NL9101085A - Een tandwielmechanisme, in het bijzonder voor het varieren van de hoekrotatieparameters van assen, bijvoorbeeld in verpakkingsinrichtingen en dergelijke. - Google Patents

Description

UITTREKSEL

Een tandwielmechanisme, in het bijzonder voor verpakkings-inrichtingen, omvat een aandrijvend tandwiel (1), een aangedreven tandwiel (3) en ten minste twee tussengeplaatste vrij roterende tandwielen (6, 7). verbonden door armen (8 tot 10) die volgens een hoofdzakelijk polygonale opstelling lopen en middelen bezitten (11, 12; 13 tot 15) voor het variëren van de geometrie van de polygoon om naar keuze de fase van rotatie van het aangedreven tandwiel (3) ten opzichte van het aandrijvende tandwiel (1) te variëren.

Een tandwielmechanisme. in het bi.izonder voor het variëren van de hoek-rotatieparameters van assen, bijvoorbeeld in verpakkingsinrichtingen en dergeliike.

De onderhavige uitvinding heeft in hoofdzaak betrekking op tand-wielmechanismen en in het bijzonder betrekking op een tandwielmechanisme dat kan worden gebruikt voor het variëren van de hoekrotatieparameters (de snelheid en/of fase) van assen, bijvoorbeeld in verpakkings-inrichtingen en dergelijke.

De onderhavige uitvinding bouwt voort op de oplossing volgens de stand der techniek zoals weergegeven in figuur 1 en 2,

In deze tekeningen zijn drie tandwielen, daar aangegeven met 1, 2 en 3 onderdeel van een tandwielmechanisme.

Bij wijze van voorbeeld kan ervan worden uitgegaan dat het tandwiel 1 dient als een aandrijfelement omdat dit gekoppeld is met een respectieve aandrijfas die wordt geroteerd (door middel van niet weergegeven aan-drijfmiddelen) rondom een respectieve as Xj.

Het tandwiel 2, dat kan worden geroteerd rondom een respectieve as X2, dient echter als een element voor het overbrengen van de roteer-beweging naar het tandwiel 3 dat het aangedreven element vormt van het tandwielmechanisme en de beweging overbrengt naar een respectieve uitgaande as die kan roteren rondom een as X3.

Twee stijve armen, aangegeven met 4 en 5. verbinden het aandrijvende tandwiel 1 met het vrij roterende tandwiel 2 respectievelijk het vrij roterende tandwiel 2 met het aangedreven tandwiel 3*

Natuurlijk is deze weergave opzettelijk schematisch en bestemd om te tonen dat de armen 4 en 5 zodanig werken dat zij een constante afstand handhaven tussen de as X! en de as X2, respectievelijk de as X2 en de as X3.

Volgens de bekende wetten van de mechanica is de verhouding tussen de rotatiesnelheid van de aangedreven as die is gekoppeld met het tandwiel en van de aandrijvende as die is gekoppeld met het tandwiel 1 de reciproke van de verhouding tussen de diameters van de tandwielen 3 respectievelijk 1.

Bovendien is ondervonden dat de omstandigheden waaronder de beweging wordt overgebracht door het tandwielmechanisme betreffende de relatieve hoekstandposities (de zogenaamde faserelatie) van de aangedreven as en de aandrijvende as gevarieerd kunnen worden door veranderingen in de geometrie van het tandwielmechanisme. Voorts kan een cyclische faseverandering een overeenkomstige cyclische variatie veroorzaken in de rotatiesnelheid van de aangedreven as ten opzichte van diens gemiddelde waarde die wordt bepaald door de overbrengingsverhouding van het tandwielmechanisme, dat is door de diameters van de tandwielen 1 en 3. Meer in het bijzonder kan dit resultaat worden bereikt als de as waaraan het aandrijven tandwiel is gekoppeld is bevestigd aan een roterende inrichting die ervoor kan zorgen dat de as, en dus het aandrijvende tandwiel 1 als geheel, beweegt langs een cirkelvormige omtreksbaan zoals weergegeven door een streepstiplijn en aangegeven met Tx in figuur 1 en 2.

