DE3340580C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der VDI-Richtlinie 2146, "Schaltwerkgetriebe", März 1975, sind verschiedene Getriebevorrichtungen bekannt, die eine forgesetzte, in einer einzigen Richtung erfolgende Drehbewegung in eine diskontinuierliche Bewegung umsetzen.

Diese diskontinuierliche Bewegung ist indessen dauernd bzw. periodisch und kann entweder über Einwegkupplungen oder über rasch greifende Zweiwegkupplungen, die periodisch geöffnet und geschlossen werden, erreicht werden. Die Zweiwegkupplungen sind Kupplungen, die die Kraft in beide Drehrichtungen übertragen können.

In der DE-OS 23 61 754 ist eine Antriebsvorrichtung für eine Hin- und Herbewegung beschrieben, die bei geringer Geschwindigkeit ein hohes Drehmoment erzeugt. Diese Antriebsvorrichtung weist Antriebszylinder auf, die auf zwei axial angeordneten Scheiben die Hin- und Herbewegung ausüben. Die zwei Scheiben sind zwischen zwei runden Platten angeordnet, die fest mit einer Welle verbunden sind, wobei die beiden Scheiben durch eine Spanneinrichtung, die sich zwischen den beiden Scheiben befindet, in Eingriffnahme mit den Platten gebracht werden können. Die hydraulische Spannvorrichtung wird dabei so durch eine Steuereinrichtung, die auch als elektrische oder pneumatische Einrichtung ausgeführt sein kann, gesteuert, daß die Hin- und Herbewegung der Antriebsvorrichtung in eine Richtung gerichtete schrittweise Bewegung umgewandelt wird. Diese Antriebsvorrichtung kann durch die hydraulische Spanneinrichtung hohe Drehmomente bei geringer Geschwindigkeit erzeugen, wobei sie aber eine lange Reaktionszeit aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache, kostengünstige Vorrichtung zum schrittweisen Drehen einer Abtriebswelle so auszubilden, daß sie in der Lage ist, eine fortgesetzte und in einer einzigen Richtung erfolgende Drehbewegung in eine diskontinuierliche Bewegung umzuwandeln.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Durch das Vorsehen von zwei Kupplungen, die über jeweils eine Freilaufvorrichtung mit der Abtriebswelle drehfest verbunden sind, wobei die beiden Freilaufvorrichtungen entgegengesetzt zueinander wirken, wird eine abwechselnde Drehbewegung eines Zwischendrehteils während der einen Halbperiode der Rotation auf die eine Kupplung und während der anderen Halbperiode der Rotation auf die andere Kupplung übertragen. Um die für die gewünschte Drehrichtung geeignete Kupplung anzusteuern, steht die inaktive Halbperiode zur Verfügung, während der wegen der Freilaufvorrichtung die Hin- und Herbewegung nicht auf die Abtriebswelle übertragen wird. Somit kann die Ansteuerung der Kupplung zu einem beliebigen Augenblick der inkativen Halbperiode ausgeführt werden. Es können deshalb auch elektromagnetische Kupplungen eingesetzt werden, da der Augenblick ihrer Erregung nicht sehr festgelegt sein muß. Elektromagnetische Kupplungen sind weit verbreitet, kostengünstig und funktionieren zuverlässig.

Ferner weist diese Vorrichtung den Vorteil auf, daß sie bei hoher Drehzahl betrieben werden kann, wobei das Geräuschniveau relativ gering ist und eine hohe Genauigkeit der Winkelstellung beim Ein- oder Ausschalten der Abtriebswelle erreicht wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung für den schrittweisen Antrieb nach der Erfindung,

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt II-II von Fig. 1,

Fig. 3 verschiedene graphische Darstellungen des Betriebs der Vorrichtung von Fig. 1 und 2.

Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht einer Vorrichtung 1 zum willkürlichen schrittweisen und wahlweise in der einen oder anderen Richtung erfolgenden Drehen einer Abtriebswelle 2 durch eine Antriebswelle 3, die mit konstanter Drehzahl und in ein- und derselben Richtung ständig gedreht wird.

