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Die
Erfindung betrifft eine längliche,
nur in einer Richtung biegbare, aus miteinander gelenkig verbundenen
Einzelsegmenten aufgebaute Schubvorrichtung.
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Derartige
Schubvorrichtungen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Die älteste Form
ist die sogenannte Schubkette, eine An Gall'scher Kette mit Seitenwangen und verbindenden Bolzen, ähnlich einer
Fahrradkette, die daher nur innerhalb einer Ebene biegbar ist, bei
der darüber
hinaus die Stirnseiten der Seitenwangen so ausgebildet sind, daß die Kette
nur in einer Richtung gebogen werden kann, während sie in der anderen Richtung nur
bis zur gestreckten Lage biegbar ist. Der Vorschub in Richtung des
gestreckten Trums erfolgt durch Kettenräder, die auf die Bolzen der
einzelnen Glieder wirken und daher eine vielfache Kraftumleitung
notwendig machen. Dies führt
zu relativ schlechtem dynamischen, aber auch schlechtem statischen Stabilitätsverhalten
und zu starker Abnutzung.
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Eine
Verbesserung dieser Situation ist von einer Schubvorrichtung aus
der
EP 1 006 074 A bekannt.
Dabei werden im gestreckten und somit zumeist belasteten Trum die
Kräfte
direkt von den Seitenwangen eines Kettengliedes auf die Seitenwangen
des darunter liegenden Kettengliedes übertragen, so daß nur im
Bereich der Krafteinleitung eine merkliche Kraftumlenkung erfolgt.
Es ist aber auch bei dieser Vorrichtung notwendig, ein Kettenrad
als Antrieb zu verwenden, wodurch wiederum keine gleichmäßige Krafteinleitung über die
Zeit bzw. keine gleichförmige
Bewegung der Schubvorrichtung erzielt wird und es ist weiters notwendig,
die Bolzen, die die Gelenkigkeit der Kette sichern und an denen
das Kettenrad angreift, ebenso wie ihre Lagerung in den Seitenwangen äußerst massiv
zu dimensionieren, da ja die Kräfte über diese
Bauteile eingeleitet werden.
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Aus
der
DE 100 06 165 ist
eine Schubvorrichtung bekannt, bei der die einzelnen Elemente geschlossene
Körper
darstellen, die über
Fortsätze
und Ausnehmungen mittels Gelenkstiften gelenkig miteinander verbunden
sind und wobei eine der Seiten der Elementkörper eine Verzahnung aufweist,
die mit einem Zahnrad kämmt
und so die Kräfte
direkt in die Elemente überträgt. Die
Gelenkstifte dienen nur mehr dem Zusammenhalt zwischen den einzelnen benachbarten
Elementen, werden aber zur Kraftübertragung
nicht mehr herangezo gen. Dies, gemeinsam mit der Verzahnung, führt dazu,
daß die
Schubvorrichtung wesentlich an Stabilität gewinnt und daß durch
die Verwendung eines Zahnrades an Stelle eines Kettenrades die Krafteinleitung
wesentlich gleichmäßiger wird
und auch eine gleichförmige
Geschwindigkeit erzielt wird.
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Ausgestaltungen
dieser Ausbildung sind beispielsweise aus der
DE 101 03 490 A bekannt,
bei der die unterschiedlichsten Weiterbildungen, wie: Verriegelung
benachbarter Elemente miteinander, Ausbildung des belasteten Trums
abweichend von der geraden Linie, Verbindung benachbarter Elemente über sphärische Verbindungen,
Verwendung zueinander symmetrisch angeordneter Schubvorrichtungen
zur Stabilisierung in allen Richtungen u.dgl. mehr, geoffenbart
sind.
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Die
DE 195 22 092 A offenbart
eine Schubgliedkette, die in einer Variante prismatische Kettenglieder
mit rechteckigem Querschnitt normal zur Vorschubrichtung aufweist,
die auf zwei einander gegenüber
liegenden Seiten eine Verzahnung tragen. Mit dieser Verzahnung wirken
alternativ Zahnräder,
ein Schneckenrad oder eine gezahnte, endlose Raupe als Antriebsmittel
zusammen.
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Die
US 6 419 603 B offenbart
eine Vorrichtung der eingangs definierten Art und auch Doppelvorrichtungen,
bei denen zwei derartige Vorrichtungen durch besondere Ausgestaltung
Ihrer Segmente nach Art eine Zippverschlusses miteinander verbunden
werden, so dass die Schubvorrichtung in ihrem tragenden Teil keinerlei
Biegsamkeit mehr besitzt.
