DE2419848C3 - Vorrichtung fUr Schrittantriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Schrittantriebe mit vorgegebener minimaler Schrittlänge, insbesondere für Formulartransporte in Büromaschinen, deren Antriebsnabe mit einer Schlingfeder verbunden ist, deren unbelasteter Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Abtriebsnabe und deren freies Ende mit einer elektromagnetisch arbeitenden Betätigungseinrichtung über eine auf eine die Schlingfeder umgebende und ihr freies Ende haltende Schaltbüchse einwirkende Rutschkupplung koppelbar ist, deren Betätigung ein Zusammenziehen der Schlingfeder und damit eine Kupplung von Antriebs- und Abtriebsnabe bewirkt.

Es ist eine Spreizfederkupplung bekannt, bestehend aus einer schraubenförmig gewundenen Spreizfeder, die sich an Umfangsflächen miteinander zu kuppelnder Teile anlegt. Hierbei sitzt auf dem äußeren Zylinderum· fang einer die zu kuppelnden Teile koaxial umhüllenden Schaltbüchse eine ebenfalls schraubenförmig gewundene Reibfeder, die mit einem radial abstehenden Ende in den Bewegungsbercich eines Anschlags ragt. Eine Betätigung, d.h. ein Zusammenziehen der zur Raibfeder koaxial angeordneten Spreizfeder wird dadurch bewirkt daß nach dem Festhalten des abstehenden Federendes am betätigten Anschlag die Reibungskräfte zwischen Reibfede.· und Schaltbüchse, die zusammen eine Rutschkupplung darstellen, größer werden, wodurch die Stellung der Schaltbüchse in Umfangsrichtung der Spreizfeder verändert und damit die Spreizfeder in die Kupplungsstellung zugespannt wird.

Durch ihre axiale Lage sind die Federwindungen der Reibfeder mit steigender Drehzahl immer größer werdenden Zentrifugalkräften unterworfen, welche die Reibungsverhältnisse beeinflussen. Ferner sind die Reibungsverhältnisse von einem exakt kreisrunden Quer-

schnitt der Windungen der Reibfeder abhängig. Die Schwierigkeit bei einer derartigen Spreizfederkupplung besteht nun darin, daß Reibfedern der vorbeschriebenen Art, insbesondere in Massenfertigung mit relativ großen Fertigungstoleranzen sowie zum Teil mit Materialfehlern behaftet sind, so daß exakt vorherbestimmbare Reibungsverhältnisse, insbesondere bei extrem großen Beschleunigungskräften, wie sie insbesondere bei Formulartransporten auftreten, nicht gewährleistet sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß mit Hilfe einer elektromagnetisch arbeitenden Betätigungseinrichtung mit Schlupfkupplung vorgegebene Abschaltepunkte mit hoher Schaltgenauigkeit sowie mit genau definierten Schaltschritten erreicht werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß die Rutschkupplung zwei radial zur Antriebsnabe stehende, durch eine axiale Druckfeder belastete Kupplungsflächen von konzentrisch angeordneten Hülsenelementen besitzt von denen das Innere die Schahbüchse bildet daß die Kupplungsfläche des äußeren Hülsenelements einen «u. ,leren Zahnkranz aufweist, in den das Betätigungselement einklinkbar ist, daß die Abtriebsnabe mit einem Rastrad versehen ist, dessen Rastzähne eine der vorgegebenen Schrittlänge entsprechende Teilung aufweisen, und daß die Betätigungsvorrichtung für das Betätigungselement ein bei stromlosem Elektromagneten in den Bewegungsbereich des Rastrades ragendes, durch das Rastrad verschiebbares Anschlagelement aufweist, mit dem das Betätigungselement ausklinkbar ist.