Die Antriebswelle 3 wird durch einen nicht dargestellten Motor, etwa einen Elektromotor, gedreht, der in Drehung versetzt wird, sobald eine Spannung an die Maschine angelegt ist, in der sich die Antriebsvorrichtung nach der Erfindung befindet.

Die Antriebsvorrichtung besteht im wesentlichen aus drei Hauptteilen, die jeweils drei Funktionen haben. Es sind dies:

• - Ein erster Bestandteil für die Umwandlung der ständigen Drehbewegung mit konstanter Drehzahl und in ein- und derselben Richtung der Antriebswelle 3 in eine ständig Hin- und Herbewegung eines Zwischenteils.
• - Ein zweiter Bestandteil für die Umwandlung der ständigen Hin- und Herbewegung des Zwischenteils in eine schrittweise, willkürliche und in der gewünschten Richtung erfolgende Drehbewegung der getriebenen Welle 2.
• - Ein dritter Bestandteil für die Steuerung des zweiten Bestandteils zur Erzielung der gewünschten Bewegung.

Gemäß Fig. 1 enthält der erste Bestandteil der Vorrichtung 1 ein auf der Antriebswelle 3 drehfest verkeiltes Rad 4, eine Stange 5, deren eines Ende an einem exzentrischen Kurbel­ zapfen 6 des Rads 4 angelenkt ist, und ein Zwischendrehteil 7, das zur Abtriebswelle 2 koaxial ist und sich um diese drehen kann. Am Zwischendrehteil 7 ist z. B. an einem radialen Ansatz 8 das andere Ende der Stange 5 exzentrisch angelenkt.

Dank dem durch das Rad 4 und die Stange 5 gebildeten Stange- Kurbelzapfen-System wird die gleichförmige Drehbewegung der Antriebswelle 3 in eine hin- und hergehende Drehbewegung des Zwischendrehteils 7 umgeformt.

Gemäß Fig. 2 enthält der zweite Bestandteil der Vorrichtung 1 eine doppelte elektromagnetische Betätigungseinrichtung mit einem ringförmigen Magnetgehäuse 9, das mit dem Zwischen­ drehteil 7 verbunden ist und über ein Lager 10 auf der Abtriebswelle 2 drehbar zentriert ist. Das Gehäuse 9 umschließt zwei ringförmige Wicklungen 11. Zur Erhöhung der Wirksamkeit sind zwei ringförmige Reibbeläge 12 jeweils an den Seitenflächen der elektromagnetischen Betätigungs­ einrichtung befestigt.

Gegenüber jeder der Seitenfläche der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung befindet sich ein ringförmiger Reibbelag 13, der über eine an ihm durch Schrauben 15 befestigte, axial wirkende Rückstellfeder 14 am Gehäuse 16 eines von der Abtriebswelle 2 getragenen Freilaufs 17 mit Rollen 18 drehfest verbunden ist. Ein zwischen dem Gehäuse 16 und dem Lager 10 angeordneter Zwischenring 19 gewährleistet die Positionierung der aus dem Freilauf 17 und dem Reibbelag 13 bestehenden Anordnung derart, daß in der Ruhestellung des Systems zwischen den beiden gegenüberliegenden Reibbelägen 12 und 13 ein Spalt freibleibt.

Die Anordnung der auf der Abtriebswelle 2 befestigten Teile hat eine zur Abtriebswelle 2 senkrechte Symmetrie­ ebene AA.

Der dritte Bestandteil der Vorrichtung 1 enthält die Steuerung der aus den Teilen 9, 11, 12, 13 bestehenden elektro­ magnetischen Kupplungen. Gemäß Fig. 1 enthält diese Steuerung einen Geber 20 für die Winkelstellung des Rads 4. Dieser Geber besteht beispielsweise aus einer Photoemissionsdiode und einem Phototransistor, die nicht dargestellt und einander zugewandt sind. Das Rad 4 trägt einen Verschluß 21, der bei jeder Radumdrehung den Geber 20 in geeigneter Weise auslöst. Beim dargestellten Beispiel ist der Verschluß 21 ein Band, das sich auf einer halben Umdrehung des Rads 4 auf dessen Umfang erstreckt und in den Zwischenraum zwischen der Photoemissionsdiode und dem Phototransistor eingreifen kann, um das Lichtbündel zu unter­ brechen.

