weise wieder eine lineare Bewegung.

Alternativ kann auch das Hohlrad mit einer Antriebseinrichtung verbunden sein. Das angetriebene Hohlrad treibt über die Verzahnung das Planetenrad an, welches, um den Kurbelzapfen drehend, im Hohlrad auf einer Kreisbahn wandert, während der Kurbelbolzen eine lineare Bewegung durchführt, was eine Folge der gewählten Durchmesserverhältnisse ist.

Ist die Welle mit einer Antriebseinrichtung verbunden, so daß das Planetenrad am Hohlrad abgewälzt wird, genügt eine einfache Verdrehung des Hohlrades um einen vorgegebenen Winkel, um eine stufenlose Hubstreckeneinstellung zu bewirken, da sich die Relativposition zwischen Hohlrad und Planetenrad zu dem Zeitpunkt, bei welchem der Kurbelbolzen seine Oberseite bzw. unterste Position am Planetenrad einnimmt, ändert.

Auch wird vorgeschlagen, daß das Hohlrad und das Planetenrad synchron gegen den Antrieb verdrehbar sind. Beispielsweise kann dies dadurch erfolgen, daß das Getriebe blockiert wird und das Hohlrad und die Welle synchron verdreht werden. Durch diese Maßnahme ist eine stufenlose Hubstreckeneinstellung möglich. Auf die gleiche Weise ist auch eine einfache und vor allem schnelle Umschaltung der Stößelposition möglich. Durch die synchrone Verdrehung werden der jeweils oberste und unterste Umkehrpunkt des Kurbelbolzens festgelegt, woraus sich die jeweilige Hubstrecke- und/oder Stößelpositionierung ergibt.

Mit Vorteil wird vorgeschlagen, daß die Antriebseinheit ein Riemenantrieb ist. Alternativ sind selbstverständlich auch andere Antriebseinheiten einsetzbar.

Mit Vorteil wird weiterhin vorgeschlagen, daß das Hohlrad mit einer zweiten Antriebseinheit verbunden ist, welche die Antriebsleistung der ersten Antriebseinheit überlagert. Durch diese Maßnahme ist es möglich, das jeweilige Element in bestimmten Phasen zu beschleunigen, und zwar positiv oder negativ, so daß sich Geschwindigkeitsvariationen während einer Umlaufphase ergeben. Mit Vorteil wird vorgeschlagen, daß die zweite Antriebseinheit ein Kurbelgetriebe aufweist. Dieses Kurbelgetriebe kann so ausgelegt werden, daß sich ein Vorlauf einstellen läßt, wobei sich die Geschwindigkeiten von Hohlrad und Planetenrad addieren, und anschließend ein Rücklauf, so daß die Geschwindigkeiten zu subtrahieren sind. Während eines Umlaufes gibt es somit unterschiedliche Geschwindigkeiten. Der zusätzliche Antrieb kann dazu eingesetzt werden, eine Linearbewegung mit gleichförmiger Geschwindigkeit zu bewirken, die sonst beim normalen Betrieb nicht erreicht werden kann. Schließlich wird vorgeschlagen, daß an dem Umlaufgetriebe eine Umdrehungszähleinrichtung angeordnet ist. Die erforderliche Drehung beispielsweise der Welle kann durch einen Zählimpuls über einen Schrittmotor, einen frequenzgesteuerten Motor, Drehkolbenzylinder oder ähnliche Antriebselemente erfaßt werden.

Das erfindungsgemäße Umlaufgetriebe weist nur eine geringe Anzahl von Ele­ mente auf, die jedoch in höchst variabler und unanfälliger Weise einstellbar sind. Stößelhöhenumschaltungen sind ebenso einfach und schnell möglich wie Hubstreckenvariationen. Schließlich bietet das erfindungsgemäße Umlenk­ getriebe die Möglichkeit, Geschwindigkeitsvariationen während eines Um­ laufes vorzusehen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungs­ beispieles für ein Umlaufgetriebe;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels eines Umlenkgetriebes in einer ersten Position (maximaler Hub);

Fig. 3 eine schematische Darstellung gemäß Fig. 2 in einer zweiten Position (maximaler Hub);

Fig. 4 eine schematische Darstellung gemäß Fig. 2 in einer weiteren Positionierung (minimaler Hub);

Fig. 5 eine schematische Darstellung gemäß Fig. 2 in einer weiteren Positionierung (minimaler Hub);

Fig. 6 eine schematische Darstellung in einer verdrehten Posi­ tion;

Fig. 7 eine schematische Darstellung in einer weiteren verdreh­ ten Position und

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit zweiter Antriebseinheit.

