DE2253732A1

DE2253732A1 - Kraftuebertragungs- und verstaerkungssystem

Info

Publication number: DE2253732A1
Application number: DE2253732A
Authority: DE
Inventors: John Henry Brems
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-11-02
Filing date: 1972-11-02
Publication date: 1973-05-10
Also published as: US3745842A; GB1403098A; FR2166936A5; IT966780B; BR7207650D0; CA960546A; DE2253732B2; JPS4853163A; AU460440B2; DE2253732C3; AU4816972A; SE384563B; JPS533035B2

Description

Dr. Ing. H.

John Henry Brems Telefon 5330586

32867 White Oaks Trail 29. Januar 197 3

Birmingham, Michigan, USA Anwaltsakte: M-2395

Kraftübertragungs-und Verstärkungssystem

Die Erfindung betrifft ein linear bewegliches Kraftübertragungsund Verstärkungssystem.

Mit der vorliegenden Erfindung soll ein System bzw. eine Anlage geschaffen werden, bei welcher der Arbeitsgewinn vom Eingang zum jAusgang über einem kleinen Bereich der Ausgangsbewegung um einen Faktor von größer als 1 verstärkt wird.

Es soll ein Gerät geschaffen werden, bei welchem die Ausgangsbewegung der Eingangsbewegung ohne Kraftverstärkung entspricht, bis das Ausgangsorgan auf eine einen vorbestimmten .Schwellwert übersteigende Außenlast auftrifft. Zu diesem Zeitpunkt wird die weitere Eingangsbewegung größer als die weitere Ausgangsbewegung, so daß die angelegte Ausgangskraft größer ist als die eingehende ;Eingangskraf t.

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Es soll ferner ein Gerät geschaffen werden, bei welchem der Umschaltpunkt von einer Arbeitsweise zur anderen an jedem beliebigen Punkt der Bewegung des Gerätes stattfinden kann, wobei dieser Umschaltpunkt der Arbeitsweise lediglich durch äußere Bedingungen bestimmt ist.

Das Ausmaß der Kraftverstärkung, nachdem die Ausgangslast den Schwellwert überstiegen hat, soll durch den inneren Aufbau des kraftverstärkenden Systems steuerbar sein.

Dabei soll ein Gerät Verwendung finden, dessen Ausgangs- bzw. An- ; triebskörper während der Rückführung des Systems mit dem Eingangskörper verbunden ist.

t ■

Auf dem Gebiet der Mehrpunkt-Widerstandsschweißung, wie sie beim

; Zusammenbau von Kraftfahrzeugkarosserien, Haushaltsgeräten und an-] derer aus mehreren Metallteilen bestehender Vorrichtungen benutzt

! wird, können die einzelnen Widerstandsschweißpunkte so kleinen Abstand aufweisen, daß ihre Bearbeitung oder Schweißung in einem einzelnen Arbeitsgang ausgeschlossen ist. Dies ist auf die Größe der Zylinder zurückzuführen, welche benutzt werden, um die einzelnen Elektroden gegenüber den Werkstücken zu aktivieren, d.h., die Durchmesser der Zylinder sind größer als der Mittelpunktsabstand der Schweißpunkte. Infolgedessen sind mehrstufige Halterungen und Arbeitsweisen erforderlich, um alle Schweißpunkte zu schweißen.

In den meisten Anwendungsfällen ist die durchtiie Elektrode und ι den die Elektrode aktivierenden Zylinder angelegte Belastung

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sehr klein, bis die Elektrode das Werkstück berührt. An diesem Punkt des Arbeitsablaufes ist eine sehr hohe Kraft erforderlich, um eine als ausreichend anzusehende Widerstands-Punktschweißverbindung herzustellen. Andererseits ist die durch die Elektrode während des Schweißens zurückzulegende Strecke sehr kurz. Es ist von größter Bedeutung, daß die während des Schweißvorganges von der Elektrode am Werkstück ausgeübte Kraft beibehalten bleibt und ; daß keine Verzögerung in der geringen Folgebewegung der Elektrode i stattfindet. ·

Ein weiteres Kennzeichen dieser Anwendungsfälle besteht darin, daß sich die Streckung der Zylinder oder anderer Betätigungsmechanismen am Punkt der Berührung der Elektrode am Werkstück von Antrieb zu Antrieb verändert und daß sich die Streckung über einen bestimmten Zeitabschnitt selbst bei einem einzelnen Antrieb beträchtlich verändern kann, was auf Abnutzung und Nachstellung bzw. Ausbesserung der Elektrode zurückzuführen ist.

Nach einem weiteren Merkmal dieser Anwendungsfälle muß der eine verhältnismäßig kleine Kraft während des Streckens und Zurückziehens erfordernde Hub des Antriebs im;manchen Fällen von beträchtlicher linearer Größe sein, um zu gewährleisten, daß der Antrieb in Vertiefungen gelangt und anschließend soweit zurückziehbar ist, daß der benötigte Zwischenraum zum automatischen Oberführen der Teile besteht. Da eine kleine Kraft für diese Annäherungs- und Zurückziehbewegung erforderlich ist stellt es sich als Kraftvergeudung und als unwirtschaftlich dar, ein Antriebs- und ^: Bewegungssystem zu verwenden, welches während des gesamten Hubes

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- 4 maximale Kraft ausübt.

Ein idealer Elektrodenantrieb für Halterungen beim Mehrpunkt-Widerstandsschweißen besitzt infolgedessen folgende Kennzeichen:

1. Einen kleinen Durchmesser, um einen engen Abstand der Halterungen bzw. Führungen beim Mehrpunktschweißen zu ermöglichen.

2. Angemessener Hub, während welchem eine verhältnismäßig kleine Kraft sowohl für die Streck- als auch für die Einziehbewegung erforderlich ist.

3. Sehr hohe Kraft- bzw. Antriebskapazität während eines verhältnismäßig kurzen Hubes bei Streckung, wenn die Elektrode das Werkstück berührt.