Der Geber 20 ist bei 22 mit einem Steuerblock 23 verbunden, der die Informationen für die Einschaltsteuerung der Abtriebswelle 2 (Leitung 24) und für die Wahl der Drehrichtung der Abtriebswelle 2 (z. B. Schalter 25) empfängt. Der Steuerblock 23 liefert in Abhängigkeit von den ihm zugeführten verschiedenen Informationen die Erregungssignale für die beiden Wicklungen 11 der elektromagnetischen Kupplungen über die eine oder andere der beiden Leitungen 26, die ihn jeweils mit den Wicklungen verbinden.

Der Steuerblock 23 ermöglicht gegebenenfalls außerdem die Lieferung von Erregungssignalen mit verschiedenen Eigenschaften zur Erzielung von mehreren Drehzahlen der Abtriebswelle 2.

Der Steuerblock 23 kann vorteilhaft Gebrauch von der Impuls­ elektronik machen. Sein Aufbau ist dem Fachmann bekannt und wird hier nicht beschrieben.

Im folgenden wird in Verbindung mit Fig. 3 der Betrieb der Vorrichtung beschrieben.

Zunächst sei angenommen, daß sich die Abtriebswelle in einer beliebigen Richtung dreht, die als Vorwärtsrichtung bezeichnet wird.

Gemäß Fig. 3 stellt die graphische Darstellung A den Zeit­ maßstab dar. Die Augenblicke t₁, t₂ usw. begrenzen die aufeinanderfolgenden Zeitintervalle, die einer halben Umdrehung der Abtriebswelle 3 entsprechen.

Die graphische Darstellung B symbolisiert die Drehung der Abtriebswelle 3. Die Nummern 1, 2, 3 usw. stellen die vom Augenblick t₁ an ausgeführte Umdrehungszahl dar.

Die graphische Darstellung C stellt das Signal dar, das in Abhängigkeit von den Durchgängen des Verschlusses 21 vom Geber 20 geliefert wird. Dieses Signal wird vom Steuerblock 23 derart behandelt, daß die aufeinanderfolgenden Erregungen und Aberregungen der geeigneten Wicklung 11 nur durch die Anstiegsfronten des vom Geber 20 abgegebenen Signals gesteuert werden. Die Wicklung wird daher während der Zeitintervalle t₁, t₃, t₅, t₇, usw. erregt und während der Zeitintervalle t₃, t₅, t₇, t₉, usw. aberregt.

Die graphische Darstellung D stellt das Steuersignal der Wicklung dar, wobei der obere Zustand des Signals dem Eingriffszustand der elektromagnetischen Kupplung ent­ spricht.

Die graphische Darstellung E stellt den Betrieb des hin- und herbewegten Zwischendrehteils dar.

Die graphische Darstellung F stellt den Zustand des ent­ sprechenden Freilaufs 17 dar, wobei das untere Niveau der graphischen Darstellung seinen Betrieb mit losem Rad darstellt, während das obere Niveau seinen Betrieb im eingekuppelten Zustand darstellt. Da der Betrieb im eingekuppelten Zustand nur in einer einzigen Bewegungsrichtung des Zwischendrehteils 7 stattfinden kann (absteigende Teile der graphischen Darstellung E beim betrachteten Beispiel) und dies nur dann, wenn sich die Kupplung in der Eingriffsstellung befindet, ist durch Vergleich der graphischen Darstellungen D und E ersichtlich, daß dieser Betrieb im eingekuppelten Zustand nur während der Zeitintervalle t₂ t₃, t₆ t₇, usw. stattfinden kann.

Wenn nun der Antrieb der Abtriebswelle 2 in der entgegengesetzten Richtung gewünscht wird, wird der Schalter 25 derart gekippt, daß der Steuerblock nun auf die hinteren oder absteigenden Fronten des vom Geber 20 gelieferten Signals C anspricht.

Die graphische Darstellung G stellt das vom Steuerblock 23 nun zur Erregung der anderen Wicklung 11 gelieferte Signal dar.

