DE1750322B1

DE1750322B1 - Vorrichtung zum Umformen einer linearen in eine kreisfoermige Bewegung,und umgekehrt

Info

Publication number: DE1750322B1
Application number: DE19681750322
Authority: DE
Inventors: Walter Hetzer
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1968-04-20
Filing date: 1968-04-20
Publication date: 1971-01-14
Also published as: US3592067A; FR2006631A1; SE353776B; GB1217134A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen einer linearen in eine kreisförmige Bewegung, und umgekehrt, bei der mindestens ein Kolben auf eine starr mit einer Welle verbundene Kurvenscheibe wirkt.«

Bei einem bekannten Getriebe dieser Art wird zur Umwandlung einer gleichförmigen Drehbewegung in eine gleichförmige hin- und hergehende Bewegung mit Hilfe einer eine sogenannte Herzkurve aufweisenden Kurvenscheibe eine Drehbewegung in eine lineare oder aber eine' lineare Bewegung in eine Drehbewegung umgesetzt. Die Form einer derartigen Kurvenscheibe für ein solches Getriebe ist jedoch ziemlich schwierig herzustellen, wobei zusätzlich noch der Durchmesser einer mit einer die hin- und hergehenbe Bewegung ausführenden Kolbenstange verbundene Rolle, die auf der Kante der Kurvenscheibe abrollt, bei der Festlegung der Herzkurve berücksichtigt werden muß.

Zur Vereinfachung der Herstellung einer solchen, diese zusätzlichen Bedingungen berücksichtigenden Herzkurve ist bei der bekannten Anordnug die das Herz darstellende Kurvenbahn aus zwei oder mehreren getrennten Kurvenstücken zusammengesetzt, die zu einer gemeinsamen Achse fixiert und drehbar gelagert sind. Dabei ist zusätzlich mindestens eines dieser Kurvenstücke um einen gesonderten Drehpunkt verstellbar, um tatsächlich auf Grund der Drehung der Kurvenscheibe eine gleichförmige Hin- und Herbewegung erzielen zu können.

Es sind auch bereits mit zwei gegeneinander um 180° in ihrer Bewegungsrichtung verschobenen hydraulischen oder pneumatischen Stellmotoren zusammenwirkende Kurvenscheiben nach Art eines Malteserkreuzes bekannt, mit denen die Umwandlung einer linearen in eine kreisförmige Bewegung möglich ist.

Diese bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil, daß sie trotz ihres relativ großen Aufwandes zur Herstellung der Kurvenscheibe und der zusätzlich erforderlichen genauen.Justierung der einzelnen Kurvenstücke dieser Kurvenscheibe ■ keine exakt lineare Bewegung sicherstellen können, ohne daß beim Eingriff von sich drehender Kurvenscheibe und hin- und herbewegender Kolbenstange Aktions- und Reaktionskräfte, deren Wirkungslinien gegenüber dei Längsachse der Kolbenstange geneigt sind, auftreten.

Ein anderes bekanntes und weitverbreitetes Getriebe zur Umsetzung einer linearen Bewegung in eine Drehbewegung besteht aus der Anordnung einer Zahnstange für die hin- und hergehende Bewegung und eines sich mit dieser Zahnstange in Eingriff befindenden Zahnrades-für die Drehbewegung. Auch derartige Getriebe haben aber den Nachteil, daß auf die Zahnstange bei "der Übertragung ihrer Bewegung auf das Zahnrad bzw. umgekehrt, außer den in Längsrichtung der Zahnstange wirkenden streng linearen Kräften senkrecht dazu wirkende Aktionsbzw. Reaktionskräfte auftreten, deren Anteil gegenüber den in Längsrichtung wirkenden Kräften erheblich ist und dadurch zu einer Verkantung der Zahnstange führen kann, wenn keine entsprechend entgegenwirkende Kräfte ausübende Stützlager vorgesehen sind. Zusätzlich müssen bei einem solchen Zahnstangengetriebe Vorkehrungen getroffen werden, die die Spielfreiheit zwischen Zahnstange und Zahnrad auf ein Mindestmaß begrenzen, wodurch jedoch eine weitere Erhöhung der Reibungskräfte auftritt.

Ist eine solche Zahnstange nun z. B. mit der Kolbenstange eines hydraulischen oder pneumatischen Stellmotors verbunden, so findet durch die genannten Aktions- bzw. Reaktionskräfte eine geringfügige Verkantung des Kolbens im Stellmotor statt, die ausreicht, um die Leckverluste innerhalb eines solchen Stellmotors beträchtlich zu vergrößern. Weist dagegen die Zahnstange an ihrer dem Zahnrad gegenüberliegenden Seite ein die Reaktionskraft des Zahnrades ausgleichendes Stützlager auf, so werden die dadurch bedingten Reibungskräfte, die zusätzlich von dem Stellmotor aufgebracht werden müssen, beträchtlich vergrößert.

Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe es ist, eine Vorrichtung zum Umsetzen einer linearen Bewegung in eine gleichförmige Drehbewegung und umgekehrt zu schaffen, bei der annähernd keine Aktions- bzw. Reaktionskräfte zwischen dem drehbeweglichen und dem sich hin- und herbewegenden

so Element auftreten, die nicht genau in Längsrichtung des sich hin- und herbewegenden Elements oder aber tangential an dem sich drehenden Element angreifen. Diese Vorrichtung soll dabei einen nur sehr geringfügigen Kräfteverlust bei spielfreier Umsetzung der Bewegungen aufweisen, so daß keine zusätzliche Reibungskräfte bedingenden Einrichtungen zur Führung bzw. Abstützung des sich hin- und herbewegenden Elements erforderlich "werden.
Ausgehend von einer Vorrichtung zur Umsetzung einer linearen Bewegung in eine kreisförmige Bewegung, und umgekehrt, bei der mindestens eine Kolbenstange auf eine starr mit einer Welle verbundene Kurvenscheibe wirkt, ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kurvenscheibe eine als Evolvente zum durch den Wellendurchmesser gegebenen Grundkreis ausgebildete Kurvenform aufweist und die Kraftrichtung des Kolbens tangential am Wellendurchmesser angreift.

Zwar sind Evolventen in der Getriebetechnik allgemein bekannt, werden jedoch bisher lediglich zur Festlegung der Verzahnungen von Zahnrädern benutzt. ;

Die gemäß der Erfindung in Form einer Evolvente ausgebildete Kurvenscheibe zur Umsetzung einer linearen Bewegung in eine-kreisförmige Bewegung hat den Vorteil, daß ein sich hin- und herbewegender Kolben in jeder beliebigen Stellung genau senkrecht auf die Kurvenscheibe wirkt, wobei seine genau in Längsrichtung liegende Wirkungslinie exakt die Tangente an den durch den Wellendurchmesser gegebenen Grundkreis darstellt. Eine derartige als Evolvente ausgebildete Kurvenscheibe hat dabei zusätzlich den Vorteil, daß sie sehr einfach und genau herstellbar ist.

Ferner wird durch diese Kurvenform sichergestellt, daß der Umwandlungsfaktor für die Bewegungen konstant ist; d. h., der Kolbenweg bzw. seine Geschwindigkeit wird in jeder Lage in die gleiche Ausgangsdrehbewegung bzw. Drehgeschwindigkeit umgewandelt. Es ergibt sich daher über den gesamten Bewegungsablauf ein gleichbleibendes Ausgangsdrehmoment.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels naher erläutert.

In einem Gehäuse 1 befinden sich zwei parallel nebeneinanderliegende hydraulische Stellmotoren 2 und 3, deren Kolben 21 und 31 in der gleichen Rieh-

tung wirken. An den aus den Stellmotoren jeweils herausragenden Enden der Kolbenstangen 21 und 33 befinden sich drehbar gelagerte Rollen 22 und 32, die so angeordnet sind, daß sie auf einer mit ihnen korrespondierenden Kurvenscheibe 4 abrollen. Die Kurvenscheibe 4 ist starr mit einer hier nicht näher dargestellten Welle 5 verbunden, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kolben der Stellmotoren 2 und 3 angeordnet ist. Die Kurvenscheibe 4 hat in

wobei mit Hilfe der als Evolvente ausgebildeten Kurvenscheibe Drehbewegungen bis zu 360° möglich sind.

Bei der Verwendung einer derartigen Vorrichtung zur Umsetzung einer linearen Bewegung in eine kreisförmige Bewegung, z. B. in Verbindung mit einer nach Seite und Höhe richtbaren Abschußanlage für fernlenkbare Flugkörper ist es ausreichend, eine

werden, indem z. B. ein sich in Richtung der Kolben der hier gezeigten Stellmotoren gleichförmig bewegender Fräser bei gleichzeitiger Drehung einer entsprechend großen kreisförmigen Scheibe um die 5 durch die Welle 5 gegebene Grundkreisachse entsprechende Teile von dieser Kreisscheibe wegschneidet.

Durch die äußerst geringen, zwischen den Rollen 22 und 32 der Kolben 21 und 31 und der Kurvenihren jeweils mit den Rollen 22 und 32 der Kolben io scheibe 4 auftretenden Reibungskräfte ist der Ver-

_ 21 jund_31_ korrespondierenden -Teilen- die-Form-von sehleiß—vernachiässigbaridein," so~aaiT die ~gesämTe~