De grootte van de hoek die wordt begrensd door de armen 4 en 5 die onderling scharnieren rond de as X2 van het vrij roterende tandwiel 2 kan aldus cyclisch worden gevarieerd. In het bijzonder vallen twee waarden aangegeven met a' en a" in figuur 1 en 2 hoofdzakelijk samen met de minimum en maximum waarden die worden aangenomen door deze hoek wanneer de rotatieas Xx van het aandrijvende tandwiel 1 zich op twee plaatsen bevindt op diens baan Tx welke zich langs de lijn van de arm 4 diametraal tegenover elkaar bevinden.

Natuurlijk kan de geometrie van de mechanismen van figuur 1 en 2 tenminste in principe worden veranderd, door gebruik te maken van verschillende oplossingen, bijvoorbeeld met de extra en/of alternatieve varieerbaarheid van de stand van de rotatieas X3 van het aangedreven tandwiel 3·

In elk geval zal het duidelijk zijn dat een dergelijke verandering van de geometrie van het mechanisme een verandering teweeg brengt van de relatieve hoekstandposities van het aangedreven tandwiel 3 en het aandrijvende tandwiel 1 (hun zogenoemde faserelatie).

In dit verband is het voldoende de figuren 1 en 2 te vergelijken om te zien wat er gebeurt met de hoekstandpositie van het aangedreven tandwiel 3 wanneer het aandrijvende tandwiel 1 wordt bewogen van de stand zoals getoond in figuur 1 naar de stand zoals getoond in figuur 2, en omgekeerd, indien de andere parameters onveranderd blijven. In dit verband, om dit fenomeen beter te kunnen begrijpen, is het voldoende te verwijzen naar een denkbeeldige werkingsconditie waarin wordt aangenomen dat het tandwiel 1 niet roteert rond diens as en er daardoor in feite geen roterende beweging wordt overgebracht door het mechanisme (uit gezonderd de hoekstandoriëntatie van het tandwiel 3 ten gevolge van de geometrieverandering van het mechanisme).

Tevens blijkt duidelijk dat, wanneer het mechanisme in werking is en de rotatiebeweging continu wordt overgebracht van het tandwiel 1 naar het tandwiel 3 met behulp van het tandwiel 2, diens hoekstandoriëntatie resulteert in een soort voortbeweging of retardatie van de beweging van het tandwiel 3* hetgeen in de praktijk een "oscilleren" betekent van de rotatiesnelheid van het tandwiel 3 rond diens gemiddelde rotatiesnelheid (bepaald door de tandwielverhouding). Dit oscilleren vindt plaats met een frequentie die wordt bepaald door de frequentie waarmee de geometrie van het tandwielmechanisme wordt gevarieerd. Als bijvoorbeeld de rotatieas Xx van het tandwiel 1 wordt gedwongen om een omwentelingsbeweging te maken volgens de baan Ti bij een zekere frequentie (x omwentelingen/minuut), zal de rotatiesnelheid van het aangedreven tandwiel 3 meer of minder volgens een sinusvergelijking rond diens gemiddelde waarde bij dezelfde frequentie variëren.

Tevens kan worden vastgesteld dat de amplitude van het oscilleren van de rotatiesnelheid van het aangedreven tandwiel 3 (dat is het verschil tussen diens maximale snelheid max en diens minimale snelheid min) naar keuze kan worden gevarieerd door veranderingen van de mate van excentriciteit van de omwentelingsbeweging van het aandrijvende tandwiel (dat is de diameter van diens baan T^.

De uitvoering volgens de stand der techniek zoals weergegeven in figuur 1 en 2 is met voordeel door aanvraagster gebruikt, bijvoorbeeld om het noodzakelijke oscilleren op te leggen aan de rotatiesnelheid van de roterende afdicht- en lasbekken van verpakkingsinrichtingen van het soort zoals beschreven in het Italiaanse octrooischrift 1.208.4ll en het overeenkomstige Amerikaanse octrooischrift 4.862.673. beide gesteld op naam van aanvraagster.

In dit toepassingsgebied heeft aanvraagster het noodzakelijk gevonden zich rekenschap te geven van enige beperkingen van het mechanisme van figuur 1 en 2.