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Die
DE 43 08 181 A betrifft
eine Vorrichtung, die der externen Führung bedarf Sie besteht aus
einzelnen, um die Vorschubrichtung rotationssymmetrische Gliedern,
die entlang ihrer Achse auf einem Seil oder der gleichen aufgefädelt sind
und die untereinander nicht verbunden sind, sondern einander entlang
bevorzugt halbkugelförmige
Kontaktflächen
berühren.
Mittels einer Feder werden die einzelnen Segmente dicht aneinander
gehalten. Es kann bei dieser Vorrichtung kein freies Ende geben,
da dann keinerlei Stabilität
normal zur Längsachse
gewährleistet
wäre. Es
wird diese Vorrichtung zum Öffnen und
Schließen
von verschwenkbaren Flügeln
verwendet, wobei das eine Ende mit dem verschwenkbaren Flügel verbunden
ist und das andere Ende in einem Führungszylinder verschieblich
ist, so dass nur der Bereich zwischen dem Ende des Führungszylinders
und dem Angriffspunkt am Flügel
ohne Führung
verläuft,
durch die beidseitigen geführten
Bereiche aber stabilisiert und in eine bestimmte Lage gebracht wird.
Es weist somit diese Vorrichtung Einzelsegmente mit zylindrischen
Querschnitt auf, doch sind diese Einzelsegmente weder miteinander
gelenkig verbunden, noch ist die Vorrichtung nur in einer Richtung
biegbar.
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Die
US 4 402 160 A offenbart
eine Fensterhebevorrichtung für
Kraftfahrzeuge, die eine An speziellen Bowdenzug darstellt: Ein
Stahlseil ist über
seine gesamte Länge
einstückig
mit flexiblem Material ummantelt, das an seiner äußeren Mantelfläche ein Gewinde
ausgebildet hat. Der Bowdenzug ist um einen Teil des Umfanges eines
Zahnrads gebogen, sodass das Gewinde im Eingriff mit den Zähnen steht, wodurch
der Bowdenzug durch Drehen des Zahnrades verschoben wird.
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Alle
diese Vorrichtungen, auch in Kombination mit den von eher den Schubketten
zugehörenden, schneckengetriebenen
Schubvorrichtungen, weisen aber immer noch Besonderheiten auf, durch
die ihre Anwendung beschränkt
wird. Diese nachteiligen Besonderheiten liegen einerseits in den
nach wie vor relativ hoch bauenden Antrieben, die ein tiefes Absenken
der getragenen Gegenstände
(Plattformen, Lastbühnen,
Transportbühnen,
etc.) nicht zulassen; weiters in den komplex aufgebauten Elementen,
aus denen die Schubvorrichtung besteht, wodurch die Kosten für die Herstellung
erheblich sind, im fragilen Aufbau der beiden zuletzt genannten
Vorrichtungen, die nur für
Fenster von Kraftfahrzeugen u.dgl. einsetzbar sind, und letztlich
auch im Hinblick auf die Sicherheit, da bei Ausfall des Antriebes
die Gefahr besteht, daß das
unter Druck (Last) stehende Trum absinkt bzw. durch den Druck zum
Antrieb hin und durch diesen durch in den Vorratsbereich der Schubvorrichtung geschoben
wird, wodurch die gehobene (getragene) Last abfällt.
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Die
Erfindung bezweckt, eine Schubvorrichtung der eingangs genannten
An zu schaffen, die die genannten Probleme nicht aufweist und die
insbesondere mit einem extrem niedrig bauenden Antrieb große Kräfte aufbringt
und zudem eigensicher ist, d.h. bei Ausfall des Antriebs in der
zu diesem Zeitpunkt gegebenen Lage verbleibt.
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Erfindungsgemäß werden
diese Ziele dadurch erreicht, daß die Einzelsegmente im wesentlichen
kreiszylinderförmig
ausgebildet sind und an ihrer Außenseite ein über mehrere
Ein zelsegmente durchgehendes Gewinde tragen, das mit einer die Einzelsegmente
umschließenden,
drehbaren Mutter, die ein Gegengewinde trägt, zusammenwirkt.
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Auf
diese Weise erreicht man eine Art Drehspindelantrieb, der, wenn
es gewünscht
wird, kaum höher
baut, als es der Höhe
der Mutter und ihrer Lagerung entspricht; der bei Ausfall des Antriebes
zufolge des Wirkungsgrades des Gewindes im Stillstand verharrt und
zufolge der Art der Krafteinleitung in die einzelnen Segmente extrem
große
Kräfte übertragen kann.
