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Überschleudersichere Kupplung für Registrierräder Die Rechen- bzw.
Druckwerke von Büromaschinen müssen mit großer Geschwindigkeit eingestellt werden,
um eine für die Praxis ausreichende Maschinenleistung zu erreichen. Das trifft besonders
bei solchen Büromaschinen zu, die durch Lochkarten gesteuert werden. Bei diesen
Maschinen tritt die Forderung auf, die Lage der mit großer Antriebsgeschwindigkeit
eingestellten Zähl- oder Typenräder am Ende der Einstellbewegung genau festzulegen
und die auftretenden Überschleuderkräfte abzufangen.
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Vorrichtungen zum Ankuppeln von Zähl- oder Typenrädern mit Überschleudersicherung
sind schon in den verschiedenartigsten Ausführungen bekannt. Diese Konstruktionen
sind aber zum großen Teil jeweils von dem bestimmten Antrieb der Büromaschinen abhängig;
sie haben außerdem den Nachteil, daß sie einen großen Aufwand für das Entkuppeln
bzw. Verhindern des Überschleuderns benötigen oder einen unruhigen Lauf der Maschine
verursachen.
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Besondere Anforderungen stellt die Verhinderung des Überschleuderns
bei hin und her gehenden Antrieben, bei denen sich die Geschwindigkeitsänderung
(Beschleunigung oder Verzögerung) . über große Teile des Einstellhubes erstreckt.
Diese Antriebe haben aber andererseits den großen Vorteil eines ruhigen Laufes,
bedingt durch ihre großen
Beschleunigungs- bzw. Verzögerungswege
und den damit verbundenen kleineren Beschleunigungs-bzw. Verzögerungs- oder Überschleuderkräften.
Eine weitere Schwierigkeit für derartige Kupplungen tritt dann auf, wenn für die
Einkupplung nur ein kurzer, von einem Kupplungshebel ausgeführter Impuls zur Verfügung
steht, eine Auskupplung hingegen selbsttätig bei Richtungsänderung der Antriebsbewegung
erfolgen soll.
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Die Erfindung bezieht sich nun auf eine überschleudersichere Kupplung
für nur in einer Richtung drehbare Registrierräder einer Zählkartenmaschine nach
Patent 883 522 mit einem ständig hin und her gehenden Antrieb, an den das Registrierrad
in der Ausgangsstellung des Antriebs durch einen kurzzeitigen Impuls angekuppelt
und von dem es am Ende des Schalthubes durch die Rückwärtsbewegung des Antriebs
selbsttätig entkuppelt wird, wobei beim Verringern der Geschwindigkeit während des
Antriebshubes durch die im angetriebenen Glied auftretenden Überschleuderkräfte
das Kupplungsglied gegen eine Feder gedrückt wird, deren Federkraft bei Bewegungsumkehr
des Antriebs durch die vom Antrieb aufgebrachte Kraft überwunden wird, so daß das
Kupplungsglied in die entkuppelte Stellung gelangt und gehalten wird.
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Erfindungsgemäß ist nun das Kupplungsglied. durch eine zwischen seinem
Trägerorgan und dem Kupplungsglied vorgesehene Führung derart verschiebbar gelagert,
daß das Kupplungsglied einerseits beim Auskupplungsvorgang eine Relativbewegung
gegenüber einer Sicherungsfeder zur Verhinderung des Überschleuderns und seinem
Trägerorgan ausführt und dabei diese Feder überwindet, deren Gegenwirkung größer
ist als die der auftretenden Überschleuderkraft. Beim Einkuppeln hingegen führt
das Kupplungsglied eine entgegengesetzte Relativbewegung gegenüber seinem Trägerorgan
aus, ohne dabei mit der Sicherungsfeder zusammenzuwirken, so daß eine im Verhältnis
zur Auskupplungskraft geringe Einkupplungskraft erforderlich ist. Die Einkuppelkraft
(z. B. durch Magnet) kann also schwach gehalten und gleichwohl eine große Sicherheit
gegen Überschleudern erzielt werden.
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Vorzugsweise ist die Kupplung so- ausgebildet, daß das Abtriebsglied
aus einem Zahnrad mit sägezahnförmigen Zähnen besteht, auf denen sich das ringförmige
Antriebsglied drehen kann. In dem Antriebsglied ist ein Schlitz vorgesehen, der
das klinkenförmig ausgebildete Kupplungsglied aufnimmt, welches im ausgekuppelten
Zustand aus dem Antriebsglied ragt, so daß ein Hebel auf das Kupplungsglied wirken
und dieses beim. Einkuppeln gegen das Abtriebsglied drücken kann. Zu Beginn des
Einstellhubes entsteht eine Relativbewegung zwischen dem Antriebs- und Abtriebsglied,
durch die das Kupplungsglied erst in die eigentliche Kupplungsstellung gebracht
wird, in der es sich selbst hält. Wird die Antriebsgeschwindigkeit so weit verringert,
daß das Abtriebsglied infolge der Überschleuderkräfte vorzueilen versucht, so verursachen
diese Kräfte eine kleine Relativverschiebung entgegengesetzt der beim Einkuppeln.
Durch diese Verschiebung wird das klinkenförmige Kupplungsglied mit der Sicherungsfeder
in Verbindung gebracht, die es daran hindert, den Überschleuderkräften zu folgen
und aus der eingekuppelten Stellung bewegt zu werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung,
den Zeichnungen sowie insbesondere aus den Ansprüchen ersichtlich.
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Fig. I zeigt einen Schnitt durch. das Kupplungssystem quer zur Achse;
das Kupplungssystem dient in diesem Ausführungsbeispiel für den Antrieb eines Typenrades;
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Anordnung nach Fig. I längs zur Achse; Fig.
3 bis 6 zeigen schematisch die Kupplung in verschiedenen Stellungen sowie die hierbei
auftretenden Kräfte.
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Von dem Antrieb, der hier nicht näher beschrieben werden soll, werden
im zyklisch sich wiederholenden Rhythmus unterschiedliche Schwingungsbewegungen
ausgeführt. Die Schwingungswinkel bzw. die durch den Antrieb veranlaßten Schalthübe
stehen in einem bestimmten Verhältnis zueinander, wie z. B. i, 2, q., 8, 16, 16,
wie es bei der Maschine nach dem Hauptpatent der Fall ist. Im nachstehenden sollen
diese Zählen -als Schalteinheiten bezeichnet werden, wobei der Hub i beim Typenrad
einer Einheit bzw. der Verstellung von einer Type auf die nächste Type entsprechen
soll. In Übereinstimmung mit den aufeinanderfolgenden Schwingungsbewegungen werden
die Lochpositionen einer Lochspalte nacheinander abgefühlt, in der die Zeichen in
sogenannten Lochkombinationen dargestellt sind. Der Lochschlüssel setzt sich für
die einzelnen Zeichen additiv aus Teilwerten zusammen, die genau den Schalthüben
bei den einzelnen Schwingungsbewegungen entsprechen. Wird z. B. die erste Position
der Spalte abgefühlt, so ist der Antrieb auf einen Hub von einer Einheit eingestellt.
Bei der nächsten Position beträgt der Hubweg zwei Einheiten, bei der nun folgenden
Position vier Einheiten, dann acht, dann sechzehn und schließlich nochmal sechzehn
Einheiten.
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Beim Abfühlen einer Lochung in einer bestimmten Position wird das
Typenrad an den Antrieb angekuppelt und erhält den der Position entsprechenden Schalthub.
Bei der Rückwärtsbewegung des Antriebs erfolgt selbsttätig das Auskuppeln. Sind
mehrere Lochungen in einer Spalte vorgesehen, so wird das Typenrad wiederholt bei
dem jeweiligen Schalthub angekuppelt und entsprechend verstellt. Die Schalthübe
addieren sich somit nacheinander bei der Typenradverstellung, so daß die der Lochkombination
entsprechende Type in die Druckstellung gelangt. Es ist natürlich ebensogut möglich,
das gleiche Kupplungssystem für Zählräder oder andere sich nur in einer Richtung
drehende Einstellorgane zu verwenden.
