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Getriebe zur Umwandlung einer gleichförmigen Drehbewegung in eine
gleichförmige hin- und hergehende Bewegung Als Getriebe zur Umwandlung einer geradlinigen
hin- und hergehenden Bewegung in eine gleichförmig umlaufende Bewegung, oder umgekehrt,
sind sogenannte Drehherzen bekannt, deren Führungsflächen der Form einer archimedischen
Spirale symmetrisch nachgebildet sind. Die Formel der archimedischen Spirale lautet:
@ = α ₧ W, worin r der Radiusvektor, a. eine Konstante und p der Drehwinkel
ist. Der Radiusvektor ändert sich also proportional dem Drehwinkel, so daß eine
Rolle, die vom Drehherz geführt wird, hei gleichmäßiger Drehung des Drehherzens
um seine Drehachse eine gleichmäßige lineare Bewegung zur Drehachse ausführt. Um
ein zwangläufiges Getriebe zu erhalten, ist es weiterhin bekannt, zwei miteinander
in Verbindung stehende Rollen beidseitig des Drehherzens so anzuordnen, daß die
Verbindungsebene der Achsen beider Rallen .durch die Drehachse geht. Da jeder Schnitt
durch das Drehherz, welcher durch die Drehachse führt, die gleiche Länge besitzt,
kann sich das Drehherz zwischen den hin- und he@gehenden Rollen um seine Drehachse
drehen. Eine andere Art der zwangläufigen Führung ist gegeben, sofern statt eines
Drehherzens eine Führungsnut nach der Form einer archimedischen Spirale verwendet
wird. In beiden Fällen ist die jeweilige Stellung der Rolle oder der Rollen durch
die Stellung des Drehherzens zwangläufig bestimmt.
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In, der Fig. z sind, von einer Drehachse F ausgehend, zwei symmetrische,
archimedische Spiralen r aufgezeichnet und bilden die ideale Kurve
für
die hin- und hergehende Bewegung der Achsen der Rollen 3. Besäßen die Rollen 3 einen
unendlich kleinen Durchmesser, so könnte das Drehherz in der idealen Form ausgebildet
werden. Da die Rollen 3 jedoch einen endlichen Durchmesser besitzen, muß das Drehherz
um den halben Durchmesser einer Rolle entsprechend verkleinert werden. Damit ist
es nun nicht mehr möglich, die Rollen 3 auf der idealen Kurve, d. h. genau nach
dem Gesetz der archimedischen Spirale zu führen, und zwar insbesondere dann nicht,
wenn die Symmetrieebene X-X in der Richtung der hin- und hergehenden Rollen Y-Y
liegt. Dreht sich das Drehherz 2 aus der voll ausgezogenen Stellung um nahezu 9o°,
so wird die Rolle 3 um die Spitze des Drehherzens 2 einen Kreisbogen mit dem Radius
des Rollendurchmessers beschreiben. Da der Rollenabstand gegeben ist, werden die
Rollen in dieser Stellung des Drehherzens für eine bestimmte Winkelbewegung desselben
nicht mit konstanter Geschwindigkeit geführt. In Fig. 2 ist diese Stellung des Drehherzens
im vergrößerten Maßstabe aufgezeichnet.
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Aus der Fig.2 ist ersichtlich, daß die obere Rolle 3 nicht auf der
archimedischen Spirale I bis zum Schnittpunkt 4 derselben mit der Symmetrieebene
X-X läuft, sondern einen Kreisbogen beschreibt, der die Symmetrieebene im Punkt
5 schneidet. Damit wird die obere Rolle 3 nicht bis zum idealen Umkehrpunkt 4 geführt,
wodurch eine exakte, gleichmäßige hin- und hergehende Bewegung verhindert ist. In
diesem Bereich löst sich die untere Rolle 3 von der Führungsfläche. Bei weiterer
Drehung des Drehherzens 2 läuft sodann die untere Rolle 3 wieder auf dem Drehherz
2 auf. Bei diesem Auflauf ist der Kräfteangriff äußerst ungünstig. Als weiterer
Nachteil ist zu nennen, daß die maschinelle Herstellung der mathematisch genauen
Kurvenform sehr schwierig ist. Es wird sich also in der praktischen Ausführung kaum
ermöglichen lassen, daß die Längen der Schnitte durch die Drehachse P überall genau
gleich sind, so daß ein weiterer Ungenauigkeitsfaktor hinzukommt.
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Die Erfindung bezweckt nun, den Ungenauigkeitsfaktor, der durch die
schwierige maschinelle Herstellung des Drehherzens gegeben ist, zu vermeiden und
gleichzeitig die Rollen nur im günstigsten Angriffswinkel zu führen. Die Justierbarkeit
der Rollen und Kurventeile zueinander sichert ferner ein spielfreies Arbeiten des
Getriebes in den Übergangspunkten.
