DE2537999B2 - Schrittschaltvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schrittschaltvorrichtung mit einem antreibenden, selbst motorisch antreibbaren Organ und einem angetriebenen Organ, wobei auf einer von einem Motor über eine Welle angetriebenen Scheibe zwei koaxiale Stifte einander diametral gegenüberliegen, rechtwinklig zu den Stiften zum Eingriff mit den Stiften eine Zahnstange bzw. ein gezahntes Vorschubelement angeordnet ist, sich die Kopflinie der Zahnstange bzw. des gezahnten Vorschubelementes im wesentlichen über den Durchmesser der Scheibe erstreckt und die Zahnteilung gleich dem Mittelpunktsabstand der beiden Stifte ist.

Aus der DE-PS 3 28 666 ist bereits eine Vorrichtung dieser Art vorbekannt, die zur Umwandlung der drehenden Bewegung des antreibenden Organs in eine stufenweise bzw. schrittweise Bewegung des angetriebenen Organs dient, wobei das antreibende Organ sich ständig gleichförmig dreht, das angetriebene Organ dagegen schrittweise fortbewegt wird. Durch eine spezielle Zahnform soll dabei diese Umwandlung der drehenden Bewegung in eine schrittweise Bewegung ohne schroffen Eingriff der zusammenarbeitenden Teile und daher selbst bei hoher Geschwindigkeit ohne Geräusch erfolgen. Die Vorrichtung soll also über eine möglichst lange Zeitdauer störungsfrei und geräuscharm arbeiten.

Außer zum dauernden Antrieb eines anzutreibenden Organes, beispielsweise bei Filmprojektoren, werden Schrittschaltvorrichtungen oft benötigt, um ein Organ, z. B. einen Schlitten, längs einer Gleitbahn um eine bestimmte Strecke entsprechend einer bestimmten Schrittzahl zu verschieben, sodann eine Operation, z. B. eine Bohrung, auszuführen und schließlich das Organ wieder um eine bestimmte Schrittzahl zu verschieben. Derartige Schrittschaltvorrichtungen benötigt man zur Steuerung von Werkzeugmaschinen, insbesondere von NC-Maschinen, oder auch, um Gegenstände an bestimmten Stellen abzulegen. Aus der AT-PS 2 69 586 und der DE-AS 19 10 015 sind bereits Schrittschaltvorrichtungen der eingangs genannten Art bekannt, die für diese zuletzt genannte Betriebsweise vorgesehen sind, bei denen also das angetriebene Organ jeweils um eine bestimmte Wegstrecke vorgeschoben werden soll, wobei zwei aufeinanderfolgende Wegstrecken gleich lang oder unterschiedlich lang sein können. Dabei dreht sich das antreibende Organ ständig mit konstanter Drehzahl, und die jeweilige Wegstrecke, um die das angetriebene Organ jeweils weitergeschoben wird, also der jeweilige Schritt, entspricht der Zeitdauer, während welcher das angetriebene Organ mit dem antreibenden Organ gekoppelt ist, d. h. während welcher die Stifte an der angetriebenen Scheibe in die Zahnstange bzw. in das gezahnte Vorschubelement eingreifen. Die koaxialen Stifte sind hierzu in ihrer Längsrichtung verschieblich zwischen einer axial vorgeschobenen Eingriffsstellung und einer außer Eingriff zurückgezogenen Stellung.