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Das Arbeiten der Kupplung soll nun an Hand von Fig. i erläutert werden.
Die Welle i i ist mit einem Antrieb verbunden, wie er oben angedeutet
worden
ist. Auf der Welle sitzen fest die Zahnräder I2, von denen für jedes Typenrad eines
vorgesehen ist. Jedes dieser Zahnräder kämmt mit einem Zahnrad 13, welches fest
an dem Ring 14 sitzt, der somit ebenfalls entsprechend dem Antrieb durch die sich
vorwärts oder rückwärts drehende Welle II ständig hin und her schwingt. Der Antrieb
ist so ausgebildet, daß der Ring nach einer Schwingbewegung immer wieder in, dieselbe
Ausgangsstellung zurückkehrt, gleichgültig welchen Schwingungswinkel er zurückgelegt
hat.
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Der Ring 14 dreht sich auf den Zähnen des Klinkenrades 15, das auf
der Achse 16 lose drehbar gelagert ist und auf die noch zu beschreibende Weise die
ihm erteilte Drehbewegung nur in der Antriebsrichtung auf das Typenrad überträgt.
In dem Ring 14 ist ein Ausschnitt 17 vorgesehen, der die Kupplungsklinke
I8 und die Feder I9 aufnimmt. Letztere drückt die Klinke 18 nach außen gegen den
Stift 2I. Soll eingekuppelt werden, so wird (z. B. durch einen Elektromagnet) der
Hebel 22 gegen den Ring 14 bewegt und dadurch die Klinke 18 gegen das Klinkenrad
15 gedrückt.
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Wenn nun der Ring 14 beginnt, sich entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen,
so werden die Klinke 18 und das Klinkenrad 15 infolge der Reibung an den abgetriebenen
Kupplungsteilen festgehalten (z. B. Typenrad mit Rastfeder, Zwischenräder sowie
Anpreßdruck der Klinke). Der Stift 21 wandert deshalb in der Aussparung 23 der Klinke
nach unten (Fig. I). Gleichzeitig gleitet auch die Nase 24 der Klinke über die Spitze
des in einer Bohrung axial verschiebbaren Stiftes 25. Beim Einkuppeln hat sich die
Klinke 18 so weit von dem Stift 2I entfernt, daß die Klinkennase 24 ohne weiteres
über die Spitze des Stiftes 25 gleiten kann. Die Abmessung und Lage der Aussparung
23 und des Stiftes 21 wurde so gewählt, daß der Stift 21 an der unteren Kante der
Aussparung 23 anschlägt, wenn die Spitze des Stiftes 25 unter die Spitze der Nase
24 gelangt ist. Während dieser Zeit wandert der Klinkenzahn 26 vollständig in die
Verzahnung des Klinkenrades 15. Sobald der Stift 21 an die untere Rundung der Aussparung
23 der Klinke 18 anschlägt, nimmt er die Klinke und damit auch das Klinkenrad 15
mit. An dem Klinkenrad 15 sitzt fest das Zahnrad 27 (Fig. 2), welches mit dem Zwischenrad
28 im Eingriff steht. Letzteres treibt das Zahnrad 29, welches mit dem Typenrad
30 fest verbunden ist. Des weiteren steht mit dem Zahnrad 29 das am Sperrad
32 befestigte Zahnrad 31 im Eingriff. Über das Sperrad 32 rastet die Feder 33 und
verhindert -damit ein Rückwärtsdrehen des Typenrades und der damit verbundenen Zahnräder.
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Bei der veranschaulichten Anordnung ist der Antrieb nur für jedes
zweite Typenrad ersichtlich. Die Antriebe für die dazwischenliegenden Typenräder
sind gegenüber den veranschaulichten Antrieben auf einer anderen Radiallinie des
Typenrades versetzt zu den ersteren Antrieben angeordnet.
