Schrittschaltgetriebe
Die Erfindung betrifft ein Schrittschaltgetriebe.
Schrittschaltgetriebe sind in den verschiedensten Varianten, wie Klinkengetriebe, Maltesergetriebe, Manifoldgetriebe, Laternenfedergetriebe, Hemmkörpergetriebe, Sterngetriebe u.s.w. schon lange bekannt.
Bei allen diesen Getrieben ist zur Erreichung von exakten Schritten eine Sperre vorgesehen, die als Bremse am Schrittwerk oder Schrittrad dient und deshalb bei jedem Schritt eine grosse Energie vernichtet.
Diese Energie ist zwangsläufig am Anfang jedes Schrittes vom Treiber aufgebraucht, so dass bei hohen Kadenzen die Kräfte am Treiber und an der Sperre infolge der hohen Beschleunigungen am Anfang und am Ende jedes Schrittes derart gross sind, dass für das Getriebe keine vernünftige Lebensdauer gewährleistet ist.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Schaltgetriebe liegt darin, dass wegen der Übertragung der grossen Kräfte der Treiber und das Schaltrad massiv gebaut werden müssen, was bedeutet, dass die Schrittgrösse gross ist und folglich nur ein kleines Obersetzungsver- hältnis erreicht wird. Dieses kleine Untersetzungsverhältnis fordert zur Erreichung von sehr kleinen Schritten vor oder nach dem Schaltgetriebe das Vorhandensein irgendwelcher Übersetzungsstufen, die logischerweise die Ungenauigkeit der Endschritte vergrössern.
Zweck der Erfindung ist, die obengenannten Nachteile zu beheben.
Das erfindungsgemässe Schrittschaltgetriebe zeichnet sich dadrch aus, dass ein aus Kurbel und Pleuelstange bestehender Mitnehmerantrieb vorgesehen ist, wobei der Mitnehmer an der Pleuelstange angeordnet ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes sind zwei Mitnehmer vorgesehen, von denen jeder an einer kurbelgetriebenen Pleuelstange angeordent ist, wobei die Pleuelstangen um 1800 versetzt zueinander arbeiten und jeweils der Mitnehmer der einen Stange während dem Eingriffsvorgang des Mitnehmers der anderen Stange als Schaltsperre wirkt. Schliesslich sind die zwei kurbelgetriebenen Pleuelstangen an ihren zweiten Enden derart geführt, dass die Stangenachsen in jeder Kurbelstellung die Schaltradachse schneiden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es klar ersichtlich, dass die durch den auf der kurbelgetriebenen Stange angeordneten Mitnehmer durchlaufende Bahn eine Quasi-Ellipse bildet und dass der Eingriffsvorgang jedes Mitnehmers bei der flachen Ellipsenstrecke stattfindet. Das Schaltrad befindet sich also praktisch in Ruhestand, wenn die Mitnehmer mit dem Schaltrad in und ausser Eingriff kommen. Die als Transportorgan und als Sperre arbeitenden Mitnehmer mit den Stangen sind also nur durch die grossen Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte beansprucht, wenn sie sich ganz in Eingriff befinden, so dass die Reibungen zwischen dem Schaltrad und dem Mitnehmer mit grossen auftretenden Kräften vermieden werden. Die Lebensdauer des erfindungsgemässen Schrittschaltgetriebes gegen über den bekannten Getrieben ist also wesentlich erhöht.
Einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der beiliegenden Zeichnung dargestellt.
Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 eine schematisch dargestellte Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig, 1, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels, welche zwecks Erreichung von kleinen Schritten eine Mitnehmerstange mit Rückübersetzung aufweist.
Das Schrittschaltgetriebe gemäss Fig. 1 weist eine in zwei nicht dargestellten Lagern abgestützte Kurbelwelle 1 auf, welche aus zwei Kurbelwangen 2 und 3, zwei je an einer Wange exzentrisch angeordneten Zapfen 4 und 5, und einem die zwei Zapfen verbindenden Stück 6 besteht. An jedem Zapfen 4 und 5, welche um 1800 zueinander versetzt sind, ist eine Pleuelstange 7, bzw.