In het bijzonder is gebleken dat de bedrijfssnelheid van verpakkingsinrichtingen van het vermelde soort voortdurend toeneemt. Voor wat betreft het onderhavige mechanisme betekent dit een toename van de rotatiesnelheid van de aangedreven as die de beweging van de bekken stuurt, en dus een toename van de absolute rotatiesnelheid van het totale tandwielmechanisme en, in het bijzonder, van het aandrijvende tandwiel 1, en een daarbij behorende noodzaak de frequentie van de omwentelings- beweging van het aandrijvende tandwiel 1 langs diens baan Tx te verhogen, waarbij in feite de rotatiesnelheid van de bekken een volledige oscillatiecyclus dient te vervolmaken voor elk verpakt voorwerp.

Dit alles resulteert in een aanzienlijke toename van de spanningen afkomstig van het aandrijvende tandwiel 1 dat - in werking - zowel om zijn as draait als langs de omwentelingsbaan Ti beweegt. De noodzaak om grotere spanningen te weerstaan zou in principe kunnen worden opgelost door gebruik te maken van grotere aandrijvende tandwielen. Deze keuze zou echter leiden tot een overeenkomstige noodzaak om de afmetingen van het aangedreven tandwiel 3 te vergroten (de overbrengingsverhouding van het mechanisme wordt in feite bepaald door de verhouding tussen de diameters van de tandwielen 1 en 3)· Evenals dat het mechanisme als geheel omvang-rijker wordt gemaakt (waardoor het minder gevoelig is betreffende de schommeling van diens snelheid ten gevolge van het toegenomen traagheids-moment) terwijl de excentrische inrichting waarop het tandwiel 1 is aangebracht nog moeilijker wordt te vervaardigen, heeft deze oplossing een inherente beperking, bepaald door de fysieke onmogelijkheid de afmetingen van het aangedreven tandwiel 3 groter te maken dan de maximale diameter aangepast aan de afmetingen van de inrichting.

Hierbij komt nog dat, in het hierboven beschreven toepassingsgebied, het meestal wenselijk is te voorkomen dat het mechanisme en in het bijzonder het aandrijvende tandwiel 1 in een oliebad werkzaam is. Bovendien is het in dergelijke specifieke toepassingsgebieden (zoals het gebied waarop een aanvrage van aanvraagster met prioriteitsdatum overeenkomstig de onderhavige aanvrage betrekking heeft) gewenst dat bij het optreden van bepaalde toevallige gebeurtenissen zoals tijdens het bijvoorbeeld falen van het aan de inrichting toe voeren van een te verpakken voorwerp, op de oscillerende beweging van de bekken tijdelijk een faseverschil tussen het tandwiel 3 en het tandwiel 1 te superponeren - gedurende een tijd die ongeveer overeenstemt met de tijd gedurende welke het voorwerp dat niet werd aangevoerd in de machine zou verblijven - met het onmiddelijk, nauwkeurig opnieuw instellen van de normale werkings-omstandigheden zodra de overgangsfase is beeïndigd.

Er bestaat aldus de wens een verbeterd tandwielmechanisme te verschaffen dat gebaseerd is op de oplossing volgens de stand der techniek van figuur 1 en 2 doch de hierboven beschreven beperkingen overwint.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt dit doel bereikt door middel van een mechanisme met de kenmerken zoals in het bijzonder weergegeven in de bijgevoegde conclusies.

De uitvinding zal nu zuiver bij wijze van niet beperkend voorbeeld worden beschreven aan de hand van de bijgevoegde tekeningen, waarin: figuur 1 en 2, die betrekking hebben op de stand der techniek, reeds hierboven zijn beschreven, en figuur 3 en 4 in de vorm van kinematische diagrammen en volgens principes die in hoofdzaak dezelfde zijn als die welke hierboven zijn aangenomen, de kenmerken en werkingskriteria vertonen, van een mechanisme volgens de uitvinding.

In figuur 3 en 4 worden delen die hoofdzakelijk dezelfde zijn als of equivalent zijn met delen die reeds zijn beschreven onder verwijzing naar figuur 1 en 2 aangeduid met dezelfde verwijzingscijfers.

