Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Längsbewegung, die beispielsweise eine Hubbewegung oder Vorschubbewegung sein kann, die durch eine Kraft verursacht wird, welche bei vielen technischen Anwendungen mittels einer Übersetzung eine grössere Last zu bewegen imstande ist. Eine Längsbewegung kann durch mechanische Mit- tel oder auf hydraulischem oder pneumatischem Weg erzeugt werden.
Wenn die Längsbewegung durch Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung erzeugt wird, müssen zwischen der Kraftquelle beispielsweise in Form eines Motors und dem die Längsbewegung ausführenden Organ Mittel zur Kraftübertragung zwischengeschaltet werden, bei der Hydraulik beispielsweise eine Ölpumpe und ein Zylinder oder bei der Kraftübertragung auf mechanischem Weg ein Getriebe mit Zahnstange oder Gewindespindel, wobei diese zwischengeschalteten Kraftübertragungsmittel wegen ihrer aufwendigen Herstellung meistens viel teurer als der Antriebsmotor selbst sind und ausserdem häufig unverhältnismässig viel Platz benötigen.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand daher darin, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Längsbewegung zu schaffen, bei der die Kraftübertragung von einem rotierenden Antriebselement zu dem zu bewegenden Organ mit einfachsten Mitteln erfolgt, die neben den im Preis sich ausdrückenden auch noch verschiedene andere Vorteile besitzen, beispielsweise gegenüber herkömmlichen Mitteln weniger Platz benötigen und ferner erlauben, die Bewegung mit je nach dem Bedarfsfall verschiedener Kennlinie bezüglich Kraft und Geschwindigkeit ablaufen zu lassen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Längsbewegung vor, die erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass auf mindestens einem drehend angetriebenen Haspel ein flexibles Zugorgan derart aufgewickelt ist, dass bei Drehung des Haspels gleichzeitig der eine Trum des Zugorgans auf den Haspel aufläuft und der andere Trum vom Haspel abläuft und die Wickeldurchmesser des auflaufenden und des ablaufenden Trums unterschiedlich gross sind, und dass eine den auflaufenden mit dem ablaufenden Trum verbindende Schlaufe des Zugorgans über eine im Abstand von dem Haspel befindliche und in einem Zugglied gelagerte Umlenkrolle geführt ist, die infolge der Verkürzung der Schlaufe bei grösserem Wickeldurchmesser des auflaufenden Trums des Zugorgans in Richtung gegen den Haspel gezogen wird.
Das Zugorgan kann bei einfachster Ausführung der Vorrichtung zweckmässig ein Seil oder für die Übertragung grösserer Kräfte auch ein flaches Stahlband sein. Es ist aber auch eine Kette als Zugorgan möglich, wenn der Haspel entsprechend ausgebildet ist. Mit dieser Vorrichtung kann also einem Körper mittels Zugkraft eine Längsbewegung erteilt werden, wobei als Antrieb für den Haspel vorzugsweise ein Elektromotor mit der üblichen Drehzahl dient, durch den ohne Verwendung eines Getriebes eine langsame Vorschubbewegung erzeugt wird, bei welcher Geschwindigkeit und Kraft von der Differenz der Wickeldurchmesser abhängen, die der auflaufende Trum und der gleichzeitig ablaufende Trum des Zugorgans auf dem Haspel gerade haben, weshalb Geschwindigkeit und Kraft nicht konstant sind.
Ist die Differenz der Durchmesser sehr klein, so wird bei kleiner Geschwindigkeit eine grosse Zugkraft ausgeübt Dieses Merkmal ist beispielsweise von Vorteil, um einen Körper mit der grössten Anfangskraft aus dem Stillstand zu beschleunigen.
Wenn die Wickeldurchmesser des auflaufenden Trums und des ablaufenden Trums des Zugorgans gleich gross sind, ergibt sich keine Vorschubbewegung, da vom Zugorgan gleich viel aufgewickelt wie abgewickelt wird. Es ist naheliegend, dass man auch dieses Phänomen für die verschiedensten Anwendungsfälle ausnutzen kann, beispielsweise nach in Gang setzen des Motors die Vorschubbewegung erst später einsetzen zu lassen, damit der Motor nicht unter Last anfahren muss.
Die Vorrichtung ist für sehr viele Anwendungsfälle überall dort einsetzbar, wo die Last oder das die Last mit der Vorrichtung verbindende Zugglied entweder durch Schwerkraft wieder in die Ausgangslage zurückkehrt oder durch Federkraft in die Ausgangslage zurückgebracht werden kann. Natürlich können aber auch zwei Vorrichtungen dieser Art verwendet werden, um eine Last hin- und herzubewegen.
Mit der Vorrichtung kann eine Selbsthemmung erreicht werden, wenn die Differenz der Wickeldurchmesser des auflaufenden und des ablaufenden Trums klein genug ist. Dies ist insbesondere bei Anwendung der Vorrichtung zum Anheben einer Last von Vorteil, beispielsweise bei einem Kran oder Hubstapler.
Wie bereits erwähnt, können statt des einen Haspels, der so konstruiert sein muss, dass auf ihm zwei Bereiche zum Auf- und Abwickeln des Zugorgans mit verschiedenem Wikkeldurchmesser vorhanden sind, wobei im Prinzip auch eine kegelförmige Gestalt des Wickelkörpers in Frage kommt, auch zwei auf der gleichen Welle unmittelbar oder im Abstand hintereinander angeordnete Haspel vorgesehen sein.
Ferner können auch zwei Haspel auf zueinander parallelen Wellen nebeneinander angeordnet sein und von einem beide Wellen gemeinsam drehenden Ritzel gleichsinnig angetrieben sein. Diese Ausführungsform kommt dann in Frage, wenn als Zugorgan ein flaches Band verwendet wird, beispielsweise ein Stahlband, das nicht wie ein Seil verschränkt werden kann, weshalb die Achsen der Haspel und der Umlenkrolle parallel verlaufen müssen, während diese Achsen bei Verwendung eines Seils rechtwinklig zueinander verlaufen können.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen, in denen verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes rein beispielsweise dargestellt sind. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung mit einem Haspel;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung mit zwei auf der Motorwelle angeordneten Haspeln;
Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform gemäss Fig. 2 mit einem Winkelgetriebe zwischen Haspelwelle und Motor;
Fig. 4 und 5 eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung in Draufsicht und Seitenansicht, mit zwei auf parallelen Wellen angeordneten Haspeln, auf die ein Band auf- bzw. abgewickelt wird;
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Fig. 6 bis 10 Beispiele von Anwendungen der Vorrichtung zum Heben einer Last durch einen Portalkran, zum Öffnen von Toren, zum Anheben eines Schachtdeckels, zum Hochstellen von Kopf- und Fussteil eines Spitalbettes, zum Schliessen eines Kippfensters.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Erzeugung einer Längsbewegung weist einen Elektromotor 1 auf, auf dessen Welle 2 ein Haspel 3 befestigt ist. Der Haspel ohne Seil besitzt zwei Abschnitte mit verschieden grossem Durchmesser, was durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Ein endloses Seil 4, das in der untersten Wickellage auf der Längsmitte bei 5 von einem zum anderen Abschnitt schräg verläuft und mit gestrichelten Linien dargestellt ist, ist auf jedem Abschnitt in mehreren Lagen so aufgewickelt, dass es bei dem im Durchmesser grösseren Abschnitt in der Zeichnung auf der Rückseite auf den Haspel aufläuft und bei dem im Durchmesser kleineren Abschnitt in der Zeichnung auf der Vorderseite abläuft, so dass auf Grund der Tatsache, dass pro Umdrehung des Haspels mehr Seil aufgewickelt als abgewickelt wird, die Seilschlaufe 6,
die um eine im Abstand vom Haspel angeordnete Umlenkrolle 7 geführt ist, die ihrerseits in einem Zugglied 8 gelagert ist, verkürzt wird, wodurch die Umlenkrolle und das Zugglied in Pfeilrichtung gegen den Haspel gezogen werden. Für die Rückkehrbewegung in die Ausgangsstellung dient hier eine am Zugglied 8 angreifende Druckfeder 9, die von einem Schutzgehäuse 10 umschlossen und in diesem abgestützt ist und die zusammengedrückt wird, wenn das Zugglied 8 in Pfeilrichtung bewegt wird. Wenn das Zugglied 8 in die gezeichnete Ausgangsstellung unter der Wirkung des Federdrucks zurückkehren soll, muss der Haspel 3 im entgegengesetzten Sinn drehen. Aus diesem Grund ist der Motor 1 umpolbar.
Für die Funktionsweise genügt im Prinzip auch ein nicht abgesetzter, durchgehend zylindrischer Haspel, da nur das Vorhandensein von Abschnitten mit unterschiedlich grossem Wickeldurchmesser des aufgewickelten Seils wichtig ist.
Wenn am Beginn der Zug- bzw. Vorschubbewegung eine ganz geringe Differenz der Durchmesser vorhanden ist, wird bei geringstem Vorschubweg die grösste Zugkraft ausgeübt. Das bedeutet, dass mit zunehmendem Wickeldurchmesser beim auflaufenden Trum des Seils die Zugkraft ab ninimt und die Geschwindigkeit grösser wird. Bei gleichem Wickeldurchmesser am auflaufenden und ablaufenden Trum findet keine Vorschubbewegung statt. Wenn man daher die Seillänge und die beiden Wickeldurchmesser so bemisst, dass am Ende der Rückwärtsbewegung unter der Wirkung der Feder die beiden Wickeldurchmesser gleich werden, so könnte man erreichen, dass bei Weiterdrehung des Haspels in gleicher Richtung die Längsbewegung der Umlenkrolle sich umkehrt, weil dann der während der Rückwärtsbewegung kleinere Wickeldurchmesser grösser als der andere wird.
Man braucht dann die Drehrichtung des Motors nicht zu verändern. Für manchen Anwendungsfall kann diese Eigenschaft der Vorrichtung ausgenutzt werden.
Die Vorrichtung gemäss Fig. 2 ist mit derjenigen gemäss Fig. 1 identisch mit der Ausnahme, dass nicht ein endloses Seil, sondern zwei Enden des Seils 4 auf einen Haspel 13 aufgewickelt sind, der durch eine Flanschscheibe 14 in zwei Bereiche unterteilt ist, wobei das Seil 4 beginnend mit dem einen Ende auf den oberen Abschnitt von oben gesehen im Gegenuhrzeigersinn aufgewickelt ist, während das andere Seil ende auf den unteren Abschnitt im Uhrzeigersinn aufgewikkelt ist. Statt des einen Haspels 13 können auch zwei getrennte Haspel unmittelbar hintereinander oder bei Bedarf auch im Abstand auf der gleichen Welle des Motors angeordnet sein.
Die Vorrichtung gemäss Fig. 3 unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten durch die Anordnung des Motors 1, der stirnseitig an das Gehäuse 10 angeflanscht ist, wobei ein aus zwei Kegelrädern bestehendes Winkelgetriebe 15 die Haspelwelle 16 antreibt. Diese Bauweise erfordert in der Breite weniger Platz.
Wenn bei der in den Fig. 4 und 5 in zwei Ansichten dargestellten Vorrichtung als Zugorgan ein Band 20, beispielsweise ein flaches Stahlband, verwendet wird, so kann dieses nicht wie ein Seil verschränkt werden, weshalb zum Aufwik keln der beiden Bandenden zwei parallel nebeneinander angeordnete Haspel 21 und 22 vorgesehen sind, die auf Wellen 23 und 24 befestigt sind, welche im Gehäuse 25 gelagert sind. Ein an das Gehäuse angeflanschter Motot 1 treibt über ein Ritzel 26 und zwei Zahnräder 27 die beiden Haspel in gleicher Drehrichtung an. Eine Schlaufe des Bands läuft über eine im Abstand von den Haspeln angeordnete Umlenk rolle 7, die in einem Zugglied 8 gelagert ist.
Wie aus Fig. 5 hervorgeht, wird der untere Trum des Bands auf den Haspel 21 mit dem grösseren Wickeldurchmesser aufgewickelt, wäh- rend gleichzeitig der obere Trum vom Haspel 22 mit dem kleineren Wickeldurchmesser abgewickelt wird. Da die Schlaufe des Bands 20 dadurch gekürzt wird, werden die Umlenkrolle 7 und das Zugglied 8 in Pfeilrichtung gegen die Haspel gezogen.
Die beschriebene Vorrichtung macht es mit einfachsten Mitteln möglich, dass eine langsame Hub- oder Vorschubbewegung mit grosser Zugkraft ausgeübt werden kann. Es genügt beispielsweise ein Motor mit 0,2 PS, um bei Verwendung eines Stahlbands mit den Abmessungen 10 mmx0,3 mm und einer Zugfestigkeit von 150 kg mittels dieser Vorrichtung 450 kg anzuheben. Dasselbe Ergebnis lässt sich auch mit einem Seil mit einem Durchmesser von 0,3 cm erreichen.
In Fig. 6 ist die Anwendung einer Vorrichtung 30 der hier beschriebenen Art schematisch an einem Portalkran 31 dargestellt. Hier ist die zuvor erwähnte Selbsthemmung von besonderem Vorteil, da man auf eine Sperre oder Motorbremse verzichten kann.
In Fig. 7 ist schematisch die Anwendung der Vorrichtung 32 zur horizontalen Bewegung eines Fabriktors 33 dargestellt.
In Fig. 8 ist die Anwendung der Vorrichtung 34 zum Öffnen eines schweren Schachtdeckels 35 dargestellt.
Bei dem in Fig. 9 schematisch dargestellten Spitalbett 36 müssen der Kopfteil 37 und der übrige Teil 38 jeder für sich hochgeschwenkt werden können, für welchen Zweck man bisher ziemlich teure Spindelantriebe oder hydraulische Vorrichtungen verwendet hat. Um diese Aufgabe mit sehr viel geringeren Herstellungskosten zu lösen, ist eine Vorrichtung 39 der hier beschriebenen Art zum Anheben des Kopfteils 37 und eine weitere Vorrichtung 40 zum Anheben des übrigen Teils 38 der Liegefläche vorgesehen.
In Fig. 10 ist die Anwendung der Vorrichtung 41 zum Betätigen eines hochliegenden Kippfensters 42 dargestellt, wobei das Zugglied 43 der Vorrichtung 41 mit einem Seil 44 verbunden ist, das über eine Umlenkrolle 45 zum oberen Ende des Kippfensters 42 führt. Das Fenster wird geschlossen, wenn das Zugglied 43 nach unten gezogen wird. Die vorerwähnten Beispiele sind nur einige der vielen Anwendungsmöglichkeiten für die Vorrichtung, mit der eine schnelle Rotationsbewegung in eine langsame translatorische Bewegung umgewandelt werden kann.
The invention relates to a device for generating a longitudinal movement, which can be, for example, a lifting movement or a feed movement, which is caused by a force which, in many technical applications, is able to move a larger load by means of a transmission. A longitudinal movement can be generated by mechanical means or by hydraulic or pneumatic means.
If the longitudinal movement is generated by converting a rotational movement into a translational movement, means for power transmission must be interposed between the power source, for example in the form of a motor and the organ executing the longitudinal movement, in the case of hydraulics, for example, an oil pump and a cylinder or in the case of power transmission on mechanical Way a gear with rack or threaded spindle, these intermediate power transmission means are usually much more expensive than the drive motor itself because of their complex production and also often require a disproportionate amount of space.
The object on which the present invention is based was therefore to create a device for generating a longitudinal movement in which the power transmission from a rotating drive element to the organ to be moved takes place with the simplest of means, which in addition to the price also has various other advantages have, for example, require less space than conventional means and also allow the movement to run with different characteristics depending on the need with regard to force and speed.
To solve this problem, the invention proposes a device for generating a longitudinal movement, which is characterized according to the invention in that a flexible pulling element is wound onto at least one rotatingly driven reel in such a way that when the reel is rotated, one strand of the pulling element runs onto the reel at the same time and the other strand runs off the reel and the winding diameters of the incoming and outgoing strand are of different sizes, and that a loop of the pulling element connecting the incoming and outgoing strand is guided over a deflection roller located at a distance from the reel and mounted in a tension member, which, as a result of the shortening of the loop, is drawn towards the reel with a larger winding diameter of the running strand of the tension member.
In the simplest embodiment of the device, the pulling element can expediently be a rope or, for the transmission of greater forces, a flat steel band. However, a chain is also possible as a pulling element if the reel is designed accordingly. With this device, a body can be given a longitudinal movement by means of tensile force, whereby an electric motor with the usual speed is preferably used as the drive for the reel, by which a slow feed movement is generated without the use of a gear, at which speed and force of the difference of the Depending on the winding diameter that the running strand and the simultaneously running strand of the pulling element on the reel have, which is why speed and force are not constant.
If the difference in diameter is very small, a large tensile force is exerted at low speed. This feature is advantageous, for example, in order to accelerate a body with the greatest initial force from a standstill.
If the winding diameter of the incoming strand and the outgoing strand of the traction element are the same, there is no feed movement, since the same amount is wound up as unwound by the traction element. It is obvious that this phenomenon can also be used for a wide variety of applications, for example, after starting the motor, the feed movement can only start later so that the motor does not have to start up under load.
The device can be used for many applications wherever the load or the tension member connecting the load to the device either returns to the starting position by gravity or can be brought back to the starting position by spring force. Of course, two devices of this type can also be used to move a load to and fro.
Self-locking can be achieved with the device if the difference between the winding diameter of the incoming and outgoing strand is small enough. This is particularly advantageous when using the device for lifting a load, for example with a crane or a forklift.
As already mentioned, instead of the one reel, which has to be constructed in such a way that two areas for winding and unwinding the tension member with different winding diameters are available, whereby in principle a conical shape of the winding body is also possible, there are also two the same shaft can be provided directly or at a distance one behind the other reels.
Furthermore, two reels can also be arranged next to one another on mutually parallel shafts and driven in the same direction by a pinion rotating both shafts together. This embodiment comes into question when a flat belt is used as the pulling element, for example a steel belt that cannot be twisted like a rope, which is why the axes of the reel and the pulley must run parallel, while these axes are perpendicular to one another when using a rope can run.
Further details and advantages of the invention emerge from the description and the drawings, in which various embodiments of the subject matter of the invention are shown purely by way of example. Show it:
1 shows a first embodiment of the device with a reel;
2 shows a second embodiment of the device with two reels arranged on the motor shaft;
3 shows a modified embodiment according to FIG. 2 with an angular gear between the reel shaft and the motor;
4 and 5 show a third embodiment of the device in plan view and side view, with two reels arranged on parallel shafts, onto which a tape is wound or unwound;
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6 to 10 examples of applications of the device for lifting a load by a gantry crane, for opening gates, for lifting a manhole cover, for raising the head and foot sections of a hospital bed, for closing a tilting window.
The device shown in Fig. 1 for generating a longitudinal movement has an electric motor 1, on the shaft 2 of which a reel 3 is attached. The reel without a rope has two sections with different diameters, which is indicated by dashed lines. An endless rope 4, which runs obliquely from one section to the other at 5 on the longitudinal center at 5 and is shown with dashed lines, is wound on each section in several layers so that it is in the larger diameter section in the drawing runs onto the reel on the rear side and runs off the front side of the section with a smaller diameter in the drawing, so that due to the fact that more rope is wound than unwound per revolution of the reel, the rope loop 6,
which is guided around a deflection roller 7 which is arranged at a distance from the reel and which in turn is mounted in a tension member 8, is shortened, whereby the deflection roller and the tension member are pulled in the direction of the arrow against the reel. For the return movement into the starting position, a compression spring 9 acting on the tension member 8 is used, which is enclosed by a protective housing 10 and supported in this and which is compressed when the tension member 8 is moved in the direction of the arrow. If the tension member 8 is to return to the initial position shown under the action of the spring pressure, the reel 3 must rotate in the opposite direction. For this reason, the motor 1 can be polarized.