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Die Erfindung bezweckt weiterhin, eine Rollenführung zu schaffen,
die es gestattet, die Rollen mathematisch genau nach dem Gesetz -der archimedischen
Spirale zu führen.
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Diese Aufgaben werden erfüllt durch ein Getriebe zur Umwandlung einer
gleichförmigen Drehbewegung in eine gleichförmige hin- und hergehende Bewegung unter
Anwendung einer Kurvenbahn, die durch zwei oder mehrere getrennte Kurvenstücke erzeugt
wird, welche zu einer gemeinsamen Achse fixiert und drehbar gelagert sind und wobei
wenigstens ein Kurvenstück um einen gesonderten .Drehpunkt verstellbar ist. Dabei
sollen die Kurvenbahnen der getrennten Kurvenstücke in an sich bekannter Weise beiderseitig
zur Symmetrieebene spiegelbildlich verlaufen und eine archimedische Spirale bilden,
deren Erzeugende einen Drehwinkel (p von r8o bis 270 durchläuft. Ein Kurvenstück
ist dabei mit konvexer Kurvenbahn um die Schnittlinie seiner Führungsflache mit
der Symmetrieebene und/oder das andere Kurvenstück mit konkaver Kurvenbahn um die
Schnittlinie seiner Führungsfläche mit der auf der Symmetrieebene senkrecht stehenden
und die Drehachse schneidenden Ebene so verstellbar auszuführen, daß diese Schnittlinien
je eine Drehachse bilden. Die Rollen und/oder Stifte, auf die die Drehbewegungen
der Führungsflächen übertragen werden, sollen gegebenenfalls zueinander verstellbar
sein. Ebenso soll jeweils nur eine Rolle oder ein Stift durch eine Führungsfläche
geführt werden.
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Bei einer derartigen Ausführung des Getriebes können die Bearbeitungsungenauigkeiten
durch die Einstellung zum größten Teil aufgehoben werden, gleichzeitig ist .erreicht,
daß die Rollen mit den Kurvenstücken stets im günstigsten Kräfteangriffsbereich
stehen, wodurch eine genauere Führung und ein geringerer Verschleiß erzielt wird,
ganz unabhängig von -der Möglichkeit, die Abnutzung auszugleichen. Ein weiterer
Vorteil ist die Möglichkeit, die Kurvenstücke so, einzustellen, daß der Übergang
spielfrei erfolgt.
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Um auch die Rollen eindeutig zum Umkehrpunkt ohne Leerlauf des Drehherzens
führen zu können, gilt als wesentlicher Teil der Erfindung, daß das konkave Kurvenstück
wenigstens um den Durchmesser der Rollen oder Stifte über die Symmetrieebene spiegelbildlich
weitergeführt ist. Um auch hier eine größere Führungsgenauigkeit zu erhalten, wird
das Kurvenstück der spiegelbildlich ausgeführten Kurvenbahn vorteilhaft ebenfalls
verstellbar ausgeführt. Bei einer Drehbewegung des Drehherzens drückt also das konvex
geformte Kurvenstück eine Rolle nach außen bis zu dem Punkt, wo das Kurvenstück
der spiegelbildlich ausgeführten Kurvenbahn das konvexe Kurvenstück unter Freilassung
einer Führungsnut in der Breite des Rollendurchmessers überlappt. Von diesem Punkt
aus soll nun die Rolle durch geeignete Mittel gegen das spiegelbildlich ausgeführte
Kurvenstück gedrückt werden, so daß dieses die Führung der Rolle bis zum Umkehrpunkt
übernimmt. Im Umkehrpunkt selbst trifft die Rolle auf die konkave Kurvenbahn des
anderen Kurvenstückes und wird von diesem zur Drehachse zurückgedrückt.
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Es ist naturgemäß vorteilhaft, die freien Enden der Kurvenstücke so
zu formen, daß der Ablauf und Auflauf der Rollen bzw. Stifte stoßfrei erfolgt.
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An Hand der Fig. 3 bis 5 wird ein Getriebe als Beispiel der Erfindung
näher erläutert. Das Getriebe besteht aus zwei Kurvenstücken 6 und 7, die beispielsweise
auf einem nicht gezeigten Drehteller
befestigt sein können und
die so geformt sind, daß ihre konvexen bzw. konkaven Führungsflächen eine auf ihnen
abrollende bzw. auf ihnen gleitende Rolle 3 oder einen Stift nach Form einer archimedischen
Spirale führen. Das Getriebe besteht weiterhin aus zwei an einem nicht gezeigten
hin- und hergehenden Teil im fest einstellbaren Abstand voneinander verbundenen
Rollen 3, deren Verbindungsebene durch die Drehachse P der Kurvenstücke 6 und 7
geht. In dieser Stellung können die Rollen 3 ` in einem solchen Abstand voneinander
eingestellt werden, daß beide Rollen 3 gleichzeitig an den Kurvenstücken 6 und 7
anliegen und ein spielfreier Übergang von Kurvenstück zu Kurvenstück erzielt wird.