Dit is in het bijzonder van toepassing op het aandrijvende tandwiel 1, het aangedreven tandwiel 3 en de rechtstreeks daarbij behorende delen.

Het hoofdkenmerk van het mechanisme van figuur 4 is dat de beweging van het aandrijvende tandwiel 1 naar het aangedreven tandwiel 3 wordt overgebracht door middel van twee tussengelegen vrij roterende tandwielen 6 en 7.

In het bijzonder grijpen de tanden, van het tandwiel 6 ineen met die van het tandwiel 1 en het tandwiel 7 terwijl de tanden van het tandwiel 7 ineen grijpen met de tanden van het tandwiel 6 en het tandwiel 3· Drie transmissiearmen, aangegeven met 8, 9 en 19 zijn onderling scharnierend verbonden en verbinden respectievelijk: - de rotatieas X1 van het tandwiel 1 met de rotatieas van het tandwiel 6 (arm 8), - de rotatieas Xg van het tandwiel 1 met de rotatieas X7 van het tandwiel 7 (arm 9). en - de rotatieas X7 van het tandwiel 7 met de rotatieas X3 van het tandwiel 3 (arm 10).

In het algemeen lopen de armen 8, 9 en 10 langs de zijden van een ^ polygoon dat, zoals duidelijk kan worden gezien, niet volledig coherent is omdat als de assen Xx en X3 in een vaste stand worden gehouden, de assen X6 en X7 desalniettemin in zekere mate in het vlak van het polygoon kunnen blijven bewegen.

Dit is zeker niet het geval bij het mechanisme volgens de stand der techniek van figuur 1 en 2, waarin, als de assen Xx en X3 in vaste standen worden gehouden, de as X2 van het vrij roterende tandwiel 2 dientengevolge eveneens in een vaste stand blijft, terwijl in dat geval de verandering van de geometrie van het mechanisme wordt bereikt door het rond- wentelen van het tandwiel 1, en dus van de as Xx langs de baan

De bewegingen van de assen X6 en X7 bij de oplossing volgens figuur 3 en 4 zijn echter niet volledig onafhankelijk. In feite is, indien de assen Xx en X3 vastgehouden worden, de resulterende bewegingsbaan van de as X7 ondubbelzinnig bepaald als éénmaal de as X6 bewogen is langs een bepaalde baan (gewoonlijk een boogvormige omwentelingsbeweging ten opzichte van de as X!).

De geometrie van het mechanisme van figuur 3 en 4 en in het bijzonder de mogelijkheid om die te wijzigen kan voor tenminste twee doelen worden gebruikt.

Het is een eerste mogelijkheid om de as Xg (dat is de as of de pen waaromheen het vrij roterende tandwiel 6 roteert) te verbinden met een mechanisme dat wordt gevormd door een verbindingsstang 11 en een krukas 12. Deze wordt geroteerd rondom een respectieve as Xl2 om een intermitterende beweging over te brengen op de as Xg heen- en weer langs een hoofdzakelijk boogvormige baan T2 waarvan het middelpunt op de as Xx van het tandwiel 1 is gelegen.

Natuurlijk zou het mechanisme 11, 12 kunnen zijn verbonden met het vrij roterende tandwiel 7 in plaats van of evenals met het vrij roterende tandwiel 6. Op basis van het principe dat in detail is beschreven onder verwijzing naar figuur 1 en 2 in verbinding met een mechanisme volgens de stand der techniek, resulteert de heen- en weergaande beweging van de as Xg van het tandwiel 3* als al het overige hetzelfde blijft, in een "oscilleren" van de hoekstandpositie, en dus de hoekrotatiesnelheid, van het tandwiel 3 tijdens de werking van het tandwielmechanisme. De amplitude van de oscillatie wordt bepaald door de lengte van de baan T2 en dus door de mate van excentriciteit van de krukaspen 12, waarvan de excentriciteit naar keuze instelbaar variabel kan zijn. De frequentie van het oscilleren wordt ondubbelzinnig bepaald door de rotatiesnelheid van de krukas 12 rond diens as X12.

Met de oplossing van figuur 3 is het aldus mogelijk de rotatiesnelheid van het tandwiel 3 te laten oscilleren terwijl de rotatieas van het aandrijvende tandwiel 1 constant wordt gehouden.