Das in Fig. 1 gezeigte Umlaufgetriebe 1 umfaßt eine in einer Halterung 2 an­ geordnete Lagerbuchse 3. In der Lagerbuchse 3 ist unter Verwendung von Lagern 4 und 5 eine Welle 6 eingesetzt, welche an einem Ende eine Kurbel­ scheibe 7 aufweist. An der Kurbelscheibe 7 ist achsparallel aber exzentrisch der Kurbelzapfen 8 angeordnet. Auf dem Kurbelzapfen 8 ist das Planetenrad 11 mittels Lager 9 und Lager 10 drehbeweglich gelagert. Das Planetenrad 11 weist einen über eine axiale Länge verlaufenden verzahnten Bereich 12 und einen daran anschließenden, über eine weitere Länge verlaufenden unverzahnten Bereich 13 auf. Der unverzahnte Bereich 13 überragt den verzahnten Bereich 12, so daß an der Stirnfläche des Planetenrades 11 der Kurbelbolzen 14 achsparallel aber exzentrisch angeordnet werden kann. Die Mittelachse des Kurbelbolzens 14 fluchtet im wesentlichen mit dem Wälzkreisdurchmesser des verzahnten Bereiches 12.

Auf dem Kurbelbolzen 14 ist mittels eines Lagers 15 eine Kurbelstange 16 gelagert, die sich radial vom Kurbelbolzen wegerstreckt und den Kurbelbolzen 14 und das Lager 15 in einem Auge 17 aufnimmt. Die Kurbelstange 16 ist nicht zwangsläufig einstückig.

Das Planetenrad 11 kämmt mit einem innenverzahnten Hohlrad 18, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel an einem Riemenring 19 befestigt ist, welcher seinerseits mittels Lagern 20, 21 auf der Lagerbuchse 3 gelagert ist. Hohlrad und Riemenring können selbstverständlich auch einstückig ausgebildet sein. Auch kann anstelle eines Riemenrings eine andere Antriebseinheit vorgesehen sein.

Für den Stößelbetrieb ist die Welle mit einem nicht gezeigten Antrieb verbunden und wird in Rotationsbewegung versetzt, welche auf den Kurbelzapfen und auf das Planetenrad 11 übertragen wird, welches seinerseits mit dem Hohlrad 18 kämmt und sich daher, mit dem Kurbelbolzen um den Kurbelzapfen dreht.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Wälzdurchmesser des Hohlrades genau doppelt so groß wie der Wälzdurchmesser des Planetenrades. Weiterhin liegt die Längsachse des Kurbelbolzens auf den Wälzkreisen. Durch diese Maßnahme wird ermöglicht, daß der Kurbelbolzen bei einer Umdrehung des Hohlrades, das heißt zwei Umdrehungen des Planetenrades, genau eine geradlinige Bewegung von der obersten in die unterste Position und zurück durchführt.

Eine zusätzliche Drehung des Hohlrades in eine Richtung bewirkt, daß das Planetenrad relativ zum Hohlrad verdreht wird, wodurch sich die Relativposition zwischen beiden zu dem Zeitpunkt ändert, zu welchem der Kurbelbolzen seine oberste bzw. unterste Position einnimmt. Wie die Darstellungen in den Fig. 2 bis 7 zeigen, wird das Hohlrad 18 zusätzlich über einen Riemen 22 von einem Antrieb 23 angetrieben. Selbstverständlich sind auch andere Antriebseinheiten einsetzbar. Durch die Rotationsbewegung des Hohlrades 18 wird das Planetenrad 11 ebenfalls in Rotation versetzt und bewegt sich zugleich um den Kurbelzapfen drehend in einer Kreisbahn um den Mittelpunkt des Hohlrades 18.