In principle, a non-detached, continuously cylindrical reel is sufficient for the mode of operation, since only the presence of sections with different winding diameters of the wound rope is important.
If there is a very small difference in diameter at the beginning of the pulling or advancing movement, the greatest pulling force is exerted with the smallest advancing distance. This means that the tensile force decreases and the speed increases as the winding diameter increases. With the same winding diameter on the incoming and outgoing strand, there is no feed movement. If one measures the rope length and the two winding diameters in such a way that at the end of the backward movement under the action of the spring the two winding diameters become the same, one could achieve that if the reel is rotated further in the same direction, the longitudinal movement of the deflection pulley is reversed, because then the smaller winding diameter during the backward movement becomes larger than the other.
You don't need to change the direction of rotation of the motor. This property of the device can be used for some applications.
The device according to FIG. 2 is identical to that according to FIG. 1 with the exception that not an endless rope, but rather two ends of the rope 4 are wound onto a reel 13, which is divided into two areas by a flange disk 14 Rope 4 is wound starting with one end on the upper section viewed from above in the counterclockwise direction, while the other end of the rope is wound onto the lower section in a clockwise direction. Instead of the one reel 13, two separate reels can also be arranged directly one behind the other or, if necessary, at a distance on the same shaft of the motor.
The device according to FIG. 3 differs from that shown in FIG. 2 in the arrangement of the motor 1, which is flanged on the front side to the housing 10, an angular gear 15 consisting of two bevel gears driving the reel shaft 16. This design requires less space in terms of width.
If a belt 20, for example a flat steel belt, is used as a tension member in the device shown in FIGS. 4 and 5, it cannot be interlaced like a rope, which is why two belt ends are arranged parallel to each other to wind up the two belt ends Reels 21 and 22 are provided which are fastened on shafts 23 and 24 which are mounted in the housing 25. A motor 1 flanged to the housing drives the two reels in the same direction of rotation via a pinion 26 and two gear wheels 27. A loop of the belt runs over a deflection roller 7 which is arranged at a distance from the reels and which is mounted in a tension member 8.
As can be seen from FIG. 5, the lower strand of the strip is wound onto the reel 21 with the larger winding diameter, while at the same time the upper strand is unwound from the reel 22 with the smaller winding diameter. Since the loop of the belt 20 is shortened as a result, the deflection roller 7 and the tension member 8 are pulled in the direction of the arrow against the reel.
The device described makes it possible with the simplest means that a slow lifting or advancing movement can be exerted with a large tensile force. A motor with 0.2 HP is sufficient, for example, to lift 450 kg by means of this device when using a steel band with dimensions of 10 mm × 0.3 mm and a tensile strength of 150 kg. The same result can also be achieved with a rope with a diameter of 0.3 cm.
The application of a device 30 of the type described here to a portal crane 31 is shown schematically in FIG. 6. The previously mentioned self-locking is of particular advantage here, as there is no need for a lock or engine brake.
In Fig. 7, the use of the device 32 for the horizontal movement of a factory gate 33 is shown schematically.
8 shows the use of the device 34 for opening a heavy manhole cover 35.
In the hospital bed 36 shown schematically in FIG. 9, the head part 37 and the remaining part 38 must each be able to be swiveled up, for which purpose relatively expensive spindle drives or hydraulic devices have been used up to now. In order to achieve this object with very much lower production costs, a device 39 of the type described here for lifting the head part 37 and a further device 40 for lifting the remaining part 38 of the lying surface are provided.
In FIG. 10, the application of the device 41 for operating an overhead tilt window 42 is shown, the tension member 43 of the device 41 being connected to a rope 44 which leads to the upper end of the tilt window 42 via a pulley 45. The window is closed when the tension member 43 is pulled down. The aforementioned examples are just some of the many possible uses for the device, with which a fast rotational movement can be converted into a slow translational movement.