Gemäß der AT-PS 2 69 586 werden die Stifte durch eine Schaltgabel axial verschoben. Gemäß der DE-AS 19 10 015 dagegen schließen die Stifte einen von einer Spule erregten magnetischen Kreis während der Einschaltdauer der Spule. In beiden Fällen ist die Anordnung relativ aufwendig, und wegen der erforderlichen Verschieblichkeit der Stifte ist die Vorrichtung dem Verschleiß unterworfen sowie der Gefahr von Betriebsstörungen. Insbesondere aber hängt die Genauigkeit der jeweiligen Wegstrecke, also der Schritte, davon ab, daß der Antriebsmotor mit möglichst konstanter Drehzahl umläuft und daß ferner das Koppeln und Entkoppeln genau in der vorbestimmten Zeitdauer erfolgt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine mechanisch einfach aufgebaute Schrittschaltvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der das angetriebene Organ, also die Zahnstange, einfach und zuverlässig um genau die vorbestimmte Wegstrecke bzw. Schrittzahl verschoben wird. Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß eine Zählvorrichtung zum Zählen der Schritte vorgesehen ist, die einen Detektor und auf der angetriebenen Scheibe befestigte Flügel aufweist, wobei die Flügel mit dem Detektor so zusammenwirken, daß bei ihrem Passieren des Detektors beide Stifte der Scheibe gerade in die zugeordneten Aussparungen der Zahnstange eingreifen. Gemäß der Erfindung greifen also die Stifte ständig in die Zahnstange ein, sie sind also axial unverschieblich, womit also ein einfacher Aufbau gegeben ist. Durch die Zählvorrichtung wird die jeweils zurückgelegte Zahl der Schritte gezählt; sobald die programmgemäß vorgesehene Schrittzahl zurückgelegt ist, wird der Antriebsmotor stillgesetzt, bis er für das nächste Arbeitsspiel wieder in Gang gesetzt wird. Es ist

so somit auf relativ einfache Weise gewährleistet, daß die Zahnstange jeweils um die gewünschte Schrittzahl und damit eine genau bestimmte Wegstrecke vorgeschoben wird.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

F i g. 1 zeigt das Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung;

F i g. 2 zeigt in einem Diagramm das jeweilige Drehmoment in Abhängigkeit von der Winkelstellung.

Auf der Welie 4 des Motors 13 sitzt eine Scheibe 3, auf der zwei koaxiale Stifte 1, 2 einander diametral gegenüberliegen. Die Stifte 1, 2 arbeiten mit einer Zahnstange 7 zusammen. Am Umfang der Scheibe 3 sitzen zwei Flügel 8, 9, die mit einem Detektor 10, d. h.

t>5 einem Impulsgeber od. dgl. zusammenarbeiten, der an eine elektronische Steuerung 17 zur Zählung der Schritte und Steuerung der Schrittschaltvorrichtung angeschlossen ist.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist ohne weiteres wie folgt ersichtlich.

Der Motor 13 treibt die Scheibe 3 mittels Welle 4 in Richtung des Pfeiles 11 an, wobei der Stift 1 in die vor ihm liegende Aussparung 15 eingreift und dabei gegen die in Vorschubrichtung hintere Zahnflanke 14 drückt. Dabei wird die Zahnstange 7 in Richtung des Pfeiles 12 vorgeschoben; nach einer halben Umdrehung ist die Aussparung 15 an die Stelle der Aussparung 16 in F i g. 1 gelangt, die Zahnstange also um eine Zahnteilung weitergesd-.altet; der inzwischen aus der Aussparung 16 austretende andere Stift 2 tritt nun in die nächstfolgende Aussparung ein und so fort.

Bei jeder halben Umdrehung gelangt einer der Flügel 8, 9 an dem Detektor 10 vorbei, wodurch also bei jeder halben Umdrehung, also bei jedem Schritt der Zahnstange 7, ein Impuls ausgelöst wird. Ist die im Programm vorgesehene Schrittzahl zurückgelegt, so stoppt die elektronische Steuerung 17 die Schrittschaltvorrichtung ab. Selbstverständlich kann die Elektronik 17 die Impulse des Detektors 10 speichern und den Motor 13 nur dann stoppen, wenn eine gewisse Anzahl von Impulsen vorübergegangen sind, womit die Zahnstange 7 um eine bestimmte Schrittzahl weitergeschritten ist. Durch Umkehr des Drehsinns kehrt sich die Vorschubrichtung um.