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Ist der Einstellhub zu Ende und beginnt der Antrieb seinen Rückwärtsgang,
so dreht sich der Ring 14 im Uhrzeigersinn; das Klinkenrad 15 aber und alle mit
ihm in Verbindung stehenden Räder sind durch die Feder 33 gegen Rückwärfsdrehung
gesperrt. Der Klinkenzahn 26 wird deshalb von. dem Zahnrücken des Klinkenrades 15
nach außen gedrückt, so daß sich die Klinke 18 im Uhrzeigersinn um den Stift 21
dreht. Die Nase 24 drückt hierbei den Stift 25 gegen die Sicherungsfeder 34 in der
Bohrung des Ringes 14, welche nachgibt. Gleichzeitig wandert die Nase 24 über die
Spitze des Stiftes 25. Hat die Nase 24 die Spitze des Stiftes 25 erreicht, so drückt
die Feder I9 die Klinke in die ausgekuppelte Stellung. Anschließend wird der Ring
14 in die Ausgangsstellung zurückgedreht, in der eine neue Einkupplung erfolgen
kann.
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Die Feder 34 ist so gewählt, daß eine ganz bestimmte Kraft aufgewendet
werden muß, um den Stift 25 beiseite zu drücken. Die Kraft muß größer sein als die
maximal auftretende Schleuderkraft im Klinkenrad 15, die durch die Verzögerung bei
Geschwindigkeitsverminderung des Antriebs auftritt; dann ist kein Überschleudern
und keine damit verbundene Falscheinstellung des Typenrades möglich. Das genaue
Einstellen der Federkraft erfolgt mittels der Schraube 35 in der Bohrung des Ringes
14.
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In den Fig. 3 bis 6 sind die einzelnen markanten Stellungen der Klinke
18 sowie die hierbei auftretenden Kräfte gezeigt. Das Zusammenwirken sowie Umwandeln
der Kräfte (Kräfteparallelogramm, Momentengleichung, schiefe Ebene, Reibung usw.)
wird als allgemein bekannt vorausgesetzt, so daß hierauf nicht mehr näher eingegangen
wird. In den Fig. 3 bis 6 sind die Kräfte nur nach Lage und Größe sowie mit ihren
Angriffspunkten in starken Linien gezeigt. Die Kraftmaßstäbe zwischen den einzelnen
Figuren sind wegen zu großer Abweichungen der Kräfte voneinander nicht gleich. Innerhalb
jeder Figur ist aber der Maßstab für alle Kräfte der gleiche.
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Fig. 3 zeigt die Klinke in eingekuppelter Stellung, wobei in der Kupplung
nur Antriebskräfte, aber keine Überschleuderkräfte (Beginn des Einstellhubes, Beschleunigung)
auftreten. Das Antriebsmoment wird vom StifteI durch die Kraft P1 auf die Klinke
18 übertragen. Dieser Kraft P1 wirken von dem Klinkenrad 15 die Tangentialkraft
P2 und die Radialkraft P3 entgegen. Die Kraft P4 der Feder i9 wurde so klein angenommen,
daß sie gegenüber den anderen Kräften vernachlässigt werden kann. Die Tangentialkraft
P2 ist die Kraft, die aus der Reibung und der Beschleunigung des Typenrades entsteht.
Die Zahnform und die Angriffspunkte der Kräfte sind so festgelegt, daß die Klinke.
18 selbsttätig durch die wirkenden Kräfte im Eingriff mit dem Klinkenrad 15 gehalten
wird.