4. Eine veränderliche Position der Streckung, wenn die durch diese Position erforderliche hohe Kraft durch den Betätigungsmechanismus selbst bestimmt wird.

Das nachfolgend beschriebene Gerät entspricht all den Erfordernissen der oben angeführten Anwendung. Es bestehen natürlich auch andere Anwendungsgebiete für Linearantriebe, bei welchen die gleichen Eigenschaften bzw. Kennzeichen erforderlich sind, so können die linear beweglichen Antriebe zum Stanzen, Lochen, Prägen oder für andere Arbeitszwecke benutzt werden.

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Bie Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeisplelen
unter Bezugnahme auf die !beigefügten Zeichnungen -erläutert.

Flg. 1 ist eine durch die Mittellinie verlaufende Längsschnitt-; ansicht des in direkter Verbindung arbeitenden Mechanis-

mus gemäß der Erfindung; I

Fig» 1A ist eine Seitenansicht einer sich des Mechanismus gemäß ι

der !Erfindung bedienenden Vorrichtung; · i

FIg. 2 ist eine durch die Mittellinie verlaufende Längsschnitt- ■ ansicht des Mechanismus in krafVerstärkender Arbeits- ! weise;

Flg. 3 ist eine Querschnittansicht von Linie 3-3 In Fig. 2; \ FIg, 4 ist eine Querschnittansicht von Linie 4-4 in FIg* 2;

Flg. S ist eine durch die Mittellinie verlaufende Längsschnittansicht eines Mechanismus einer weiteren Aus führungs form!

; der Erfindung bei Arbeitsweise In direkter Kupplung bzw.!

·■ Verbindung; - ■

■; I

: Flg. 6 Ist eine durch die Mittellinie verlaufende Längs sehn It t-j

. i

ansicht der weiteren Aus führung s form des Mechanismus ge-i määS der Erfindung bei Arbeitsweise mit Kraftverstärkung;,

FIg. 7 ist eine Querschmittansicht von Linie 7-7 In Flg» 6;

-fi-

— D —

Fig. 8 ist eine Querschnittansicht von Linie 8-8 in Fig. 6;

Fig. 9 ist eine Querschnittansicht von Linie 9-9 in Fig, 6; und

Fig. 10 ist eine durch die Mittellinie verlaufende Teil-Längsschnittansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung .

In den Fign. 1, 1A, 2, 3 und 4 der Zeichnungen ist der in einem U-Rahmen 10 befindliche Mechanismus dargestellt. An diesem Rahmen; ist durch Schweißverbindung oder auf andere Weise eine Basisplatte 12 angebracht, wie Fig. 1 erkennen läßt. Der Rahmen und die Basisplatte bilden ein rechtwinkliges Gehäuse. Dieses Gehäuse ist an einem Ende mit einem geeigneten Primärantrieb 11 verbunden, so mit einem Druckluft zylinder. Am anderen Ende des Gehäuses ist ein geeigneter Antriebskopf 13 vorgesehen, welcher eine verschiebbar gelagerte Ausgangsstange unter Verwendung herkömmlicher Verfahren führt und abdichtet. In die Oberseite der Basisplatte 12 ist eine Reihe von Zähnen 14 in Form eines Sägezahnmusters eingeschnitten; die Zähne erstrecken sich entlang der gesamten Länge der Basisplatte 12, erstrecken sich jedoch nur teilweise auf ihrer Breite. Die Zähne sind senkrecht zur Achse des Rahmens ausgebildet, können jedoch etwas abgeschrägt sein, um sie durch Wälzfräsen oder durch andere kontinuierliche Sohneidverühren herstellen zu können.

Ein Uitterrahmen 16 ist verschiebbar innerhalb des rechtwinkligen Gehäuses 10, 12 vorgesehen. Der leiterrahmen 16 ist «in P-förmiger Körper und wird auf seinen drei Seite» durch den U-Rahmen 10 ge-

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führt, während er an seiner offenen Seite durch die beiden flachen Seiten der Basisplatte 12 beidseitig der Zähne geführt ist. Ein Anlenk- bzw. Lagerkörper 18 ist am Unterrahmen 16 mittels zweier Zapfen 20 und 22 befestigt, die sich durch Querbohrungen des Anlenkkörpers erstrecken. Die Zapfen erstrecken sich über die Seiten des Anlenkkörpers 18 hinaus, so daß der Zapfen 20 in kurze Schlitze 24 und 26 an entgegengesetzten Seiten des Anlenkkörpers 16 eingreift, während der Zapfen 22 in vergleichbarer Weise in kurze Schlitze 2 8 und 30 eingreift. Durch diese Anordnung kann Ϊ sich der Anlenkkörper 18 leicht bezüglich des Unterrahmens 16 senkrecht zur Achse der Bewegung und bezüglich der Basisplatte 12 verlagern. In die Unterseite des Anlenkkörpers 18 ist eine Reihe von Zähnen in Form eines Sägezahnmusters eingeschnitten; diese Zähne entsprechen als Gegenstück genau den Zähnen, welche in die Basisplatte 12 eingefräst oder eingeschnitten sind. Zwei Federn 32 und 34 üben eine Kraft auf die Zqfen 20 und 22 aus, um die Zähne 18 des Anlenkkörpers elastisch aus ihrem Eingriff mit den Zähnen der Basisplatte 12 zu bewegen. Die Feder 32 ist an einer ösenschraube 36 befestigt, während die Feder 34 an einer ösenschraube 38 angebracht ist. Beide Schrauben sind an der Innenseite des Unterrahmens 16 befestigt. Fig.. 1 gibt die Lage wieder, bei wicher die Zähne des Anlenkkörpers 18 nicht in die Zähne der Basisplatte 12 eingreifen; diese Lage wird als direkte Kupplung bzw. Verbindung gekennzeichnet.

