DE2855452A1 - Getriebe zum umsetzen einer gleichfoermigen bewegung in eine nicht-gleichfoermige bewegung - Google Patents

Description

gung wird durch die Wechselwirkung einer Mehrzahl von Nockenfolgern und einer Nockenfläche gesteuert, wodurch aus der Drehbewegung des ersten Zahnrades eine Überlagerung einer Mehrzahl von Bewegungskomponenten erzeugt wird, darunter Drehbewegungen, Umlaufbewegungen und verschiedene andere Kombinationen derartiger Bewegungen. Stattdessen kann die Kopplung zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle auch unter Verwendung von Kettenrädern erfolgen, welche das erste und das zweite Zahnrad ersetzen und über eine Antriebskette, einen Riemen od.dgl. miteinander verbunden sind. Falls gewünscht, können das erste und das zweite Zahnrad auch durch Räder ersetzt werden, die auf ihrer Mantelfläche mit Reibbelägen versehen sind und reibschlüssig aufeinander laufen. Bei einer weiteren Ausfuhrungsform des Getriebes können treibendes Getriebeteil und/ oder getriebenes Getriebeteil linear bewegbar sein und in diesem Falle kann man dann das erste Zahnrad durch eine Zahnstange ersetzen, welche mit dem zweiten Zahnrad kämmt und zusammen mit diesem für die oben angegebene Aufeinanderfolge von Bewegungsphasen sorgt.

Die vorliegende Erfindung betrifft Getriebe zur Umformung von Bewegungen, sie betrifft insbesondere Schrxttschaltgetriebe, welche Bewegungszyklen mit Verweilphasen, Beschleunigungsphasen und Bewegungsphasen konstanter Geschwindigkeit erzeugen.

Die Verwendung von Zahnrädern und Wellen zum Umsetzen von Drehmomenten in eine lineare Bewegung ist dem Fachmann bekannt. Derartige Getriebe werden in verschiedenen Ausführungsformen von Transfervorrichtungen für Werkstücke verwendet. Für gewisse Anwendungsfäl-

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le ist die lineare Bewegung eine Hin- und Herbewegung, und es wird ein reversierbarer Elektromotor oder ein Getriebe dazu verwendet, die Bewegung in entgegengesetzter Richtung zu erzeugen. Derartige Getriebe müssen mit einer Abschalteinrichtung versehen sein, oder man muß eine Kupplung vorsehen, durch welche der Antrieb von dem getriebenen Getriebeteil getrennt wird, damit die Last an der richtigen Stelle in der Maschine angehalten wird, bevor eine Bearbeitung des Werkstückes erfolgt. Da man aber Bewegungen nicht plötzlich anhalten kann, muß man eine Verzögerungsphase vorsehen, und darüber hinaus ist es auch vorteilhaft, wenn man noch für eine Verweilphase sorgt, innerhalb welcher eine Drehung der Eingangswelle zu keiner Drehung der Ausgangswelle führt. Auf diese Weise erhält man zugleich eine große Transfergeschwindigkeit und eine gute Genauigkeit der Positionierung.

Durch die vorliegende Erfindung soll ein Getriebe zur Bewegungsumformung geschaffen werden, welches abtriebsseitig Bewegungen mit einer Verweilphase, einer Beschleunigungsphase, einer Phase konstanter Geschwindigkeit, einer Verzögerungsphase und einer weiteren Verweilphase bereitstellt, wobei die Länge der einzelnen Phasen zueinander einstellbar sein soll.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 angesprochenen Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe kann die Änderung der Länge der verschiedenen Phasen eines Bewegungszyklus einfach durch Vorgabe der Form der Nockenfläche erfolgen.

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Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist das Getriebe ein erstes Zahnrad, Kettenrad oder Rad auf, welches fest mit einer umlaufenden Eingangswelle verbunden ist. Dieses erste Getriebeteil kämmt mit einem zweiten Zahnrad, Kettenrad oder anderem Rad oder ist sonstwie mit diesem zweiten Getriebeteil· antriebsschlüssig verbunden. Dieses zweite Getriebeteil ist vom einen Ende eines Schwenkarmes getragen, dessen zweites Ende mit der Ausgangswelle verbunden ist. An dem zweiten Zahnrad sind Nockenfolger befestigt, welche an der stationären Nockenfläche anliegen. Auf diese Weise wird die Drehbewegung und die epizyklische Bewegung (curvilinear movement) des zweiten Zahnrades gesteuert.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist eine Zahnstange od.dgl. vorgesehen, welche antriebsschiüssig mit einem Zahnrad, Kettenrad oder einem anderen Rad verbunden ist, das seinerseits dem Ausgangsteil des Getriebes zugeordnet ist. Auf diesem Zahnrad, Kettenrad oder Rad sind geeignete Nockenfolger befestigt, die an einer Nockenfläche anliegen. Auf diese Weise wird wieder die Drehbewegung und die lineare Bewegung des Ausgangsteils des Getriebes gesteuert, wobei man aufeinanderfolgend eine Verweilphase, eine Beschleunigungsphase, eine Phase konstanter Geschwindigkeit, eine Verzögerungsphase und eine weitere Verweilphase erhält, deren Länge wiederum getrennt vorgebbar ist.

Das erfindungsgemäße Getriebe hat eine minimale Anzahl bewegter Teile und kann hohe Drehmomente übertragen. Es eignet sich gut zum Bewegen schwerer Werkstücke und sorgt für ausreichend lange Verweilphasen. Damit kann der Antrieb des Getriebes angehalten werden, ohne daß das Ausgangsteil über die gewünschte Endlage hinaus-

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schießt. Durch die vorliegende Erfindung wird deshalb das Transportieren und Positionieren von Gegenständen wie Werkstücken innerhalb einer Maschine erheblich vereinfacht.