In Fig. 2 ist einerseits ein bevorzugter Anwendungsbereich eines Umlauf­ getriebes 1 gezeigt, andererseits ein erster Funktionszustand. Fig. 2 zeigt zwei nebeneinander angeordnete Umlaufgetriebe 1 der gleichen Art. Diese sind in einer ersten Stößelanordnung 26 und einer zweiten Stößelanordnung 27 eingesetzt. Beide Stößelanordnungen sind im gezeigten Ausführungsbeispiel baugleich und gleichförmig angetrieben. Die erste und zweite Stößelanordnung sind oberhalb eines Bandes 30 angeordnet, auf welchem Zuschnitte transportiert werden. Beide Stößelanordnungen sind gleich eingestellt, das heißt, beide Stößel 24 werden parallel bewegt. Wie Fig. 3 zeigt, bewirkt eine volle Umdrehung des Planetenrades 11, daß der Kurbelbolzen 14 und damit der daran angeordnete Stößel 24 von der in Fig. 2 gezeigten obersten Position bis zu der in Fig. 3 gezeigten untersten Position entlang einer geraden Linie bewegt wurden. Der Stößel 24 hat Zu­ schnitte durch das Band 30 durchgestoßen und auf einen Stapel gelegt. Der Stößel 24 der zweiten Stößelanordnung 27 läuft leer mit.

Ist die erforderliche Anzahl von Ausstößen gezählt worden, wozu eine nicht gezeigte Umdrehungszähleinrichtung verwendet wird, muß der Stößel 24 der ersten Stößelanordnung 16 außer Betrieb gesetzt werden, damit der Stößel 24 der zweiten Stößelanordnung 27 seinerseits einen Zuschnittstapel bilden kann, während der erste gebildete Zuschnittstapel weiterverarbeitet wird, beispiels­ weise durch Weitertransport.

Fig. 4 zeigt, daß die relative Positionierung zwischen Hohlrad 18 und Plane­ tenrad 11 verändert wurde. Der Kurbelzapfen wurde um 180° bezogen auf das Planetenrad 11 verlagert bzw. um 90° bezogen auf das Hohlrad 18. Diese Verlagerung kann entweder dadurch geschehen, daß das Hohlrad 18 relativ zum Planetenrad 11 verdreht wird, oder dadurch, daß das Planetenrad 11 und das Hohlrad 18 synchron um einen Winkel von 90° um den Mittelpunkt des Hohlrades 18 verdreht werden. Das Ergebnis ist, daß der Kurbelbolzen 14 bei einer vollen Umdrehung der Welle 6 statt von oben nach unten nur noch in einer Ebene von links nach rechts und wieder zurück gewandert ist. Dadurch ist die Gesamtstößelhöhe entsprechend verändert, so daß der Stößel 24 der ersten Stößelanordnung 26 nicht mehr bis in den Durchstoßbereich des Bandes 30 gelangt. Der Stößel 24 der zweiten Stößelanordnung 27 verfährt wie bisher und durchstößt seinerseits das Band 30, um einen Zuschnittstapel zu bilden. Dieser Zustand der Anordnung ist in Fig. 5 gezeigt.

Nachdem mit der zweiten Stößelanordnung 27 ein ausreichender Zu­ schnittstapel gebildet wurde, wobei die Anzahl der Zuschnitte entweder direkt oder durch die Umdrehungszählung ermittelt werden kann, wird die oben be­ schriebene Verdrehung bei der ersten Stößelanordnung 26 wieder aufge­ hoben, so daß der Stößel 24 der ersten Stößelanordnung 26 seinerseits wie­ der in den Durchstoßbereich gelangt.