Eine Vorrichtung der vorgenannten Art hat den wesentlichen Vorteil, daß die volle Kupplungskraft genau bis zu dem Zeitpunkt übertragen werden kann, zu dem die steuernde Kraft auf das Betätigungselement entfernt wird. Hierbei ist zu jedem Augenblick während der Rotation der Antriebswelle eine Änderung der Kupplungslage möglich, wobei diese Änderung zeitlich und funktionell sehr exakt vonstatten geht. Von besonderem Vorteil ist hierbei der Umstand, daß die Elemente der Rutschkupplung keinen Zentrifugalkräften unterworfen sind und deren Funktion auch weitgehend unabhängig von eventuell auftretenden Fertigungstoleranzen ist. Durch das Zusammenspiel der Erfindungsmerkmale wird erreicht, daß die Funktionsweise der Vorrichtung weitgehend von schädlichen Einflüssen, wie von Fliehkräften, Verschmutzung, mangelnder

Konzentrizität, unabhängig ist und daß, durch diese vorteilhaften Betriebseigenschaften begünstigt, bei Vorhandensein eines Kupplungs- bzw. Entkupplungsbefehls eine zwangläufig funktionierende Wechselwirkung zwischen Antriebs- und Abtriebsseite der Vor· richtung erfolgt, was insbesondere vorteilhaft ist für Schrittantriebe, bei welchen, wie bei Forrnulartransporten von Büromaschinen, auf besondere Präzision des Bewegungsablaufs Wert gelegt wird.

Das sprungartige Auskuppeln der Kupplung erfolgt genau mit Entfernung der Einwirkung des Betätigungselements, weil damit der genannte Momentenunterschied beseitigt wird und die Rückstellkraft der Schlingfeder unmittelbar zur Wirkung kommt. Somit wird erkennbar, daß die Zeit der Kraftübertragung über diese Kupplung exakt mit der Einwirkungszeit des Betätigungselements übereinstimmt und dadurch die Schaltgenauigkeit gegenüber bisher bekannten Kupplungen wesentlich erhöht ist Da das Betätigungselement stationär verankert sein kann, ist zur Kupplungsbetätigung lediglich die geringe Stellkrak erforderlich, mit der das Betätigungselement auf die Rutschkupplung einwirken muß.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist das innere Hülsenelement eine seinen Drehbereich relativ zur Antriebsnabe begrenzende Aussparung mit einem Anschlag auf. in der das mit der Antriebsnabe verbundene Ende der Schlingfeder angeordnet ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß die Abtriebsnabe mit einer Rücklaufsperre versehen ist, die als eine die Abtriebsnabe umgebende und ortsfest verankerte Schlingfeder ausgebildet ist. Damit können im Bewegungsbereich einer Raststelle des Rastrades keine Schwingungs- bzw. Wechselbewegungen der Abtriebsnabe auftreten. Die Rücklaufsperre ist ohne Schwierigkeiten so genau einstellbar, daß ihr Reibschluß innerhalb des Bewegungsbereiches einer Raststelle des Rastrades auftritt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den Aufbau einer Schlingfederkupplung nach der Erfindung,

F i g. 2 den Schnitt M-II aus F i g. 1 und

F i g. 3 die schematische Darstellung der Steuerung einer Schlingfederkupplung nach der Erfindung mittels eines Elektromagneten, der gleichzeitg auf die Antriebs- und Abtrisbsseite einwirkt.

In F i g. 1 ist eine Schlingfederkupplung in einem Längsschnitt dargestellt. Die Kupplungsteile sitzen auf einer Antriebswelle 1, die durch einen Stift 2 mit einer Antriebsnabe 3 verbunden ist, so daß sich die Antriebsnabe 3 gemeinsam mit der Antriebswelle 1 dreht. Auf der Antriebswelle 1 frei drehbar ist ferner e>ne Abtriebsnabe 4 angeordnet. Die Abtriebsnabe 4 ist fest mit einem Abtriebsritzel 5 verbunden, das aus Kunststoff besteht und Zähne 6 aufweist. Auf dem Abtriebsritzel 5 kann ferner eine Schlitzscheibe 7 befestigt sein, die mit ihren Schlitzen 8 an einer nicht dargestellten opto-elektronischen Steuerung vorbeiläuft, mit der Steuersignale für eine mit der Kupplung angetriebene Einrichtung erzeugt werden können.