Drehen sich nun die Kurvenstücke 6 und 7 von der gezeichneten Stellung in Pfeilrichtung,
so wird die Rolle 3 und damit das hin- und hergehende Teil in Richtung der Achse
Y-Y nach rechts gedrückt, bis bei einer Drehung von 9o° die Spitze des Kurvenstückes
6 die lineare Bewegung der Rolle 3 begrenzt. Bei weiterer Drehung läuft die Rolle
3 auf das Kurvenstück 7 auf und wird von diesem zum Drehpunkt zurückgedrückt. Danach
erfolgt derselbe Vorgang in Verbindung mit der linken Rolle 3. Um einen spielfreien
Übergang von Kurvenstück zu Kurvenstück zu erzielen, ist das Kurvenstück 7 um die
Schnittlinie g seiner Führungsfläche mit der auf der Symmetrieebene X-X senkrecht
stehenden und die Drehachse P schneidenden Ebene schwenkbar. Das Einrichten des
Kurvenstückes 7, d. h. das Anlegen an eine Rolle 3, erfolgt zweckmäßig in einer
solchen Stellung, in der eine Rolle 3 die Spitze 8 des Kurvenstückes 6 tangential
zwischen den Kurvenstücken 6 und 7 berührt. Das Kurvenstück 7 wird dann mit dem
nicht gezeichneten Drehteller fest verschraubt. Bei nicht einstellbarem Rollenabstand
kann in ähnlicher Weise die Einrichtung des Kurvenstückes 6 erfolgen, das dann um
die Schnittlinie g seiner Führungsfläche mit der Symmetrieebene X-X schwenkbar ist.
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Obwohl bei einer derartigen Ausführung die vorhergehend beschriebenen
Vorteile erreicht werden, ist es noch nicht möglich, die Rolle 3 durch die Kurvenstücke
6 und 7 exakt bis zum idealen Umkehrpunkt II zu führen. Vielmehr wird die Rolle
3 bei Erreichen der Spitze des Kurvenstückes 6 um diese auf einer Kreisbahn mit
dem Radius der Rolle abrollen, die die Symmetrieebene X-X bereits im Punkt Io schneidet.
In dieser Stellung bleibt die Rolle 3 stehen, bis das Kurvenstück 7 durch weitere
Drehbewegung des Drehherzens auf die Rolle 3 aufläuft. Die Achse der Rolle 3 hat
während dieser Zeit-den relativen Weg vom Punkt Io zum Punkt 12 beschrieben. Erst
vom Punkt 12 aus wird die Rolle 3 wieder eindeutig nach dem Gesetz der archimedischen
Spirale geführt.
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Um nun zu erreichen, daß die Achse der Rolle 3 eindeutig bis zum Umkehrpunkt
II geführt wird, ist, wie aus Fig. 5 ersichtlich, das Kurvenstück 7 durch ein Kurvenstück
13 spiegelbildlich über die Symmetrieebene X-X hinaus weitergeführt, und zwar um
einen Betrag, der wenigstens gleich dem Durchmesser der Rolle 3 ist. Dabei sollen
Mittel vorgesehen werden, die die Rolle 3 bei dem Erreichen der Spitze 8 des Kurvenstückes
6 nach außen gegen das Kurvenstück 13 drücken, so daß die Achse der Rolle mathematisch
genau bis zum Umkehrpunkt II weitergeführt wird. Das ist z. B. auf einfache Art
und Weise dadurch zu erreichen, daß die Führungsfläche des Kurvenstückes 6 und damit
dieses selbst über die Symmetrieebene X-X um wenigstens den Betrag des Rollenhalbmessers
weitergeführt wird. Dieser Teil muß nun am Kurvenstück 6 so federnd gelagert sein,
daß auf die Rolle in Richtung des Kurvenstückes 13 eine Druckkraft ausgeübt wird,
aber so, daß es der Rolle 3 ausweicht und diese passieren läßt, wenn die Rolle 3
durch das Kurvenstück 7 zurückgeführt wird.
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Bei-schnell laufenden Getrieben dieser Art kann es gewünscht sein,
die im Umkehrpunkt II auftretenden großen Verzögerungs- und Beschleunigungskräfte
zu reduzieren. Das kann in einfacher Art dadurch erreicht werden, daß der Übergang
vom Kurvenstück 13. auf das Kurvenstück 7 mit einem Radius ausgeführt wird, der
etwas größer ist als der Radius der Rolle 3. Dadurch ist dem Konstrukteur ein einfaches
Mittel in die Hand gegeben, die Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte unter nur
kleiner Verringerung der Bewegungsgenauigkeit zu beherrschen. Die Auflauf-und Ablaufenden
der Kurvenstücke 6, 7, 13 sollen so ausgeführt werden, wie es z. B. bei dem Kurvenstück
13 gezeichnet ist, damit die Rollen 3 stoßfrei und tangential auf und ab laufen.