Eine Eingangsstange 40, welche die Ausgangs- bzw. Antriebsstange des DruckbftZylinders ο der des äquivalenten Primärantriebes darstellt, ist über einen Verbindungszapfen 44 mit dem Eingangsglied

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42 verbunden. Das andere Ende des Eingangsgliedes 42 ist mit Hilfe eines Zapfens 48 an einem Hebel 46 angebracht. Der Zapfen 48 erstreckt sich auf beiden Seiten über das Eingangsglied 42 und greift in die beiden Steuerschlitze 50 ein, die in den Unterrahmen 16 eingeschnitten sind. Das andere Ende des Hebels 46 sitzt in einem Auflagesattel 51 des Anlenkkörpers 18. Ein Zapfen 52 erstreckt sich durch den Hebel 46 entlang einer Achse, welche mit der Achse des im Anlenkkörper 18 befindlichen Auflagesattels 51 zusammenfällt. Die Steuerschlitze 50 sind primär als reine Bogen bezüglich der Achse des Drehzapfens 52 ausgebildet; indessen steigt das rechte Ende dieser Schlitze gemäß Fign. 1 und 2 leicht an, wodurch der Anlenkkörper 18 aus einem Eingriff mit der Basisplatte 12 angehoben werden kann. Der Zapfen 52 greift in angepaßte Bohrungen von Halteplatten 54 und 56 ein, welche an den Seiten des Anlenkkörpers 18 gemäß Fig. 3 angebracht sind. Durch diese Anordnung kann sich der Hebel 46 um die Achse des Zapfens 52 relativ zum Anlenkkörper 18 drehen; durch die Verwendung des Auflagesattels 51 wird das Lagerungsvermögen dieser Schwenkver- : bindung in die Richtung wesentlich verstärkt, in welcher sie am stärksten beansprucht ist. Das Eingangsglied 42 und das obere Ende des Hebels 46 werden mit Hilfe einer Rasterfeder 58 in ihrer in Fig. 1 dargestellten Ausgangslage gehalten.

Ein Ausgangsglied 60 ist über eine zylindrische Fläche 61 an den Hebel 46 angepaßt und bildet ein einheitlich gerichtetes Lager um die Achse 62. Das andere Ende des Ausgangsglieds 60 ist über einen Zapfen 66 mit der Ausgangsstange 64 verbunden. Der Zapfen 66 erstreckt sich auf beiden Seiten über das Glied 60 und greift

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in Schlitze 68 des Unterrahmens 16 ein. Eine Feder 70 ist zwischen der Ausgangsstange 64 und dem Neben- bzw. Unterrahmen 16 befestigt, um die einseitig gerichteten Lagerflächen 61 zwischen dem Glied 60 und dem Hebel 46 in Anlage zu halten. Diese Anordnung bildet einen Hebel zweiter Ordnung, d.h. einen Hebel, bei welchem der Ausgangspunkt zwischen dem Krafteingangspunkt und dem Anlenkkörper liegt.

Während des Teiles der Streckbewegung, während welcher die auftreffende Ausgangslast unterhalb des Schwell- bzw. Grenzwertes liegt bewegt sich der gesamte im Unterrahmen 16 befestigte Mechanismus als eine Einheit im Gehäuse 10, 12. Die Eingangs- und Ausgangsbewegungen sind identisch, so daß keine Kraftvervielfältigung bzw. Übersetzung stattfindet.

Wenn die Ausgangsstange 64 an irgendeinem Punkt des Hubes auf eine Last auftrifft, welche einen durch die Anschlagfeder 58 und die beiden Zugfedern 32 und 34 bestimmten Wert übersteigt beginnt sich der Hebel 46 gegen die Uhrzeigerrichtung zu drehen, da durch das Eingangsglied 42 und den durch das Ausgangsglied 60 erzeugten Widerstand eine Verbindung ausgelöst wird. Während des Beginns der gegen den Uhrzeigersinn gerichteten Drehung des Hebel$ 46 übt die Anschlag- bzw. Rasterfeder 58 auf den Hebel 46 und durch diesen eine nach unten gerichtete Kraft auf den Anlenkkörper 18 aus. Der durch das Ausgangsglied 60 von der nunmehr stationären Ausgangsstange 64 erzeugte Widerstand hat zur Folge, I daß sich das Ausgangsglied um die Achse 62 verschwenkt, wodurch sich das untere Ende des Hebels 46 und der Anlenkkörper 18 gemäß i

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- 10 Fign. 1 und 2 nach rechts bewegen.

Diese Kombination der nach rechts gerichteten und unter Federspannungen nach unten verlaufenden Bewegung des Anlenkkörpers hat zur Folge, daß die Zähne an der Basis des Anlenkkörpers 18 in die Zähne der Basisplatte 12 eingreifen und sich mit diesen verriegeln. Infolge des willkürlichen Eingriffspunktes existiert

ein veränderliches Maß von Leerlaufbewegung. Wenn jedoch die vertikalen oder nahezu vertikalen Flächen der entsprechenden Zähne einander berühren dann wird verhindert, daß sich der Anlenkkörper 18 weiter nach rechts bewegt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Anlenkkörper 18 wirksam an der Basisplatte 12 blockiert und stellt einen echten Anlenkkörper dar, durch welchen mechanische Vorteile erreicht werden.

Eine geringe, weiter gegen die Uhrzeigerrichtung verlaufende Drehung des Hebels 46 infolge der durch das Eingangsglied 42 kontinuierlich ausgeübten Kraft läßt den Zapfen 48 in den Teil der Steuerschlitze 50 auswandern, welcher bezüglich der Achse des Zapfens 56 einen echten Bogen darstellt, wenn sich der Anlenkkör-

per 18 in seiner an der Basisplatte 12 verriegelten Position befindet. Es sollte erwähnt sein, daß die Anschlagfeder 58 auf den Hebel 46 nur die nach unten gerichtete Anfangs-Federkraft ausübt, um den Eingriff der Zähne einzuleiten. Anschließend werden die Zähne durch die Wirkung des Zapfens 48 in den Steuerschlitzen 50 !wirksam in gegenseitigem Eingriff gehalten. Fig. 2 stellt die Position des Mechanismus dar, wenn sich dieser etwa auf der Mitte seines kraftvervielfältigenden Hubes bzw. Arbeitstaktes befindet.

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Das System arbeitet nunmehr als ein einfaches Hebelsystem mit einer fixierten Achse des Anlenkkörpers bezüglich der Mittellinie des Zapfens 52. Eine Eingangsachse befindet sich auf der Mittellinie des Zapfens 48, während sich eine Ausgangsachse auf der Mittellinie des einseitig gerichteten Lagers befindet, wjslche der Achse 62 entspricht. Das Verhältnis der Kraft wird infolgedessen· durch das Verhältnis des Abstandes von der Mittellinie des Zapfens 52 zur Mittellinie des Zapfens 48, bezogen auf den Abstand der Mit·: tellinie vom Zapfen 52 zur Achse 62, gebildet .In den Fign. 1 und 2 ist dieses Verhältnis etwa 5, d.h. die durch die Ausgangs- bzw. Antriebsstange 64 angelegte Ausgangsicraft ist etwa fünf mal so groß wie die an der Eingangsstange 40 angelegte Eingangskraft. Der bei dieser Anordnung verfügbare Hub der Ausgangsstange 64 ist verhältnismäßig klein, jedoch mehr als ausreichend für die in Frage kommenden Anwendungsgebiete.

Um die Rückführungsbewegung einzuleiten wird die Kraft an der Ein-* gangsstange 40 durch deren Druckluftzylinder oder anderen Primär-: antrieb umgekehrt. Die Eingangsstange 40 bewegt sich nach rechts i. und dreht den Hebel 46 über den Zpafen 44, das Eingangsglied 42 und den Zapfen 48 in Uhrzeigerrichtung. Der Anlenkkörper 18 ist immer noch an der Basisplatte 12 verriegelt, weshalb sich der He-.; bei 46 um den Zapfen 52 dreht. Die in Uhrzeigerrichtung verlaufende Drehung des Hebels 46 hält an, bis sich der Zapfen 48 dem , ; rechten Ende der Steuerschlitze 50 nähert. Ein leichtes Ansteigen! in den Steuerschlitzen 50 hebt den Zapfen 48 und über dessen He- ; bei 46 den Anlenkkörper 18 nach oben. Während des letzten kurzen Teils der in Uhrzeigerrichtung verlaufenden Drehung des Hebels 46 .

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wird der Anlenkkörper 18 vollständig von den Zähnen an der Basis platte 12 gelöst. Die Anschlag- bzw. Arretierfeder 58 greift wiedei in den Hebel 46 in seiner im Uhrzeigersinn äußersten Position ein.

Wenn der Anlenkkörper 18 vollständig von der Basisplatte 12 gelöst ist zieht die Eingangsstange nunmehr den gesamten Mechanismus einschließlich der Ausgangsstange 64 zurück. Während der im Uhrzeigersinn verlaufenden Drehung des Hebels 46 zog die Feder die Ausgangsstange 64 zurück. Um jedoch ein wirksames Zurückziehen unter Bedingungen zu gewährleisten, bei welchen die Ausgangsstange 64 durch die Ausgangslast gehalten oder gehindert ist, bedient man sich der Schlitze 68, in welche der Zapfen 66 eingreift. Die Schlitze 68 besitzen nur ausreichende Länge, um die erforderliche Relativbewegung der Ausgangsstange 64 bezüglich des Unterrahmens 16 während der kraftverstärkenden Bewegung zuzulassen.

Der vorangehend beschriebene Mechanismus wurde als in einem Gehäuse rechtwinkligen Querschnitts befindlich erläutert. Der gleiche Mechanismus kann mit einigen geeigneten Änderungen in einem kreisförmigen Gehäuse betrieben werden. In diesem Fall können die Nuten oder Zähne durch Gewindeschneider in das Gehäuse eingeschnitten werden, wonach man eine glatte Fläche auf den Flächen des Zylinders ausräumt, welche keine Zähne tragen sollen. Die auf diese Weise gefertigten Zähne sind infolgedessen schraubenförmig verlaufend, der Steigwinkel wird jedoch so klein gehalten, daß er keine Auswirkungen auf die Wirkungsweise des Mechanismus ausübt.

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Ein Mechanismus einer weiteren Ausführungsforat ist nachfolgend beschrieben. Die wesentlichen Prinzipien werden bei dieser Ausführungsform beibehalten, das Verfahren der Verriegelung oder Verklemmung des Unterrahmens am Gehäuse unterscheidet sich jedoch gegenüber der vorangehend beschriebenen Konstruktion, da man sich eines Reibkeiles anstelle der Zähne bedient, um die Verriegelung herbeizuführen.

Der in den Fign. 5_r 6, 7, 8 und 9 dargestellte Mechanismus befindet sich einem zylindrischen Gehäuse 80, welches in geeigneter Weise am rechten Ende, d.h. am Eingangsende eines Druckluftzylinders oder eine anderen vergleichbaren Primärantriebes der in Fig. 1 dargestellten Art angebracht ist. Am linken Ende, d.h. am Ausgangsende des Gehäuses SO ist ein geeigneter Ausgangs-, bzw. Antriebskopf vorgesehen, welcher 4ie verschiebbar geführte Ausgangs- bzw. Antriebsstange führt und abdichtet.

Ein zylindrischer Neben- oder Unterrahmen 82 ist verschiebbar innerhalb des Gehäuses 80 angeordnet. In den Unterrahmen 82 sind zwei Öffnungen eingeschnitten: Eine Öffnung 84 besteht zum Zwecke des Zusammenbaues und des Betriebs, während in die andere Öffnung ein Anlenkkörper 86 eingeschweißt oder auf andere Weise befestigt ist. Ein Hebel 88 befindet sich einem zylindrischen Lagersitz 89 des Anlenkkörpers 88 und wird durch einen Zapfen 90 in seiner Position gehalten. Der Zapfen 90 erstreckt sich durch zwei angepaßt^ Bohrungen des Unterrahmens 82. Die Mittellinie des Zapfens 90 und des zylindrischen Lagersitzes 89 im Anlenkkörper 86 verlaufen kon-jzentrisch und ermöglichen eine höhere Lastaufnahme in Primär-

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lastrichtung als der Zapfen allein ermöglichen k.mn.

Das Außenende des Hebels 88 ist über einen Zapfen 94 mit dem Hingangsglied 92 verbunden. Das andere linde des Eingangsgi ieds 92 steht über dem Zapfen 98 mit der Eingangsstange ^l)6 in Verbindung; das andere Ende der Eingangsstange 96 ist an den Druckluftzylinder bzw. einen anderen Primärantrieb angeschlossen. Eine Rasterbzw. Arretier feder 100 liegt am unteren linde des Hingangsgli edes 92 an, um den Mechanismus in seiner in Fig. S dargestellten Lage direkter Verbindung oder Kupplung zu halten.

Ein Ausgangsgi ied 102 ist an ilen Hebel 88 über eine zylindrische Fläche 103 angepaßt, die ein einheitlich gerichtetes L'ager bezüglich der Achse 104 bildet. i)as andere Ende des Ausgangsglieds ist über einen Zapfen 108 mit einer Ausgangsst auge 106 verbunden. Der Zapfen 108 erstreckt sich auf beiden Seiten über das Ausgangsglied 102 und greift in Schlitze 110 des zylindrischen Neben- bzw, Unterrahmens 82 ein. Eine Feder 112 ist zwischen der Ausgangsstange 106 und dem Unterrahmen 82 angebracht, um die Lagerfläche 103 einseitiger Richtung zwischen dem Ausgangsglied 102 und dem Hebel 88 eingepaßt zu halten.

Das rechte Ende des zyüidrischen Unterrahmens besitzt im wesentlichen Pyramidenform und umfaßt sechs Flächen (Fig. 9), von welchen jede konkav ist. Der Krümmungsradius jeder dieser Flächen ist nominell identisch mit dem Innenradius des zylindrischen Gehäuses 80. Zwischen jeder dieser konkaven Flächen und im Gehäuse 80 befindet sich eine tonnenförmig geformte Rolle 114 der Form,

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welche gewöhnlich kugelförmigen selbstrichtenden Rollen- bzw. Wälzlagern zugeordnet sind. Die Rollen sind axial zwischen einem Entriegelungsring 116 und einer Halte- und Trennfeder 118 eingefaßt. Die Feder 118 stützt sich ihrerseits an einem Ring 120 ab, welcher durch einen in einer Nut am Ende des zylindrischen Unterrahmens 82 befestigten Schnapp- oder Sicherungsring 122 gehalten ist.

Der Entriegelungsring 116 wird axial durch drei kurze Entriegelungszapfen 124 betätigt, welche in drei unter gleichem Abstand im zylindrischen Unterrahmen 82 vorgesehenen öffnungen angeordnet bzw. gelagert sind. Die anderen Enden der Zapfen 184 liegen an der Endfläche einer Entriegelungshülse 126 an, welche verschiebbar innerhalb des zylindrischen Neben- oder Unterrahmens 82 gehalten ist. Die Entriegelungshülse 126 wird durch einen die Verlängerung des Anlenkkörpers 82 umfassenden Schlitz 128 in ihrer Winkellage bezüglich des zylindrischen Unterrahmens 82 ausgerichtet bzw. gehalten. Durch die Tiefe des Schlitzes 128 wird außerdem die axiale Bewegung der Entriegelungshülse 126 begrenzt.

Während des Teils der Streckbewegung, bei welchem die auftreffende Ausgangslast unterhalb des Schwellwertes liegt, bewegt sich der gesamte auf dem Unterrahmen 82 angebrachte Mechanismus als eine Einheit durch das Gehäuse 80. Die Eingangs- und Ausgangsbewegung ist identisch und es findet keine Kraftverstärkung statt. Die Entriegelungshülse wird durch eine Steuerfläche 130 an der Rückseite des Hebels 88 in ihrer zurückgezogenen Position gehalten;

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der Hebel 88 seinerseits wird durch die Arretierfeder 100 in seiner im Uhrzeigersinn voll ausgeschlagenen Position gehalten. Die Entriegelungshülse 126, die Entriegelungszapfen 124 ind der Entriegelungsring 116 vereinigen sich, um die Rollen 114 etwas außer Berührung bezüglich der schräg verlaufenden Konkavflächendes pyra midenförmigen Abschnittes am Unterrahmen 82 bzw. desGehäuses 80 zu halten, so daß keine Keilwirkung stattfinden kann. Dabei wird die Feder 118 etwas zusammengedrückt.

Wenn an irgendeinem Punkt der Bewegung die Ausgangsstange auf , eine Last auftrifft, welche ein durch die Arretierfeder 100 vor- j bestimmtes Maß übersteigt, beginnt der Hebel 88 sich gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, da durch das Eingangsglied 92 und den durch das Ausgangsglied 102 hervorgerufenen Widerstand eine Kupplung bzw. Verbindung ausgeübt ist. Während des Beginns der gegen den Uhrzeigersinn gerichteten Drehung des Hebels 88 kann sich die Entriegelungshülse 126 infolge der zurückziehenden Steuerfläche 130 nach links bewegen; infolgedessen kann sich die Feder 118 bewegen, um die Rollen in leichte Lastberührung sowohl an den Innendurchmesser des Gehäuses 80 als auch an die Konkavflächen des pyramidenförmigen Abschnittes des Unterrahmens 82 anzudrücken_t