Bei dieser Betriebsart in der entgegengesetzten Richtung wirkt der mit der erregten Kupplung verbundene Freilauf 17 in Gegenphase zu dem zum Betrieb in Vorwärtsrichtung ge­ hörenden Freilauf. D. h., er blockiert während der Zeitintervalle, die den absteigenden Teilen der graphischen Darstellung E entsprechen.

Unter diesen Bedingungen wird die getriebene Achse während der Zeitintervalle t₃ t₄, t₇ t₈, usw., wie in der graphischen Darstellung H dargestellt, schrittweise in der ent­ gegengesetzten Richtung angetrieben.

Die beschriebene Vorrichtung für den schrittweisen Antrieb erweist sich als besonders vorteilhaft in dem Ausmaß, in dem sie die Beseitigung gewisser Nachteile der elektromagnetischen Kupplungen gestattet.

Bei der Großserienfertigung haben die elektromagnetischen Kupplungen eine große Steuung bei den Eingriffs- und Freigabezeiten, was sich durch eine entsprechende Ungenauigkeit des Antriebs der getriebenen Welle ausdrückt.

Die Vereinigung von einer elektromagnetischen Kupplung mit ungenauem zeitlichem Ansprechen mit einem Freilauf, insbesondere einem Rollenfreilauf mit extrem kurzen zeitlichem Ansprechen, ermöglicht gute Ergebnisse. Dadurch, daß der Freilauf seinen Zustand nur nach einer halben Umdrehung der Abtriebswelle 3 ausgehend von der Erregung oder Aberregung der Wicklung 11 ändert, kann der wirksame Eingriff oder das wirksame Lösen der Kupplung während dieser halben Umdrehung in einem beliebigen Augenblick stattfinden, und zwar zwischen den Augenblicken t₁ t₂, t₅ t₆, usw. für den Eingriff oder zwischen den Augenblicken t₃ t₄, t₇ t₈, usw. für das Lösen.

Der Betrieb, insbesondere der Augenblick des Einsetzens der Steuerung ist von der Drehzahl der Antriebswelle und Abtriebswelle unabhängig. Daraus ergibt sich eine große Betriebssicherheit bei allen Drehzahlen.

Außerdem weist die Vorrichtung für den schrittweisen Antrieb weitere Vorteile auf, wie z. B. einfache Konstruktion und der Wartung mit geringem Aufwand und Kosten, geringer Platzbedarf, im Handel erhältliche Bestandteile und geringe Betriebsgeräusche bei Verwendung einer Vorrichtung mit Rollenfreilauf.

Wenn auch die beschriebene Ausführungsform eine Weiterbewegung um einen Schritt der Abtriebswelle bei zwei Umdrehungen der treibenden Welle ergibt, ist es jedoch möglich, die Steuereinrichtung derart auszuführen, daß jeder Vorwärtsschritt der Abtriebswelle bei einer einzigen Umdrehung der Antriebswelle erzielt wird. Hierzu genügt es, daß der Steuerblock 23 bei allen ansteigenden Fronten (und nicht bei jeder dritten ansteigenden Front) vom Geber 20 angesteuert wird. Eine derartige Abänderung des Betriebs wird leicht durch eine geeignete Programmierung erzielt, wenn der Steuerblock 23 einen herkömmlichen Mikroprozessor aufweist. In diesem Fall kann die Programmierung z. B. von der Art sein, daß die Aufnahme eines gesonderten Lochbefehls die Weiterbewegung um einen Schritt der getriebenen Welle bei zwei Umdrehungen der treibenden Welle hervorruft, während die Aufnahme einer Lochbefehlsfolge (ständige Lochung des Bands) die Weiterbewegung um einen Schritt der getriebenen Welle bei einer einzigen Umdrehung der treibenden Welle hervorruft.

