AT398463B - Vorrichtung zur übertragung einer drehbewegung - Google Patents

Description

AT 398 463 B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung einer Drehbewegung mit mindestens einem Antrieb und mindestens einem Abtrieb, von denen jeder in einem Gehäuse angeordnet ist, und mit flexiblen rohr- bzw. schlauchförmigen Führungen, die die Gehäuse verbinden und einen geschlossenen Kanal mit diesen bilden, in dem eine zur Kraftübertragung zwischen Antrieb und Abtrieb vorgesehene Kraftübertragungseinrichtung geführt ist.

Bekannt sind rotatorische Antriebe, bei denen das Übertragungsmittel bspw. eine starre Welle, eine Saite oder ähnliches tordiert, oder bspw. bei Riemen, Ketten, Bändern und dergleichen durch Zugkräfte gereckt werden. Jeder dieser Antriebstypen zeigt für die Antriebsübertragung charakteristische ihm eigene Vor- und Nachteile, die ebenfalls bekannt sind. Die starre Welle eignet sich hauptsächlich zur Übertragung der Kraft über größere Distanzen; dabei ist zu beachten, daß bei großer Belastung ein störendes Tordieren auftreten kann. Zur Übertragung über kleinere Distanzen werden Saiten im Sinne von biegsamen Wellen oder Ketten verwendet. Bei der Verwendung von bspw. Ketten rechnet man mit einer "starren" Übertragung und bei der Verwendung von Saiten mit einer flexiblen Übertragung, welche letztere durch den großen Torsionswinkel bei Belastung nur zur Übertragung von kleinen Drehmomenten geeignet sind.

So ist bspw. durch die US-PS 3 718 051 ein Kraftübertragungssystem bekannt, das über flexible Kettenführungen zwischen einem An- und einem Abtrieb eine Drehbewegung übertragen wird. Das Übertragungsmittel ist eine Anzahl lose aneinandergereihte Kugeln, welche durch den Kettenkanal gestoßen werden. Um eine verhältnismäßig gleichmäßige Kraftübertragung zu erzielen, muß zumindest die Kettenführung im Stoßdrum recht rigide sein, da bei flexibler Wandung die Kugeln, die, Rundung auf Rundung in Konrakt stehend, im Stoßbetrieb lageinstabil sind, durch die Kanalwände lagestabilisiert werden müssen. Im Zugdrum dagegen, in welchem bei der "Rückführung" der Kugeln im wesentlichen keine Kräfte, schon gar keine solchen aus der Übertragung auf die Kugeln wirken, ist die Elastizität oder besser die Stabilität der Kettenführung von untergeordneter Bedeutung. Aus diesen Gründen ist der Flexibilität der beschriebenen Kraftübertragung mittels Kugeln recht enge Grenzen gesetzt. Eine gleichmäßige Kraftübertragung ist zumindest in der flexiblen Ausführungsform nicht ohne weiteres möglich.

In der deutschen Patentschrift 839 148 wird ein Triebwerk mit einem Antrieb und einem Abtrieb beschrieben, wobei die Kraft mit an einem Band miteinander verbundenen Kugeln übertragen wird. Sollen für dieses Triebwerk Antrieb und Abtrieb beliebig angeordnet werden können, sind Führungen notwendig, in denen die Kugeln laufen. Im Betrieb reiben die Kugeln an den Führungen, nach einem Stillstand, d.h. auch beim Umkehren des Betriebes ist die Haftreibung zwischen Führung und Kugeln zu überwinden, was zu ruckartigem Anlaufen führt.

Die US-A-3 788 454 betrifft eine Vorrichtung anderer Gattung. Es geht hier um den Materialtransport und nicht um die achssynchrone Kraftübertragung, wie es beim Erfindungsgegenstand der Fall ist. Demgemäß ist bei der bekannten Vorrichtung auch kein Abtrieb vorgesehen. Weiters ist keine stoßbetriebsfähige Endloskette geoffenbart. Gezeigt sind lediglich Förderkettenführungen aus biegbarem Material.

