DE102016105315B3

DE102016105315B3 - Kettenantrieb für ketten- oder raupenangetriebene Bewegungsvorrichtungen und Bewegungsvorrichtung hierzu

Info

Publication number: DE102016105315B3
Application number: DE102016105315.5A
Authority: DE
Inventors: Philip Bonmann; Heiko Westphalen; René Röthig; Dominik Peter Patrick Delisle; Andreas Kolbe
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2036-03-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kettenantrieb für ketten- oder raupenangetriebene Bewegungsvorrichtungen mit wenigstens einer Antriebskette, die aus einer Mehrzahl von ineinander verbundenen Kettengliedern besteht, die jeweils gelenkig miteinander verbunden sind. Die einzelnen Kettenglieder weisen dabei jeweils einen Kettengliedantrieb auf, der zum Erzeugen einer Antriebskraft quer zur umlaufenden Bewegungsrichtung der Antriebskette ausgebildet ist, wenn das jeweilige Kettenglied die zu befahrende Oberfläche mit seiner äußeren Lauffläche kontaktiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kettenantrieb für ketten- oder raupenangetriebene Bewegungsvorrichtungen bzw. Fahrzeuge nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine ketten- oder raupenangetriebene Bewegungsvorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Kettenantrieb.
Faserverbundwerkstoffe sind aus der Luft- und Raumfahrt heute nicht mehr wegzudenken. Insbesondere kritische Strukturelemente werden aufgrund der hohen gewichtsspezifischen Festigkeit und Steifigkeit des Werkstoffes bei minimalem Gewicht aus faserverstärkten Kunststoffen gefertigt. Dabei kommen neben trockenen Faserhalbzeugen auch sogenannte Prepregs zum Einsatz, bei denen die Fasern bereits mit einem Matrixmaterial vorimprägniert sind. Durch die aus der Faserorientierung resultierenden anisotropen Eigenschaften der Faserverbundwerkstoffe können Bauteile exakt an lokale Belastungen angepasst werden und ermöglichen so eine optimale Materialausnutzung im Sinne des Leichtbaus. Durch die Forderung nach immer höheren Stückzahlen sowie den hohen qualitativen Ansprüchen an die Qualität der Bauteile bei zunehmender Komplexität der Bauteilgeometrie wird der gesamte Herstellungsprozess zunehmend automatisiert. Hierbei werden in der Regel ortsgebundene Anlagen verwendet, bei denen die Fasern mithilfe eines beweglichen Endeffektors auf ein feststehendes Werkzeug abgelegt werden.
So werden in der industriellen Fertigung von großen Luftfahrstrukturen wie Flügel, Rumpfschalen und Seitenleitwerke zumindest große ortsgebundene Portalanlagen verwendet, bei denen der Endeffektor zum Ablegen der Fasern an einer verfahrbaren Brücke montiert ist. Durch die verschiedenen Achsen des Endeffektors und der Portalanlage kann Material auf mehrfach gekrümmte Konturen abgelegt werden.
Aus der DE 10 2010 015 027 A1 ist darüber hinaus eine Faserlegeanlage bekannt, bei der um ein feststehendes Formwerkzeug ein Schienensystem angeordnet ist, auf dem mehrere Roboter um das Formwerkzeug herum verfahrbar vorgesehen sind. Die einzelnen Roboter weisen als Endeffektor einen Ablegekopf auf, mit dem Fasern auf dem in der Mitte des Schienensystems angeordneten Formwerkzeug abgelegt werden können.
Aufgrund der Verfahrbarkeit der Robotereinheiten auf dem Schienensystem können auch große Bauteilstrukturen hergestellt werden, wobei aufgrund der Mehrzahl von Robotern die Effektivität des Ablegeprozesses deutlich erhöht werden kann.