Dazu können
die einzelnen Segmente einfach durch Drehen hergestellt werden,
nur das Gewinde erfordert u.U. ein Überschleifen, und die Einzelsegmente
und damit die Vorrichtung, können
durch die einstückige
Ausbildung der tragenden Bereiche extrem große Kräfte/Drücke übertragen.
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Die
Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigt
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die 1 einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
nämlich
das Lastende und den Umlenkbereich, ohne den Antrieb und die Umlenkvorrichtung,
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die 2 ist eine vergrößerte Detailansicht des
Lastendes,
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die 3 ein Schnitt entlang der
Linie III-III der 1,
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die 4 das lose Ende der Schubvorrichtung,
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die 5 bis 7 ein einzelnes Schubsegment in drei
Darstellungen und
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die 8 eine perspektivische Ansicht
der gesamten Vorrichtung mit Antrieb, aber ohne Schubvorrichtung.
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In 1 ist die erfindungsgemäße Schubvorrichtung
1 im Schnitt dargestellt. Die Schubvorrichtung 1 steht
im wesentlichen aus untereinander gleichen Einzelsegmenten 2,
die, wenn ihre Achsen fluchten, einer Gewindestange mit Seele gleichen und
an der Außenseite
mit einem durchlaufenden Gewinde 3, bevorzugt mehrgängig ausgebildet,
versehen sind. In der Seele 4 läuft ein Seil 5, das
durch eine Spannvorrichtung 6 (4) gespannt gehalten wird, vom Lastende
bis zum freien Ende der Schubvorrichtung durch. Die einzelnen Segmente 2 sind gegeneinander
um in ihre Stirnflächen
eingelegte Drehbolzen 7 verschwenkbar, die in passend ausgebildete
Nuten 8 der Einzelsegmente 2 eingelegt sind.
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Die 2 zeigt das Lastende der
Vorrichtung im vergrößerten Maßstab, man
erkennt das Ende und die Verankerung des durchlaufenden Seiles 5 und
im Zusammenhalt mit der
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3 die kardanische Aufbringung
der Last. Diese Art der Lastübertragung
stellt sicher, dass kein Moment (außer u.U. dem Reaktionsmoment
auf das Torsionsmoment zufolge des Antriebes, wie weiter unten erläutert) in
die Schubvorrichtung eingeleitet wird, wodurch die Stabilität der Vorrichtung
auch bei großer
Hubhöhe
verbessert wird. Es ist selbstverständlich möglich, eine andere Art der
Lastaufbringung zu verwenden.
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4 zeigt, wie kurz erwähnt, das
freie Ende der Schubvorrichtung 1, hier ist das durchlaufende Seil 5 durch
eine Endscheibe 10, die sich am letzten Schubsegment der
Vorrichtung abstützt,
durchgeführt
und wird im Abstand von der Endscheibe 10 in einer Haltescheibe 11,
die mehrteilig ausgebildet ist, fixiert. Zwischen der Haltescheibe 11 und
der Endscheibe 10 ist eine Druckfeder 12 angeordnet,
die das durchlaufende Seil auf Zug hält und so die einzelnen Segmente 2,
damit die gesamte Schubvorrichtung 1, auf Druck hält. Durch
dieses ständige
auf Druck halten der einzelnen Segmente 2 in axialer Richtung
ist es möglich,
den Schwenkmechanismus, so wie erwähnt, durch einfache Bolzen 7,
die in Nuten 8 mit Kreisbogenquerschnitt eingelegt sind,
zu verwirklichen.
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Bei
der Wahl der Durchmesser bzw. Toleranzen ist nur darauf zu achten,
daß in
gestreckter Lage, sei es nun im unbelasteten Bereich, auch Vorratsbereich
genannt, aber ganz besonders im Lastbereich, keine Druckkräfte über die
Bolzen 7 übertragen
werden. Die Druckkräfte,
egal ob sie nun von der Vorspannung des durchlaufenden Seiles 5 herrühren oder
von der Last, sind ausschließlich über die
Stützflächen zwischen
zwei jeweils benachbarten Segmente zu übertragen.
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Die 5 bis 7 zeigen ein solches erfindungsgemäßes Schubsegment
in Front- bzw. Seitenansicht und in perspektivischer Darstellung.
Die Stirnflächen 13, 14 jedes
Segmentes 2 sind im Kontaktbereich korrespondierend zueinander
ausgebildet, wobei, so wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, bevorzugt wird,
daß die
Stirnfläche 13 eine ringförmige Erhebung 15 aufweist,
der eine ringförmige
Vertiefung auf der gegenüberliegenden
Stirnfläche 14 entspricht.