Kreisevolventen 41 und 42, die jeweils in Richtung Vorrichtung bei großer Lebensdauer exakt arbeitet, der sich von den Rollen 22 und 32 nach außen Die angegebene Vorrichtung zur Umsetzung einer

hin fortbewegenden Kurvenscheibe 4 ansteigen. Die linearen Bewegung in eine kreisförmige Drehbewe-Evolventen 41 und 42 steigen dabei je nach Größe 15 gung und umgekehrt kann in Verbindung mit den der beabsichtigten Drehbewegung auf einen hoch- verschiedensten Einrichtungen verwendet werden, sten, vom durch den Durchmesser der Welle 5 gegebenen Grundkreis beliebig weit entfernten Punkt an.
Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist
eine nur relativ kleine Drehbewegung jeweils in 20
beiden Richtungen erforderlich, so daß die Evolventen 41 und 42 bei relativ nahe am Grundkreis liegenden Punkten abbrechen, wobei sie jeweils eine
durch die durch den höchsten Punkt der Evolvente

gehende Tangente an den Grundkreis gegebene 25 sich nur über einen gewissen Teilkreis erstreckende Kante 43 und 44 bilden, die dann in einer beliebigen. Drehbewegung zuzulassen, wobei diese Bewegung in der Einfachheit halber als Kreisbogen um die Achse an sich bekannter Weise durch zwei sich linear beder Welle 5 geführten Kurvenform zusammenlaufen. wegende hydraulische Stellmotoren hervorgerufen Die so gebildeten Kanten 43 und 44 dienen als werden soll. Die beiden Endpunkte dieser sich ledignockenartige Anschläge zur Betätigung von End- 30 lieh über einen Teilkreis erstreckenden Drehbeweschaltern 6 und 7, die auf der den Stellmotoren 2 gung werden durch Endschalter markiert, die über und 3 gegenüberliegenden Seite der Welle 5 so an- das hydraulische System eine Wegbegrenzung der geordnet sind, daß sie jeweils bei Erreichen der End- hydraulischen Stellmotoren veranlassen,
stellung der Stellmotoren mit ausgefahrenen Kolben Obwohl das hier gezeigte Ausführungsbeispiel der

betätigt werden. Mit Hilfe der Endschalter 6 und 7 35 Erfindung besonders für eine hydraulische, nach werden in hier nicht näher dargestellter Weise über Höhe und Seite richtbare Start- und Abschußeindas Hydrauliksystem die Stellmotoren 2 und 3 umge- richtung ausgelegt ist, bei der beträchtliche Massen steuert, so daß der Kolben des einen Stellmotors sehr genau in eine vorbestimmte Stellung bewegt durch Zuführung von Hydraulikflüssigkeit aus dem und in dieser Stellung kraftschlüssig fixiert werden Stellmotor herausgefahren wird, während der Kolben 40 müssen, kann die beschriebene Vorrichtung auch des anderen Stellmotors durch Einwirkung der z. B. in Verbindung mit Werkzeugmaschinen, Fertijeweils anderen Evolvente der Kurvenscheibe in den gungsautomaten, Verpackungsmaschinen oder z. B. Zylinder seines zugeordneten Stellmotors hineinge- auch Ruder- und Spoilerantrieben verwendet wegdrückt wird. den, wobei die gleichen vorstehend genannten Vor-Wie in der Zeichnung deutlich zu erkennen ist. 45 teile gegenüber den bisher bekannten vergleichbaren wirken die Kolben 21 und 31 jeweils senkrecht auf Einrichtungen erzielt werden.

die evolventenförmig ausgebildeten Kanten der Kur- Bei verschiedenen Anwendungsarten kann die

venscheibe 4, so daß die genau in Längsrichtung der Kurvenscheibe auch die Form einer auf den Kolben Kolben liegenden Wirkungslinien der Kräfte exakt eines Stellmotors wirkenden Innenevolvente aufweidie Tangente an den durch den Durchmesser der-50 -sen. Eine-solche~Anurdnung ist dann in analoger Welle 5 gegebenen Grundkreis der Evolventen bil- Weise ausgebildet, wie die zum Stand der Technik

den. Dadurch wird sichergestellt, daß, abgesehen von der geringen Rollenreibung der Rollen 22 und 32 auf der Kurvenscheibe 4, keinerlei Schrägkräfte auf die Kolben einwirken können, so daß diese 55 ohne jegliche, zusätzliche Reibungen einführende Stützlager nur in Längsrichtung beansprucht v/erden und damit keine über das normale geringfügige Maß hinausgehende Leckverluste an den hydraulischen Stellmotoren auftreten können. Werden, wie in der 60 Zeichnung gezeigt, in die Kolben 21 und 31 als Dichtelemente O-Ringe 33 eingesetzt, so treten überhaupt keine Leckverluste auf.

Wie an Hand der Zeichnung leicht einzusehen ist. kann die durch die Evolvente gegebene Kurven- 65 scheibe in einfacher Weise sehr exakt hergestellt

gehörenden Vorrichtungen zur Umsetzung von linearen Bewegungen in Drehbewegungen mit Hilfe von Innenkurven.

Claims

Patentanspruch:

Einrichtung zum Umformen einer linearen in eine kreisförmige Bewegung, und umgekehrt, bei der mindestens ein Kolben auf eine starr mit einer Welle verbundene Kurvenscheibe wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (4) eine als Evolvente (41, 42) zum durch den Wellendurchmesser (5) gegebenen Grundkreis ausgebildete Kurvenform aufweist und die Kraftrichtung des Kolbens tangential am Wellendurchmesscr angreift.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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