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Ist die Beschleunigung zu Ende und tritt eine Geschwindigkeitsverminderung
bzw. Verzögerung ein, so beginnen allmählich die überschleuderkräfte die Reibung
im Antrieb zum Typenrad zu überwiegen, wodurch für einen kurzen Moment die Kräfte
P1, P2 und P3 verschwinden, und zwar wenn die überschleuderkraft gleich der durch
die Reibung
entstehenden Kraft ist. In dieser kurzen Zeit wirkt
nur die Federkraft P4, welche die Klinke im Uhrzeigersinn um den Stift 21 dreht,
bis die Nase 24 auf den Stift 25 trifft (Fig. 4). Das Klinkenrad 15 hat das Bestreben,
davonzueilen, sobald die Überschleuderkräfte größer werden. Der= Zahnrücken des
Klinkenrades 15 trifft hierbei auf den Klinkenzahn 26, auf den er mit der Tangentialkraft
P5 wirkt. Durch die Zahnschräge teilt sich die Kraft P5 in die Kräfte P6 und P7
auf, wobei hier in der Zeichnung für die: Kraftrichtung die Reibung mit einem entsprechenden
Reibungswinkel berücksichtigt wurde. Die Kraft P6 versucht die Klinke um den Drehpunkt
21 im Uhrzeigersinn gegen den Stift 25 zu drehen. Vom Stift 25 aus wirkt diesem
Drehmoment aber die Kraft P8 entgegen. Die beiden Kräfte P6 und P8, die an der Klinke
angreifen, ergeben zusammen die resultierende Kraft P9, deren Gegenkraft vom Stift
21 aufgefangen wird. Die Neigung der Aussparung 23 gegenüber der Kraft P9 wurde
so gewählt, daß die Kraft innerhalb des Reibungswinkels liegt und damit kein Gleiten
der Klinke 18 gegenüber dem Stift 21 zur Folge hat. Die Kraft P8 teilt sich am Stift
25 in die beiden Führungskräfte P1o und P11 sowie die Federkraft P12 auf. Die Kraft
P12 wurde so groß gewählt, daß die größte auftretende Überschleuderkraft P5 den
Stift 25 nicht niederzudrücken vermag, so daß durch Überschleuderkräfte kein Auskuppeln
möglich ist, gleichgültig in welcher Stellung sich der Ring 14 befindet.
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Ist die Einstellung zu Ende und beginnt sich der Antrieb entgegengesetzt
zu drehen, so erfolgt das Auskuppeln. Das Klinkenrad 15 ist, wie weiter oben schon
beschrieben wurde, gegen Rückwärtsdrehen gesperrt. Beim Rückwärtsdrehen des Ringes
14 vergrößert sich die Kraft P5 und damit entsprechend auch die Kraft P12, so daß
die Feder 34 nachgibt und die Klinke I8 sich im Uhrzeigersinn dreht. Gleichzeitig
gleitet die Nase 24 über die Spitze des Stiftes 25 (Fig. 5), wodurch sich die Richtung
der Kraft P6 sowie insbesondere der Kraft P8 ändert. Entsprechend der Richtungsänderung
der beiden Kräfte ändert sich die Richtung ihrer resultierenden Kraft P9. Die Neigung
der Kraft P9 gegenüber der Aussparung 23 wird hierbei so groß, daß die Kraft außerhalb
des Reibungswinkels kommt und ein Gleiten der Klinke gegenüber dem Stift 21 auftritt.
Die Klinke gelangt hierbei in die Stellung, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. In
dieser Stellung wird von dem Klinkenrad keine Kraft mehr auf den Zahn 26 der Klinke
ausgeübt, so daß nur noch die Federkraft P4 Wirksam bleibt, die die Klinke 18 im
Uhrzeigersinn zu drehen versucht. Diesem Drehmoment wirkt die Kraft P8 entgegen.
Die aus den Kräften P4 und P8 resultierende Kraft P9 hat aber auch in diesem Fall
eine so große Neigung gegenüber der Aussparung 23, daß sie außerhalb des Reibungswinkels
fällt und der Stift 21 in seine Endstellung gleitet. Damit wird der Zahn 26 der
Klinke 18 um eine bestimmte Strecke von dem Klinkenrad 15 entfernt, und die Klinke
erreicht so eine sichere ausgekuppelte Stellung. Der Ring 14 kann in seine Ausgangsstellung
zurückkehren, wo gegebenenfalls neu eingekuppelt werden kann.