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Anreißvorrichtung für Steuerkurven Die Ermittlung der Nockenform für
eine Nockensteuerung von Ventilen erfolgt durch den Konstrukteur am Reißbrett. Diese
Arbeit ist wegen der dabei zu beachtenden Genauigkeit mühsam. Außerdem müssen die
ermittelten Kurven nachher meist durch zusammengesetzte Kreisbögen ersetzt werden,
um sie auf Schablonen übertragen zu können. Die Mittelpunkte und Radien dieser Kreisbögen
müssen durch Probieren gefunden werden, wobei leicht .-Ungenauigkeiten und Fehler
auftreten.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum näherungsweisen
Bestimmen oder Anreißen von Steuerkurven, z. B. der Hubkurve einer Ventilsteuerung,
in mechanisch kinematischer Abhängigkeit von der durch diese Kurven zu steuernden
Bewegung, z. B. vom Hub des Ventilhebels. Die Vorrichtung nach der Erfindung besteht
darin, daß ein bewegliches, nach Maß und Form getreues Abbild des Ventilhebels oder
des Rollenträgers bei kopfgesteuerten Maschinen kinematisch mit einem Schablonenträger
für den Nocken derart in Zwanglaufverbindung steht, daß bei Einstellung irgendeiner
Betriebslage des Ventilhebels oder des Rollenträgers die Einstellung der zugehörigen
Drehlage der Nockenschablone selbsttätig erfolgt und daß das Abbild des Ventilhebels
oder des Rollenträgers einstellbare Mittelpunkte für die durch die Ventilbetätigungsrollen
bestimmten Berührungskreise trägt, deren Umhüllende die Nockenkurve ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich sonach grundsätzlich
beispielsweise von den sogenannten Guillochiermaschinen, deren Arbeitsprinzip
im
Gegensatz zu demjenigen des Erfindungsgegenstandes darauf beruht, daß eine durch
Schablonen od. dgl. vorgegebene Kurvenform abgefühlt und auf ein Arbeitsstück übertragen
wird. Um ein solches Problem handelt es sich beim Erfindungsgegenstand nicht; hier
ist die Kurvenform nicht durch eine Schablone vorgegeben, sondern sie wird in Abhängigkeit
von einer Richtgröße, die außerhalb der Vorrichtung selbst liegt, unmittelbar bestimmt.
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Es ist auch eine Vorrichtung zur Herstellung von durch zykloidische
Kurven begrenzten Querschnittsprofilen bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird ein
Getriebe benutzt, das zur Bearbeitung von durch zykloidische Kurven begrenzten Körpern
zur gegenseitigen Bewegung von Werkzeug und Werkstück die gegenseitige Bewegung
der eine zykloidische Kurve erzeugenden Kreise nachbildet und dem Zweck der rein
maschinellen Herstellung von runden Außen- und Innenprofilen in völlig kongruenter
Form dient. Auch diese Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß
der Erfindung darin grundsätzlich, daß die zykloidische Grundform bereits vorgegeben
ist und als Schablone für eine zweite kongruente zykloidische Grundform dient. Eine
Kurvenbestimmung in Abhängigkeit von einer dritten, außerhalb des Gerätes liegenden
Größe ist auch hier nicht vorgesehen.
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Man kann nun nach dem Prinzip der Erfindung die Kurvenbahn des Steuernockens
nicht nur zeichnerisch bestimmen, sondern die Vorrichtung auch so ausbilden, daß
die Kurvenbahn unmittelbar hergestellt wird. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß
die Anreißvorrichtung in ihrer .erfindungsgemäßen Grundform als Fräsmaschine aufgebaut
wird; an den Stellen, wo bei dem graphisch arbeitenden Gerät die Zirkelspitzen eingesetzt
werden, sind dann die Achsen für die Rollenfräser angeordnet. Maschinengestelle
und Hebelarme sind natürlich entsprechend stark ausgebildet. Eine solche Maschine
hat jedoch nichts mit einer Kopierfräsmaschine zu tun, da für die Erzeugung :der
Steuerkurvenform der Fräsvorgang nicht unter Vorlage einer Schablone zustande kommt,
sondern unmittelbar durch die jeweilige Einstellung der Fräserrollen in Abhängigkeit
von der jeweiligen effektiven Steuerbewegung.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. i das Schema einer Nockensteuerung mittels Ventilhebel, Fig.2 die
Draufsicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung für diese Steuerung, Fig. 3 das
Schema eines kopfgesteuerten Ventils und Fig. 4 die Draufsicht einer Vorrichtung
für die Steuerung nach Fig. 3.