Die Antriebsnabe 3 und die Abtriebsnabe 4 sind mit übereinstimmenden Teilen 9 verringerten Durchmessers versehen, auf denen eine Schlingfeder 10 angeordnet ist. Diese Schlingfeder 10 hat nach außen abgebogene Enden 11 und 13. Das Federende 11 ist in einem Schlitz 12 der Antriebsnabe 3 verankert, also mit dieser Nabe formschlüssig verbunden. Das freie Federende 13 wird in noch zu beschreibender Weise von außen her mit einer Steuerkraft beaufschlagt.

In F i g. 1 ist ferner strichpunktiert eine Vergrößerung der Antriebsnabe 3 dargestellt, wodurch angedeutet werden soll, daß der Antrieb der Kupplung aurh an dbser Stelle beispielsweise mittels eines Riemens erfolgen kann.

Die Schlingfeder 10 ist von einer Kunststoffhülse 15 umgeben, durch die sie gegen Eintritt von Verschmutzungen geschützt ist. Die Kunststoffhülse 15 bildet mit einer weiteren, auf ihr sitzenden Kunststoffhülse 17 eine Rutschkupplung. Beide Kunststoffhülsen 15 und 17 werden an ihren Endflanschen durch eine Druckfeder 19 auseinandergedrückt Die Kunststoffhülse 17 liegt dabei an einem Seegerring 16, so daß beide Elemente der Rutschkupplung mit einer Vorbelastung versehen sind. Da der Seegerring in der unteren Kunststoffhülse 15 verankert ist, wird durch die Feder 19 sicher ein Rutschmoment zwischen beiden Teilen erzeugt, das größer ist als das zum Zuziehen der Schlingfeder 10 erforderliche Moment.

In F i g. 1 ist ferner zu erkennen, daß das Kunststoffritzel mit einem Flansch 20 versehen ist, der durch eine Zahnung 21 als Rastrad ausgebildet ist. Die Funktion dieses Rastrades wird weiter unten beschrieben.

Am linken Ende der Abtriebsnabe ist eine Rücklaufsperre vorgesehen. Hierzu ist die Abtriebsnabe bei 25 mit einer Durchmesserverringerung versehen, so daß zwischen dem Kunststoffritzel 5 und der Abtriebsnabe 4 ein Hohlraum entsteht, in dem eine den Rücklauf sperrende Schlingfeder 26 untergebracht ist. Diese Schlingfeder 26 ist an einem Hülsenelement 28 befestigt, das in einen Flansch 27 ausläuft, welcher stationär an dem die Kupplung haltenden Rahmen befestigt ist. Diese stationäre Halterung ist in F i g. 1 strichpunktiert angedeutet.

F i g. 2 zeigt den Schnitt H-II aus F i g. 1. Dabei ist die konzentrische Anordnung der Antriebswelle 1, der Antriebsnabe 3 und der Schlingfeder 10 zu erkennen. Die beiden abgebogenen Enden 11 und 13 der Schlingfeder 10 sind in ihrer jeweiligen Verankerungslage dargestellt. Dabei ist zu erkennen, daß die Schlingfeder 10 mit ihrem freien Ende 13 in mehreren Schlitzen 14 des inneren Hülsenelements 15 untergebracht werden kann, so daß die Lage der Schlingfeder 10 einstellbar ist. Die Schlitze 14 sind in F i g. 2 gestrichelt dargestellt. Das in dem Schlitz 12 (F i g. 1) der Antriebsnabe 3 verankerte Ende 11 der Schlingfeder 10 kann gemeinsam mit der Antriebsnabe 3 über einen Winkelbereich bewegt werden, der durch die Länge einer Aussparung 15a bestimmt ist, welche in dem inneren Hülsenelement 15 vorgesehen ist. Diese Aussparung 15a ermöglicht die Bewegung des verankerten Schlingfederendes 11, damit sich die Schlingfeder zuziehen kann. Je nach Feinheit der Einstellung der Schlingfeder ist jedoch diese Bewegung so gering, daß nur ein Bruchteil der Länge der Aussparung 15a beansprucht wird.

F i g. 2 zeigt ferner den gezahnten Flansch 18 des äußeren Hülsenelements 17. Auf dem Hülsenelement 17 bzw. auf seinem Flansch 18 sitzt der bereits beschriebene Seegerring 16, der die beiden Hülsenelemente 15 und 17 gegen die Kraft der Druckfeder 19 zusammenhalt, so daß das erforderliche Rutschmoment der damit gebildeten Rutschkupplung entsteht.

Die Wirkungsweise der Schlingfederkupplung ist derart, daß zum Einkuppeln lediglich eine derartige Krafteinwirkung auf die Zahnung 18 des äußeren Hül-

senelements 17 erforderlich ist, daß dieses sich nicht mehr gemeinsam mit dem inneren Hülsenelement 15 dreht. Wenn die Antriebswelle 1 kontinuierlich angetrieben wird, so dreht sich zunächst die Antriebsnabe 3 und mit ihr auch die Rutschkupplung, die aus den beiden Hülsenelementen 15 und 17 gebildet ist. Diese Drehung erfolgt in der in F i g. 2 gezeigten iPfeilrichtung. Die Abtriebsnabe 4 ist dabei in derselben Richtung frei drehbar. Die Schüngfeder ist unbelastet und schwebt über der Antriebsnabe 3 und über der Abtriebsnabe 4. Da die Hülse 15 die Schüngfeder 10 umgibt, wird die gesamte Rutschkupplung mitgedreht. Die Schlingfeder 10 dreht sich hierbei gleichfalls mit, weil ihr Ende 13 in einem Schlitz 14 des inneren Hülsenelements 15 sitzt.

Wird nun die Drehung des äußeren Hülsenelements 17 durch Einwirkung auf seinen gezahnten Flansch 18 gehemmt, so wird das Rutschmoment der Rutschkupplung überwunden und die Schüngfeder gegenüber der nun feststehenden Hülse 17 durch die Antriebsnabe 3 an ihrem Ende 11 so mitgenommen, daß sie sich in der Aussparung 15a bewegt und zuzieht, so daß sie die beiden Teile 9 der Naben 3 und 4 umschlingt und die Kupplung hervorruft. Das einzige feststehende Teil der Anordnung ist also die äußere Hülse 17, alle anderen Teile werden gedreht.

Der eingekuppelte Zustand wird schlagartig beseitigt, sobald die Hemmung des äußeren Hülsenelements 17 aufgehoben wird. Da hiermit die Rutschkupplung gewissermaßen wieder einkuppelt, kann sich die Schüngfeder wieder sofort um den Betrag entspannen, um den ihr Ende 11 in der Aussparung 15a bewegt wurde. Dadurch entsteht ein Auskuppelvorgang, der praktisch mit dem Zeitpunkt der Beseitigung der Hemmkraft an dem äußeren Hülsenelement 17 zusammenfällt.

Die beschriebene Schlingfederkupplung muß zum Erreichen einer vorbestimmten Endstellung, bei der ausgekuppelt wird, also nicht in komplizierter Weise gesteuert werden, sondern es ist ohne Schwierigkeit jede gewünschte Endstellung durch einfaches Beenden der Steuerkrafteinwirkung zu'erreichen. Diese Steuerkraft ist sehr gering und kann leicht dadurch verwirklicht werden, daß eine stationär gelagerte Klinke in die Zahnung 18 eingreift