Es hat sich jedoch als nachteilig herausgestellt, dass derartige Anlagen einen enormen Platzbedarf benötigen, die eine große Hallenfläche und aufgrund der großen Masse spezielle Fundamente erfordern. Dies führt letztlich zu hohen Investitionskosten bei der Planung und Ausführung der Fertigungshalle.
Aus der nachveröffentlichten DE 10 2015 100 102 A1 ist eine Fertigungsanlage sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils bekannt, bei dem die formgebende Werkzeugoberfläche befahrbar ausgebildet ist. Des Weiteren ist mindestens eine mobile Robotereinheit vorgesehen, die zum Befahren der formgebenden Werkzeugoberfläche ausgebildet ist und zur Durchführung eines der Herstellungsschritte bei der Herstellung des Faserlegeaufbaus eingerichtet ist. So kann die mobile Robotereinheit beispielsweise ein Faserablegemodul aufweisen, das zum Ablegen von Fasermaterial auf der formgebenden Werkzeugoberfläche zur Herstellung eines Fasergeleges des Fasergelegeaufbaus ausgebildet ist. Durch das selbstständige Befahren des Werkzeuges entfallen die für die Ablage des Fasermaterials notwendigen Robotereinheiten, wodurch der Platzbedarf derartige Anlagen verringert und die Investitionskosten reduziert werden können.
Als nachteilig hat sich jedoch die mangelnde flexible Bewegbarkeit der auf dem Formwerkzeug fahrenden Robotereinheiten herausgestellt. Gerade bei einer Richtungsänderung führt der mechanische Kontakt zwischen den Rädern und den bereits abgelegten Fasern zu Scherkräften, die zu einer Beschädigung des Fasergeleges führen können. Zwar sind aus dem Stand der Technik sogenannte Allseitenräder bekannt, die auch ein Verfahren von Fahrzeugen in axialer Richtung der Allseitenräder ermöglichen. Allerdings ist hier die Flächenpressung und Druckbelastung, die auf die bereits abgelegten Fasern wirken, zu hoch, um Beschädigungen des Fasermaterials zu vermeiden.
Aus der gattungsgemäßen JP H06-64 567 A ist ein Kettenantrieb für Raupenfahrzeuge bekannt, der besonders kompakt aufgebaut sein soll. Hierzu ist eine Antriebswelle parallel zur Bewegungsrichtung angeordnet, sodass alle die Antriebskette antreibenden Räder kompakt verbunden werden können.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Bewegungsvorrichtung, insbesondere für mobile Robotereinheiten zur Faserablage, anzugeben, die eine hochflexible Bewegung der Robotereinheit ermöglicht und gleichzeitig eine geringe Flächenpressung zum Schutz der bereits abgelegten Fasermaterialien aufweist.
Die Aufgabe wird mit dem Kettenantrieb gemäß Patentanspruch 1 und der Bewegungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 12 erfindungsgemäß gelöst.
Gemäß Anspruch 1 ist ein Kettenantrieb für ketten- oder raupenangetriebene Bewegungsvorrichtungen vorgesehen, wobei der Kettenantrieb wenigstens eine geschlossene, endlosbandförmige Antriebskette aufweist, die mit einem Antriebsrad in mechanischer Wirkverbindung steht, das mit einem Antriebsstrang der Bewegungseinheit verbindbar oder verbunden ist. Der Antriebsstrang der Bewegungsvorrichtung, der beispielsweise einen Motor samt Kraftübertragungswelle und Kupplung sein kann, steht mit dem Antriebsrad so in Wirkverbindung, dass der Antriebsstrang das Antriebsrad in eine Drehbewegung versetzen kann. Aufgrund der Drehbewegung des Antriebsrads kommt es dann zu einer umlaufenden Bewegung der Antriebskette, so dass sich die Bewegungsvorrichtung ketten- oder raupenförmig fortbewegt. Dies entspricht in etwa dem Funktionsprinzip des aus dem Stand der Technik bekannten Ketten- oder Raupenfahrzeuges.