Die Schrittschaltvorrichtung zeichnet sich durch ein sehr weiches Arbeiten aus. Beim Beginn eines Schrittes, wenn also z. B. der Stift 1 gerade in die Zahnlücke 15 eingreift, ist die Bewegungsrichtung des Stiftes 1 zunächst im wesentlichen parallel zu der Zahnflanke 14, das rückwirkende Drehmoment ist also zunächst sehr gering. Das Drehmoment bzw. die Vorschubkraft steigt dann im wesentlichen sinusförmig an und erreicht also nach einer Viertelumdrehung ein Maximum, wenn sich der Stift 1 senkrecht zur Zahnflanke 14 vorwärtsbewegi, das Drehmoment nimmt dann wieder ab, bis der Stift wieder im wesentlichen parallel zur Zahnflanke aus der Zahnlücke austritt — und sich das Spiel nunmehr mit dem anderen Stift 2 und der nächsten Zahnlücke wiederholt und die 2'ahnstange 7 also um eine weitere Zahnteilung vorgeschoben wird.

In Fig.2 ist das auf den Motor rückwirkende Drehmoment C in Abhängigkeit von der Stellung fcdes

ίο Stiftes 1 aufgezeichnet. Dank dieses ruckireien, sanften Arbeitens erreicht der Motor sowie die ganze Vorrichtung eine hohe Lebensdauer, z. B. benötigt eine Vorrichtung bei einem Schritt von jeweils 5 mm einen relativ kleinen Motor mit einer Speisespannung von nur 7 Volt, und das Drehmoment beträgt beim Beginn jedes Schrittes nur 4 cm · kp.

Die Zahnstange 7 braucht nicht unbedingt geradlinig zu sein, es kann auch ein kreisförmiges Vorschubelement vorgesehen sein, z. B. zur Bewegung eines Karussells.

Es können ohne weiteres zwei der beschriebenen Vorrichtungen rechtwinklig zueinander angeordnet werden, so daß dann Verschiebungen nach kartesischen Koordinaten möglich sind, beispielsweise zum Befüllen von Behältern, zum Drucken von Schaltungen oder zum Anbringen von Bohrungen an einem Werkstück od. dgl. Zwei derartige Vorrichtungen können auch spitzwinklig zueinander angeordnet sein. Es kann auch eine geradlinige mit einer kreisförmigen Vorrichtung kombiniert werden zum Vorschub nach Polarkoordinaten.

Wie Fig. 1 ohne weiteres zeigt, ist die Zahnteilung der Zahnstange 7 gleich dem Mittelpunktsabstand der Stifte 1, 2. Die Breite der Zähne entspricht dem Abstand zwischen den beiden Stiften und die Breite der Zahnlücke entspricht dem Durchmesser der Stifte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schrittschaltvorrichtung mit einem antreibenden, selbst motorisch antreibbaren Organ und einem angetriebenen Organ, wobei auf einer von einem Motor über eine Welle angetriebenen Scheibe zwei koaxiale Stifte einander diametral gegenüberliegen, rechtwinklig zu den Stiften zum Eingriff mit den Stiften eine Zahnstange bzw. ein gezahntes Vorschubelement angeordnet ist, sich die Kopflinie der Zahnstange bzw. des gezahnten Vorschubelementes im wesentlichen über den Durchmesser der Scheibe erstreckt und die Zahnteilung gleich dem Mittelpunktsabstand der beiden Stifte ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zählvorrichtung zum Zählen der Schritte vorgesehen ist, die einen Detektor (10) und auf der angetriebenen Scheibe (3) befestigte Flügel (8, 9) aufweist, wobei die Flügel mit dem Detektor so zusammenwirken, daß bei ihrem Passieren des Detektors beide Stifte (), 2) der Scheibe gerade in die zugeordneten Aussparungen (15,16) der Zahnstange (7) eingreifen.