DE10127676A1

DE10127676A1 - Self-locking circular translation transmission has drive eccentric and blind eccentrics in spur pinion, show effective eccentricity during backward-acting rotary force

Info

Publication number: DE10127676A1
Application number: DE10127676A
Authority: DE
Inventors: Lothar Strach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-06-10
Filing date: 2001-06-10
Publication date: 2002-12-12

Abstract

The transmission has a toothed spur pinion (2) as drive pulley, and a toothed hollow driven pulley (1) forming a reduction gear. With backward acting rotary force, the drive eccentric (3) located in the center of the spur pinion, is at a standstill, and the blind eccentrics (5a,b) in the spur pinion show a change in the effective eccentricity, due to their position. This prevents the parallel crank drives moving the pinion drive, to be active, and therefore self-locking occurs.

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Lösung des technischen Problems eines Getriebes, welches von einem Motor angetrieben einen guten Anlaufwirkungsgrad hat und bei Stromausfall oder Stillstand des Elektromotors infolge Stromabschaltung bei rückwärtiger Lastwirkung ohne Zuschaltung einer Reibbremse eine Selbsthemmung aufweist.The present invention is concerned with solving the technical problem of a Gearbox, which is driven by a motor and has a good starting efficiency Power failure or standstill of the electric motor due to power cut-off when reversing Load effect has a self-locking without applying a friction brake.

Im VDI-Bericht Nr. 374, 1980 befasst sich Prof. Jarchow, Bochum mit dem Problem einer Selbsthemmung von Zahnradgetrieben unter Bezug auf Fachbücher der bekannten Autoren wie G. Niemann und H. W. Müller, sowie Forschungsarbeit und Dissertation von Duda und Ohlendorf. Das Ergebnis dieser mehrseitigen Arbeit unter Einbeziehung des Wolfrom- Getriebes ergibt theoretisch eine selbsthemmende Wirkung infolge der ohnehin ungünstigen Zahnreibung. Wegen eines Wirkungsgrades unterhalb von 0,5 bei Dauerbetrieb wurde von dieser Getriebetechnik durch Prof. Jarchow abgeraten.In VDI Report No. 374, 1980 Prof. Jarchow, Bochum deals with the problem of one Self-locking of gear drives with reference to specialist books by well-known authors like G. Niemann and H. W. Müller, as well as research work and dissertation by Duda and Ohlendorf. The result of this multi-page work including the Wolfrom Transmission theoretically gives a self-locking effect due to the already unfavorable Tooth friction. Because of an efficiency of less than 0.5 in continuous operation Prof. Jarchow advised against this gear technology.

Um 1974 hatte bereits die Firma Marbaise eine solche Technik untersucht und konnte keine Selbsthemmung auch bei i = 80 feststellen.Around 1974 the Marbaise company had already examined such a technique and was unable to do so Determine self-locking even at i = 80.

In Konstruktion 3/1987 S. 93-100 berichtet H. W. Müller "Zum Mechanismus der Selbsthemmung" und kann für die Wirkung der Selbsthemmung an Getrieben nur Reibwerte der Bewegung und Haftreibungsbeiwerte des Stillstandes vortragen und verantwortlich machen.In construction 3/1987 pp. 93-100, H. W. Müller reports "On the mechanism of Self-locking "and can only be used for the effect of self-locking on gears Present the movement and static friction coefficients of the standstill and responsible do.

Im VDI-Bericht Nr. 905, 1991 befasst sich Dr. Ing. Bouché mit selbsthemmenden Antriebselementen mit hohem Wirkungsgrad im Vortrieb, zitiert Arbeiten aus VDI-Z. 1917, bringt Beispiele von Reibbremsen mit Freiläufen und ähnlicher Klemmvorrichtungen. In der Einführung heißt es: Konventionelle selbsthemmende Getriebe, wie Schneckengetriebe und einfache Planetengetriebe, weisen im Vortrieb Wirkungsgrade unter 50% auf.In VDI Report No. 905, 1991, Dr. Ing. Bouché with self-locking Drive elements with high efficiency in tunneling, citing work from VDI-Z. 1917 brings examples of friction brakes with freewheels and similar clamping devices. In the Introduction says: Conventional self-locking gears, such as worm gears and simple planetary gears have an efficiency of less than 50%.

Obgleich der Anlaufwirkungsgrad bei Schneckentrieben noch geringer ist, ist diese Getriebetechnik bis heute - bekannt seit Heron 60 v.Chr. - die einzigst angewandte selbsthemmende Getriebetechnik.Although the start-up efficiency is even lower for worm drives, it is Gear technology until today - known since Heron 60 BC. - the only one used self-locking gear technology.

Erst jüngst hat in "antriebstechnik" 5/2001 Prof. Predki, Ruhruniversität Bochum, Lehrstuhlnachfolger von Prof. Jarchow, eine Forschungsarbeit Nr. 260 FVA veröffentlicht: Selbstbremsung bei Schneckentrieben.Just recently, in "Antriebstechnik" 5/2001 Prof. Predki, Ruhr University Bochum, Professor Jarchow's successor, published a research paper No. 260 FVA: Self-braking for worm drives.

In der Einleitung ist zu lesen: "Um eine Selbstbremsung sicher zu verwirklichen, wählt man derzeit die Steigungswinkel der Schnecken extrem klein. Aus dieser Auslegung resultieren ungünstige Wirkungsgrade des Getriebes sowohl im Normalbetrieb, das heißt beim Antrieb über die Schneckenwelle, als auch beim Anlaufen. Die schlechten Wirkungsgrade begünstigen die Ratterneigung und erfordern den Einsatz von Antriebsaggregaten, die im Vergleich zur benötigten Leistung der Arbeitsmaschine relativ groß dimensioniert sein müssen." The introduction reads: "To safely implement self-braking, you choose currently the helix angle of the snails is extremely small. Result from this interpretation unfavorable efficiency of the transmission both in normal operation, that is, in the drive via the worm shaft, as well as when starting. The poor efficiency favor the tendency to chatter and require the use of drive units in the Compared to the required power of the machine to be dimensioned relatively large have to."

Elektrische Antriebe mit geringem Wirkungsgrad widersprechen dem derzeitigen Trend des Umweltschutzes. In den USA wurde 1992 das Gesetz EPAct über die Einführung von Mindestwirkungsgraden für elektrische Antriebe erlassen, welches 1997 in Kraft trat. Auch die EU hat eine entsprechende L'Aquila-Studie verfasst.Electric drives with low efficiency contradict the current trend of Environmental protection. In the United States, the EPAct law on the introduction of Enacted minimum efficiency for electric drives, which came into force in 1997. Also the EU has written a corresponding L'Aquila study.

Die erfindungsgemäße Lösung der anfangs genannten Problemstellung erfolgt mittels eines Kreisschub-Getriebes.The inventive solution to the problem mentioned at the beginning is carried out by means of of a circular thrust gear.

Die Industrialisierung begann mit der Anwendung eines ab 1780 patentierten Kreisschub- Getriebes durch James Watt und womit die geradlinige Dampfkolbenbewegung auf einen Balancier übertragen wurde und dessen Schwingbewegung mittels eines Kreisschub- Getriebes in eine drehende Bewegung transformiert wurde zum Antrieb von Arbeitsmaschinen.Industrialization began with the use of a circular thrust patented from 1780 Gearbox by James Watt and with which the linear steam piston movement on one Balance was transmitted and its swinging motion by means of a circular thrust Gearbox was transformed into a rotating movement to drive Machinery.

Dieses Getriebe von Watt wird allgemein auch als Planetengetriebe bezeichnet, was richtig, es ist aber kein Zahnrad-Umlaufgetriebe, da das Planetenrad beim Umlauf um das Sonnenrad sich nicht um die eigene Achse drehen kann, weil es mittels der Verbindungsstange zum Balancier daran gehindert wird.This gear from Watt is also commonly referred to as a planetary gear, which is right there but is not a planetary gear train, since the planet gear rotates around the sun gear cannot turn around its own axis because it is connected to the Balancing is prevented.

Das Kreisschub-Getriebe von J. Watt befolgt die Systembauart "Stirnrad - Stirnrad".The circular thrust gear from J. Watt follows the system design "spur gear - spur gear".

Kreisschub-Getriebe der Systembauart "Hohlrad-Stirnrad" sind bekannt geworden durch erteilte Patente DE 195 15 146, DE 197 09 020 und DE 43 12 869 und deren Inhalte sind eine neue Zahnform, eine kompakte Bauweise und eine mechanische Sperre.Circular thrust gearboxes of the system type "ring gear-spur gear" have become known through granted patents DE 195 15 146, DE 197 09 020 and DE 43 12 869 and their contents are one new tooth shape, a compact design and a mechanical lock.

Die Systembauart "Hohlrad-Stirnrad" besteht aus den beiden Bauformen "Hohlrad mit Kreisschub" und "Stirnrad mit Kreisschub".The system design "ring gear-spur gear" consists of the two designs "ring gear with Circular thrust "and" spur gear with circular thrust ".

Ein Kreisschub-Getriebe "Hohlrad mit Kreisschub" erlaubt einen Betrieb von schneller zu langsamer Drehzahl, ebenso von langsamer zu schneller Drehzahl.A circular thrust gear "ring gear with circular thrust" allows operation from faster to slow speed, also from slow to fast speed.

Das Wesen eines Kreisschub-Getriebes ist die Umlauffähigkeit eines Parallelkurbelgetriebes, bestehend aus mindestens drei Kurbeln oder Exzentern. Bei Vor- oder Rücklauf besteht die Umlauffähigkeit, wenn auch mit unterschiedlichen Kraftumläufen.The essence of a circular thrust gear is the fitness of a parallel crank gear, consisting of at least three cranks or eccentrics. With forward or reverse, there is Fitness, although with different power cycles.

Ein Kreisschub-Getriebe "Stirnrad mit Kreisschub", bestehend aus drei gleichlangen Kurbeln oder Exzentern, davon der Antriebsexzenter in der Mitte, die Blindexzenter innerhalb oder außerhalb des Stirnrades, ist ebenfalls ein Parallelkurbelgetriebe.A circular thrust gear "spur gear with circular thrust", consisting of three cranks of the same length or eccentrics, of which the drive eccentric in the middle, the Blindexzenter inside or outside the spur gear is also a parallel crank gear.

Da die Bedingungen nach Grashof erfüllt sind, besteht Umlauffähigkeit für einen Betrieb von schneller zu langsamer Drehzahl.Since the conditions according to Grashof are fulfilled, there is fitness for an operation of faster to slower speed.

Bei umgekehrt wirkender Lastrichtung von langsamer zu schneller Drehzahl sind die Bedingungen nach Grashof nicht mehr vorhanden und das Kreisschubgetriebe "Stirnrad mit Kreisschub" ist selbsthemmend.When the load direction is reversed from slow to fast speed, these are Conditions after Grashof no longer exist and the circular thrust gear "spur gear with Circular thrust "is self-locking.

Die Gründe hierfür liegen darin, dass das rückwärts wirkende Hohlrad eine Tangentialkraft am verzahnten Umfang des Stirnrades ausübt und das Stirnrad um den Mittenexzenter zu drehen versucht. The reasons for this are that the backward-acting ring gear has a tangential force on the toothed circumference of the spur gear and the spur gear around the center eccentric tried to turn.

Infolge der Lage der drei Exzenter des Parallelkurbelgetriebes auf den Spitzen eines ungefähr gleichschenkligen Dreiecks wirkt die Drehkraft des Stirnrades mit ungefähr gleichen Hebellängen auf die beiden Blindexzenter, trifft dann aber auf ungleiche Exzenterstellungen bezogen auf diese Hebellängen. Die Blindexzenter können somit nicht in parallele Drehung versetzt werden, das Getriebe ist rückwärts selbsthemmend.Due to the location of the three eccentrics of the parallel crank mechanism on the tips of one isosceles triangle, the torque of the spur gear acts with approximately the same Lever lengths on the two blindex centers, but then meet uneven eccentric positions based on these lever lengths. The Blindexzenter thus can not rotate in parallel the gearbox is self-locking in reverse.

Bei einem ausgeführten Getriebe gibt es zu beobachtende Stellungen, wo mittels der Drehkraft des Stirnrades aufgrund der Laufspiele in den Exzenterlagern die Blindexzenter ganz geringfügig in gegenläufige Drehrichtungen bewegt werden können. Gegenläufigkeit ist ein weiterer Beweis der rückwärtigen Selbsthemmung.In the case of a gearbox, there are positions to be observed, where by means of the Rotational force of the spur gear due to the running play in the eccentric bearings the Blindexzenter can be moved very slightly in opposite directions of rotation. contrariness is another proof of self-locking at the rear.

Die Selbsthemmung infolge der unterschiedlichen Stellungen der Blindexzenter zu den rückstellenden Hebellängen ist proportional des Zentriwinkels des gleichschenkligen Dreiecks für die Lage der drei Exzenter des Parallelkurbelgetriebes, d. h. diese ist größer bei einem umlauffähig vertretbaren Zentriwinkel von 90° gegenüber 60°.The self-locking due to the different positions of the blindex centers to the resetting lever length is proportional to the central angle of the isosceles triangle for the location of the three eccentrics of the parallel crank mechanism, d. H. this is bigger with one viable center angle of 90 ° versus 60 °.

Die rückwärtige Selbsthemmung ist rechts- oder linksdrehend gleichmäßig dauerhaft wirksam und kann aufgehoben werden mittels rechts- oder linksdrehendem Normalantrieb.The rear self-locking is equally effective permanently clockwise or anti-clockwise and can be lifted by means of a right or left rotating normal drive.

Im Normalantrieb hat das Kreisschub-Getriebe einen Wirkungsgrad größer 95% infolge des Fortfalls einer Zahnreibung.In normal drive, the circular thrust gearbox has an efficiency greater than 95% due to the No tooth friction.

Die Wirkung als selbsthemmendes Kreisschub-Getriebe ist auch dann gegeben, wenn statt einer Verzahnung an Stirn- und Hohlrad ein Reibradgetriebe benutzt wird als Parallelkurbelgetriebe und das innere Rad die Kreisschubbewegung ausführt.The effect as a self-locking circular thrust gear is also given if instead a toothing on the spur and ring gear a friction gear is used as Parallel crank mechanism and the inner wheel executes the circular thrust movement.

Anwendungsmöglichkeiten liegen dort, wo bisher Schneckengetriebe eingesetzt werden oder Elektromotoren mit im Stillstand wirkender Bremse als Sicherheitsbremse im Sinne der Unfallverhütungsvorschriften, so bei Rolltreppen und Rolltore, Förderrollen mit Innenantrieb, Hebezeuge aller Art, in mechanisierten Taktstraßen zur Verkürzung der Nachlaufzeiten, ebenso bei Spindelhubgetrieben mit Kugelgewindespindeln ohne Selbsthemmung, ferner bei Zahnstangengetrieben auch mit Handkurbelantrieben. Possible applications are where worm gears have been used up to now Electric motors with the brake at standstill as a safety brake in the sense of Accident prevention regulations, such as for escalators and roller shutters, conveyor rollers with internal drives, All kinds of hoists, in mechanized cycle lines to shorten the delay times, also with screw jacks with ball screws without self-locking, also with Rack and pinion drives also with hand crank drives.

Bild 1 zeigt das Kreisschub-Getriebe-System "Stirnrad mit Kreisschub". Darin ist 1 das Hohlrad, 2 das kreisschiebende Stirnrad, 3 der mittig gelagerte Antriebsexzenter, 4 fest im Gehäuse stehende Bolzen, 5a und 5b die beiden Blindexzenter, alle in Wälzlagerungen mittels Nadellager. Figure 1 shows the circular thrust gear system "Spur gear with circular thrust". Therein, 1 is the ring gear, 2 the circular spur gear, 3 the centrally mounted drive eccentric, 4 bolts fixed in the housing, 5 a and 5 b the two Blindex centers, all in roller bearings by means of needle bearings.

Bei einer Drehung des Antriebsexzenters 3 entsteht zusammen mit den beiden Blindexzentern 5a und 5b ein umlauffähiges Parallelkurbelgetriebe vom Schnellen zum Langsamen. Die Größe der Untersetzung wird bestimmt durch die gewählte Zahndifferenz zwischen Hohlrad und Stirnrad.When the drive eccentric 3 rotates together with the two bl indexing centers 5 a and 5 b, an operable parallel crank gear from fast to slow is produced. The size of the reduction is determined by the selected tooth difference between the ring gear and the spur gear.

Bei Getriebestillstand wirkt über das Hohlrad 1 eine rückwärtige Kraft F tangential auf das Stirnrad 2. Bei dieser Krafteinwirkung befindet sich das Stirnrad 2 immer in der nahesten Zustellung zum Hohlrad 1.When the transmission is at a standstill, a rearward force F acts tangentially on the spur gear 2 via the ring gear 1 . When this force is applied, the spur gear 2 is always in the closest infeed to the ring gear 1 .