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Gemäß Fig. i werden die Steuerbewegungen von einem Nocken i über einen
bei 2 schwenkbar gelagerten dreiarmigen Hebel 3 mit den Rollen 5, 6 auf -ein Ventil
7 übertragen. Die Stellung der einzelnen Teile ist für das geschlossene Ventil mit
vollen Linien und für das ganz geöffnete Ventil gestrichelt gezeichnet. Hieraus
ergeben sich die Größen für den Ventilhubwinkel a und den Nockendrehwinkel ß sowie
für den Ventilhub h.
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Für die Konstruktion sind auf Grund der gewählten räumlichen Anordnung
der Abstand des Hebelschwenkpunktes 2 von Mitte Ventil und von der Nockendrehachse
sowie die Längen der Arme des Hebels 3 und die Durchmesser der Rollen 4 bis 6 gegeben.
Bekannt ist weiterhin der Ventilhub h, der Hubwinkel a und der Nockendrehwinkel
ß. Alle diese Größen sind entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten veränderlich.
Die Vorrichtung nach der Erfindung muß dem daher Rechnung tragen. Bedingung hierfür
ist, daß die Bewegungen des Hebels 3 und der Nocke i proportional sind, d. h., daß
z. B.
des Ventilhubwinkels
des Nockendrehwinkels entsprechen muß usw. Ferner müssen sich der Hebel 3 und der
Nocken i in gleicher Richtung drehen.
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Um diese Bedingungen zu erfüllen, bedarf es einer kraftschlüssigen
Verbindung zwischen dem Hebel 3 und dem Nocken i sowie einer stufenlos regelbaren
Übersetzung innerhalb der Übertragungselemente, die es ermöglicht, den Hubwinkel
a und den -Drehwinkel ß in das richtige Verhältnis zueinander zu bringen.
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Nach Fig. 2 besteht die Vorrichtung aus einem Rahmen 8, in dem ein
Schlitten 9 mittels einer Gewindespindel io und einem Handrad ii nach rechts und
links verschoben werden kann. Die Verschiebung ist mit Hilfe eines Zeigers 12 an
einer Skala 13 des Rahmens ablesbar.
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Der Mittelpunkt eines am Schlitten 9 befestigten Lagers 14 entspricht
dem Schwenkpunkt des Hebels 3 in Fig. i. Im Lager 14 ist eine Welle 15 gelagert,
und mit ihr ist die Skalenscheibe 16 fest verbunden. Darunter liegen die beiden
auf der gleichen Welle schwenkbar angeordneten Hebel 17 und 18. Die Skalenscheibe
16 ist mit einem Zeiger i9 versehen, der an einer Skala 2o des Schlittens 9 den
Ventilhubwinkel a anzeigt. Gegenüber dem Zeiger i9 ist in der Scheibe 16 ein kreisbogenförmiger
Schlitz 21 und eine Skala 22 angebracht. In dem Schlitz 21 können mit Hilfe von
Knebelschrauben 23 die beiden Hebel 17, 18 mittels der Skala 22 im gleichen Winkel
zueinander eingestellt und relativ zur Skalenscheibe 16 festgeklemmt werden, den
die ihnen entsprechenden Arme 3" und 3b des Hebels 3 (vgl. Fig. i) miteinander bilden.