Die FR-A-2 171 617 beschreibt eine in einem biegbaren Kanal geführte Endloskette, von deren relativer Länge zum Führungskanal ebensowenig geoffenbart ist wie von deren Stoßbetriebsfähigkeit.

Das Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher die (rotatorische) Kraftübertragung über flexible Verbindungen zwischen An- und Abtrieb im im wesentlichen ruckfreien und achssynchro-nen Betrieb über eine beliebige Anzahl von Umdrehungen bzw. über eine beliebige Summe von Winkelgraden beiderlei Vorzeichens, bei wechselnder Belastung sowie bei wechselnder Drehrichtung ermöglicht.

Dieses Ziel wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung dadurch erreicht, daß zur ruckfreien Übertragung der Kraft bei wechselnder Belastung und willkürlicher Orientierung der Antriebe und der Abtriebe im Raum, die in den flexiblen, in Längsrichtung elastischen Führungen geführte Kraftübertragungseinrichtung eine an sich bekannte, in Zug- und Stoßrichtung steife Endloskette ist, die im Gehäuse des Antriebs bzw. Abtriebs jeweils um ein Kettenrad geführt ist, und daß die Länge der Endloskette im betrieblosen Zustand im wesentlichen der Länge des geschlossenen Kanals gleich ist. Für die Diskussion der Erfindung wird die CH-PS 621 183 der Anmelderin zu Hilfe genommen, in welcher ein Kettentrieb mit einer endlosen Gelenkkette beschrieben ist. Dieser Kettentrieb wird als Förderkette, vorzugsweise im Zusammenhang mit Zeitungstranporteuren eingesetzt, wobei im starren Kettenkanal über Schlitze die Kraftwirkung von der Kette abgenommen wird. Einige Vorteile dieses Kettentriebes, allem voran der rucklose, geschmeidige Lauf der Kette in den starren Führungskanälen, sollen zu einer qualitativ guten Realisierung der vorliegenden Erfindung mithelfen.

Anhand der nachfolgend aufgeführten Figuren werden einige Ausführungsformen der Erfindung nun eingehend diskutiert. Es zeigen:

Figur 1 in vereinfachter Darstellung eine erste Ausführungsform der Erfindung und damit gleichzeitig das Prinzip derselben;

Figur 2 a bis c Abwandlungen der Erfindung wie sie in Fig 1 dargestellt ist; 2

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Figur 3 in prinzipieller Darstellung ein beliebig anwählbarer Mehrfachantrieb, zusammengestellt aus Elementen der Ausführungsform nach Fig.1;

Figur 4 eine Leistungsverzweigung durch einen Antrieb mit mehreren Abtrieben;

Figur 5 ein Detail der Ausführungsform nach Figur 1;

Figur 6 ein weiteres Detail der Ausführungsform nach Figur 1;

Figur 7 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Das Prinzip der Erfindung und gleichzeitig eine erste Ausführungsform derselben, zeigt wie schon erwähnt Figur 1. Mit A ist ein im Uhrzeigersinn drehender Antrieb bezeichnet und mit B ein im gleichen Drehsinn arbeitender Abtrieb. An- und Abtrieb sind über eine Gliederkette, vorzugsweise eine 3D-Kette 6, wie sie in der CH-PS 538Ό65 der Anmelderin prinzipiell beschrieben ist, miteinander wirkverbunden. Auf Konstruktionsdetails wird später im Zusammenhang mit anderen Figuren eingegangen; mit Hilfe der ersten Figuren sollen lediglich Prinzip und Anwendung gezeigt werden.

An- und Abtrieb sind je in einem Umlenkgehäuse 1,1' untergebracht, in welchen die mittels den Kraftübertragungswellen 3,3' angetriebenen oder treibenden Kettenräder 2,2' untergebracht sind. Das Umlenkgehäuse 1,1' wird vorzugsweise symmetrisch-zweischalig ausgeführt, damit in Baukastenart die Anund Abtriebe beliebig zusammengestellt werden können.

Die Kette 6 läuft ausserhalb des Umienkgehäuses 1,1' durch einen flexiblen Kettenkanal 7, welcher bspw. aus einem Schlauch oder einem flexiblen Rohr bestehend zusammen mit der Kette in jede beliebige Raumrichtung gebogen werden kann. Je nach Kettengrösse, also dem Durchmesser der Kettenglieder, sind in einem weiten Bereich brauchbare Krümmungsradien möglich, wodurch neben schier beliebigen Abständen zwischen An- und Abtrieb auch praktisch jede Topographie dazwischen überwunden werden kann. Der flexible Kettenkanal 7 ist bspw. über einen Verbindungsstutzen 5 mit dem Umlenkgehäuse 1,1' verbunden, ebenso gut kann der Kettenkanal auch auf andere Art im Umlenkgehäuse eingepasst werden. Im Umlenkgehäuse 1,1’ ist zur Führung der Gliederkette bzw. 3D-Kette 6 ein formermässig mit dem Kettenrad 2,2' zusammenhängender Kettenkanal 4,4’ eingearbeitet, in welchem die 3D-Kette 6 zwangslos laufen kann. Wählt man die Länge des (gesamten) Kettenkanals möglichst gleich der Nennlänge der Endloskette, so kann direkt von den sich daraus ergebenden ausgezeichneten Laufeigenschaften, wie sie in der CH-PS 621Ί 83 beschrieben sind profitiert werden. Es versteht sich dabei, dass die Kette in beiden Richtungen, vor- und rückwärts, betrieben werden kann. Wird nun die Gliederkette wie in diesem Beispiel gezeigt vom Antrieb A her im Uhrzeigersinn betrieben, so wird die Endloskette in einer Kettenführung 7 in Stossrichtung S und in der andern, rücklaufenden Kettenführung 7' in Zugrichtung Z belastet. Der Grund für dieses vorteilhafte und zudem erwünschte Verhalten wird hier kurz erläutert.

Die Gesamtlänge des Kettenkanals oder Kettengehäuses, das ist die Länge der Kettenkanäie 4,4’ in den Umlenkgehäusen 1,1’ von An- und Abtrieb A und B und der Kettenführungen 7,7' zwischen diesen, ist im betriebslosen Zustand definiert. Die Gesamtlänge der darin laufenden Kette soll im wesentlichen der Gesamtlänge des Kettenkanals im betriebslosen Zustand entsprechen. Im dynamischen Betrieb werden bei einer flexiblen Kettenführung, die ja gezwungenermassen auch eine Flexibilität in der Längsrichtung aufweisen muss, diese geometrischen Gegebenheiten verändernd beeinflusst. In Laufrichtung wird entsprechend dem Elastizitätsverhalten der flexiblen Kettenführungen, der relativen Kettengeschwindigkeit, dem Reibungsverhalten zwischen Kette und Führung und dem zu übertragendes Drehmoment im Stossdrum eine mehr oder weniger geringe Längsdehnung und im Zugdrum eine ungefähr gleich geringe Stauchung. Damit sind im Betriebsfall die Kettenführungen im Stoss- und Zugdrum verschieden lang; die Nennlänge der Kette bleibt jedoch gleich und die Gesamtlänge des Kettenkanals bleibt im wesentlichen auch gleich der Kettenlänge oder der Länge im betriebslosen Zustand, doch wie gesagt sind die Proportionen zwischen den flexiblen Kettenführungen die Zug- und die Stosskräfte übertragen je nach Betriebsfall verschieden.

Wird die Nennlänge der Kette grösser gewählt, als die Gesamtlänge des Kettengehäuses im betriebslosen Zustand, so beginnt sich auch die Kettenführung des Zugdrums zu dehnen, denn durch das Hineinstossen der Kette in die flexible Kettenführung des Zugdrums geht ein Teil der Zugwirkung verloren; das Gegenteil geschieht bei einer Nennlänge der Kette die kleiner ist als die Gesamtlänge des Kettengehäuses. Die simultane Ausnützung von Stoss- und Zugkräften während der Uebertragung ist nur innerhalb verhältnismassig kleiner Abweichungen der Kettenlänge von der Kettengehäuselänge im spannungslosen Zustand gegeben; optimal ist der Fall gleicher Längen, realisierbar sind im wesentlichen gleiche Längen.

Die Kraft der Uebertragung von An- zu Abtrieb ist somit auch im wesentlichen je in Zug- und Stosskraft halbiert aufgeteilt; eine nicht kraftübertragende Strecke, wie dies bspw. bei einem flexiblen Antrieb durch lose aneinandergereihte Kugeln im Zugdrum der Fall ist, kommt bei der Kraftübertragung gemäss Erfindung nicht vor.

Bei der starren Kettenführung der Gliederkette, wie bspw. in der oben erwähnten CH-PS 621'183 beschrieben, ist die Aufteilung der Kräfte in simultan wirkende Zug- und Stosskräfte deswegen nicht 3

AT 398 463 B gegeben, weil die starre Kettenführung sich nicht wie die flexible Kettenführung bei Wechsellast, insbesondere aber im Wechselbetrieb, den sozusagen peristaltischen Eigenschaften der Kette anzupassen vermag. Die resultierende Charakteristik von Kette und Kettenführung, wie sie sich aus der Lehre gemäss Erfindung ergibt, bewirkt während der Kraftübertragung bei Wechsellast, bzw. bei Drehmomentänderungen in einem verhältnismässig weiten Bereich und im Wechselbetrieb, also bei Drehrichtungsänderungen, eine sehr hohe Synchronizität bei jeder Winkelstellung von Antrieb und Abtrieb.

Mit diesem Antrieb gemäss Erfindung können ausserdem, oftmals (sogar) mehrere teure Winkelgetriebe und Gelenkwellen ersetzt werden. Nebst den damit eingesparten Kosten, fallen auch die Kosten für den Serviceaufwand solcher Getriebe und Wellen dahin.

Die Figuren 2a bis 2c zeigen in einfacher symbolischer Darstellung einerseits Abwandlungen der Erfindung und andererseits, wie mit einfachen Aenderungen die Verwendungsmöglichkeiten der Erfindung variiert werden können. Der Antrieb A in Figur 2a ist durch einen grösseren Kettenraddurchmesser, bzw. grössere Zähnezahl am Abtrieb B die Kraftübertragung untersetzt; im umgekehrten Fall ist ebenso gut eine Uebersetzung des Antriebs möglich. Eine der Möglichkeiten der flexiblen Antriebsübertragung mittels flexiblen Kettenkanälen zeigt Figur 2b, in welcher Ab- und Antrieb gegeneinander verschwenkt sind. Auf diese Weise ist der Antrieb in praktisch allen Lagen einbaubar, wodurch schwer zugängliche Antriebe realisiert werden können. Auch hier ist eine Lieber- oder Untersetzung gleicherweise möglich. Bei einer Verschwenkdrehung um 180grad, wie in Figur 2c gezeigt, kann eine Drehrichtungsumkehr bewirkt werden. Bei allen diesen Abwandlungen werden, wie auch in der Grundausführung nach Figur 1, durch beide Kettenstränge Kraft übertragen; der eine überträgt Zug- der andere Druckkräfte, was zu einer kraftausgleichenden Wirkung führt. Während bei der Abwandlung nach Figur 4 Kraft parallel vom An- oder Abtriebsblock auf die einzelnen Elemente übertragen wird, zeigt Figur 3 die Möglichkeit einer seriellen Kraftübertragung auf bspw. einen Abtrieb I und einen Abtrieb II, entweder in derselben Drehrichtung und/oder in umgekehrten Drehrichtungen, je nach der Verschränkung einer oder mehrerer Abtriebe zueinander. Auf diese Weise lassen sich die beliebigsten räumlichen Antriebsprobleme lösen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass der Abtrieb wärend der Leistungsübertragung bewegbar istDies ist besonders brauchbar bei der Ausführungsform mit Zwillingsschläuchen als flexible Kettenführungen, eine Ausführungsform, die an späterer Stelle noch diskutiert wird.

Figur 4 zeigt eine weitere Abwandlung der Erfindung, bei der durch Zusammenstellung von mehreren Antriebselementen A, wie sie bspw. in Figur 1 gezeigt sind, zu einem mehrfach Anoder Abtrieb. Ueber eine gemeinsame zentrale Kraftübertragungswelle 10 werden Ax Antriebe miteinander betätigt, welche ihrerseits bspw. die beiden in Figur 4 gezeigten Abtriebe B1 und Bx über die in flexiblen Kettenkanälen 7,7’ laufenden Ketten antreiben. Gleicherweise können die Abtriebe räumlich zum Antriebsblock beliebig verschwenkt werden; ebenso variabel lässt sich über einen einzigen Antrieb ein Abtriebblock mit mehreren Elementen antreiben.

Figur 5 zeigt nun ein Detail der Ausführungsform gemäss Figur 1, welche Ausführungsform auch für die diversen diskutierten Abwandlungen wie Ueber- oder Untersetzungen, Anoder Abtriebblocks, Drehrichtungsumkehr u.a. verwendet werden kann. Die nachfolgenden konstruktiven Angaben beziehen sich auf die bevorzugte Verwendung einer 3D-Kette, wie sie vom Prinzip her in der CH-PS 538Ό65 der Anmelderin beschrieben ist. Dargestellt ist ein Teil des flexiblen Antriebs, wie er in Fig.1 dargestelltist, nämlich der antriebseitige Teil A. Das Gehäuse 1 besteht aus den zwei Hälften 1a und 1b, jeweils mit eingearbeitetem Kettenradgehäuse-Halbteil und einem Teil des Kettenkanals 4. dies ist besonders gut zu sehen in der Detaildarsteelung von Figur 6. Das Kettenrad 2 weist an seinem Umfang Vertiefungen 12 zur partiellen Aufnahme der Kettenglieder 10, welche mit der Tiefe d im Eingriff mit dem Kettenrad 2 stehen. Die Tiefe d wird derart gewählt, dass der Kopfkreisdurchmesser R des Kettenrades 2 den Krümmungsradius R' der Kette 6 nicht erreicht, d.h. dass stets R'-R*0 gilt. In Figur 6 ist dies mit dem Winkel alpha«180grad gezeigt. Die Wirkung dieser Massnahme ist in der CH-Patentanmeldung 6620/81-6 der Anmelderin eingehend beschrieben.

Figur 6 zeigt noch ein weiteres Detail zur Realisierung eines Antriebs gemäss Erfindung. Um einen erschütterungsfreien Lauf und um eine genügend hohe Betriebslebensdauer zu erreichen, ist ein möglichst friktionsarmer oder besser ein friktionsfreier Betrieb anzustreben. Wie aus Figur 5 hervorgeht, wird ein Verbindungsstutzen 5 zwischen Gehäuse 1 und der flexiblen Kettenführung 7, welche letztere bsw. ein Hochdruckschlauch sein kann, so zum Kettenkanal 4 im Gehäuse 1 angeordnet, dass sich das Kettenrad 2 im Umlenkgehäuse 1 unter Bildung der Zwischenräume 15 (Fig.6) selbst zentrieren kann. Die unvermeidliche Friktion der 3D-Kette im Kettenkanal 4, wird durch ein Schmiermittel im nota bene geschlossenen System minimiert. 4

Claims (3)