8 gelagert. An ihrem zweiten Ende 9, bzw. 10 ist jede Stange 7, bzw. 8 mittels zwei in einem Gleitstück 11, bzw. 12 gleitenden Kulissen 13 und 14 geführt. Die Gleitstücke 11 und 12 sind auf einer gelagerten Welle 15 eines Schaltrades 16 drehbar montiert und durch Anschlagringe 17 und 18 seitlich gesichert. Die Kulissen 13 und 14 gleiten auf beiden Seiten der Welle 15, und das Gleitstück 11, bzw. 12 ist auf der Welle 15 derart gelagert, dass die Achse der Pleuelstangen 7 bzw. 8 in jeder Stellung der Kurbel 1 die Achse der Schaltradwelle 15 schneidet.
Das Schaltrad 16 besteht aus zwei auf ihrem Umfang eine Geradverzahnung aufweisenden, miteinander verbundenen Scheiben 19 und 20, wobei die aus geraden Zähnen 21 bestehende Verzahnung beider Scheiben 19 und 20 derart versetzt ist, dass die Zähne 21 einer Scheibe sich gegenüber den Zahnlücken der anderen Scheibe befinden. Die Pleuelstangen 7 und 8 weisen schliesslich je einen Mitnehmerzapfen 22 auf, der dazu bestimmt ist, bei der vor geschriebenen Stellung der Stangen 7 bzw. 8 in die Zahnlücken der Schaltradscheiben 19 bzw. 20 einzugreifen. Der sich in seiner Eingriffsstellung befindliche Mitnehmer der Stange 8 ist in der perspektivischen Darstellung der Fig. 1 durch den Endteil 9 verborgen und konnte deshalb nicht dargestellt werden.
Das oben beschriebene Schrittschaltgetriebe funktioniert wie folgt: folgt:
Die Kurbelwelle 1 wird im Gegenuhrzeigersinn angetrieben. Während die Pleuelstange 8 mittels der Kurbel 1 von ihrem inneren zu ihrem äusseren Totpunkt transportiert wird, wird die Pleuelstange 7 von ihrem äusseren zu ihrem inneren Totpunkt verschoben. Wenn die Stange 8 in ihrem inneren Totpunkt ist, befindet sich der in Fig. 1 der Zeichnung nicht dargestellte Mitnehmer in seiner Eingriffsstellung mit der Schaltradscheibe 20 und bleibt in dieser Eingriffsstellung während mindestens 1/4 Umdrehung der Kurbel 1. Am Ende dieser Viertelsumdrehung der Kurbel 1 wird der Mitnehmerzapfen 22 der Stange 7 in seine Eingriffsstellung gebracht, so dass beide Mitnehmer 22 in der um 90 gegenüber den Totpunkten verschobenen Stellung der Kurbel in ihrer Eingriffsstellung sind.
Von der zweiten Viertelsumdrehung an wird der Mitnehmer der Stange 8 von seiner Eingriffsstellung zurückgezogen und der mit der Schaltradscheibe 19 in Eingriff stehende Mitnehmer 22 der Stange 7 das Schaltrad um einen Schritt weiter transportiert. Am Ende dieses Schrittes, d. h. nach einer Umdrehung von 180O ist die Stange 7 um 90" weiter von ihrem inneren Totpunkt verschoben, und beide Mitnehmer sind wieder in ihrer Eingriffsstellung. Die Kurbel 1 dreht weiter, und der Mitnehmer 22 der Stange 7 verlässt seine Eingriffsstellung, während der Mitnehmer der Stange 8 das Schaltrad um einen weiteren Schritt weiter antreibt.