Selbstverständlich können im betrachteten Fall geringere Antriebsdrehzahlen als die angegebenen (d. h. einen Weiter­ bewegungsschritt der Abtriebswelle bei n (n2) Um­ drehung der Antriebswelle leicht bei Bedarf dadurch erhalten werden, daß nur gewisse ansteigende Fronten des Signals C z. B. durch eine geeignete Programmierung angesteuert werden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum schrittweisen Drehen einer Abtriebswelle durch eine Antriebswelle, die sich fortgesetzt in derselben Richtung dreht, mit einer Einrichtung, die die Drehung der Antriebswelle in eine ungleichförmige Hin- und Herbewegung eines Zwischendrehteils umwandelt, und mit einer Kupplungseinrichtung, die zwischen dem Zwischendrehteil (7) und der Abtriebswelle (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Kupplungseinrichtung zwei elektromagnetische Kupplungen (9 bis 13), die zwischen dem Zwischendrehteil (7) bzw. der Abtriebswelle (2) angeordnet sind, und zwei Freilaufvorrichtungen (17), die jeweils den zwei elektromagnetischen Kupplungen zugeordnet und mit der Abtriebswelle (2) bzw. dem Zwischendrehteil (7) drehfest verbunden sind, aufweist, wobei die beiden Freilaufvorrichtungen (17) derart angeordnet sind, daß sie entgegengesetzt zueinander wirken, wobei diese beiden elektromagnetischen Kupplungen (9 und 13) und diese beiden Freilaufvorrichtungen (17) auf der Abtriebswelle (2) angeordnet sind;
• - und daß eine Steuereinrichtung (23) zur Steuerung der elektromagnetischen Kupplungen (9-13) derart vorgesehen ist, daß eine der beiden elektromagnetischen Kupplungen mit der entsprechenden Freilaufvorrichtung (17) verbunden sein kann, um die Abtriebswelle (2) mit dem Zwischendrehteil (7) drehfest zu verbinden, so daß das Zwischendrehteil (7) sich nur in eine Richtung dreht, die mit der für die Abtriebswelle (2) gewünschten Richtung übereinstimmt, wobei es möglich ist, daß die Abtriebswelle (2) schrittweise, auf Wunsch in der einen oder anderen Richtung durch die Antriebswelle (3), die sich in derselben Richtung gleichförmig dreht, gedreht wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufvorrichtungen (17) wenigstens einen Freilauf mit Rollen (18) auf­ weisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufvorrichtungen (17) koaxial auf der Abtriebswelle (2) angebracht sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetischen Kupplungen (9-13) ein ringförmiges Gehäuse (9) und Wicklungen (11) aufweisen, die ringförmig, koaxial zur Abtriebswelle (2) und mit dem Zwischendrehteil (7) drehfest verbunden sind, und zwei Reibplatten (13), die jeweils mit einer der Freilaufvor­ richtungen (17) drehfest verbunden, koaxial zur Abtriebswelle (2) und axial verschiebbar sind, um mit dem Gehäuse (9) zusammen zu arbeiten, wenn die entsprechende Wicklung (11) durch die Steuereinrichtung (23) erregt ist, wobei Rückstelleinrichtungen (14) die jeweilige Reibplatte (13) in deren entkuppelter Stellung zurückführen, wenn die entsprechende Wicklung (11) nicht erregt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtungen jeweils eine Feder (14) aufweisen, die aus einer elastisch verformbaren Scheibe besteht, die koaxial zur Abtriebswelle (2) ist und an einer Freilaufvorrichtung (17) sowie an einer Reibplatte (13) anliegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Abtriebswelle (2) koaxiale zweite Reibplatte (12) mit dem Gehäuse (9) verbunden und gegenüber der ersten Reibplatte (13) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (4-8), die die Drehung der Antriebswelle (3) in eine ungleichförmige Hin- und Herbewegung des Zwischendrehteils (7) umwandelt, eine Stange-Kurbelzapfenanordnung aufweist, die auf der einen Seite am Zwischendrehteil (7) und auf der anderen Seite an der treibenden Welle (2) angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Steuerung der Kupplungen (9-13) eine Ermittlungs­ einrichtung (20) aufweist, die eine Größe (21) ermittelt, die die Winkelstellung des Zwischendrehteils (7) wiedergibt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlungseinrichtung (20) ein auf der Abtriebswelle (2) drehfest verkeiltes Rad (4) zur Bestimmung der Winkelstellungen des Zwischendrehteils (7) und ein System (20) zur optischen Ermittlung von Markierungen aufweist.