DE19521598A1 - Lineargetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lineargetriebe, bestehend aus min­ destens einem eine rotierende Bewegung ausführenden Drehele­ ment und mindestens einem eine translatorische Bewegung aus­ führenden Hubelement, wobei das Lineargetriebe die rotierende Bewegung in eine translatorische Bewegung umwandelt oder umge­ kehrt.

Getriebe der genannten Art sind als Hubkurbelgetriebe, Kurven­ getriebe und dergleichen bekannt. Die bekannten Getriebe sind relativ aufwendig im Aufbau, weisen eine sperrige Bauweise auf und sind unruhig im Betrieb.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lineargetriebe zu schaffen, welches unkompliziert im Aufbau ist, sich auch in kleinen Abmessungen mit geringem Aufwand herstellen läßt und darüber hinaus einen ruhigen Lauf aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Drehelement mindestens eine Scheibe aufweist, daß mindestens eine Stirnseite der Scheibe mit mindestens einer Kurvenführung versehen ist und daß an der Kurvenführung mindestens ein Glei­ telement geführt ist, welches über ein Drehgelenk mit dem Hubelement in Wirkverbindung steht.

Ein solches Getriebe läßt sich sehr einfach mit einer geringen Anzahl von Bauteilen herstellen und arbeitet so gut wie war­ tungsfrei.

Wenn eine Kreisbewegung in eine harmonische Hin- und Herbe­ wegung transformiert werden soll, so wird die Kurvenführung kreisförmig ausgebildet und wird exzentrisch zu der Welle angeordnet. Mit derartigen Getrieben lassen sich auf sehr einfache und elegante Weise Drehbewegungen in harmonische Hin- und Herbewegungen umformen, wobei mit einfachen Mitteln ein ruhiger Lauf bei hoher Hubanzahl pro Zeiteinheit zu erzielen ist.

Vorzugsweise ist die Kurvenführung als Nut ausgebildet, in der das Gleitelement gut geführt werden kann.

Das Gleitelement kann kreisbogenförmig ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, das Gleitelement als geschlossenes ringförmiges Bauteil auszubilden, welches sich rund um die gesamte Kurvenführung erstreckt. Mit beiden Ausführungsformen läßt sich eine sehr stabile Führung erzielen.

Das Gleitelement kann unmittelbar mit dem Hubelement verbunden sein, so daß keine zusätzlichen Übertragungsglieder erforder­ lich sind.

Die Scheibe kann mit zwei oder mehr Kurvenführungen ausge­ bildet sein, die jeweils zur Aufnahme von mindestens einem Gleitelement dienen. Dadurch ist es möglich, gleichzeitig mehrere Hubelemente, gegebenenfalls rund um die Welle ver­ teilt, anzutreiben.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Scheibe zwei Kurvenführungen auf, die um den gleichen Betrag in ent­ gegengesetzter Richtung vom Mittelpunkt der Scheibe exzen­ trisch versetzt sind, wobei in jeder Kurvenführung mindestens ein Gleitelement geführt ist und die Gleitelemente mit Hub­ elementen verbunden sind, die auf diametral gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Bei einer solchen Konstruktion wird automatisch das Unwuchtproblem gelöst, indem sich die diame­ tral gegenüberliegenden Unwuchten kompensieren. Es ist mög­ lich, beide Hubelemente als Antriebe zu ersetzen. Wenn jedoch nur ein Hubelement benötigt wird, so kann das andere einfach als Unwuchtausgleich mitlaufen.

Das erfindungsgemäße Lineargetriebe ist vorzugsweise so kon­ struiert, daß die Getriebescheibe drehfest auf einer Welle sitzt, und daß die Welle angetrieben wird, während das Hub­ element als Abtriebsorgan dient. Die Welle läßt sich bei­ spielsweise mit einem kleinen Elektromotor antreiben, so daß das Abtriebsorgan zur Betätigung von hin- und hergehenden Werkzeugen, beispielsweise Stichsägen, verwendet werden kann. Darüber hinaus läßt sich das erfindungsgemäße Getriebe aber auch im Pumpenbau, Kraftfahrzeugbau, Maschinenbau, in Automa­ ten, wie z. B. Zentralspannvorrichtungen mit mehreren Backen, und in der Fördertechnik einsetzen.

Alternativ ist die Getriebescheibe antreibbar und mindestens ein Hubelement dient als Abtriebsorgan. Die Getriebescheibe kann in dieser Ausgestaltung zum Beispiel als Zylinderrad ausgestaltet sein, welches über ein weiteres Zylinderrad oder auch ein Schneckenrad angetrieben wird. Durch eine derartige Ausgestaltung kann auf einer Antriebswelle für die Gleitschei­ be vollständig verzichtet werden.

Bautechnisch kann die Scheibe aus zwei im Abstand voneinander angeordneten Teilscheiben bestehen, wobei die Kurvenführung an mindestens einer der einander zugewandten Stirnseiten der Teilscheiben ausgebildet ist und das Gleitelement in der zwischen den Teilscheiben ausgebildeten Kurvenführung geführt und radial aus dem Zwischenraum der beiden Teilscheiben her­ ausgeführt ist.

In einer anderen Ausführungsform kann die Getriebescheibe nur eine Kurvenführung aufweisen, in welcher drei Gleitelemente geführt sind. Vorzugsweise sind diese drei Gleitelemente um 120° versetzt um die Gleitscheibe herum angeordnet. Durch eine derartige Anordnung der Gleitelemente wird bei dem Umdrehen der Getriebescheibe ein versetzter Hub der einzelnen Gleit­ elemente bewirkt. Eine derartige Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Linerargetriebes eignet sich damit vorzüglich für den Einsatz in Verdichten, z. B. in Hydraulikverdichtern.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschau­ licht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des Ge­ triebes, teilweise im Schnitt, mit abgenommenem Ge­ häusedeckel,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht gemäß Fig. 1 eines anderen Ausführungs­ beispiels der Erfindung,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV aus Fig. 3,

Fig. 5 eine Ansicht gemäß Fig. 1 eines weiteren Ausführungs­ beispiels der Erfindung,

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI aus Fig. 5,

Fig. 7 den getrieblichen Teil einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII aus Fig. 7.

Fig. 9 den getrieblichen Teil einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie X-X aus Fig. 9,

Fig. 11 den getrieblichen Teil einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 12 einen Schnitt entlang der Linie XII-XII aus Fig. 11.

Nach Fig. 1 der Zeichnung besteht das dort gezeigte Aus­ führungsbeispiel des Lineargetriebes aus einem Gehäuse 1, einer sich quer durch das Gehäuse 1 erstreckenden Antriebs­ welle 2, einem auf der Welle 2 sitzenden Drehelement 3 sowie einem mit dem Drehelement 3 in Verbindung stehenden, seitlich aus dem Gehäuse 1 herausgeführten Hubelement 4.

Das Gehäuse 1 besteht aus einem Grundkörper 5, der einen etwa zylindrischen Aufnahmeraum 6 aufweist und mit einem Gehäuse­ deckel 7 verschließbar ist. Der Gehäuseboden 8 sowie der Deckel 7 bilden die beiden stirnseitigen Begrenzungen des zylindrischen Aufnahmeraums 6.

Die Antriebswelle 2 erstreckt sich konzentrisch durch den Auf­ nahmeraum 6 und ist in dem Deckel 7 sowie dem Gehäuseboden 8 mittels Kugellagern 9 und 10 gelagert. In dem Bereich, in wel­ chem die Antriebswelle 2 sich durch das Gehäuse 1 erstreckt, weist die Welle 2 drei treppenartig abgestufte Abschnitte 11, 12 und 13 auf, wobei der Abschnitt mit dem größten Durchmesser im Bereich des Deckels 7 und der mit dem geringsten Durchmes­ ser im Bereich des Gehäusebodens 8 liegt. Der mittlere Ab­ schnitt 12 erstreckt sich durch den Aufnahmeraum 6 und trägt eine das Drehelement 3 bildende Getriebescheibe 14, die mit­ tels Nut und Feder drehfest auf der Welle 2 fixiert ist. In axialer Richtung ist die Getriebescheibe 14 dadurch festge­ legt, daß die gegen den Absatz des im Querschnitt größten Wellenabschnitts 13 anliegt, während am anderen Ende die Ab­ stützung über das Wälzlager 10 erfolgt, welches sich seiner­ seits in dem Gehäuseboden 8 abstützt.

Die Getriebescheibe 14 besteht aus zwei Teilscheiben 15 und 16, die in dem die Welle 2 umgebenden Bereich bündig gegen einander anliegen und nach außen hin einen rundumlaufenden Ringraum 17 einschließen.

Im Bereich des Ringraumes 17 sind die beiden Teilscheiben 15 und 16 an ihren einander zugewandten Stirnflächen je mit einer kreisringförmigen Nut 18 bzw. 19 versehen, die genau zueinan­ der deckungsgleich angeordnet sind und relativ zu der Welle 2 exzentrisch verlaufen.

In den beiden Nuten 18 und 19 ist ein kreisbogenförmiges Gleitstück 20 gleitend angeordnet, welches mit seinen beiden Stirnseiten in die einander gegenüberliegenden Nuten 18 und 19 eingreift. Das Gleitstück 20 ist mit einem Sockelteil 21 ver­ sehen, welches radial aus dem Ringraum 17 zwischen den beiden Teilscheiben 15 und 16 herausragt und über einen Zapfen 22 ge­ lenkig mit dem Hubelement 4 verbunden ist.

Das Hubelement 4 ist als zylindrische Stange 23 ausgebildet, die in einem fest mit dem Gehäuse 1 verbundenen Aufsatzteil 24 in Axialrichtung gleitend gelagert ist.

Beim Drehen der Welle 2 nimmt diese die beiden Teilscheiben 15 und 16 mit, wobei das Gleitstück 20 in den beiden Nuten 18 und 19 gleitet und dadurch die Hubstange 23 in Längsrichtung auf- und ab- bzw. hin- und herbewegt. Die Exzentrizität der Nuten 18 und 19 ist ein Maß für die Hubbewegung der Stange 23, wobei die maximale Auslenkung,, die die Hubstange bei einer Umdrehung der Welle 2 erfährt, gleich der zweifachen Exzentrizität der Nuten 18 bzw. 19 ist.

Der Antrieb und Abtrieb des Lineargetriebes ist in der Zeich­ nung weggelassen worden. Die Welle 2 kann beispielsweise mit einem Elektromotor angetrieben werden, während die zylin­ drische Stange 23 mit einer Arbeitsmaschine, beispielsweise einer Stichsäge, verbunden ist. Alternativ kann aber die Stange 23 mit jedem beliebigen Aggregat verbunden sein, wel­ ches mit einer hin- und hergehenden Bewegung angetrieben wer­ den muß, beispielsweise einer Kolbenpumpe oder dergleichen.

Bei dem in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine ähnliche Konstruktion gewählt worden, wie bei dem Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2. Die gleichen Teile sind daher mit gleichen Positionszahlen versehen worden.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle 2 in dem Gehäuse 1 gelagert und trägt als Drehelement 3 zwei Teil­ scheiben 15 und 16, die mit entsprechenden kreisringförmigen Nuten 18 und 19 versehen sind. Auch das Hubelement 4 ist in gleicher Weise ausgebildet wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2.

Der einzige Unterschied besteht darin, daß das Gleitstück im vorliegenden Fall als geschlossenes, ringförmiges Bauteil 25 ausgebildet ist, welches sich rund um die gesamte, durch die beiden kreisringförmigen Nuten 18 und 19 gebildete Kurvenfüh­ rung erstreckt.

Der Bewegungsablauf dieser Ausführungsform des Getriebes ent­ spricht exakt der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform, wobei allerdings die Lagerung des Gleitstücks 25 eine noch stabilere und exaktere Konstruktion darstellt als das Gleit­ stück 20 gemäß Fig. 1 und 2.

Das in Fig. 5 und 6 dargestellte Ausführungsbeispiel weicht von den beiden erstgenannten Ausführungsbeispielen dadurch ab, daß zwei Hubelemente 4 vorgesehen sind, die auf diametral ge­ genüberliegenden Seiten aus dem Gehäuse 1 herausgeführt und in entsprechenden Aufsatzteilen 24 axial verschieblich gelagert sind.

Um beide Hubelemente 4 betätigen zu können, weisen die beiden das Drehelement bildenden Teilscheiben 15 und 16 jeweils zwei kreisringförmige Nuten 26 und 27 bzw. 28 und 29 auf, die mit genau entgegengesetzten Exzentrizitäten relativ zu der Welle 2 angeordnet sind. Beide Hubstangen 4 sind mit Gleitstücken 20 versehen, die denen aus Fig. 1 und 2 entsprechen. Bei Drehung der Welle 2 führen die beiden Hubelemente 4 translatorische Bewegungen aus, die genau einander entgegengesetzt verlaufen, so daß die Unwuchten aufgehoben werden. In der Praxis können die beiden Hubelemente 4 zum Antrieb von zwei unterschied­ lichen Arbeitsaggregaten verwendet werden. Wenn nur eine der Hubstangen 4 benötigt wird, kann die andere inaktiv mitlaufen oder kann mit einem Gewicht versehen werden, welches der Ge­ genkraft der entsprechenden Arbeitsmaschine entspricht, so daß das gesamte Aggregat völlig ohne Unwuchten läuft.

Wie aus Fig. 7 und 8 zu ersehen ist, können die in Fig. 5 und 6 dargestellten Gleitstücke 20 der beiden Hubelemente 4 auch durch geschlossene, ringförmige Bauteile 30 ersetzt werden, die sich ebenso wie bei den in Fig. 3 und 4 beschriebenen Aus­ führungsbeispiel rund um die gesamte Nut erstrecken. Damit sich die beiden Bauteile 30 jedoch nicht gegenseitig behin­ dern, sind diese nur einseitig ausgebildet, d. h., daß sie jeweils nur in eine Nut der beiden Teilscheiben 15 bzw. 16 eingreifen und sich dadurch aneinander vorbeibewegen.

Bei dem in den Fig. 9 und 10 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lineargetriebes weist die Getriebeschei­ be 14 nur eine kreisförmige Nut auf, in der drei um jeweils 120° versetzte Gleitstücke 20 geführt werden. Jedes der Gleit­ stücke ist an einem Hubelement 32 drehbar gelagert befestigt. Die Hubelemente ihrerseits werden durch die Aufsatzteile 24 jeweils axial geführt. Die Aufsatzteile 24 weisen Federn auf, die in die korrespondierenden Nuten der Hubelemente 32 seit­ lich eingreifen. Die derartige Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Lineargetriebes eignet sich besonders zum Einsatz in Hydraulikverdichtern oder bei anderen Maschinen, bei denen ein alternativer Hub benötigt wird.

Bei dem in den Fig. 11 und 12 dargestellten Ausführungsbei­ spiel werden gleichfalls drei Gleitelemente 20 mit den korre­ spondierenden Hubelementen 32 verwendet. Allerdings wird jedes dieser Gleitelemente 20 in einer mit ihnen korrespondierenden eigenen Nut (33, 34, 35) geführt. Diese Nuten (33, 34, 35) und die um 120° versetzte Anordnung der drei Gleitelemente gewähr­ leistet, daß die drei Gleitelemente 20 sich jeweils zum glei­ chen Zeitpunkt im Rahmen einer Umdrehung an dem Punkt der höchsten Auslenkung befinden.

Mit dem erfindungsgemäßen Lineargetriebe lassen sich auf sehr einfache Weise und mit einer sehr einfachen Bauart Drehbe­ wegungen in Hubbewegungen transformieren, wobei geringe, aber auch sehr hohe Frequenzen möglich sind. Auch lassen sich pro­ blemlos beliebige Hübe, insbesondere sehr geringe Hübe, ohne weiteres ausführen.

Aufgrund der einfachen und sehr geringen Anzahl von Bauteilen ist das Getriebe nahezu wartungsfrei und hat eine hohe Lebens­ dauer. Eventuelle Reparaturen können problemlos ausgeführt werden.

Die Lagerung der Welle kann individuell auf den jeweiligen Anwendungsfall eingestellt werden. Anstelle der Wälzlager 9 und 10 können ebensogut auch Gleitlager verwendet werden.

Die Einzelteile des Getriebes brauchen nicht mit hoher Prä­ zision hergestellt zu werden. Auch grob hergestellte Teile gewährleisten immer noch einen ruhigen Lauf und exakte Führungen.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Antriebswelle
3 Drehelement
4 Hubelement
5 Grundkörper
6 Aufnahmeraum
7 Gehäusedeckel
8 Gehäuseboden
9 Wälzlager
10 Wälzlager
11 Wellenabschnitt
12 Wellenabschnitt
13 Wellenabschnitt
14 Getriebescheibe
15 Teilscheibe
16 Teilscheibe
17 Ringraum
18 kreisringförmige Nut
19 kreisringförmige Nut
20 Gleitstück
21 Sockelteil
22 Zapfen
23 zylindrische Stange
24 Aufsatzteil
25 ringförmiges Bauteil
26 Nut
27 Nut
28 Nut
29 Nut
30 ringförmiges Bauteil
31 kreisförmige Nut
32 Hubelement
33 Nut
34 Nut
35 Nut

Claims (14)

1. Lineargetriebe, bestehend aus mindestens einem eine ro­ tierende Bewegung ausführenden Drehelement (3) und min­ destens einem eine translatorische Bewegung ausführenden Hubelement (4), wobei das Lineargetriebe die rotierende Bewegung in eine translatorische Bewegung umwandelt oder umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehelement (3) mindestens eine Getriebescheibe (14) aufweist, daß mindestens eine Stirnseite der Getrie­ bescheibe (14) mit mindestens einer Kurvenführung versehen ist, und daß an der Kurvenführung mindestens ein Gleit­ element geführt ist, welches über ein Drehgelenk mit dem Hubelement (4) in Wirkverbindung steht.

2. Lineargetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenführung kreis­ ringförmig ausgebildet und exzentrisch zu der Welle (2) angeordnet ist.

3. Lineargetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenführung als Nut (18, 19; 26 bis 29) ausgebildet ist.

4. Lineargetriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitelement als kreisbogenförmiges Gleitstück (20) ausgebildet ist.

5. Lineargetriebe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleit­ element als geschlossenes ringförmiges Bauteil (25; 30) ausgebildet ist, welches sich rund um die gesamte Kurven­ führung erstreckt.

6. Lineargetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleit­ element unmittelbar mit dem Hubelement (4) verbunden ist.

7. Lineargetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ge­ triebescheibe (14) zwei oder mehr Kurvenführungen auf­ weist, die jeweils zur Aufnahme von mindestens einem Gleitelement dienen.

8. Lineargetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebe­ scheibe (14) zwei Kurvenführungen aufweist, die um den gleichen Betrag in entgegengesetzter Richtung von dem Mit­ telpunkt der Scheibe exzentrisch versetzt sind, daß in je­ der Kurvenführung ein Gleitelement geführt ist, und daß die Gleitelemente mit Hubelementen (4) verbunden sind, die auf diametral gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.

9. Lineargetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Getrie­ bescheibe (14) drehfest auf einer Welle (2) sitzt, daß die Welle (2) antreibbar ist, und daß mindestens ein Hub­ element (4) als Antriebsorgan dient.

10. Lineargetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ge­ triebescheibe (14) antreibbar ist, und daß mindestens ein Hubelement (4) als Abtriebsorgan dient.

11. Lineargetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubele­ ment (4) als axial geführte Stange (23) ausgebildet ist.

12. Lineargetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebe­ scheibe (14) aus zwei im Abstand voneinander angeordneten Teilscheiben (15, 16) besteht, daß die Kurvenführung an mindestens einer der einander zugewandten Stirnflächen der Teilscheiben (15, 16) ausgebildet ist, und daß mindestens ein Gleitelement in der zwischen den Teilscheiben (15, 16) ausgebildeten Kurvenführung geführt und radial aus dem Ringraum (17) der beiden Teilscheiben (15, 16) herausge­ führt ist.

13. Lineargetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Linear­ getriebe in einer Arbeitsmaschine verwendet wird.

14. Lineargetriebe nach einem der Ansprüche 6 und 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ge­ triebescheibe (14) eine kreisförmige Kurvenführung (31) aufweist, und daß in dieser Kurvenführung (31) eine Mehr­ zahl von Gleitelementen angeordnet ist.