Während dieser gleichen beginnenden und gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Drehung des Hebels 88 findet eine Drehung um die Achse 104 statt, da die Ausgangsstange 106 an diesem Punkt durch ihre Außenlast abgestoppt wurde. Der zylindrische Unterrahmen 82 besitzt die Neigung sich in umgekehrter Richtung nach rechts zu verlagern. Die Rollen wirken nunmehr als Keilverriegelungen,

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welche diese rückwärts berichtete Bewegung verhindern,.nachdem eine geringe elastische Aufnahme stattgefunden hat. Der zylindrische Neben- bzw, Unterrahmen wird effektiv am Gehäuse 80 verrie- _; gelt, so daß der Anlenkkörper als Anlenkorgan wirksam ist, durch ;

welches die mechanischen Vorteile erzielt werden, d.h. der erwünscht ; te Arbeitsgewinn. j

Das System arbeitet nun als einfaches Hebelsystem unter Verwendung eines fixierten Anlenkkörpers bezüglich der Achse des ι Zapfens 90; das System weist eine Eingangsachse auf der Mittel- J linie des Zapfens 94 und eine Ausgangsachse 104 auf. In Fig. 6 j

ist die Lage des Mechanismus etwa auf der Hälfte bzw. Mitte seineif

i ; kraftverstärkenden Bewegung dargestellt. Das Kraftverhältnis entspricht dem Verhältnis der Entfernung von der Mittellilie des : Zapfens 90 zur Mittellinie des Zapfens 94, bezogen auf den Ab- ! stand der Mittellinie des Zapfens 90 zur Achse 104. In den Fign. j 5 und 6 beträgt dieses Verhältnis etwa 5, d.h. die durch die Ausgangsstange 106 ausgeübte Kraft ist etwa fünf mal größer als die an der Eingangsstange 96 angelegte Kraft.

Um die Rückführungsbewegung einzuleiten wird die Kraft an der Eingangsstange 96 unter Verwendung des Druckioftzylinders oder eines anderen Primärantriebes umgekehrt. Die Eingangsstange 96 bewegt sich nach rechts und dreht den Hebel 88 über den Zapfen 98, das Eingangsglied 92 und den Zapfen 94 im Uhrzeigersinn. Der zylindrische Neben- oder Unterrahmen 82 und der Anlenkkörper 86 yerbleiben am Gehäuse 80 verriegelt, bis nahe des Endes der im Uhrzeigersinn verlaufenden Drehung des Hebels 88 die Steuerfläche 130 wieder die Fläche der Entriegelungshülse 126 berührt und diese nach rechts bewegt. Die Hülse ihrerseits übt über die -IS-

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Entriegelungszapfen 124 und den Entriegelungsring 120 eine Entriegelungskraft auf die Rollen 114 aus. Darüber hinaus verursacht die Re akt ions kraft von der Endfläche der Entriegelungshülse 126 bezüglich der Steuerfläche 130 des Hebels 88 eine am Zapfen 90 ausgeübte Kraft, welche die Neigung besitzt, den zylindrischen Neben- oder Unterrahmen 82 nach links zu verschieben und welche ' infolgedessen zur Entriegelung beiträgt.

Diese Kombination der Kräfte entriegelt die Rollen, welche aus- ; ser Berührung ihrer angepaßten Keilflächen gehalten werden. Gleich-

! zeitig greift die Arretierfeder 100 wieder an der Eingangsstange j 96 ein und vollendet die Rückführung des kraftverstärkenden Mechanismus .

Durch weiteres Rückziehen der Eingangsstange 96 wird der nunmehr vom Gehäuse 80 entriegelte Unterrahmen 82 und der ganze zugeordnete Mechanismus zurückgezogen. Während der im Uhrzeigersinn verlaufenden Drehung des Hebels 88 hatte die Feder 112 die Ausgangsstange 106 zurückgezogen. Um jedoch sicherzustellen, daß die Ausgangsstange 106 auch dann zurückgezogen wird, wenn sie durch die Ausgangslast gehalten oder gehindert ist bedient man sich der Schlitze 110, in welche der Zapfen 108 eingreift. Diese Schlitze sind nur lang genug, um die erforderliche Relativbewegung der Ausgangsstange 106 bezüglich des Unterrahmens 82 während der kraftverstärkenden Bewegung zuzulassen.

Der Mechanismus beschriebener und dargestellter Form befindet sich in einem Gehäuse kreisförmigen Querschnittes. Der Mechanis- j

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mus gleicher Bauart kann unter geeigneten baulichen Abänderungen j in einem rechtwinkligen oder quadratischen Gehäuse angeordi <3t wer-j

i ■ den. In diesem Fall kann man die zum Verriegeln dienenden Rollen · als Zylinderrollen ausbilden, während die pyramidenförmigen Flä- j chen des Unterrahmens aus ebenen Flächen gebildet sein können.

Eine weitere Aujsführungsform des Mechanismus sieht vor, anstelle der Verriegelungsrollen Klemmteile zu verwenden. Diese Ausführungsform ist in Fig. 10 der Zeichnungen dargestellt. Der pyrami- j denförmige Abschnitt des Unterrahmens ist durch einen parallel zur Innenseite des Gehäuses verlaufenden Abschnitt ersetzt." Die Verriegelungswirkung der Klemmkeile hängt nicht von der Winkellage bzw. der Klemmeigenschaft der umgebenden Flächen ab, wie dies bei ' Verwendung von Rollen zutrifft. Anstelledessen tritt die Klemm-

wirkung eines Klemmkeils infolge der ihm eigenen Form und seiner Lage auf. Die Arbeitskanten bestehen aus (im Schnitt) nominal zylindrischen Flächen, deren Mittelpunkte versetzt sind. Dadurch entsteht eine Keilwirkung in einer Richtung, wenn der Keil unter * einem geringen Winkel zwischen zwei parallele Flächen mit fixier-J tem Zwischenabstand eingefaßt ist. Der Vorteil einer Keil-Klemm- ^: anordnung gegenüber einer RoIlen-KlemmanOrdnung besteht in der ; Fähigkeit der Aufnahme größerer Lasten und in besserer Lastverj teilung. j

j In Fig. 10 nicht dargestellte Teile des Systems sind identisch j

j mit den in den Fign. 5 und 6 dargestellten Teilen. Die obere ! Hälfte des Abschnittes ist gemäß Fig. 10 mit einem Stapel von Klemmkeilen versehen, welche sich in der entriegelten Position ! direkter Verbindung des Systems befinden, eine Position,welche

