DEL0017856MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 3. Februar 1954 Bekanntgemacht am 6. Dezember 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

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: r = α· φ, worin r der Radiusvektor, α eine Konstante und φ der Drehwinkel ist. Der Radiusvektor

ίο ändert sich also proportional dem Drehwinkel, so daß eine Rolle, die vom Drehherz geführt wird, bei 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 Verbindungslinie der Achsen beider Rollen 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 hergehenden 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.

In der Fig. 1 sind, von einer Drehachse P ausgehend, zwei symmetrische, archimedische Spiralen ι aufgezeichnet und bilden die ideale Kurve

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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 90⁰, 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 be-

stimmte Winkelbewegung desselben nicht mit konstanter Geschwindigkeit geführt.' In Fig. 2 ist

diese Stellung des brehherzens' im vergrößerten Maßstabe aufgezeichnet. ' ·, ':/,- .

■ Aus der Fig. 2 ist ersichtlich/ ''.daß '.-die obere Rolle 3 nicht auf der archimedischen 'Spirale 1 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.

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.

Die Erfindung bezweckt weiterhin, eine Rollenführung zu schaffen, die es gestattet, die Rollen mathematisch genau nach dem Gesetz der archimedischen Spirale zu führen.

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 zueiner 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 φ von 180 bis 270⁰ durchläuft. Ein Kurvenstück ist dabei mit konvexer Kurvenbahn um die Schnittlinie seiner Führungsfläche 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. '

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.

Um auch die Rollen eindeutig zum Umkehrpunkt ohne Leerlauf des Drehherzens führen ζμ 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.

Es ist naturgemäß vorteilhaft, die freien Enden der Kurvenstücke so zu formen, daß der Ablauf und Auflauf der Rollen bzw. Stifte stoßfrei erfolgt.

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 Dreh-

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teller 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 90⁰ 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 9 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 8 seiner Führungsfläche mit der Symmetrieebene X-X schwenkbar ist.

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 11 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 10 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 10 zum Punkt 12 beschrieben. Erst vom Punkt 12 aus wird die Rolle 3 wieder eindeutig nach dem Gesetz der archimedischen Spirale geführt.

Um nun zu erreichen, daß die Achse der Rolle 3 eindeutig bis zum Umkehrpunkt 11 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 11 weitergeführt wird. Das ist z. B. auf einfache Art und Weise dadurch zu erreichen, daß die Führungsfläche des Κμι-venstückes 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.

Bei schnell laufenden Getrieben dieser Art kann es gewünscht sein, die im Umkehrpunkt 11 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 Auflaufund 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.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. 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, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Kurvenstück um einen gesonderten Drehpunkt verstellbar ist. .
2. 2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenbahn der getrennten Kurvenstücke in an sich bekannter Weise beiderseitig zur Symmetrieebene (X-X) spiegelbildlich verlaufen und eine archimedische Spirale bilden, deren Erzeugende einen Drehwinkel (φ) von 180 bis 270⁰ durchläuft.
3. 3. Getriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvenstück

   (6) mit konvexer Kurvenbahn und die Schnittlinie (8) seiner Führungsfläche mit der Symmetrieebene (X-X) und/oder das Kurvenstück

   (7) mit konkaver Kurvenbahn um die Schnittlinie (9) seiner Führungsfläche mit der auf der Symmetrieebene senkrecht stehenden und die Drehachse (P) schneidenden Ebene verstellbar ■

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   sind und daß diese Schnittlinien (8, 9) je eine Drehachse bilden.
4. 4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (3) und/oder Stifte zueinander verstellbar sind.
5. 5. Getriebe nach den Ansprüchen ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nur eine Rolle (3) oder ein Stift durch eine Kurvenbahn geführt wird.
6. 6. Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das konkave Kurvenstück (7) wenigstens um den Durchmesser der Rollen (3) oder Stifte über die Symmetrieebene (X-X) spiegelbildlich weitergeführt ist.
7. 7. Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (3) oder Stifte vor Ablauf vom konkaven Kurvenstück (6) durch geeignete Mittel gegen das Kurvenstück (13) gedrückt werden und von diesem bis zum auf der Symmetrieebene (X-X) liegenden Umkehrpunkt (11) geführt werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 255 195;
   USA.-Patentschrift Nr. 2298215;
   französische Patentschrift Nr. 401263;
   Reuleaux: »Lehrbuch der Kinematik«, Bd. 2, Braunschweig 1900, S. 538.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen