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Hubgetriebe zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen zwei Maschinenteilen
mittels einer zwischen ihnen liegenden umlaufenden Welle. Die Erfindung betrifft
ein Hubgetriebe zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen zwei Maschinenteilen
mittels einer zwischen ihnen liegenden umlaufenden Welle und besteht im wesentlichen
darin, daß das Huborgan aus einem auf die Welle aufgesetzten oder mit ihr aus einem
Stück bestehenden Käfig und drei oder in einer größeren ungeraden Zahl vorhandenen
Rollkörpern besteht, die in einem im wesentlichen diametralen Schlitz des Käfigs
derart untergebracht sind, daß die beiden äußersten Rollkörper über dessen Umfang
hervorstehen und die bei der Drehung der Welle die Relativbewegung der beiden Maschinenteile
herbeiführen, indem sie- sie voneinander entfernen und sich dabei auf ihnen abrollen.
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Das neue Getriebe läßt sich z. B. für Prägemaschinen anwenden, bei
denen die Arbeit zwischen einer oberen und unteren Platte verrichtet wird, wobei
eine dieser Platten gegen die andere mittels einer Drehbewegung gepreßt wird, die
eine Daumenwelle ausführt. Entsprechend der auszuführenden Arbeit ist bei derartigen
Maschinen häufig ein starker Druck aufzuwenden, und es treten Energieverluste infolge
der Reibung zwischen den Daumen und den mit ihnen in @erü:;,-«n kommenden Flächen
auf. Ersetzt man die Daumen durch die neuen Getriebe, so erzielt man erhebliche
Ersparnisse an Energie, woraus sich verschiedene Vorteile ergeben.
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Das neue Getriebe kann ferner bei Druckpressen, Metallpressen und
zur Bewegung der Ventile von Verbrennungsmaschinen Anwendung finden sowie für eine
ganze Reihe anderer Zwecke, die im einzelnen hier nicht aufgeführt zu werden brauchen.
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Gemäß der Erfindung wird die erforderliche Bewegung durch Rollkörper
erzeugt, die in einer Welle oder einem umlaufenden Glied lose untergebracht sind
und aufeinander rollen, während die Bewegung erzeugt wird.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführung des neuen Getriebes sind Kugeln
oder zylinderische Rollen in einem Ouerschlitz einer umlaufenden Welle, eines Dornes,
eines Gehäuses o. dgl. derart angeordnet, daß die äußersten Kugeln oder Rollen an
jedem Ende des Schlitzes gegen ihn vorstehen. Die Strecke, um welche der Durchmesser
an den vorstehenden Kugeln oder Rollen den Durchmesser der Welle oder des Gehäuses
überschreitet, ist zweckmäßig etwas größer zu wählen als der dem zu bewegenden Gliede
zu
erteilende Hub. Bei der Bewegung drücken die vorstehenden Kugeln bzw.Rollen gegeneinander
und rollen auf einer Rollbahn. Bei den meisten Ausführungen des neuen Getriebes
ist die eine Bahn an dem Rahmen der Maschine oder einem sonstigen festen Teil und
die andere Bahn air dem Teil angebracht, der gegenüber dem feststehenden ,Teil eine
Bewegung ausführen soll, jedoch können auch beide Bahnen an beweglichen Teilen angebracht
sein. Die Bahnen können eben oder gekrümmt sein, wobei ihre Form so zu wählen ist,
daß sie die intermittierendeBewegung der gewünschten Art ergibt. Die Kugeln oder
Rollen kommen in einer ungeraden Anzahl zur Anwendung. Die zwischen den äußersten
Kugeln oder Rollen liegenden Kugeln oder Rollen können einen kleineren Durchmesser
haben als erstere. Der Schlitz ist so weit zu bemessen, daß er den Kugeln oder Rollen
erlaubt, sich frei um ihre Achsen zu drehen.
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Verwendet man Kugeln oder Rollen in ungerader Anzahl, so tritt zwischen
den einander berührenden Rollkörpern und den beiden Rollbahnen eine reine Rollbewegung
ohne Reibung oder Gleiten ein. Das neue Getriebe eignet sich infolgedessen besonders
zur Erzeugung von Hubbewegungen unter starkem Druck.
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Die Rollkörper und Rollbahnen bestehen zweckmäßig aus gehärtetem und
poliertem Stahl, wie dies bei Kugel= und Rollenlagern gebräuchlich ist.
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Um die Rollkörper in ihrem Schlitz zu halten und sie an dem Herausfallen
zu hindern, wenn infolge der Stellung der Welle o. dgl. die Schwerkraft auf sie
wirkt und sie dann durch die Bahnen nicht weiter gehalten werden, lassen sich beliebige
Mittel anwenden. Zu diesem Zweck kann man z. B. die Kanten des Schlitzes etwas mach
innen vorstehen lassen. Statt dessen lassen sich auch andere Mittel vorsehen, die
die Drehung der Rollkörper nicht hindern dürfen.
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Auf den Zeichnungen sind sechs Ausführungen des neuen Getriebes schematisch
veranschaulicht. Die Abb. i bis 5 zeigen dieselbe Welle i mit einem Schlitz :2 und
Rollkörpern 3 darin in Verbindung mit Rollbahnen 4, 5 verschiedener Form. Abb.6
zeigt eine Ausführung des neuen Getriebes zum Bewegen der Ventile von V6rbrennungsznaschinen
und Abb. 7 zum - Bewegen der Druckplatte einer Prägepresse.
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Gemäß Abb. i und 2 erzeugt das Getriebe eine Relativbewegung zwischen
zwei Teilen A, B, wobei die Bahnen 4, 5 ähnliche konvexe Flächen 6 an den
wirksamen Teilen haben, so daß eine verhältnismäßig schnelle Bewegung erzeugt wird.
Abb. i zeigt die beiden Bahnen oder Teile 4n der am weitesten genäherten und Abb.
2 in der am weitesten entfernten Stellung.
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Gemäß Abb. 3 hat die eine Bahn 4 dieselbe Ausgestaltung wie gemäß
Abb. i und 2, während die andere Bahn 5 eben ist, wodurch eine langsamere Bewegung
erzeugt wird als gemäß Abb. i und 2. Die eine Bahn 4 oder 5 kann an dem Rahmen der
Maschine befestigt sein. Während der Hubwirkung bewegen sich die Rollen 3 in dem
Schlitz 2 und rollen aufeinander.
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Gemäß Abb. 4 sind beide Bahnen 4, 5 auf Jen größten Tei16 ihrer Länge
konkav ausgeführt. Während die Rollkörper 3 auf den konkavenTeilen laufen, ist daher
die Relativbewegung der beiden Bahnen nur ganz lanä sam. Rollen dagegen die Rollkörper
entlang clen abgerundeten Ecken 7, so ist die Relativbewegung der beiden Bahnen
sehr beträchtlich.
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Gemäß Abb. 5 ist die konkave Fläche 6 der einen Bahn 4 mit der Oberfläche
der Welle i konzentrisch. Die konkave Fläche 6 der anüeren Balin 5 hat dagegen einen
etwas größeren Krümmungshalbmesser. Die hier erzeugte Relativbewegung ist infolgedessen
noch geringer als bei der Ausführung gemäß Abb. 4. Die konvexen Teile 7 der beiden
Bahnen haben einen erheblich größeren Krümmungshalbmesser als gemäß Abb.4, und der
entsprechende Teil der Relativbeweung der beidenBahnen 4 und 5 erfolgt daher mehr
allmählich.
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Das neue Getriebe ist offenbar für die verschiedensten Zwecke brauchbar
und kann in vielerlei Weisen Anwendung finden. Es läßt sich z. B. zur Bewegung :der
Ventile von Verbrennungsmaschinen u. dgl. oder zum regelmäßigen Bewegen irgendwelcher
Organe benutzen, die .eine hin und her gehende Bewegung in regelmäßigen und im voraus
bestimmten Zeiten ausführen sollen. Für den Antrieb der Ventile von Maschinen mit
mehreren Zylindern ist,die Welle mit mehreren Schlitzen oder Bohrungen zu versehen,
die radial unter verschiedenen Winkeln stehen, um die erforderliche Reihenfolge
in der Wirkung der verschiedenen Rollkörpersätze zu erhalten. Die Ventilstutzen
können geradlinig ausgeführt werden, so daß sie in das Gehäuse der Welle hineinragen.
Die verschiedenen Ventilstutzen werden dann abwechselnd betätigt, wenn der zugehörige
Satz von Rollkörpern über sie hinweggeht.
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Abb. 6 bezieht sich auf eine Maschine mit hängenden Ventilen und zeigt
eine vorteilhafteAusführung des neuen Getriebes. Dieses kann indessen auch in vielen
anderen Arten ausgeführt werden. Die Welle i ist in einem Gehäuse 8 gelagert, das
an demVentilgehäuse
oder dem Zylinderkäpf lo .befestigt ist, welcher
letzterer seinerseits -an dem Zylindergehäuse i r befestigt ist oder mit ihm aus
einem Stück besteht: Das Gehäuse 8 enthält eine zylindrische :Bohrung 9, die mit
der Welle i gleichachsig ist und an deren Innenwandung die Rollkörper 3 mit geringem
Spiel laufen. Die festeBahn4 befindet sich an einem verstellbaren Schraubenstutzen
d., und ihre wirksame Berührungsfläche 6 hat die Form einer Kugelfläche von kleinem
Halbmesser. Die bewegliche Bahn 5 -befindet sich an einem Führungskolben oder einer
Kappe, die auf das Ende des Ventilstutzens 12 aufgesetzt ist und in einer senkrechten
zylindrischen Bohrung 14. des Gehäuses 8 gleitet. Der Ventilstutzen 12, die Kappe
5 und die Ventilfeder 15 sind in der üblichen Weise angeordnet. Die Welle ist in
der Winkelstellung gezeichnet, in der das Ventil 13 auf seinem Sitz ruht. Die Rollkörper
3 sind gerade im Begriff, das Ventil 13 zu öffnen, indem sich die Welle in der Richtung
des Pfeiles 16 ,dreht. Während der Bewegung des Öffnens oder Schließens verschieben
sich die Rollkörper 3 in dem Schlitz 2, wobei sie aufeinander uud den Flächen 6
der festen und beweglichen Bahnen abrollen.
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Der beim öffnen .des Ventils zu überwindende Druck der Feder 15 wird
durch die drei Rollkörper von der festen Bahn d. auf die bewegliche Bahn 5 übertragen.
Ist das Ventil ganz geöffnet und infolgedessen der Druck am größten, so wird kein
seitlicher Druck auf irgendeinen Teil ausgeübt. In anderen Stellungen des Ventils
während der Bewegung des öffnens und Schließens tritt nur ein geringer seitlicher
Druck der beweglichen Bahn 5 auf die zylindrische Bohrung 14., deren Innenfläche
hinreichend groß ist; sowie der beiden äußeren Rollkörper 3 auf die Wandungen des
Schlitzes 2 auf. Während jeder Umdrehung der Welle i öffnet sich das Ventil zweimal.
In einerViertaktmaschine muß also die Kurbelwelle die vierfache Umdrehzahl der Welle
i haben.
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Bei Maschinen mit mehreren Zylindern stehen die Schlitze d. in der
Welle i unter verschiedenen Winkeln für jedes Ventil. Jeder Satz von drei Rollkörpern
übt seine Wirkung zwischen der festen und beweglichen Bahn aus, während die übrigen
Sätze von Rollkörpern an der Bohrung 9 des Gehäuses 8 entlangrollen. Das Getriebe
bildet also selbst die Lagerung für dieVentilwelle i, so daß kein weiteres Lager
erforderlich wird, abgesehen von einem, das die Lage der Ventilwelle in der Längsrichtung
sichert.
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Bei der Ausführung.des neuen Getriebes für den Antrieb von Ventilen
gemäß Abb. i5 kommen Ventilhebel, Knaggen u. dgl. in Fortfall. Diese Ausführung
hat weiter den Verteil eines äußerst geringen Gewichtes und der Möglichkeit; die
Ventile -von der entgegengesetzten - Seite der Ventilwelle aus, d. h. von außen
her, einzustellen, was sich während des Arbeitens der Maschine ausführen läßt.
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Die Relativbewegung der Ventile, d. h. die Geschwindigkeit des öffnens
und Schließens, läßt sich durch entsprechende Gestaltung der inneren Enden der Stellschraube
q. und der Ventilkappe 5 verändern.
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Beim Öffnen eines Ventils wird auf die Ventilwelle i keinerlei Druck
ausgeübt. Der Druck tritt vielmehr lediglich zwischen der Stellschraube und der
Ventilkappe auf. Die Ventilwelle wird also nur auf Drehung beansprucht und braucht
nur an ihren Enden gelagert zu werden. Die Rollkörper tragen sie selbst innerhalb
der Gehäusebohrung, da die Schlitze für die verschiedenen Sätze von Rollkörpern
in verschiedenen Winkeln zur Welle stehen.
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Die Zeiten des Öffnens und Schließens der verschiedenen Ventile sind
durch die Winkel bestimmt, unter denen die Schlitze, die zur Aufnahme der Kugeln
oder Rollen dienen, in der Ventilwelle gebohrt sind. Die Bohrungen müssen genau
durch das Wellenmittel gehen, weil die Ventilwelle mit dem vierten Teil der Geschwindigkeit
der Kurbelwelle umlaufen muß und zwei Stellungen hat, in denen sie ein Ventil öffnet.
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Die Gehäusebohrung; in die die- Ventilwelle eingesetzt ist, hat denselben
Durchmesser, den die drei Kugeln oder Rollen zusammen aufweisen. Die Kugeln oder
Rollen laufen dann mit gleichförmiger Geschwindigkeit um und dienen zugleich als
Kugellager für die Ventilwelle.
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Aus dem Gesagten ergibt sich ohne weiteres, wie einfach und zweckmäßig
die beabsichtigten Wirkungen erzielt werden und wie billig die Ausführung im Vergleich
zu den bisher gebräuchlichen Getrieben wird.
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Der Hub eines Ventils entspricht dem Unterschied zwischen der Summe
der Durchmesser der drei Kugeln oder Rollen und dem Abstand zwischen der Stellschraube
und der Ventilkappe.
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Abb. 7 zeigt eine Ausführung des neuen Getriebes zum Antrieb der einen
Platte einer Prägepresse. Die eine Bahn q. ist an dem Rahmen 18 der Maschine befestigt,
und die bewegliche Bahn 5 befindet sich an dem Tisch 2o, der um einen Zapfen 2i
des Gehäuses schwingen kann. Die Hubwelle i ist in dei-Stellung gezeichnet, in der
sie den Tisch in die höchste Lage gehoben hat. Das zu bearbeitende Stück wird zwischen
der oberen Platte 23, die an dem Maschinengestell befestigt
ist,
und der unteren oder beweglichen Platte 2¢ auf dem Tisch bei 22 gepreßt. Die unterste
Stellung des ,Tisches 2o tritt ein, wenn sich die bewegliche Bahn 5 auf Anschläge
25 legt, die an dem Maschinengestell fest angebracht sind. In dieser Stellung steht
die wirksame Fläche 6 der Bahn 5 ein wenig oberhalb der Hubwelle i. Der größte Druck
wird auf das Arbeitsstück ausgeübt, wenn das Getriebe die gezeichnete Stellung hat.
In diesem Falle wird der Druck durch die Kugeln oder Rollen 3 von der festen Bahn
4. auf die bewegliche Bahn 5 und von dieser auf das Arbeitsstück bei 22 praktisch
unmittelbar übertragen. Zum Einstellen der oberen Platte entsprechend der Dicke
des Werkstückes und des auf dieses auszuübenden Druckes kommen die üblichen Mittel
zur Anwendung, die jedoch keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden. In derartigen
Maschinen kann z. B. die Hubwelle durch einen Handhebel oder in anderer Weise hin
und her verschwenkt werden.
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Die beschriebenen Ausführungen sind nur als Beispiele zu betrachten.
Das neue Getriebe kann auch in vielerlei anderer Art ausgebildet und für die verschiedensten
Zwecke angewendet werden, ohne daß dadurch das Wesen der Erfindung berührt wird.
In manchen Fällen kann die Hubwelle oder das Gehäuse selbst als Daumen oder in einer
anderen zweckentsprechenden Form ausgebildet sein, und ein solcher Daumen o. dgl.
kann in irgendeiner zweckmäßig erscheinenden Weise mit dem neuen Getriebe zusammenwirken.