In einer beliebig gewählten Getriebestellung ist nun gut erkennbar dass die Exzenterlage von 3 und 5a sich in einer Strecklage befindet auf dem Radius R1. Die Tangentialkraft F könnte nun die beiden Exzenter 3 und 5a als zwei Parallelkurbeln in eine Drehung versetzen.In any gear position chosen, it is now clearly recognizable that the eccentric position of 3 and 5 a is in an extended position on the radius R1. The tangential force F could now cause the two eccentrics 3 and 5 a to rotate as two parallel cranks.

Gleichzeitig ist aber erkennbar dass der Radius R2 zwar durch den Mittelpunkt des Blindexzenters 5b geht, dass aber die Stellung von 5b zum Bolzen 4 eine Sperrstellung darstellt und kein Drehmoment am Blindexzenter 5b möglich ist.At the same time it can be seen that the radius R2 through the center of the Blindexzenters 5 b goes, but that the position of b 5 to the bolt 4 is a locking position and no torque on Blindexzenter 5 b is possible.

Innerhalb einer Umlaufdrehung des Stirnrades 2 ergeben sich bei einer rückwärts wirkenden Kraft F ähnliche Sperrstellungen, wobei Größe und Richtung der Sperrkraft wechselnd auf die Blindexzenter 5a und 5b wirken und keine Umlaufbedingungen nach Grashof erfüllen: Die Längen der Exzentrizität der beiden Blindexzenter verändern als Projektion auf die Radien R1 und R2 innerhalb der Selbsthemmung ihre wirksamen Abmessungen.Within one revolution of the spur gear 2 there are similar locking positions with a backward force F, whereby the size and direction of the locking force act alternately on the blindex centers 5 a and 5 b and do not meet any circulation conditions according to Grashof: the lengths of the eccentricity of the two blindex centers change as a projection their effective dimensions on the radii R1 and R2 within the self-locking.

Eine "Selbsthemmung von Zahnradgetrieben" war vorgetragen worden in Konstruktion 11/1969 S. 421-427 von Prof. Böttcher und Dr. Ing. Sierig, Institut für Fördertechnik und Getriebetechnik TU Berlin. Darin werden nur Evolventenzahngetriebe und deren Zahnreibungsverluste theoretisch untersucht.A "self-locking of gear drives" had been put forward in construction 11/1969 pp. 421-427 by Prof. Böttcher and Dr. Ing. Sierig, Institute for Materials Handling and Transmission technology TU Berlin. In it only involute gearboxes and their Loss of tooth friction theoretically examined.

In der Zusammenfassung steht: "Die Untersuchung aus dieser Sicht ergibt, dass Selbsthemmung von Stirnrad-Standgetrieben aufgrund der üblichen Konstruktionsweise unwahrscheinlich ist. Die Selbsthemmung ist allein abhängig von der Form der Getriebeglieder an den Zahneingriffsstellen, also von geometrischen Daten. . .". Diese Erkenntnis fußt auf ein Bild 3, wo die Selbsthemmung erklärt wird, wenn eine Wirkungslinie von F um oder durch den Drehpunkt einer Abtriebwelle verläuft.In the summary it says: "The investigation from this point of view shows that Self-locking of helical gearboxes due to the usual design is unlikely. The self-locking depends solely on the shape of the Transmission links at the meshing points, i.e. of geometric data. , . ". This finding is based on a picture 3, where self-locking is explained if one Line of action of F around or through the fulcrum of an output shaft.

Dieser Fall ist bei der vorliegenden Erfindung zwar gegeben, doch die Selbsthemmung ist nur die Folge des Fehlens der kinematischen Bedingung der Umlauffähigkeit nach Grashof.This is the case with the present invention, but the self-locking is only the consequence of the absence of the kinematic condition of fitness according to Grashof.

Claims

1. Self-locking circular thrust gear with a toothed spur gear as a drive, which is moved in a circular sliding manner by means of three parallel cranks, and a toothed output ring gear forming a reduction gear, characterized in that with a backward-acting torque, the drive eccentric located in the center of the spur gear stands still and in both in the spur gear arranged bl index centers due to their respective location there is a change in the effective eccentricities, so that there is no viable parallel crank mechanism and self-locking occurs.

2. Self-locking circular thrust gear as claimed. 1, characterized, that the two bl index centers are arranged outside and offset from the spur gear.

3. Self-locking circular thrust gear as claimed. 1 and 2, characterized, that the spur gear and ring gear form a friction gear.