Wie bereits beschrieben, kann die Schlingfederkupplung durch ihre Betriebseigenschaften in einer Wechselwirkung zwischen Antriebs- und Abtriebsseite gesteuert werden. In F i g. 3 ist eine Betätigungsvorrichtung dargestellt, die eine solche Steuerung ermöglicht. Schematisch sind ein Elektromagnet 30 sowie der gezahnte Flansch 18 des äußeren Hülsenelements 17 und das Rastrad 20 mit den Rasten 21 auf der Antriebswelle 1 sitzend dargestellt Der Elektromagnet 30 hat einen Anker 31 sowie eine Halterung 32, die in nicht dargestellter Weise in einem auch die Kupplung haltenden Rahmen montiert ist Der Anker 31 wird durch Federzug der Feder 33 in der dargestellten Ruhelage gehalten und bei Einschaltung des Elektromagneten 30 gemäß der dargestellten Pfeilrichtung an dessen Kern heranbewegt Der Anker 31 ist ferner mit einem Anschlagelement 35 versehen, das an ihm mit Stiften 36 gehalten ist Das Anschlagelement 35 kann in der dargestellten Pfeilrichtung auf dem Anker durch die Einwirkung des Rastrades 20 verschoben weiden. Es wirkt dabei auf eine Klinke 37 ein, die im Ruhezustand durch den Zug der Feder 38 an der Zähnung 18 des äußeren Hülsenelements 17 gehalten wird. Die Feder 38 ist zwischen zwei Aufhängungen 34 and 39 angeordnet so daß sie die mit der Aufhängung 39 verbundene Klinke 37 gegen die Zahnung 18 drückt. In F i g. 3 ist nun ein Zustand dargestellt, in dem der Elektromagnet 30 ausgeschaltet ist und somit der verschiebbare Anschlag 35 durch das sich drehende Rastrad 20 die Klinke 37 aus der Zahnung 18 herausbewegen wird. Dies bedeutet, daß die Kupplung durch diesen Vorgang ausgekuppelt wird, während bei Einschaltung des Elektromagneten 30 dessen Anker angezogen und der Anschlag 35 aus dem Bereich des Rastrades 20 herausbewegt wird. In

ίο diesem Moment kann der Anschlag 37 in die Zahnung 18 hineingezogen werden, was der in F i g. 3 durchgezogen dargestellten Stellung entspricht. In diesem Zustand ist die Kupplung dann eingekuppelt. Die ausgerastete Stellung der Klinke 37 ist in F i g. 3 strichpunktiert dargestellt.

Mit einer Vorrichtung nach F i g. 3 ist es möglich, die Schlingfederkupplung so zu steuern, daß sie Schaltschritte durchführt, deren Länge von der Zahnung 21 des Rastrades 20 abhängig ist. Es existiert dabei keine Abhängigkeit mehr von der Dauer der Steuerimpulse, die dem Elektromagneten 30 zugeführt werden. Zur Funktion der Anordnung ist lediglich wichtig, daß ein Steuerimpuls auftritt, dessen Länge innerhalb der durch die Rastschritte vorgegebenen Länge variieren kann.

Die Genauigkeit der Arbeitsweise der Kupplung wird dadurch nicht beeinträchtigt. Solche Steuerimpulse können beispielsweise durch die in Verbindung mit F i g. 1 beschriebene Schlitzscheibe 7 geliefert werden, diese Impulse werden auch als Taktimpulse bezeichnet.

Wenn der Elektromagnet 30 eingeschaltet wird, so wird der Anschag 35 von dem Rastrad 20 entfernt und die Klinke 37 in die Zahnung 18 eingesetzt. Dadurch erfolgt die augenblickliche Einkupplung. Wird danach unmittelbar der Steuerimpuls für den Elektromagneten 30 beseitigt, so fällt dieser ab, und der eingekuppelte Zustand setzt sich fort, bis der nun wieder an das Rastrad 20 herabbewegte Anschlag 35 durch den nächstfolgenden Rastzahn mittels der eingekuppelten Kupplung so verschoben wird, daß die Klinke 37 aus der Zahnung 18 herausgenommen wird und in die strichpunktiert dargestellte Stellung gelangt. Dadurch erfolgt ein sofortiges Auskuppeln, und der gesamte Antrieb ist stillgesetzt. Abhängig davon, ob ein Steuerimpuls für den Elektromagneten 30 kürzer oder länger als eine Rast-

stufe des Rastrades 20 ist, erfolgt also ein langer oder kurzer Betrieb der Schlingfederkupplung. In jedem Falle ist jedoch gewährleistet, daß die Kupplung zu genau vorgegebenen Punkten auskuppelt, die beispielsweise beim Einsatz in zeilenweise arbeitenden Schrittfördereinrichtungen den genauen Abstand vorgebener Zeilen von Formularen erzeugen können.

