DE3527776A1 - Vorrichtung zur formschluessigen umwandlung einer drehbewegung in eine hin- und hergehende bewegung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Zur Umwandlung einer reinen Drehbewegung, die beispiels­ weise von einem Elektromotor abgegeben wird, sind ver­ schiedene Vorrichtungen bekannt, die mit Hilfe bestimmter Wirkflächen und geeigneter Kinematiken, z. B. Schubkurbel, Kurbelschleife, Kurvenscheiben, Kurventrommeln und dgl., arbeiten. Nachteilig ist bei den bekannten Lösungen, daß sie teilweise komplizierte Wirkflächen erfordern und daß insbesondere Gleitreibungsvorgänge an den Wirkflächen auf­ treten, was zu schlechter Energieumsetzung bei der Be­ wegungsumwandlung führt.

Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art treten diese Nachteile nicht auf, vor allem sind die Gleitreibungsvorgänge von untergeordneter Bedeutung, da im wesentlichen rollende bzw. abwälzende Reibung auftritt. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß die hin- und hergehende Bewegung nur durch Drehrichtungsänderung des Zahnrads und somit auch eines dasselbe gegebenenfalls antreibenden An­ triebsmotors erreicht werden kann.

Durch die Erfindung soll diese bekannte Vorrichtung so verbessert werden, daß das Zahnrad sich gleichbleibend in einer Richtung drehen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die in sich geschlossene Gegenverzahnung kann dabei im einfachsten Fall längs einer ebenen Kurve verlaufen. Da­ bei muß man jedoch in Kauf nehmen, daß an den axialen Umkehrpunkten der Gegenverzahnung ungleichmäßige Drehbe­ wegungen des hin- und herbewegten Körpers um die Achse der Hin- und Herbewegung in unterschiedlichen Richtungen auftreten. Sowohl die hin- und hergehende Bewegung als auch die Drehbewegung des Körpers können durch den zylin­ drischen Verlauf der Verzahnung gemäß Anspruch 2 ver­ gleichmäßigt werden. Es entsteht dabei eine Drehbewegung des bewegten Körpers in einer Richtung. Geschwindigkeit und Hub der axialen Hin- und Herbewegung und die Dreh­ frequenz der überlagerten Drehbewegung hängen dabei vom Übersetzungsverhältnis zwischen Zahnrad und Gegenver­ zahnung ab.

Bei der zylindrischen Fläche muß es sich dabei nicht unbe­ dingt um einen Kreiszylinder handeln, sondern zur Ver­ größerung der Eingriffslinien können Nut bzw. Ab­ stützung und Gegenverzahnung auch parabolisch oder elip­ tisch gekrümmte Abschnitte umfassen.

Grundsätzlich kann die Geschwindigkeits-Weg-Charakteris­ tik der hin- und hergehenden Axialbewegung mit überlager­ ter Drehbewegung durch entsprechende geometrische Ge­ staltung der Nut bzw. Abstützung und der Gegenverzahnung frei gewählt werden. Dabei sind sogar vorübergehende Um­ kehrungen der Drehbewegungsrichtung möglich.

Gemäß Anspruch 3 läßt sich die erfindungsgemäße Vorrich­ tung sehr einfach auf eine Kolbenpumpe oder eine Kolben­ arbeitsmaschine anwenden, wobei im ersten Fall das Zahn­ rad motorisch angetrieben werden muß, während im zweiten Fall in einem bestimmten Gegentakt die beiden Zylinder mit einem brennbaren Gas oder mit Druckflüssigkeit beauf­ schlagt werden. In letzterem Fall erfolgt der Abtrieb über das Zahnrad. So ausgebildete Kolbenpumpen oder Ar­ beitsmaschinen haben den großen Vorteil, daß infolge des Fehlens von Kurbelwelle und Pleuel keinerlei Querkräfte auf die Zylinderwände ausgeübt werden und keinerlei Kipp­ momente an den Kolben auftreten können.

Die Erfindung betrifft ferner ein besonders einfaches Verfahren zur Herstellung der erforderlichen Gegenver­ zahnung am hin- und herbewegten Körper gemäß Anspruch 4.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Er­ findung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer bekannten Vorrichtung mit Zahnrad und hin- und herbewegtem Körper,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4-7 schematische Darstellungen verschiedener Aus­ führungsformen der am hin- und hergehenden Körper vorgesehenen Gegenverzahnung und

Fig. 8 eine schematische Seitenansicht einer als Kolben­ pumpe ausgebildeten dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Bei der in Fig. 1 zum Vergleich dargestellten bekannten Vorrichtung ist ein längs dem Doppelpfeil 12 hin- und her­ bewegter Körper 10 vorgesehen, der eine geradlinig ver­ laufende Zahnstange 14 aufweist. Mit der Zahnstange kämmt ein Zahnrad 16, das gemäß dem Doppelpfeil 18 mit ständiger Drehrichtungsumkehr gedreht wird. Das Zahnrad 16 sitzt auf einer An- bzw. Abtriebswelle 20, die in einer äquidistant zu der die Gegenverzahnung bildenden Zahnstange 14 am Körper 10 verlaufenden Nut 22 gleitend geführt ist. Bei abwechselnder Drehung des Zahnrads 16 gemäß dem Doppelpfeil 18 erfolgt eine Hin- und Herbewegung des Körpers 10 gemäß dem Doppelpfeil 12.

In den folgenden, die erfindungsgemäße Vorrichtung dar­ stellenden Figuren sind für gleiche oder entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet wie bei Fig. 1, jedoch jeweils mit Strichen versehen, soweit sie unter­ schiedlich ausgebildet sind.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform verlaufen die Gegenverzahnung 14′ und die dazu äquidistante Nut 22′ längs einer ebenen Oberfläche 24 des hin- und herbewegten Körpers 10′ in Form einer langgestreckten Schleife, die parallele gerade Abschnitte 26 und an den axialen Enden gekrümmte Umkehrabschnitte 28 aufweist. Dadurch über­ lagert sich bei Drehung des Zahnrads 16 in Richtung des Pfeils 18′ der hin- und hergehenden Axialbewegung des Körpers 10′ gemäß dem Doppelpfeil 12 jeweils eine kurze Drehbewegung des Körpers 10 gemäß den Pfeilen 30 beim Durchgang der Welle 20 durch die Umkehrabschnitte 28.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform verlaufen Gegenverzahnung 14′′ und Nut 22′′ längs einer zylindrischen Oberfläche 32 des gemäß Doppelpfeil 12 hin- und hergehenden Körpers 10′′. Der Hin- und Herbewegung des Körpers 10′′ überlagert sich daher eine mehr oder weniger gleichmäßige Drehbewegung gemäß dem Pfeil 34.

Durch eine Formgebung der Gegenverzahnung 14 a gemäß Fig. 4 im wesentlichen in kreisbogenförmigen Abschnitten läßt sich eine etwa gleichförmige Hin- und Herbewegung des Körpers 10′′ erzielen. Eine im wesentlichen abwechselnde Axialbewegung und Drehbewegung des Körpers 10′′ läßt sich durch eine Formgebung der Gegenverzahnung 14 b gemäß Fig. 5 mit im wesentlichen geraden axialen Abschnitten 36 und etwa dazu senkrecht verlaufenden Abschnitten 38 in Um­ fangsrichtung des Körpers 10′′ erreichen.

Eine gemischte Axial- und Drehbewegung während der Hin- und Herbewegung des Körpers 10′′ und eine im wesentlichen reine Drehbewegung an den Umkehrstellen läßt sich durch eine Formgebung der Gegenverzahnung 14 c gemäß Fig. 6 erreichen, wobei der in Aufsicht etwa gerade Mittelab­ schnitt 40 an den Umkehrstellen in etwa längs einer Um­ fanglinie verlaufende Abschnitte 42 mündet. Schließlich läßt sich durch eine Formgebung der Gegenverzahnung 14 d gemäß Fig. 7 in einem rückwärts gekrümmten Mittelabschnitt 44 sogar eine vorübergehende Rückwärtsdrehung des hin- und herbewegten Körpers 10′′ erzielen, falls dies ge­ wünscht wird.

Aus diesen Beispielen ist ersichtlich, daß grundsätzlich jede gewünschte Überlagerung von Axial- und Drehbewegung durch die Formgebung der Gegenverzahnung und der dazu äquidistanten Nut erzielt werden kann.

In Fig. 8 ist schematisch die Ausbildung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung als Kolbenpumpe dargestellt, wobei die axialen Enden des hin- und herbewegten Körpers 10′′ als Kolben 46 ausgebildet sind, die jeweils in einem sie umgebenden Zylinder 48 axial gleitend geführt sind. Ein­ zelheiten von Kolben und Zylinder, insbesondere Ventile und dgl., sind in Fig. 8 nicht dargestellt, da sie nicht zur Erfindung gehören. Es ist dem Fachmann ohne weiteres klar, daß bei entsprechender Zufuhr von brenn­ baren Gasen oder Druckmedium in die Zylinder 48 die in Fig. 8 dargestellte Ausführungsform als Antriebsmotor mit Abtrieb über die Welle 20 verwendbar ist, während bei Antrieb der Welle 20 die Kolben-Zylinderanordnung 46, 48 als Kolbenpumpe verwendet werden kann.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur formschlüssigen Umwandlung einer Dreh­ bewegung in eine hin- und hergehende Bewegung oder umge­ kehrt mit Hilfe eines Zahnrades, dessen Welle in einer Nut oder einer dem Bewegungsablauf entsprechenden Ab­ stützung geführt ist, und einer äquidistant zur Nut bzw. Abstützung verlaufenden Gegenverzahnung, in die das Zahnrad eingreift, wobei Nut bzw. Abstützung und Gegen­ verzahnung an einem hin- und herbewegten Körper ausge­ bildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (22′, 22′′) bzw. Abstützung und die Gegenverzahnung (14′,14′′, 14 a, 14 b, 14 c, 14 d) bei beliebigem räumlichem Verlauf einen geschlossenen Kreislauf bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Nut (22′′) bzw. Abstützung und Gegenverzahnung (14′′, 14 a, 14 b, 14 c, 14 d) auf einer zylindrischen Fläche verlaufen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden axialen Enden des bewegten Körpers (10′′) als Kolben (46) ausgebildet sind und in je einem Zylinder (48) gleitend geführt sind.

4. Verfahren zur Herstellung der Gegenverzahnung an der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mittels eines funkenerosiven Abwälzprozesses hergestellt wird.