Nachstehend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispie-Ie unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.

In dieser zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf die Stirnseite eines Schritt

schaltgetriebes, wobei die Eingangswelle im Schnitt wiedergegeben ist;

Fig. 2 einen axialen Schnitt durch das Schrittschaltge

triebe nach Fig. 1, der längs der Linie 2-2 von Fig. 1 verläuft;

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Rückseite des Schrittschalt

getriebes nach Fig. 1;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Geschwindigkeit

von Eingangswelle und Ausgangswelle in Abhängigkeit von der Zeit für das Schrittschaltgetriebe nach den Fig. 1-3;

Fig. 5 eine Aufsicht auf das Schrittschaltgetriebe von

Fig. 1, wobei jedoch der Nockenfolger in der Stellung gezeigt ist, die er in einer Verweilphase einnimmt;

Fig. 6 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 5, wobei jedoch der

Nockenfolger in derjenigen Stellung gezeigt ist, die er in einer Beschleunigungsphase der Ausgangswelle einnimmt;

Fig. 7 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 5, wobei jedoch

eine andere Antriebsverbindung zwischen der Ein-

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gangswelle und der Ausgangswelle gezeigt ist;

Fig. 8 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 5, wobei jedoch eine

weiter abgewandelte Antriebsverbindung zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle gezeigt ist;

Fig. 9 eine seitliche Ansicht auf einen Teil eines Schritt

schaltgetriebes mit linearfbewegtem Eingangsteil; und

Fig. 10 eine seitliche Ansicht auf einen Teil eines Schrittschaltgetriebes, welches dem von Fig. 9 ähnelt, jedoch mit einem abgewandelten Antrieb versehen ist.

In den Fig. 1-3 ist ein Schrittschaltgetriebe insgesamt mit 1O bezeichnet. Es hat eine Eingangswelle 12, die in einem Lagerblock drehbar ist. Der letztere ist seinerseits an einem unteren Bodenteil 16 befestigt. Am einen Ende 20 der Eingangswelle 12 ist ein Zahnrad 18 befestigt, das somit zusammen mit der Eingangswelle 12 gedreht wird. Mit dem Zahnrad 18 kämmt ein zweites Zahnrad 22, das auf einer Welle 24 angebracht ist. Die letztere ist im einen Ende 26 eines Schwenkarmes 28 gelagert, dessen anderes Ende 30 fest mit einer Ausgangswelle 32 verbunden ist und somit zusammen mit der letzteren umläuft. Die Welle 24 ist somit unter radialem Abstand von der Ausgangswelle 32 gelagert, die ihrerseits koaxial zur Eingangswelle 12 angeordnet ist und ähnlich wie diese, jedoch in einem anderen Abschnitt des Lagerblockes 14 gelagert ist. Der Lagerblock 14 ist - wie schon ausgeführt - an dem Bodenteil 16 befestigt, das einen Teil einer Transfervorrxchtung oder einer anderen Maschine darstellen kann, in der das Schrittschaltgetriebe 10 verwendet wird.

An der Vorderseite 3 4 des zweiten Zahnrades 22 ist ein Tragarm 36 für Nockenfolgeglieder befestigt, welcher von einander diametral

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gegenüberliegenden Seiten des zweiten Zahnrades 22 nach außen übersteht. An den außenliegenden Enden des Tragarms 36 sind eine erste Rolle 38 und eine zweite Rolle 40 befestigt, die Nockenfolgeglieder darstellen und auf vorgegebenen Abschnitten einer insgesamt mit 44 bezeichneten Nockenfläche in Längsrichtung laufen.

Die eine gekrümmte, nach innen weisende Kante aufweisende Nockenfläche 44 ist in einer vorderen Stirnplatte 42 durch spanendes Bearbeiten ausgebildet. An der Nockenfläche 44 kann eine oder können beide der Rollen 38 und 40 anliegen, welche von dem mit dem Zahnrad 22 fest verbundenen Tragarm 36 getragen sind. Die Nockenfläche 44 läßt sich in fünf Nockenflächenabschnitte unterteilen, nämlich einen ersten Nockenflächenabschnitt 46, der für eine erste Verweilphase sorgt, einen zweiten Nockenflächenabschnitt 48, der für eine erste Beschleunigungs/Verzögerungsphase sorgt, einen dritten Nockenflächenabschnitt 50, der für eine Bewegungsphase konstanter Geschwindigkeit sorgt, einen vierten Nockenflächenabschnitt 52, der für eine zweite Beschleunigungs/Verzögerungsphase sorgt, und einen fünften Nockenflächenabschnitt 54, der für eine zweite Verweilphase sorgt.

An dem gegenüberliegenden Ende der Welle 24, das in dem Schwenkarm 28 gelagert ist, ist ein sekundärer Tragarm 56 befestigt, an.dessen gegenüberliegendem Ende eine Rolle 58 gelagert ist, die ebenfalls ein Nockenfolgeglied darstellt, ähnlich wie die auf dem Tragarm 36 gelagerten Rollen 38 und 40. Die Rolle 58 läuft auf Nockenflächen 60 und 62, die auf einer hinteren Stirnplatte 64 ausgebildet sind. Die Rolle 58 läuft auf den Nockenflächen 60 und 6 2 nur während der Verweilphasen oder allenfalls noch zusätzlich während der Endab-

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schnitte der Beschleunigungs/Verzögerungsphasen, und hierdurch wird eine Stabilisierung der Bewegung des Ausgangsteils des Getriebes erhalten, die ein gutes Positionieren des durch das Getriebe geförderten Werkstückes sicherstellt. Letzteres wird somit genau am gewünschten Ort zum Halten gebracht. Zum Abstützen der vorderen Stirnplatte 42 und der hinteren Stirnplatte 64, welche die Nockenflächen tragen, sind zwei Seitenplatten 68 und 70 vorgesehen, welche die Stirnplatten miteinander verbinden und im wesentlichen senkrecht auf den parallelen Ebenen stehen, welche durch die vordere Stirnplatte und die hintere Stirnplatte vorgegeben sind.