Die Skalenscheibe 16 entspricht dabei dem Hebel 3 der Fig. i.
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Auf den beiden Hebeln 17- und 18 sind zwei Schieber 24 und
25 an Skalen 2¢ und 27 verstellbar angeordnet. Ihre Mitten entsprechen den Mitten
der Rollen 5 und 6, und sie sind als Zirkeleinstichpunkte 28 ausgebildet.
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Am Rahmen 8 ist weiter ein Lager 29 befestigt, das dem Nockendrehpunkt
der Fig. i entspricht. Die im Lager 29 gelagerte Welle 30 trägt eine Skalenscheibe
31, an der die anzureißende Schablone oder der Nocken befestigt werden. Die Skalenscheibe
31
besitzt einen verschieb- und feststellbaren Zeiger 32, der das Ablesen des Nockendrehwinkels
ß an einer am Rahmen 8 befestigten Winkelskala 33 ermöglicht.
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In einem ebenfalls am Rahmen 8 befestigten Lager 34 ist ein Schwenkbalken
35 gelagert, der ein stufenlos regelbares Getriebe bekannter Art, beispielsweise
einen Schnurtrieb mit zwei konischen Schnurscheiben 36 und 37, trägt. Eine Stellschraube
38 ermöglicht mit Hilfe zweier Gabeln 39 und 40 ein Verschieben der Schnur 41 in
vertikaler Richtung und damit ein stufenloses Regeln der übersetzung zwischen den
Schnurscheiben 36, 37. Die Schnurscheiben 36, 37 sind mit .den Skalenscheiben 16,
31 kraftschlüssig verbunden. Hierzu dienen eine auf der Welle 15 befestigte Schnurscheibe
42, eine auf der Welle 3o befestigte Schnurscheibe 43, zwei auf den gleichen Wellen
wie die Schnurscheiben 36, 37 sitzende Schnurscheiben 44, 45 und die diese Scheiben
verbindenden Schnüre 46, 47. Durch Schwenken des Balkens 35 und darauffolgendes
Festklemmen desselben mit der Klemmschraube 48 am Rahmen 8 kann der Schnurzug 46
bei jeder Stellung des Schlittens 9 straff gehalten werden.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Zuerst wird der dem
Abstand der Ventilhebelschwenkachse und Nockendrehachse entsprechende Abstand der
beiden Skalenscheiben 16 und 31 mit Hilfe des Handrades i i eingestellt und der
Schnurzug 46 gespannt. Dann werden die den Mittelpunkten der Rollen 5 und 6 entsprechenden
Zirkeleinstechpunkte 28 durch Schwenken der Hebel 17 und 18 und Verstellen der Schieber
24 und 25 festgelegt. Durch mehrmaliges Schwenken der Skalenscheibe 16 im Winkel
a und gleichzeitiges Drehen der Stellschraube 38 wird jetzt die Bewegung der Skalenscheibe
31 so eingestellt, daß sie eine dem Nockendrehwinkel ß entsprechende Drehung ausführt.
Hiermit ist das Einstellen beendet.
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Nunmehr können mit einem gewöhnlichen Zirkel unter Benutzung der Zirkeleinstechpunkte
28 auf den Schiebern 24, 25 Kreisbögen mit den Radien der Rollen 5 und 6 auf dem
an der Skalenscheibe 31 befestigten Schablonen-blech oder dem Nocken geschlagen
werden, während man gleichzeitig den Zeiger i9 der Scheibe 16 um kleine Winkelbeträge
vom Anfang bis zum Ende des Winkels a bewegt. Die Umhüllende dieser beliebig eng
nebeneinanderliegenden Kreisbögen ist die gewünschte Nockenkurve.