1. AT 398 463 B Figur 7 zeigt schliesslich ein Ausführungsform der Erfindung, bei der die flexiblen Kettenführungsteile 7,7 zwischen bzw. vom und zum An- und Abtrieb je in einem Zwillingsschlauch mit einer Trennwand 15 verlaufen. In den für die Kettenkanälen vorgesehenen innenräumen des Zwillingsschlauches läuft die Endloskette 6. Diese Variante gleicht bei Verwendungvon dünnen Ketten einem Wellenantrieb und kann wie ein solcher betätigt werden, ohne dass dieser Antrieb aber die oft unerwünschten Torsionseigenschaften eines Weilenantriebs aufweist. Aus diese Art sind ebenso grosse Abstände zwischen An- und Abtrieb erreichbar; sehr vorteilhaft ist dabei die Freiheit, den Antrieb irgendwo im Umgebungsraum herumzuführen. Beim Abtrieb können unmittelbar nach Anlaufen des Antriebs grosse Drehmomente abgenommen werden, die Uebertragung verhält sich bewegungsstarr und damit synchron. In zusammengefasster Beschreibung handelt es sich bei der Erfindung um eine Vorrichtung zur Uebertragung einer Drehbewegung mit mindestens einem Antrieb und mindestens einem Abtrieb und zwischen diesen angeordneten flexiblen Kettenführungen, die sich dadurch auszeichnet, dass die Kraftübertragung mittels einer im wesentlichen der Gesamtlänge des Kettengehäuses im betriebslosen Zustand, das ist die Länge der Kettenkanäle (4,4') in den Umlenkgehäusen (1,V) von An- (A) und Abtrieb (B) und der flexiblen Kettenführungen (7,7) zwischen diesen, entsprechenden stoss- und zugbetriebfähigen Endloskette (6) . Eine serielle Zusammenschaltung von einer Mehrzahl von Abtrieben (BI.BII...BXX), die über flexible Kettenführungen (7,7"...) von einem Antrieb (A) antreibbar sind, ist eine erste, und eine über eine gemeinsame Welle (10') angetriebene Parallelschaltung von Antrieben (Ax), mit zu jedem Antrieb (A1...Ax) über Endlosketten und flexible Kettenführungen (7,7') verbundenen Abtrieben (B1...Bx), ist eine zweite grundsätzliche Ausführungsform der Erfindung. Weitere Ausführungsformen sind: dass die flexible Kettenführung (7,7') aus einem in alle Raumrichtungen biegbaren Schlauch besteht, dessen Innenraum als Kettenkanal (4) benutzt wird; dass der vom Antrieb (A) zum Abtrieb (B) laufende flexible Kettenführungsteil (7) und der vom Abtrieb (B) zum Antrieb (A) laufende flexible Kettenführungsteil (7) aus einem in alle Raumrichtungen biegbaren Zwillingsschlauch besteht, dessen beide Innenräume als Kettenkanal (4) benutzt werden. Andere naheliegende, von der Erfindung abgeleitete Ausführungsformen betreffen insbesondere die Ausgestaltung der vorzugsweise zweischaligen An- und/oder Abtriebe (A,B,C,...) und der flexiblen Kettenführungsteile (7,7,...). Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Übertragung einer Drehbewegung mit mindestens einem Antrieb (A) und mindestens einem Abtrieb (B), von denen jeder in einem Gehäuse angeordnet ist, und mit flexiblen rohr- bzw. schlauchförmigen Führungen (7,7'), die die Gehäuse verbinden und einen geschlossenen Kanal mit diesen bilden, in dem eine zur Kraftübertragung zwischen Antrieb (A) und Abtrieb (B) vorgesehene Kraftübertragungseinrichtung geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur ruckfreien Übertragung der Kraft bei wechselnder Belastung und willkürlicher Orientierung der Antriebe (A) und der Abtriebe (B) im „Raum, die in den flexiblen, in Längsrichtung elastischen Führungen (7,7) geführte Kraftübertragungseinrichtung eine an sich bekannte, in Zug- und Stoßrichtung steife Endloskette (6) ist, die im Gehäuse des Antriebs (A) bzw. Abtriebs (B) jeweils um ein Kettenrad geführt ist, und daß die Länge der Endloskette (6) im betrieblosen Zustand im wesentlichen der Länge des geschlossenen Kanals gleich ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine serielle Zusammenschaltung von einer Mehrzahl von räumlich in verschiedenen Ebenen gelegenen Abtrieben (Bl, BII...BXX), die über flexible Kettenführungen (7,7",...) von einem Antrieb (A) antreibbar sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Antrieb (A) zum Abtrieb (B) laufende flexible Kettenführungsteil (7) und der vom Abtrieb (B) zum Antrieb (A) laufende flexible Kettenführungsteil (7) aus einem in alle Raumrichtungen biegbaren Zwillingsschlauch besteht, dessen beiden Innenräume als Kettenkanal (4) benutzt werden. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 5