Het oscilleren van de snelheid van het aangedreven tandwiel 3 wordt bereikt door de tussenkomst van delen (de krukas 12 en diens verbindingsstang 11) die geen deel uitmaken van het overbrengingsmechanisme, in die zin dat zij geen deel uitmaken van het bepalen van de overbrengings-verhouding van het tandwielmechanisme. Bovendien hangt de overbrengings-verhouding niet langer meer af van de verhouding tussen de diameters van het aandrijvende tandwiel 1 en het aangedreven tandwiel 3. zoals bij de oplossing van figuur 1 en 2, doch tevens van de diameters van de tussen-gelegen tandwielen 6 en 7.

Dit alles betekent dat de problemen die zijn aangeduid in het inleidende deel van de onderhavige beschrijving kunnen worden voorkomen.

In het bijzonder kan het volgende worden waargenomen.

Voor een bepaalde overbrengingsverhouding tussen het aandrijvende tandwiel 1 en het aangedreven tandwiel 3 is het nu mogelijk, door de keuze van de diameters van de tussengelegen vrij roterende tandwielen 6 en 7» een uitzonderlijke vermindering van de afmetingen van het aandrijvende tandwiel (1) tot een niveau te vermijden waarbij diens slij-tage-weerstandseigenschappen cruciaal zijn. Tegelijkertijd is het niet nodig een uitzonderlijk groot aangedreven tandwiel 3 te gebruiken dat niet aansluit bij de normale afmetingsgrenzen van de machine waarin het mechanisme is aangebracht.

Op de tweede plaats is het mogelijk om het deel van de verbindings-stang en het krukasmechanisme 11, 12 in een oliebad te plaatsen om de omstandigheden waaronder zij werken te verbeteren.

De variant van figuur 4 verschaft, binnen het terrein van de uitvinding, het gebruik van een element volgens de oplossing volgens de stand der techniek, dat is de mogelijkheid om de rotatieas X1 een roterende omwentelingsbeweging te laten maken langs de cirkelvormige baan T*.

In dit geval fungeert de arm 10, die de verbinding vormt tussen de rotatieas X7 van het tussen gelegen tandwiel 7 en de rotatieas X3 van het aangedreven tandwiel 3. als een zuiver scharnierend element dat naar keuze door de werking van een overbrengingsarm 13 kan worden georiënteerd. De arm 13 wordt bewogen door een driehoekig element 14 dat scharniert rond een respectieve as X·^ met behulp van een pneumatische of hydraulische cilinder 15.

In het algemeen kan het element 10 worden bewogen tussen een eerste werkzame stand, weergegeven met getrokken lijnen en aangeduid met A in figuur 4, en een tweede werkzame stand, aangeduid met B en weergegeven met stippellijnen in dezelfde tekening.

Bijvoorbeeld kan worden aangenomen dat het element 10 de stand A inneemt wanneer de vijzel 15 zich in diens ruststand bevindt en de stand B bereikt wanneer de vijzel zodanig wordt bedient dat diens zuigerstang naar buiten beweegt.

De beweging van het element 10 vanuit de stand A naar de stand B, die plaatsvindt met een in hoofdzaak snelle omklappende beweging, dat is in feite zonder rust in elke tussen gelegen stand, leidt in essentie tot een verandering van de geometrie van het mechanisme en, dien ten gevolge tot een verandering van de instantane fase van rotatie van het aangedreven tandwiel (3) ten opzichte van het aandrijvende tandwiel 1.

Met voordeel kan van dit kenmerk gebruik worden gemaakt bij bijvoorbeeld verpakkingsinrichtingen, en in het bijzonder bij een ver-pakkingsinrichting zoals beschreven in de italiaanse octrooiaanvrage 67648-A/90 van aanvraagster.