Sowohl die beiden Nockenflächenabschnitt 46 und 54, welche für Verweilphasen sorgen, als auch der Nockenflächenabschnitt 50, der für eine Bewegungsphase mit konstanter Geschwindigkeit sorgt, haben konstanten Krümmungsradius. Dabei ist der Radius für die für eine Verweilphase sorgenden Nockenflächenabschnitte 46 und 54 untereinander gleich. Der Krümmungsmittelpunkt des Nockenflächenabschnittes 50, der für eine Bewegungsphase mit konstanter Geschwindigkeit sorgt, liegt notwendigerweise in der Drehachse der Eingangswelle

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3-6 das Arbeiten des oben beschriebenen Schrittschaltgetriebes genauer beschrieben.

Zunächst sei angenommen, daß sich das Schrittschaltgetriebe in einer Verweilphase befindet, wobei die Getriebeteile die in Fig. gezeigte Stellung einnehmen. Dabei liegt die Rolle 38 an dem für eine Verweilphase sorgenden Nockenflächenabschnitt 5 4 der Nockenfläche 44 an. Zum Zeitpunkt T₁ wird ein auf die Eingangswelle 12 arbeitender Antrieb eingeschaltet, wodurch die Eingangswelle 12

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beschleunigt und in Drehung gesetzt wird. Dies führt zu einer entsprechenden Drehung des Zahnrades 18. In der zwischen den Zeitpunkten T₁ und Ty liegenden Zeitspanne wird durch das Zahnrad 18 das Zahnrad 22 in Drehung versetzt, und hierbei verbleibt die mit 72 bezeichnete Drehachse des Zahnrades 22 im Krümmungsmittelpunkt des Nockenflächenabschnittes 54. Die Rolle 40 liegt in dieser Phase an keiner Oberfläche an. Die Rollen 38 und 40 können sich also zusammen mit dem Zahnrad 22 frei drehen, und man erhält so eine in Fig.4 mit 73 bezeichnete Verweilphase, während der die Ausgangswelle 32 stationär bleibt. Zum Zeitpunkt T„ tritt die Rolle 38 in den für eine Beschleunigungs/Verzögerungsphase sorgenden Nockenflächenabschnitt 52 der Nockenfläche 44 ein. Zu diesem Zeitpunkt wird dann eine Abnahme der Rotationsbewegung des Zahnrades 22 herbeigeführt, das dann allmählich auf einem gekrümmten Weg geführt wird und um die Ausgangswelle 32 umzulaufen beginnt. Diese in Fig. 4 mit 74 bezeichnete Beschleunigungsphase dauert bis zum Zeitpunkt T_, zu dem die Rolle 40 sich so weit gedreht hat, daß sie an dem für konstante Geschwindigkeit sorgenden Nockenflächenabschnitt 50 der Nokkenfläche 44 anliegt. Zum Zeitpunkt T₃ liegen somit die beiden Rollen 38 und 40 an voneinander entfernten Oberflächenabschnitten der Nockenfläche 44 an, wodurch ein Sichdrehen des Zahnrades 22 vollständig ausgeräumt ist. Durch Drehung des Zahnrades 18 wird dann eine Bewegung des Zahnrades 22 auf einer gekrümmten Bahn herbeigeführt. Diese Bewegung erfolgt mit konstanter Geschwindigkeit, die entsprechende Bewegungsphase ist in Fig. 4 mit 76 bezeichnet und dauert bis zum Zeitpunkt T. an, zu dem die in Bewegungsrichtung gesehen vorneliegende Rolle 40 in den Nockenflächenabschnitt 48 eintritt, welcher für eine Verzögerung sorgt. Vom Zeitpunkt T. bis zum Zeitpunkt T₁- bewegt sich die Rolle 40 in dem Nockenflächenabschnitt

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48 der Nockenfläche 44, und man erhält an der Ausgangswelle eine Verzögerungsphase, die in Fig. 4 mit 78 bezeichnet ist. In der Verzögerungsphase 78 kommt die Rolle 3 8 von der Nockenfläche 44 frei und beginnt um die Drehachse 72 des Zahnrades 22 umzulaufen. Bei weiterer Drehung des Zahnrades 18 durch die Eingangswelle 12 wird die in Bewegungsrichtung vorneliegende Rolle 40 aus dem Nockenflächenabschnitt 48 heraus und in den für eine Verweilphase sorgenden Nockenflächenabschnitt 46 hinein bewegt. In der Verweilphase, die in Fig. 4 mit 80 bezeichnet ist, ist die Bewegung des Zahnrades 22 wieder eine reine Rotationsbewegung. In der Verweilphase 80, die durch die Zeitpunkte T₁- und T_fi begrenzt ist, steht genügend Zeit zur Verfügung, um den auf die Eingangswelle 12 arbeitenden Antrieb abzuschalten oder auszurücken, ohne daß die Gefahr besteht, daß das vom Getriebe 'bewegte Werkstück über die gewünschte Endlage hinausbewegt oder unpräzise positioniert wird.