Die in F i g. 3 gezeigte Betätigungsvorrichtung gewährleistet also im Gegensatz zu bisher üblichen Reibungskupplungen, die immer abhängig von der zeitli-

chen Dauer der ihnen zugeführten Steuerimpulse arbeiten, einen genauen Schrittbetrieb unabhängig von der Länge der Steuerimpulse. Dies wird durch die beschriebene Wechselwirkung zwischen Antriebs- und Abtriebsseite der Kupplung erzielt Es könnte nun init

einer Betätigungsvorrichtung nach Fig.3 während eines Zustande;, in dem das Rastrad 20 gerade nicht atf den Anschlag 35 einwirkt jedoch der Elektromagnet 3D ausgeschaltet ist eine Flattererscheinung eintreten, da das Abtriebsritzel 5 {F i g. 1) gemeinsam mit dem Rast-

rad 20 im ausgekuppelten Zaistand frei drehbar ist %Jm solche Undefinierten Zustände bzw. Vor- eai RflcM*- wegangen des Abtriebsritzels 5 zu verhindern^ ist SfR bereits beschriebene Rücklaufsperre vorgesehen, die

zuverlässig gewährleistet, daß das Abtriebsritzel 5 nur in der vorgegebenen Abtriebsrichtung gedreht werden kann. Dadurch ist eine weitere Erhöhung der Betriebssicherheit der Schlingfederkupplung bei Präzisionsantrieben verbunden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung für Schrittantnebe mit vorgegebener minimaler Schrittlänge, insbesondere für Formulartransporte in Büromaschinen, deren Antriebsnabe mit einer Schlingfeder verbunden ist, deren unbelasteter Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Abtriebsnabe und deren freies Ende mit einer elektromagnetisch arbeitenden Betätigungseinrichtung über eine auf eine die Schlingfeder umgebende und ihr freies Ende haltende Schaltbüchse einwirkende Rutschkupplung koppelbar ist deren Betätigung ein Zusammenziehen der Schlingfeder und damit eine Kupplung von Antriebs- und Abtriebsnabe bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutschkupplung (15, 16, 17, IS) zwei radial zur Antriebsnabe (3) stehende, disrch eine axiale Druckfeder (19) belastete Kupplungsflächen von konzentrisch angeordneten Hülsenelementen (15, 16,17) besitzt, von denen das Innere (15, 16) die Schaltbüchse bildet, daß die Kupplungsfläche des äußeren Hülsenelements (17) einen äußeren Zahnkranz (18) aufweist, in den das Betätigungselement (37) einklinkbar ist, daß die Abtriebsnabe (4) mit einem Rastrad (20) versehen ist, dessen Rastzähne (21) eine der vorgegebenen Schrittlänge entsprechende Teilung aufweisen, und daß die Betätigungsvorrichtung (31, 35, 37) für das Betätigungselement ein bei stromlosem Elektromagneten in den Bewegungsbereich des Rastrades ragendes, durch das Rastrad verschiebbares Anschlagelement (35) aufweist, mit dem das Betätigungselement ausklinkbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Hülsenelement (15,16) eine seinen Drehbereich relativ zur Antriebsnabe begrenzende Aussparung (15a) mit einem Anschlag (16a) aufweist, in der das mit der Antriebsnabe (3) verbundene Ende (11) der Schlingfeder (10) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebsnabe (4, 25) mit einer Rücklaufsperre (16) versehen ist, die als eine die Abtriebsnabe umgebende und ortsfest verankerte Schlingfeder ausgebildet ist.