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Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch angewendet werden,
wenn es sich um die Ermittlung der Nockenform für ein kopfgesteuertes Ventil handelt,
wenn also der Nocken i in Fig. i ohne einen Ventilhebel 3 unmittelbar über Rollen
an der Ventilspindel angreift. Die geradlinige Hubbewegung der Ventilspindel ist
dann nur in eine Drehbewegung umzuwandeln, was mit Hilfe von bekannten Elementen,
wie Zahnstange und Ritzel od. dgl., ohne weiteres geschehen kann.
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Die Fig. 3 zeigt ein derartiges kopfgesteuertes Ventil im Schema.
Der Nocken 49 wirkt auf die beiden Rollen 5o, die in dem Ring 51 -gelagert
sind. Am Ring 51 ist die Ventilspindel 52 befestigt. Wenn sich der Nocken 49 im
dargestellten Beispiel im Uhrzei.gersinn um den Winkel ß dreht, öffnet das Ventil
um den Hub h.
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In Fig. 4 ist eine Vorrichtung entsprechend der Fig. 2 zur Ermittlung
der Nockenform für ein kopfgesteuertes Ventil dargestellt. An Stelle der Zeigerscheibe
16 mit Zeiger i9 und der beiden Hebel 17 und 18 ist der am Schlitten 9 befestigte
Meßstab 53 angebracht. Auf ihm sitzen die beiden Schieber 54. und 55, die mit Hilfe
der Klemmschrauben 56 am Meßstab 53 feststellbar sind. Die Punkte 57 und 58 auf
den Schiebern 54 und 55 entsprechen den Mittelpunkten der Rollen 5o und sind Einsatzpunkte
für die Zirkelspitze, um zur Herstellung der Nockenkurve Kreise vom Durchmesser
der Rollen 5o zu schlagen. Die beiden Punkte liegen so, daß ihre Verbindungslinie
durch die Mitte der Scheibe 31 geht, die dem Nockendrehpunkt 59 in Fi.g. 3 entspricht.
Auf der am Meßstab 59 angebrachten Skala 6o i(st der Nullstrich 61 so gelegt, daß
er genau auf die Mitte des Tisches 31 zeigt, wenn der Zeiger 12 auf dem Nullstrich
der Skala 13 steht.
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In dem am Rahmen 8 befestigten Lager 62 ist die Welle 63 gelagert,
auf .der oben die Schnurscheibe 42 und unten ein Zahnrad 64 befestigt ist, das in
eine unten am Schlitten 9 befestigte Zahnstange 65 eingreift. Die Schnurscheibe
42 ist wie in Fig. 2 durch einen Schnurzug 46 mit der Schnurscheibe 44 verbunden.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 4 ist folgende: Nach Einstellen
des Schlittens 9 mit dem Handrad i i und der Spindel io derart, daß der Zeiger 12
auf dem Nullstrich der Skala 13 steht, werden die Rollenmittelpunkte durch Verschieben
der Schieber 54 und 55 eingestellt, wobei der Schieber 55 um den Hub h weiter vom
Nullstrich 61 entfernt ist als der Schieber 54. Durch mehrmaliges Verschieben des
Schlittens 9 und gleichzeitiges Drehen der Stellschraube 38 wird jetzt die Bewegung
der Scheibe 31 so eingestellt, daß sie eine dem Nockendrehwinkel ß entsprechende
Drehung ausführt. Das Einstellen ist hiermit beendet.
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Nunmehr können wie vorher bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2
mit .einem Zirkel um die Mittelpunkte 57 und 58 mit den Radien der Rollen
50 Kreisbögen geschlagen werden, während der Schlitten 9 mit Hilfe des Handrades
i i in kleinen Rucken den Hub h ausführt. Die Umhüllende der beliebig eng nebeneinanderliegenden
Kreisbögen ist wieder die gewünschte Nockenkurve.
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Eine Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich auch auf eine Fräsmaschine
aufbauen, wobei an Stelle des Zirkels Fräser entsprechend den Rollendurchmessern
angeordnet werden, welche die gewünschten Kurven in fortschreitendem Arbeitsgang
unmittelbar an dem Nocken herstellen.