Das Zahnrad 22 ist in dem Schwenkarm 28 drehbar gelagert, und seine Drehachse ist von der Drehachse der Ausgangswelle 32 versetzt. Eine Drehbewegung des Zahnrades 22 führt also innerhalb der Verweilphasen 73 und 80 zu keinerlei Bewegung der Ausgangswelle 32, auch dann, wenn das Zahnrad 22 durch Drehen des fest mit der Eingangswelle 12 verbundenen Zahnrades 18 gedreht wird. In den Beschleunigungsphasen der Rollen 38 und 40 nimmt jedoch die Drehbewegung des Zahnrades 22 ab und zugleich mit dieser Abnahme erhält man eine Zunahme der Planetenbewegung um die gemeinsame Achse von Eingangswelle und Ausgangswelle. Hierdurch wird der Schwenkarm 28 gedreht und damit auch die Ausgangswelle 32. Ist der Nockenflächenabschnitt 50 der Nockenfläche 44 erreicht worden, welcher für eine konstante Geschwindigkeit der Ausgangswelle 32 sorgt, so hat man keine Drehbewegung des

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- 19 Zahnrades 22 mehr, vielmehr ist die Drehbewegung vollständig durch eine reine planetenförmige Umlaufbewegung ersetzt. Hierdurch wird der Schwenkarm 28 über einen Kreisbogen von etwa 180° gedreht, wie dies in der Zeichnung wiedergegeben ist. Dies erfolgt so lange, bis die in Bewegungsrichtung vorne liegende Rolle 38 oder 40 (je nach der Bewegungsrichtung des Getriebes) in den Nockenflächenabschnitt 48 oder 52 der Nockenfläche 44 eintritt, welcher für eine Verzögerung der Ausgangsbewegung sorgt.

Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird der Tragarm 56 für die Rolle 58 dann infolge zunehmender Drehbewegung des Zahnrades 22 in Drehung gesetzt, wenn die Rolle 38 oder 40 in den zugeordneten Beschleunigungs/Verzögerungs-Nockenflächenabschnitt 52 bzw. 48 eintritt. Tritt entweder die Rolle 38 oder die Rolle 40 in den ihr zugeordneten Verweil-Nockenflächenabschnitt 54 bzw. 46 ein, so kommt die Rolle 58 in Anlage entweder an die Nockenfläche 60 oder die Nockenfläche 62. Hierdurch wird die Bewegung der Ausgangswelle 32 stabilisiert, wodurch sichergestellt ist, daß das gerade transportierte Werkstück sauber positioniert wird. Innerhalb der mit konstanter Geschwindigkeit erfolgenden Bewegungsphase ist der Tragarm 56 für die Rolle 58 in longitudinaler Richtung auf den Schwenkarm 28 ausgerichtet. Der zweite Tragarm 56, seine Rolle 58 und die Nockenflächeneo und 62 sorgen für ein stabilisiertes Arbeiten des Getriebes. Für gewisse Anwendungen können sie jedoch weggelassen werden, falls dies gewünscht wird.

Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die spezielle Form und Kontur der Nockenfläche 44 sich abwandeln läßt, um so ein breites Spektrum von Verweilphasen, Beschleunigungs/Verzögerungsphasen und/oder Bewegungsphasen mit konstanter Geschwindigkeit einzustellen. Z.B. läßt

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sich eine längere Beschleunigungs/Verzögerungsphase dadurch erhalten, daß man die Länge der Nockenflächenabschnitte 48 und 52 vergrößert. Längere oder kürzere Verweilphasen lassen sich dadurch erhalten, daß man die Länge der Nockenflächenabschnitte 46 und/oder 52 vergrößert oder verkleinert. Auch die Größenverhältnisse des Zahnrades 18 und des Zahnrades 22 zueinander beeinflussen die Größe der Verweilphase und der Beschleunigungs/Verzögerungsphase. Je größer das Durchmesserverhältnis zwischen Zahnrad 18 und Zahnrad 22 ist, umso kürzer sind die Verweilphasen und die Beschleunigungsphasen.

Fig. 7 zeigt ein zweites Schrittschaltgetriebe, das insgesamt mit 82 bezeichnet ist. Es hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie das in den Fig. 1-3, 5 und 6 beschriebene Schrittschaltgetriebe, nur ist die Antriebsverbindung zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle abgewandelt. Entsprechende Getriebeteile sind daher wieder mit denselben Bezugszeichen versehen, welche zusätzlich mit einem Apostrophen versehen sind. Die Zahnräder 18 und 22 sind durch Kettenräder 84 und 86 ersetzt, über welche eine Äntriebskette 88 läuft, die die Kettenräder 84 und 86 antriebsschlüssig verbindet. Das Schrittschaltgetriebe nach Fig. 7 arbeitet im wesentlichen genauso wie dies schon oben beschrieben worden ist. Seine Funktion braucht somit an dieser Stelle nicht noch einmal detailliert beschrieben zu werden. Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem Schrittschaltgetriebe 82 eine Antriebskette 88 und Kettenräder 84 und 86 verwendet sind. Natürlich kann man die Kraftübertragung auch durch eine andere ersetzen, z.B. durch zwei Riemenscheiben für Keilriemen und einen über diese laufenden Keilriemen mit V-förmigem Querschnitt.

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In Fig. 8 ist eine dritte Ausführungsform eines Schrittschaltgetriebes gezeigt, die insgesamt mit 90 bezeichnet ist. Dieses Schrittschaltgetriebe hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die schon weiter oben beschriebenen Schrittschaltgetriebe. Entsprechende Getriebeteile sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei zwei Apostrophen angefügt sind. Bei dem Schrittschaltgetriebe nach Fig. 8 sind die Zahnräder 18 und 22 durch Räder 92 und 94 ersetzt, welche mit in Umfangsrichtung verlaufenden Laufflächen 96 und 98 versehen sind, die jeweils einen hohen Reibungskoeffizienten aufweisen. Z.B. kann man die Lauffläche durch entsprechende Beschichtung der Mantelfläche der Räder oder durch Aufsetzen eines flachen Querschnitt aufweisenden Ringes erhalten, wobei jeweils als Material ein solches mit hohem Reibungskoeffizienten gewählt wird. Die die Lauffläche bildende Beschichtung oder der Laufring mit dem hohen Reibungskoeffizienten kann dann nach Verschleiß leicht ersetzt werden. Bei dem Schrittschaltgetriebe nach Fig. 8 rollen die Laufflächen 96 und 9 8 der Räder 92 und 9 4 ohne Gleiten unter Reibung aufeinander, und auf diese Weise wird das Drehmoment von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle übertragen.

Ein Schrittschaltgetriebe, wie es oben beschrieben worden ist, läßt sich leicht auf eine Vielzahl unterschiedlicher Abfolgen von Verweilphasen, Beschleunigungsphasen, Bewegungsphasen mit konstanter Geschwindigkeit, Verzögerungsphasen und zweiten Verweilphasen auslegen. Dies kann auch dann einfach erfolgen, wenn sowohl die Eingangsbewegung als auch die Ausgangsbewegung linear sind. Ein entsprechendes Schrittschaltgetriebe wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 9 näher erläutert.

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In Fig. 9 ist ein Schrittschaltgetriebe insgesamt mit 1OO bezeichnet. Als auf das Eingangsteil arbeitender Antrieb ist ein Kolben 102 vorgesehen, dessen Kolbenstange 104 in Längsrichtung geführt ist und bei entsprechender Druckbeaufschlagung des Kolbens 102 hin- und herbewegt wird. Das außenliegende Ende 106 der Kolbenstange ist mit einem insgesamt mit 108 bezeichneten Schlitten verbunden, welcher das Eingangsteil des Getriebes darstellt. Auf dem Schlitten 108 ist eine ausreichend lange Zahnstange 110 befestigt, welche nach oben weisende, in Längsrichtung aufeinanderfolgende Zähne 112 trägt. Ein Zahnrad 114, welches das Äusgangsteil des Getriebes darstellt, hat Zähne 116, die mit den Zähnen 112 der Zahnstange 110 kämmen. Ein Tragarm 118 für Nockenfolgeglieder ist fest an einer Seitenfläche 119 des Zahnrades 114 befestigt. Die Lagerung für das das Ausgangsteil des Getriebes darstellende Zahnrad 114 ist in der Zeichnung nicht näher wiedergegeben. Sie kann z.B. in einem Schlitten angeordnet sein, der in Längsrichtung hin- und herbewegt werden soll und zum Tragen eines Werkstückes ausgebildet ist.

Der Tragarm 118 hat im wesentlichen T-Form und weist nach außen

überstehende Arme 120,122 und 124 auf, von denen ein jeder eine

Rolle 126,128,130 trägt, welche ein Nockenfolgeglied darstellt und am äußeren Ende des Armes gelagert ist.

Eine insgesamt mit 132 bezeichnete Nockenfläche hat einen geraden, in Längsrichtung verlaufenden Nockenflächenabschnitt 134, auf welchem die Rollen 126 und 128 laufen können, wobei sie für eine Bewegungsphase mit konstanter Geschwindigkeit sorgen. An den einander gegenüberliegenden Enden des geradlinigen Nockenflächenabschnittes 134 sind kreisbogenförmige Nockenflächenabschnitte 136

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und 138 vorgesehen, welche glatt in den Nockenflächenabschnitt 134 übergehen. Kommen die Rollen 126 und 128 in Eingriff mit den Nockenflächenabschnitten 136 und 138, so erhält man eine Beschleunigung oder eine Verzögerung des Getriebeausgangsteils, je nach der Bewegungsrichtung des Schlittens 108. Zusätzliche kreisbogenförmige Nockenflächenabschnitte 140 und 142 gehen glatt von den kreisbogenförmigen Nockenflächenabschnitten 136 und 138 aus. Kommen die Rollen 126 und 128 in Eingriff mit diesen letztgenannten Nockenflächenabschnitten, so erhält man eine Verweilphase des Getriebeausgangsteils . Die kreisbogenförmigen Nockenflächenabschnitte 140 und 142 haben beide einen konstanten Krümmungsradius. Der Radius ist dabei im wesentlichen gleich der Strecke, welche zwischen der Drehachse des Zahnrades 114 und den Rollen 126 und 128 liegt.

Wie Fig. 9 zeigt, ist der Arm 124 des Tragarms 118 etwas länger als die Arme 120 und 122. Er trägt eine ein Nockenfolgeglied darstellende Rolle 130, die ähnlich wie die ein Nockenfolgeglied darstellende Rolle 58 für eine Stabilisierung der Getriebefunktion in einer Verweilphase sorgt. Entsprechend sind konstanten Krümmungsradius aufweisende Nockenflächen 144 und 146 vorgesehen, die in geringem Abstand außerhalb der Nockenflächenabschnitte 136,140 und 138,142 angeordnet sind.

Das Schrittschaltgetriebe 100 arbeitet ganz ähnlich wie das schon oben beschriebene Schrittschaltgetriebe 10.

Zunächst sei angenommen, daß der Schlitten 108 in der in Fig. 9 gestrichelt eingezeichneten Verweilphase steht und dann in Fig. 9 nach links in Bewegung gesetzt wird. In dieser Verweilphase, das

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ist die Zeitspanne, innerhalb welcher die Rolle 128 an dem Nockenflächenabschnitt 142 anliegt, ist die Bewegung des Zahnrades 114 eine reine Drehbewegung ohne jegliche lineare Bewegungskomponente. Dies ermöglicht ein Bewegen der Kolbenstange 104 und der Zahnstange 110 nach links. Kommt die Rolle 128 in den kreisbogenförmigen Nokkenflächenabschnitt 138, so nimmt die reine Rotationsbewegung des Zahnrades 114 ab, und dafür erhält man eine zunehmende, beschleunigte lineare Bewegung in der Zeichnungs nach links. Kommt die Rolle 126 in Anlage an den geraden Nockenflächenabschnitt 134, so ist die Drehbewegung des Zahnrades 114 vollständig zuende. Damit ist keine weitere Relativbewegung zwischen Zahnstange 110 und Zahnrad 114 möglich, und man erhält eine Bewegungsphase mit konstanter linearer Geschwindigkeit in der Zeichnung nach links, wenn die Kolbenstange 104 weiter eingefahren wird. Kommt die Rolle 126 in Eingriff mit dem kreisbogenförmigen Nockenflächenabschnitt 136, so

nimmt die rein lineare Bewegung des Zahnrades 114 ab (Verzögerung der Linearbewegung) und man erhält dafür eine Drehbewegung des Zahnrades 114, welche eine weitere lineare Bewegung der Zahnstange 110 ermöglicht. Kommt die Rolle 126 in Eingriff mit dem Nockenflächenabschnitt 140, so ist die lineare Bewegung des Zahnrades vollständig beendet, und man erhält dafür eine Rotationsbewegung des Zahnrades 114, wobei die Rolle 130 in dem Nockenflächenabschnitt 144 läuft, was ein präzises und genaues Positionieren des durch das Schrittschaltgetriebe bewegten Werkstückes sicherstellt.

Wie oben schon ausgeführt worden ist, lassen sich die Längenverhältnisse der Nockenflächenabschnitte abwandeln, um eine beliebige Kombination der Dauern der Bewegungsphasen zu erzielen. Ändert man den Durchmesser des Zahnrades 114, so kann man auch Änderungen in der

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Beschleunigungs/Verzögerungsphase und in der Länge der Verweilphasen bei vorgegebener Bewegungsamplitude der Zahnstange 110 erhalten. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Länge der Zahnstange 110 so groß sein muß, daß das Zahnrad 114 innerhalb der ganzen Phasen mit Rotationsbewegung des Zahnrades 114 ständig mit der Zahnstange 110 kämmt. Dies bedeutet, daß die Länge der Zahnstange 110 doppelt so groß sein muß wie der Bogen, über den das Zahnrad 114 innerhalb einer einzigen Verzögerungs/Beschleunigungsphase und einer einzigen Verweilphase gedreht wird.

Als Antrieb für das in Fig. 9 gezeigte Schrittschaltgetriebe 100 ist dort ein Arbeitszylinder wiedergegeben. Es versteht sich, daß man stattdessen auch andere Linearantriebe verwenden kann.

Als Beispiel hierfür ist in Fig. 10 ein Linearantrieb mit einer Gewindespindel gezeigt. Bei diesem ist ein umlaufender Antrieb 148 mit einer langen Gewindespindel 150 verbunden, welche in einer zylindrischen Gewindehülse 152 läuft, die ihrerseits mit einem das Eingangsteil des Getriebes darstellenden Schlitten 108" verbunden ist. Ein Drehen der Gewindespindel 150 führt so zu einer Bewegung des Schlittens 108' in Längsrichtung, ganz ähnlich wie dies unter Verwendung des Kolbens 102 erfolgte.

Die oben beschriebenen Schrittschaltgetriebe bewerkstelligen bei sehr einfachem mechanischem Aufbau eine Bewegungsumformung, wobei man zu Beginn und Ende eines Bewegungszyklus Verweilphasen erhält, innerhalb welcher ein auf das Eingangsteil des Getriebes arbeitender Antrieb entweder abgeschaltet oder abgetrennt werden kann, ohne daß man eine ungenaue Positionierung des durch das Getriebe beweg-

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ten Werkstückes in Kauf nehmen müßte. Bei den oben beschriebenen Schrittschaltgetrieben sind nur wenige bewegte Teile vorhanden. Dies verbessert die Zuverlässigkeit der Getriebe, und man hat trotzdem eine sehr große Anpassungsfähigkeit. Sowohl die Erstreckung der kreisbogenförmigen Nockenflächenabschnitte, welche die Verweilphasen vorgeben, als auch die Länge der die Beschleunigungsphasen vorgebenden Nockenflächenabschnitte als auch die Länge der die Bewegungsphasen mit konstanter Geschwindigkeit vorgebenden Nockenflächenabschnitte läßt sich sehr leicht abändern, und man kann so jede beliebige Kombination von Verweilphase-Beschleunigungs/Verzögerungsphase-Bewegungsphase mit konstanter Geschwindigkeit innerhalb eines Bewegungszyklus zusammenstellen. Die oben beschriebenen Schrittschaltgetriebe eignen sich somit besonders gut zum schrittweisen Weiterfördern von Werkstücken in Maschinen hinein oder aus Maschinen heraus. Dabei ist sichergestellt, daß das bewegte Werkstück keinen unzulässig großen Beschleunigungskräften oder Verzögerungskräften ausgesetzt ist. Außerdem ist sichergestellt, daß die Werkstücke genau an dem gewünschten Ort positioniert werden.

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Claims (29)

1. Expert Automation, Inc.

   17144 Mt. Elliott Avenue 19. Dezember 1978

   Detroit, Mich.48212, öSA Anwaltsakte M-4815

   P atentansprüche

   ./Getriebe zum Umsetzen einer gleichförmigen Bewegung in eine nicht-gleichförmige Bewegung mit einem treibenden Getriebeteil und einem vom letzteren bewegten getriebenen Getriebeteil, gekennzeichnet durch eine Bewegungsumformeinrichtung, die mit dem getriebenen Teil verbunden ist und bei im wesentlichen gleichförmiger Bewegung des treibenden Teils mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit zunächst in einer ersten Phase für eine reine Rotationsbewegung des getriebenen Teils (22;86 ;94;114) sorgt,, dann in einer zweiten Phase eine Abnahme der Rotationsbewegung und eine Zunahme der Nichtrotationsbewegung des getriebenen Teiles sicherstellt und dann in einer dritten Phase für eine konstante Nichtratationsbewegung des getriebenen Teils bezüglich des treibenden Teiles U8;i84;96;1Q8) sorgt.
2. 2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das treibende Teil ein erstes Zahnrad (18) ist, welches fest mit einer Eingangswelle (12) verbunden ist, und daß die Nichtrotationsbewegung eine umlaufende Bewegung ist.

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3. 3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das getriebene Teil ein zweites Zahnrad (22) ist, welches von einer zweiten Welle (24) drehbar gelagert ist und mit dem ersten Zahnrad (18) kämmt.
4. 4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtriebswelle (32) koaxial zur Eingangswelle (12) angeordnet ist, welche von dem zweiten Zahnrad (22) in Drehung versetzt wird.
5. 5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Welle (24) in radialer Richtung von der Abtriebswelle (32) entfernt ist.
6. 6. Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Welle (24) am einen Ende eines Schwenkarms (28) befestigt ist, dessen zweites Ende auf der Abtriebswelle (32) befestigt ist.
7. 7. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Abtriebswelle (32) aufweist und daß das getriebene Teil mit der Abtriebswelle verbunden und von dieser in radialer Richtung entfernt ist, wobei die Bewegungsumformeinrichtung und das treibende Teil zusammen der Abtriebswelle wahlweise eine Drehbewegung verleihen.
8. 8. Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle über eine Periode der Drehbewegung des getriebenen Teils hinweg stationär ist und in der Periode der Verminderung der Rotationsbewegung beschleunigt wird.

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9. 9. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsumformeinrichtung einen gestreckten Nockenfolger (36-40) aufweist, welcher an dem getriebenen Teil (34) befestigt ist, und daß eine Nockenfläche (44) vorgesehen ist, welche das treibende Teil und das getriebene Teil zumindest teilweise umgibt und zusammen mit dem Nockenfolger die Bewegung des getriebenen Teils steuert.
10. 10.Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenfläche (44) einen ersten Nockenflächenabschnitt (46;54) zum Steuern der reinen Rotationsbewegung und einen zweiten Nockenflächenabschnitt (48;52) zum Steuern der Verzögerung der Rotationsbewegung aufweist.
11. 11.Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Nockenflächenabschnitt (46;54) durch einen Schlitz mit konstantem Krümmungsradius gebildet ist.
12. 12.Getriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Nokkenfläche (44) einen dritten Nockenflächenabschnitt (50) zur Steuerung der Nichtrotationsbewegung aufweist, welcher einen konstanten Krümmungsradius hat und dessen Mittelpunkt mit der Drehachse des treibenden Teiles verbunden ist.
13. 13.Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nichtrotationsbewegung eine lineare Bewegung ist, daß das getriebene Teil ein Zahnrad (114) ist und daß die Bewegungsumformeinrichtung einen Nockenfolger (120-130) aufweist, der an dem Zahnrad (114) befestigt ist und an einer Nockenfläche (132) anliegt.

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14. 14.Getriebe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nokkenfläche (132) einen ersten Nockenflächenabschnitt (140;142) mit konstantem Krümmungsradius, welcher die reine Rotationsbewegung steuert, einen im wesentlichen geradlinigen zweiten Nockenflächenabschnitt (134), welcher die Phase linearer Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit steuert, und einen diese Nockenflächenabschnitte verbindenden kreisbogenförmigen Abschnitt (136;138) aufweist, durch welchen die Zunahme der linearen Bewegungskomponente herbeigeführt wird.
15. 15.Getriebe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das treibende Teil (108) linear hin- und herbewegbar ist.
16. 16.Getriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das treibende Teil (108) eine Zahnstange (110) aufweist, welche mit dem Zahnrad (114) kämmt und bezüglich des letzteren linear bewegbar ist.
17. 17.Getriebe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antrieb für das treibende Getriebeteil eine umlaufende Gewindespindel (154) und eine die letztere aufnehmende Gewindebuchse (152) aufweist, welche an einem das Eingangsteil des Getriebes darstellenden Schlitten (108¹) befestigt ist, so daß der Schlitten über die Gewindespindel (150) linear verschiebbar ist, und daß an dem Schlitten (108') eine Zahnstange (110¹) befestigt ist, welche mit dem Zahnrad (114') kämmt.
18. 18.Getriebe zum Umsetzen einer gleichförmigen Bewegung in eine nicht-gleichförmige Bewegung, gekennzeichnet durch einen Lager-

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    block (14); durch eine im letzteren gelagerte Eingangswelle (12); durch eine ebenfalls im Lagerblock (14) gelagerte, zur Eingangswelle (12) koaxiale, jedoch von dieser entfernte Ausgangswelle (32); durch ein fest mit der Eingangswelle (12) verbundenes treibendes Zahnrad (18); durch einen Schwenkarm (28), dessen eines Ende fest mit der Ausgangswelle (32) verbunden ist; durch ein getriebenes Zahnrad (22) , welches in dem Schwenkarm (28) gelagert ist und mit dem treibenden Zahnrad (18) kämmt; durch einen gestreckten Nockenfolger (36-40), dessen mittiger Abschnitt an dem getriebenen Zahnrad (22) befestigt ist und der an seinen einander gegenüberliegenden Enden einen ersten Nockenfolger (38) und einen zweiten Nockenfolger (40) trägt; und durch eine Nokkenfläche (44), die fest mit dem Lagerblock (14) verbunden ist, wobei zumindest einer der beiden Nockenfolger (38,40) jeweils an der Nockenfläche (44) anliegt und zusammen mit dieser die Drehbewegung der Ausgangswelle (32) steuert.
19. 19.Getriebe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Nokkenfläche einen ersten Nockenflächenabschnxtt aufweist, welcher zusammen mit den Nockenfolgern die Drehung der Ausgangswelle (32) verhindert, einen zweiten Nockenflächenabschnitt aufweist, der zusammen mit den Nockenfolgern die Ausgangswelle beschleunigt, und einen dritten Nockenflächenabschnitt aufweist, der zusammen mit den Nockenfolgern der Ausgangswelle (32) eine Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit gibt.
20. 20.Getriebe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß nur einer der Nockenfolger an dem ersten Nockenflächenabschnitt anliegt.