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während des Zurückziehens besteht. Die untere Hälfte des Abschnitt tes gemäß Fig. 10 stellt die Lage des Stapels von Klemmkeilen bzw. Knüppeln dar, wenn sich diese in ihrer verriegelten Position ent-ι

sprechend der kraftverstärkenden Lage des Systems befinden. I

Das äußerste rechte Ende des ungestalteten zylindrischen Unter- i

rahmens 140 besteht aus einem sechseckigen Prismenkörper, dessen

Flächen konkav und parallel zur Innenfläche des Gehäuses 80 ver- j laufen. Der Krümmungsradius jeder der Konkavflächen ist identisch mit dem Innenradius des zugeordneten Gehäuses 180. Zwischen jeder Fläche und dem Gehäuse ist eine Reihe von Knüppeln bzw. Klemmkeilen 142 vorgesehen, welche unter einem geringen Winkel angeordnet

j sind. Die Klemmkeile 142 liegen in Axialrichtung sowohl an einer Schulter 144 des zylindrischen Unterrahmens 140 als auch an einem

; Haltering 146 an, welcher mittels eines Schnapp- bzw. Sicherungsringes 148 am zylindrischen Neben- oder Unterrahmen 140 angebracht ist. Ein elastischer Ring 150 befindet sich zwischen dem

; letzten Knüppel bzw. Klemmkeil 142 und dem Ring 146, um geringe Veränderungen der Stapelhöhe aufzunehmen, wenn sich der Kippwinkel des Knüppelstapels verändert. Eine ringßrmige Feder 152 mit U-Querschnitt erzeugt den ersten Berührungsdruck, wenn sich der Mechanismus aus dem Zustand direkter Verbindung oder Kupplung in den Zustand der Kraftverstärkung verändert. Ein Entriegelungsring 154 ist am Außendurchmesser der Schulter 144 vorgesehen und wird in seiner Position unter geringer axialer Bewegung geführt. Der Ring wird durch Entriegelungszapfen 124 beaufschlagt, wie dies für das Rollen-Klemmsystem zutraf. Die Außenkante des Entriegelungsrings liegt während des Entriegeins an den Außenseiten der

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Knüppel- bzw. Klemmkeilstapel an; die durch diesen Ring ausgeübte! '- Kraft und die Reaktion des elastischen Rings TSO haben zur Folge,

' daß eine Kraft auf den Knüppelstapel ausgeübt wird, um die Schräg4 lage der Knüppel zu vergrößern und ihre Klemmwirkung zu durchbrechen. Alle anderen Abläufe der Streckung und des Zurückziehens entsprechen den unter Bezugnahme auf das Rollen- Klemmsystem beschriebenen Abläufen.

Die Anzahl der Klemmkeile oder Knüppel kann verändert werden, um den Lasterfordernissen des jeweiligen Aufbaues gerecht zu werden. Das Klemmkeilsystem beschriebener Art kann auch in einem Gehäuse quadratischen, rechtwinkligen oder anderen mehrseitigen Querschnit tes untergebracht werden, wobei nur geringfügige bauliche Änderungen erforderlich sind.

3Ö§Sti/08

Claims

Patentanwälte

Dr. Ing. H. Necendank -I. Hauck - Dio» ?hvs. 'V. Π: hmitz I. Sraalfs - Dipl. Ing. VV. Wehnert Mnchsn 2, kissort'frsüe 23

Teiofcn ?*

John Henry Brems

32867 White Oaks Trail 31. Oktober 1972

Birmingham, Michigan,USA Anwaltsakte M-2395

Patentansprüche

f 1 .J)Kraftübertragungs- und Verstärkungssystem, gekennzeichnet durch eine Halterung (10,12), eine an der Halterung angeordnete lineare Eingangsstange (40), eine weitere an der Halterung angeordnete lineare Ausgangsstange (64), eine die Stangen verbindende Hebevorrichtung (42,46,60), welche einen Hebel (46) zweiter Ordnung umfaßt, wobei die Stange an der gleichen Seite eines Anlenkkörpers (18) an diesem Hebel angebracht sind,

; eine Vorrichtung, welche den beweglich der Halterung zugeord-

neten Anlenkkörper (18) für den Hebel (46) bildet, und eine auf eine vorbestimmte Kraft zwischen den Stangen ansprechende Vorrichtung (14,15), welche den Anlenkkörper (18) bezüglich der Halterung (10,12) blockiert, um den Hebel im Sinne einer Kraftverstärkung zwischen der Eingangsstange und der Aus* gangsstange wirken zu lassen.
2. Kraftübertragung»- und Verstärkungssysteni aactt Anspruch t, dadurcik gekennzeichnet,. daß die Halterung aus einem läagliclien Rahmen (10,12) besteht, daß der /\nlenkltörper als im EaItBWB,

bewegbarer Gleitkörper ausgebildet ist, und daß die den Anlenk?- ; körpern mit der Halterung verriegelnde Vorrichtung sowohl an j der Halterung als auch am Anlenkkörper ausgebildete Zähne um- j

j faßt, welche bei Querbewegung des Anlenkkörpers relativ zur

Halterung ineinander eingreifen.
3. Kraftübertragungs- und Verstärkungssystem nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs- und Ausgangsstangen (40,64) in gleicher Linearrichtung bewegbar gehalten sind, daß eine elastische Vorrichtung (32,34,58,70) die Stangen verbin- i det und deren Relativbewegung zuläßt, und daß die den Anlenk- | körper verriegelnde Vorrichtung ineinandergreifende Elemente (14,15) an der Halterung und am Anlenkkörper umfaßt, welche nach Maßgabe einer Relativbewegung zwischen den* Stangen ineinander greifen.
4. Kraftübertragungs- und Verstärkungssystem in einer linearbeweglichen Anlage zur Vergrößerung des Arbeitsgewinnes vom Eingang ! der Anlage zum Ausgang, wobei die Wirkung der Anlage an jedem | Punkt entlang ihrer Bewegungsbahn eintritt und die Aktivierung