In dit specifieke geval is het wenselijk voor het vaststellen (bijvoorbeeld met behulp van optische middelen volgens bekende principes) van de aanwezigheid van één of meer lege posities in de stroom van voorwerpen die worden toegevoerd aan de verpakkingsmachine om een faseverandering te veroorzaken zodat de bekken van de inrichting achtergehouden worden (welke inrichting bijvoorkeur van het soort is met twee sluiteenheden in cascade). Bijvoorbeeld dienen de bekken te worden vertraagd of versneld afhankelijk van de positie waarin zij zich bevinden of, met andere woorden, dient de fase van hun roterende sluitbeweging voorwaarts of terug te worden geschoven om rekening te houden met het feit dat zij een lege verpakking zullen sluiten, dat is een verpakking waarin zich geen produkt bevindt.

In het bijzonder wanneer een lege positie is waargenomen in de toevoerstroom, komt het regelsysteem van de inrichting (gewoonlijk een PLC-regeleenheid) tussen beiden op een van te voren bepaald moment en bedient de vijzel 15. Het resulterende scharnieren van het element 10 vanuit de stand A naar de stand B versnelt of vertraagt de bekken zoals vereist ten gevolge van de inwerking op een lege verpakking. Zodra deze overgangssituatie voorbij is gegaan, doet de regeleenheid van de inrichting de vijzel terug gaan naar diens gedeactiveerde stand, zodat het element 10 nauwkeurig terug keert naar diens voorafgaande stand (A). Dit alles verzekert dat als eenmaal de overgangsituatie voorbij is de oorspronkelijke werkzame omstandigheden van de bekken opnieuw snel en nauwkeurig worden ingesteld.

Natuurlijk kunnen de constructiedetails en vormen van de uitvoering ruim worden veranderd ten opzichte van die zoals beschreven en weergegeven, waarbij het principe van de uitvinding hetzelfde blijft, zonder daardoor de strekking van de onderhavige uitvinding te verlaten.

Claims (7)

1. Tandwielmechanisme omvattende een aandrijvend tandwiel (1), een aangedreven tandwiel (3). en tenminste één tussen gelegen tandwiel (6, 7) waarvan de rotatieassen (Xlt X0, X7, X3) verbonden zijn door armen (8 tot 10) die de mogelijkheid verschaffen dat de geometrie van het mechanisme kan worden veranderd, met het kenmerk, dat het mechanisme is voorzien van tenminste twee tussengelegen vrij roterende tandwielen (6, 7) en, dien ten gevolge, van tenminste drie armen (8 tot 10) die volgens een hoofdzakelijk polygonale opstelling lopen, en dat het mechanisme is voorzien van middelen (11, 12; 13 tot 15) voor het naar keuze variëren van de geometrie van het polygoon.

2. Mechanisme volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de middelen zijn voorzien van een verbindingsstang (11) en een krukas (12) die de as (X5) van tenminste één (6) van de tussengelegen vrij roterende tandwielen, een in hoofdzaak heen- en weergaande beweging (1^) kan geven om te veroorzaken dat de omwentelings kenmerken van de rotatie van het aangedreven tandwiel (3) in hoofdzaak ten opzichte van de omwentelings kenmerken van de rotatie van het aandrijvende tandwiel (1) oscilleert.

3· Mechanisme volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de middelen zijn voorzien van regelorganen (13 tot 15) voor het oriënteren van tenminste één (10) van de armen tussen een eerste werkzame stand (A) en een tweede werkzame stand (B) waarin de tenminste ene (10) arm verschillende hoekstanden inneemt.

4. Mechanisme volgens conclusie 3» met het kenmerk, dat het regel-orgaan (12 tot 15) tenminste één (20) van de armen oriënteert tussen de eerste (A) en tweede (B) werkzame standen door een in het algemeen snel omschakelende beweging zonder dat daarbij in elke tussen gelegen stand in hoofdzaak gerust wordt.

5. Mechanisme volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat het regelorgaan een hydraulische vijzel (15) omvat.

6. Mechanisme volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk. dat dit tevens is voorzien van middelen om de as (Xj van tenminste één van het aandrijvende tandwiel (1) en het aangedreven tandwiel (3) te brengen in een hoofdzakelijke omwentelingsbeweging volgens een cirkelvormige baan (T-l) .

7. Inrichting, in het bijzonder een verpakkingsinrichting, voorzien van een mechanisme volgens één der voorgaande conclusies 1 tot 6.