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21. 21.Getriebe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß beide Nockenfolger an dem dritten Nockenflächenabschnitt anliegen.
22. 22.Getriebe nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite und dritte Nockenflächenabschnitt der Nockenfläche (44) zusammen einen kontinuierlichen, gekrümmten Weg bilden.
23. 23.Getriebe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Nokkenfläche (44) noch einen vierten Nockenflächenabschnitt aufweist, der zusammen mit den Nockenfolgern für ein Verzögern der Ausgangswelle (32) sorgt, und einen fünften Nockenflächenabschnitt aufweist, welcher zusammen mit den Nockenfolgern ein Drehen der Ausgangswelle verhindert.
24. 24.Getriebe zum Umsetzen einer gleichförmigen Bewegung in eine nicht-gleichförmige Bewegung, gekennzeichnet durch eine Eingangswelle; durch ein von der Eingangswelle getragenes treibendes Getriebeteil; durch ein mit dem treibenden Getriebeteil gekoppeltes getriebenes Getriebeteil; durch einen gestreckten Tragarm

    (36) für Nockenfolger (38,40), der an dem getriebenen Getriebeteil (22) befestigt ist; durch zwei Nockenfolger (38,40), welche fest mit den einander gegenüberliegenden Enden des Tragarms

    (36) verbunden sind; und durch eine stationäre Nockenfläche (44), an welche wahlweise einer oder beide der Nockenfolger (38,40) anlegbar sind, wobei die Nockenfläche (44) einen ersten Nockenflächenabschnitt (46) aufweist, der zusammen mit den Nockenfolgern (38,40) eine Drehbewegung des getriebenen Teils (34) ermöglicht, einen zweiten Nockenflächenabschnitt (48) aufweist, der zusammen mit den Nockenfolgern (38,40) eine Zunahme der epi-

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    zykloiden Bewegung des getriebenen Teils (34) besorgt, und einen dritten Nockenflächenabschnitt (50) aufweist, welcher zusammen mit den Nockenfolgern (38,40) für eine im wesentlichen konstante Bewegung der epizykloiden Bewegung des getriebenen Teils (3 4) sorgt.
25. 25.Getriebe nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine Ausgangswelle (32), die mechanisch mit dem getriebenen Teil (22) verbunden ist, wobei bei Drehung der Eingangswelle (12) in vorgegebener Richtung von einem Zeitpunkt T bis zu einem Zeitpunkt

    T_f die Ausgangswelle (32) bis zu einem Zeitpunkt T_Q stationär bleibt, welcher zwischen T und T_f liegt.
26. 26.Getriebe nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswelle (32) für eine Zeit T beschleunigt wird, welche zum

    Zeitpunkt T_ beginnt, wobei T kleiner ist als T--T . υ a xs
27. 27.Getriebe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswelle (32) zu einem Zeitpunkt T, verzögert wird, wobei

    T hinter dem Zeitpunkt T_+T und vor dem Zeitpunkt T_f liegt.
28. 28.Getriebe nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswelle (32) über eine Zeitspanne hinweg, die gleich T_f-T,-

    (T +T ) ist, mit konstanter Geschwindigkeit gedreht wird, a ο
29. 29.Getriebe zum Umsetzen einer gleichförmigen Bewegung in eine nicht-gleichförmige Bewegung, gekennzeichnet durch einen das treibende Getriebeteil darstellenden Schlitten (108); durch

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    einen Antrieb (102,104) zum linearen Hin- und Herbewegen des Schlittens (108); durch eine fest mit dem Schlitten (108) verbundene Zahnstange (110); durch eine Nockenfläche (132); durch ein mit der Zahnstange (110) kämmendes Zahnrad (114); durch einen gestreckten Tragarm (120-124) für Nockenfolger (126-130), welcher an dem Zahnrad (114) befestigt ist und zwei radial nach außen verlaufende Arme (120,122) aufweist; und durch Nockenfolger (126,128), welche an den außenliegenden Enden der Arme (120, 122) befestigt sind und an Abschnitte der Nockenfläche (132) anlegbar ist, wobei jeweils zumindest einer der Nockenfolger (126, 128) stets an der Nockenfläche (132) anliegt; wobei Nockenflächen (132) und Nockenfolger (126,128) zusammen für eine Verweilphase sorgen, während der die lineare Bewegung des Schlittens (108) eine im wesentlichen konstante nicht-lineare Drehbewegung des Zahnrades (114) mit konstanter Geschwindigkeit sicherstellen, für eine Beschleunigungsphase sorgen, innerhalb der die lineare Bewegung des Schlittens (108) zu einer abnehmenden Drehbewegung des Zahnrades und zu einer zunehmenden Linearbewegung des Zahnrades (114) führt und für eine Phase konstanter Geschwindigkeit sorgen, innerhalb welcher die Linearbewegung des Schlittens (108) zu einer Linearbewegung des Zahnrades (114) mit konstanter Geschwindigkeit führt.

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