Da die Mitnehmerzapfen eine viereckige Sektion aufweisen, welche den viereckigen Zahnlücken der Schaltradscheiben 19 und 20 genau angepasst ist, wird mit dem oben beschriebenen Schrittschaltgetriebe eine grosse Genauigkeit der Schritte erreicht.
Ferner dienen die in Eingriff stehenden Mitnehmerzapfen 22 als Treiber und als Sperre, und das Schaltrad ist während des Transportes sowie beim Wechseln der Treiber oder Sperren durch die Mitnehmer genau geführt und gehalten. Schliesslich sind die zweiten Enden der Pleuelstangen derart geführt, dass die Stangenachsen die Schaltradachse in jeder Stellung der Kurbel schneiden. Das heisst, dass bei einem Verhältnis zwischen Stangenlänge und Kurbelradius von ca. 1:V4 die auf den Stangen angeordneten Mitnehmer eine Quasi-Ellipse beschreiben. Wenn also ein Mitnehmer seinen Eingriffsvorgang ausführt, während der andere ausser Eingriff gelangt, sind beide Mitnehmer auf der flachen Strecke der Ellipse, so dass sich das Schaltrad in diesem Moment praktisch in Ruhestand befindet.
Die Mitnehmer sind deshalb in diesem Moment, wie die Treiber der üblichen Getriebe, den grossen Beschleunigungs- und Verzögerungskräften nicht unterstellt.
Das oben beschriebene Schrittschaltgetriebe kann dank seinem Bau - bis Kadenzen von 100 Schritten pro Sekunde arbeiten und dies mit einer vernünftigen Lebensdauer.
Die in der Fig. 2 dargestellte Variante weist ein Schaltrad 25 mit einer Geradverzahnung auf, wobei aber das Profil der Zähne 26 spitzig ausgeführt ist. Der Mitnehmer 27 weist ebenfalls eine Verzahnung auf, deren Eingriffslinie derjenigen der Schaltradverzahnung genau angepasst ist. Der Mitnehmer 27 ist ferner mittels einer Kulisse 28 gegen die Wirkung einer Feder 29 in einer Bohrung 30 einer Stangenverbreitung 31 geführt.
Die an der Verbreitung angeordnete Stange 32 ist durch eine schematisch dargestellte Kurbel 33 angetrieben, wie im vorerwähnten Beispiel. Die Kulisse 28 ist mit einer nicht dargestellten Arretierung versehen, damit der Mitnehmer in seinem äusseren Totpunkt ausser Eingriff bleibt. Die Variante der Fig. 2 weist schliesslich eine zweite Stange 34 auf, welche gleich wie die Stange 32 ausgebildet ist. Das Getriebe der Fig. 2 arbeitet wie das im vorerwähnten Ausführungsbeispiel der Fig. 1.
Das zweite in Fig. 3 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel weist ein als Kurbel ausgebildetes Antnebsrad 35 auf, welches eine an ihrem zweiten Ende von einem Fixpunkt 36 geführte Pleuelstange 37 antreibt. An einem auf der Stange 37 liegenden Punkt 38 ist eine zweite Treibstange 39 als Rückübersetzung befestigt, welche an einem zweiten Fixpunkt 40 gleitend geführt ist. Der Fixpunkt 40 liegt im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 auf der Drehachse des Antriebsrades 35. Der auf der Stange 39 angeordnete Mitnehmer 41 würde in diesem Fall mit einem Schaltrad, dessen Achse sich mit derjenigen des Antriebsrades deckt, in Eingriff kommen. Es leuchtet ohne weiteres ein, dass der Punkt 38 eine Quasi-Ellipse beschreibt, welche durch den Punkt 41 in eine flachere, mathematische Ellipse umgewandelt ist.
Das in Fig. 3 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel ist dazu vorgesehen, ein Schrittschaltgetriebe zur Durchführung von sehr kleinen Schritten herzustellen.