Durch diese Erhebung, die der Größe, Form
und Lage nach mit der Vertiefung korrespondiert, wird eine sichere
Zentrierung und Führung zwischen
zwei benachbarten Segmenten nach der Biegebewegung im Lastbereich
erzielt. Ebenso wird im gestreckten, belasteten Zustand eine genau
fluchtende Lage der einzelnen Segmente 2 unter einander sichergestellt,
wodurch die erreichbare bzw. verwendbare Höhe (Länge) der Schubvorrichtung gesteigert
wird.
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Insbesondere
aus der Seitenansicht der 5 erkennt
man die Abschrägung 16 auf
der Seite der Nut 8, durch die die Biegebewegung zwischen den
einzelnen Segmenten ermöglicht
wird. Die Abschrägung
kann selbstverständlich
anders ausgestaltet sein, beispielsweise eine gekrümmte Querschnittform
aufweisen.
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Weiters
sind insbesondere in der Frontansicht, aber auch in der Schrägansicht
zwei einander diametral gegenüberliegende
Längsnuten 17 zu
erkennen, die der Führung
der einzelnen Schubsegmente 2 in Umfangsrichtung dienen.
In diese Längsnuten 17 greifen
bevorzugt im Lasttrum im Bereich des Antriebes Rollen, Kugeln oder
andere Wälzkörper ein
und führen
so das Reaktionsmoment der Antriebsmutter ab. In einer Variante
ist es auch möglich, das
Reaktionsmoment über
das Lastende und die Führung
der Last abzuleiten, wie oben kurz erwähnt. Im unbelasteten Trum,
im Vorratsbereich, können diese
Längsnuten 17 dazu
verwendet werden, die einzelnen Schubsegmente 2 zu führen und
zu halten.
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Schließlich ist
der 7, der perspektivischen
Ansicht, noch eine Reihe von Vertiefungen 18 in der Stirnfläche 13 zu
entnehmen. Derartige Vertiefungen 18 sind auch auf der
gegenüberliegenden Stirnfläche 14 vorgesehen.
Mit diesen Vertiefungen 18 hat es die folgende Bewandtnis:
Im Zuge der Herstellung der einzelnen Segmente 2 werden
diese mit gegebener Genauigkeit hergestellt, insbesondere wird mit
einer für
die Herstellung kostengünstigen Genauigkeit
das Trapezgewinde vorgedreht. Es werden sodann Kugeln, bevorzugt
aus Hartmetall, in die Vertiefungen eingeklebt, die einzelnen Segmente werden
dann mit der für
die Benutzung notwendigen Genauigkeit fluchtend angeordnet, beispielsweise auf
einer entsprechenden Welle aufgereiht, und mit großer Überlast
so verpreßt,
daß sich
die Kugeln in ihr Bett einpressen.
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Diese
Kugeln übertragen
das Reaktionsmoment von Segment zu Segment, was auch bei dessen
Ableitung im Antriebsbereich notwendig ist, wenn ein Segment gerade
den Eingriffsbereich mit der Antriebsmutter verläßt und somit nicht mehr unter deren
Wirkung steht. Darüber
hinaus übertragen
die Kugeln alle durch Toleranzen, Abnutzung oder rauhen Betrieb
entstehenden Querkräfte
bis zum Lastende.
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Bei
der Herstellung der Schubvorrichtung wird sodann das Trapezgewinde
der Segmente, ohne daß deren
Reihenfolge, axiale Orientierung oder Umfangslage verändert wird,
bevorzugt in einem Zug, geschliffen und (spätestens dann) mit dem durchlaufenden
Zugseil 5 und den entsprechenden Endstücken endmontiert. Auf diese
Weise erhält
man mit relativ geringen Kosten ein hochgenaues Trapezgewinde über die
gesamte Länge
der Schubvorrichtung, ungeachtet ihres geteilten Aufbaues.
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Die 6 schließlich zeigt eine Antriebsvorrichtung 20 für eine erfindungsgemäße Schubvorrichtung,
im wesentlichen bestehend aus einem Antriebsteil 21, einem
Umlenkteil 22 und einem Vorratsteil 23.
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Der
Antriebsteil 21 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel
aus einer Antriebs-Getriebe-Einheit 24,
einem Zahnriemen 25 und einem mit der nicht sichtbaren
Antriebsmutter drehfest verbundenen Zahnrad 26, das vom
Zahnriemen 25 angetrieben wird. Die Figur stellt eine Versuchsanordnung dar,
bei der aus Gründen
der Zugänglichkeit
die Antriebs-Getriebe-Einheit nicht am vorderen Teil der Montageplatte
und nach unten gerichtet, angeordnet wurde, um niedriger zu bauen.