! automatisch ausgelöst wird, wenn das Ausgangsorgan der Anlage auf einen infolge der Ausgangslast beträchtlichen Bewegungs- j

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widerstand auftrifft, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage j

: einen linearbeweglichen Eingangskörper (40), einen linear beweglichen Ausgangskörper (64) und einen Basisrahmen (10,12) umfaßt, welher die Eingangs- und Ausgangskörper führt, daß zwischen dem Eingangskörper und dem Ausgangskörper eine gleichfalls im Basisrahmen geführte Vorrichtung angeordnet ist und

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einen Nebenrahmen (16) aufweist, welcher direkt den Eingangskörper mit dem Ausgangskörper verbindet, so daß sich der Aus- | gangskörper als Einheit mit dem Eingangskörper solange bewegt, solange die Ausgangslast unterhalb eines vorbestimmten Schwellr

j wertes l%t, daß ein bewegbarer Verriegelungskörper (18) mit > dem Nebenrahmen verbunden ist und diesen am Basisrahmen an jedem Punkt entlang der Bewegung des Nebenrahmens blockiert, \

wobei der Punkt der Blockierung bestimmt ist, wenn die Ausgangslast den vorbestimmten Schwellwert übersteigt, daß eine am Neberaahmen befestigte Vorrichtung (46,50,60,61) durch den Eingangskörper aktivierbar ist und ihrerseits den Ausgangskörper mit beträchtlicher Zunahme des mechanischen Arbeitsgewinnes während des Intervalls betätigt, während welchem der Nebenrahmen mit Hilfe des Verriegelungskörpers am Basisrahmen verriegelt ist, daß eine im Nebenrahmen befindliche Vorrichtung (32,34,50) den Verriegelungskörper (18) vom Basis-

rahmen (10,12) löst, wenn die Zurückziehung des Eingangskörperi ausgelöst ist, und daß eine im Nebenrahmen befindliche Vorrichtung den Ausgangskörper mit dem Nebenrahmen zurückzieht, wenn der Eingangskörper zurückgezogen wird.
5. Kraftübertragungs- und Verstärkungssystem, gekennzeichnet j durch einen rohrförmigen Halterungskörper, einen bewegbar innerhalb des Halterungskörpers geführten Schiebekörper, eine Eingangsstange, welche sich in ein Ende des bewegbar dem Schiebekörper zugeordneten Halterungskörpers erstreckt, eine Ausgangsstange, welche sich in das andere Ende des bewegbaren dem Schiebekörper zugeordneten Halterungskörper erstreckt,

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eine Verriegelungsvorrichtung am Schieber, welche in den Hai- ■ terungskörper eingreift, um eine Drehbewegung zwischen dem | Schiebekörper und dem Halterungskörper zu blockieren, eine am Schiebekörper angeordnete Hebelvorrichtung, welche an im j Abstand zueinander befindlichen Punkten verschwenkbar der Ein-! gangsstange zugeordnet ist, eine eine Anlenkvorrichtung am j Schiebekörper bildende Vorrichtung, welche verschwenkbar j der Hebelvorrichtung an einem anderen Punkt zugeordnet ist, ! und eine auf eine Relativbewegung zwischen den Eingangs- und \ Ausgangsstangen ansprechende Vorrichtung zur Betätigung der Verriegelungsvorrichtung, um die Anlenkvorrichtung bezüglich des HalterungsKrpers zu fixieren, so daß der Hebel die an der Eingangsstange angelegte Kraft verstärkt.
6. Kraftübertragungs- und Verstärkungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich elastische Mittel zwischen den Stangen befinden, um die Relativbewegung der Stangen nur bei Anlegen einer vorbestimmten Kraft zuzulassen.

7« Kraftübertragungs- und VerstäÄungssystem nach Anspruch 5, j dadurch gekennzeichnet, daß der Schiebekörper so ausgebildet ist, daß er eine Querbewegung relativ zum Halterungskörper durchzuführen vermag, daß die Verriegelungsvorrichtung am Schiebekörper un4 am Halterungskörper aus komplementären Zähnej* besteht, welche nach Maßgabe der Querbewegung ineinander eingreifen, und daß eine Vorrichtung elastisch den Schiebekörper gegenüber seiner Querbewegung verspannt»

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7. Kraftübertragungs- und Verstärkungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiebekörper einen Führungsschlitz aufweist, und daß eine am Hebel befindliche Vorrichtung in den Schlitz eingreift, um die Einstellung des Schiebers in Querrichtung des Halterungskörpers zu unterstützen.
8. Kraftübertragungs- und Verstärkungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstange eine Auflagefläche aufweist, welche an einer komplementären Auflagefläche des Hebels aufliegt, und daß elastische Mittel die Flächen in Lageberührung miteinander halten.
9. Kraftübertragungs- und Verstärkungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Kupplungsvorrichtung zwischen dem Schiebekörper und dem Halterungskörper befindet und die Blockiervorrichtung bildet, und daß die Kupplungsvorrichtung eine durch die Relativbewegung der Eingangs- und Ausgangsstangen aktivierbare Vorrichtung aufweist, um das Einrücken und das Ausrücken der Kupplung auszulösen.

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