Während bisher die Möglichkeit der schnellen Umschaltung zwischen unter­ schiedlichen Stößelhöhen beschrieben wurde, zeigen die Fig. 6 und 7 zwei Beispiele für eine stufenlose Hubstreckenveränderung. Wird die oben be­ schriebene relative Verdrehung von Hohlrad 18 und Planetenrad 11 nicht um 90° sondern um einen anderen Winkel durchgeführt, beispielsweise um 30°, wie in Fig. 6 gezeigt, oder um 45°, wie in Fig. 7 gezeigt, so ergeben sich entsprechend variierte Hubstrecken und damit variierte Stößelhöhen. Damit läßt sich das Umlaufgetriebe für unterschiedlichste Zwecke und Materialien einsetzen.

Fig. 8 zeigt die Anordnung einer Zusatzantriebseinheit 28, welche über eine Kurbel 29 zusätzliche Beschleunigungen auf das Hohlrad 18 übertragen kann. Die Synchronisation kann derart sein, daß bei einem Planetenradvorlauf auch die Kurbel 29 des Zusatzantriebes 28 hoch läuft und damit eine Zusatzbeschleunigung auf das Planetenrad 11 ausübt, während beim Planetenradnachlauf die Kurbel 29 des Zusatzantriebes 28 nach unten läuft und über das Hohlrad 18 das Planetenrad 11 bremst, da die Geschwindigkeiten entgegengesetzte Richtungen haben. Durch diese Maßnahme sind während eines Umlaufes unterschiedliche Geschwindigkeiten einfach einstellbar.

Die Erfindung ist nicht auf die konkreten Ausgestaltungen der Ausführungs­ beispiele beschränkt. Variationen der Antriebe und Dimensionierungen liegen ebenfalls im Wesen der Erfindung.

Bezugszeichenliste

1 Umlaufgetriebe
2 Halterung
3 Lagerbuchse
4 Lager
5 Lager
6 Welle
7 Kurbelscheibe
8 Kurbelzapfen
9 Lager
10 Lager
11 Planetenrad
12 verzahnter Bereich
13 unverzahnter Bereich
14 Kurbelbolzen
15 Lager
16 Kurbelstange
17 Auge
18 Hohlrad
19 Riemenring
20 Lager
21 Lager
22 Riemen
23 Antrieb
24 Stößel
25 Führung
26 1. Stößelanordnung
27 2. Stößelanordnung
28 Zusatzantrieb
29 Kurbel
30 Band

Claims (11)

1. Umlaufgetriebe (1) zur Umwandlung einer Rotations- in eine Linearbewegung, insbesondere zur Stößel-Hubbewegung einer indus­ triellen Zuschnittanlage, mit einem Innenradpaar, bestehend aus einem außenverzahnten Planetenrad (11) und einem innenverzahnten Hohlrad (18), wobei das Planetenrad (11) auf einem achsparallel und exzentrisch auf der Stirnfläche einer Welle (6) angeordneten Kurbelzapfen (8) gela­ gert ist und an einer Stirnfläche einen achsparallel und exzentrisch ange­ ordneten Kurbelbolzen (14) trägt, an welchen radial verlaufend eine Kur­ belstange (16) gelagert ist, und das Hohlrad (18) koaxial zur Welle (6) und relativ zu dieser verdrehbar gelagert ist.

2. Umlaufgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wälzkreisdurchmesser des Hohlrades (18) doppelt so groß ist wie der Wälzkreisdurchmesser des Planetenrades (11).

3. Umlaufgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Achse des Kurbelbolzens (14) auf dem Wälzkreis des Planetenrades (11) angeordnet ist.

4. Umlaufgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Planetenrad (11) über eine axiale Länge unver­ zahnt ist.

5. Umlaufgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Hohlrad (18) und das Planetenrad (11) synchron gegen den Antrieb verdrehbar sind.

6. Umlaufgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Hohlrad (18) mit einer Antriebseinheit verbunden ist.

7. Umlaufgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Welle (6) mit einer Antriebseinheit verbunden ist.

8. Umlaufgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Antriebseinheit ein Riemenantrieb ist.

9. Umlaufgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das jeweils nicht angetriebene Element mit einem Zusatzantrieb (28) gekoppelt ist, der die Beschleunigungen des ersten Antriebes überlagert.

10. Umlaufgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zu­ satzantrieb ein Kurbelgetriebe (29) aufweist.

11. Umlaufgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dieses eine Umdrehungszähleinrichtung aufweist.