Die Verbindung zwischen der eigentlichen Antriebsmutter (nicht dargestellt)
und dem Antrieb 21 erfolgt bevorzugt über eine kardanische Aufhängung ähnlich der
am Lastende der Schubvorrichtung, um Toleranzen, Abnutzungen, etc.
ausgleichen zu können,
ohne dass es zur Einleitung von Momenten oder Querkräften in
den Lastbereich der Schubvorrichtung kommt.
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Der
Vorratsteil 23 besteht im wesentlichen aus zwei schneidenartigen,
in einer gemeinsamen vertikalen Ebene angeordneten Führungen 27,
die mit den Längsnuten 17 (5 bis 7) der einzelnen Schubsegmente 2 zusammenwirken.
Zur Erhöhung der
mechanischen Festigkeit sind diese Führungen 27 auf einem
Träger 28 angeordnet.
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Der
Umlenkteil 22 besteht im wesentlichen aus einer gekrümmten Fortsetzung
der beiden Führungen 27,
wobei deren lichte Breite in diesem Bereich vergrößert ist,
um die Sehnenstellung der einzelnen Segmente 2 zu berücksichtigen.
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Im
dargestellten Beispiel wird ein mehrgängiges Trapezgewinde verwendet,
dies ist insbesondere für
die Übertragung
hoher Kräfte
vorteilhaft, selbstverständlich
ist es möglich,
eine andere Gewindeform zu verwenden. Wesentlich ist nur, dass das
Außengewinde
der Segmente mit dem Innengewinde der Mutter geometrisch zusammenpaßt und unter den
Einsatzbedingungen die Bewegung erlaubt, aber selbsthemmend ist.
Damit ist im Falle des Ausfalls des Antriebs der eigensichere Stillstand
der Vorrichtung gewährleistet.
Gleichermaßen
kann der Antrieb statt eines Riemens ein Zahngetriebe oder einen Schneckenantrieb
umfassen, letzteren insbesondere dann, wenn durch seine Verwendung
auf jedes weitere Getriebe verzichtet werden kann, es stellt der dargestellte
Antrieb nur eine von vielen möglichen Ausführungsform
dar.
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Im
Vorratsbereich 23 können
die Schubsegmente 2 entweder durch normale Gleitreibung
entlang der Führungen 27 verfahren
werden, aber es ist selbstverständlich
auch möglich,
auf diesen Führungen
Wälzkörper anzubringen,
um die Reibung herabzusetzen.
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Die
verwendeten Materialien sind vom Fachmann auf dem Gebiet des Maschinenbaues
und insbesondere der Lasthebemaschinen und der Getriebetechnik in
Kenntnis der Erfindung und des jeweiligen Anwendungsfalles leicht
zu bestimmen, die einzelnen Segmente können aus üblichem Werkzeugstahl oder
Baustahl hergestellt werden, der Zahnbereich kann unter Umständen gehärtet werden,
die Kugeln sollten aus einem Material bestehen, das deutlich härter ist
als die Stirnbereiche 13, 14 der Segmente 2,
in die sie verpreßt
werden.
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Statt
der Spannvorrichtung 6 kann das Zugseil 5 elastisch
ausgebildet und unter Vorspannung montiert sein; statt der einfachen
Knickgelenke bestehend aus Wälzkörpern 7 und
Nuten 8 können
richtiggehende Gelenke vorgesehen sein, wobei dann unter Umständen das
Zugseil 5 entfallen kann; es ist denkbar, das jeweils endständige (oder
auch mehrere) Einzelsegmente) ohne Längsnut 17 auszubilden, wenn
dies wegen der Hubhöhe
nicht notwendig ist.
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Unter „Last", „Lasttrum" etc. ist nicht nur
eine vertikal verlaufende Anordnung zu verstehen, die erfindungsgemäße Vorrichtung
kann auch schräg
oder horizontal (z.B. als Holz spalter, zum Verschieben von Lasten,
bei Horizontalpressen, etc.) eingesetzt werden, wenn nur die Last
in Richtung des Lasttrums verläuft.
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In
einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Hohlraum der Einzelsegmente 2 eine
Einschnürung
aufweist, um das Seil 5 im Lastabschnitt mittig zu führen und
so die aufgeprägten
Momente bzw. Querkräfte
weiter zu minimieren.