Die Antriebskette, die auch Gleiskette genannt wird, weist dabei eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Kettengliedern auf, die jeweils dreh- oder schwenkbar miteinander gelenkig verbunden sind, um die geschlossene, endlosbandförmige Antriebskette zu bilden. Aufgrund der dreh- oder schwenkbaren Verbindungen der einzelnen Kettenglieder wird es möglich, die Antriebskette in einem Radius um das Antriebsrad und weiteren Umlenkrollen geschlossen herum zu führen, so dass sich eine umlaufende Bewegung der Antriebskette ergibt.
Das Antriebsrad ist dabei Teil eines sogenannten Laufwerks des Kettenantriebs, um das die Antriebskette herum geschlossen bewegt wird. Das Laufwerk eines Kettenantriebes dient dabei dazu, die Antriebskette ggf. auf Spannung zu halten und eine entsprechend geführte umlaufende Bewegung der Antriebskette um das Laufwerk herum zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass jedes Kettenglied jeweils mindestens einen Kettengliedantrieb aufweist, der zum Erzeugen einer Antriebskraft quer zur umlaufenden Bewegungsrichtung der Antriebskette ausgebildet ist, wenn das jeweilige Kettenglied die zu befahrende Oberfläche mit seiner äußeren Lauffläche kontaktiert.
In die einzelnen Kettenglieder sind erfindungsgemäß demnach Kettengliedantriebe integriert, die eine Antriebskraft erzeugen können, die quer zur umlaufenden Bewegungsrichtung der Antriebskette gerichtet ist. Quer zur umlaufenden Bewegungsrichtung der Antriebskette meint hierbei, dass die durch den Kettengliedantrieb erzeugte Antriebskraftrichtung sich von der umlaufenden Bewegungsrichtung der Antriebskette durch einen Winkel unterscheidet. Vorzugsweise meint quer zur umlaufenden Bewegungsrichtung, dass die von den Kettengliedantrieben erzeugte Antriebskraft orthogonal zu der umlaufenden Bewegungsrichtung erzeugt wird. Die umlaufende Bewegungsrichtung der Antriebskette meint hierbei insbesondere die Richtung der von der Antriebskette erzeugten Antriebskraft.
Hierdurch wird es möglich, dass eine ketten- oder raupenangetriebene Bewegungsvorrichtung neben den klassischen translatorischen Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen sowie den rotatorischen Bewegungen auch eine reine translatorische Querbewegung ausführen kann, so dass bei entsprechenden Steuerungsmanövern ein Fahrzeug mit einem derartigen Kettenantrieb auch eine rein translatorische Querbewegung ausführen kann, wodurch die auf die zu befahrende Oberfläche wirkenden Scherkräfte bei einer beispielsweise durchgeführten Rotation um die eigene Achse mithilfe des Kettenantriebes deutlich verringert werden kann. Zudem sind Bewegungen aus der Kombination der translatorischen Bewegungsmöglichkeiten ohne Änderung der Orientierung mit deutlich reduzierten Scherkräften auf der Oberfläche möglich.
Außerdem weist ein derartiger Kettenantrieb eine sehr geringe Flächenpressung auf, wodurch er sich grundsätzlich dazu eignet, als Antrieb einer mobilen Robotereinheit zum Befahren eines Formwerkzeuges zu dienen.
Die gelenkige Verbindung zwischen den Kettengliedern zur beweglichen Verbindung der Kettenglieder kann beispielsweise ein Festkörpergelenk oder ein Scharnier sein. Auch Kugelgelenke oder andere Gelenkformen sind hier denkbar.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die Kettengliedantriebe der Kettenglieder jeweils mindestens ein geschlossenes, endlosbandförmiges Antriebsband auf, das so angeordnet ist, dass die umlaufende Bewegungsrichtung des Antriebsbandes quer zur umlaufenden Bewegungsrichtung der Antriebskette ist, so dass durch eine umlaufende Bewegung des Antriebsbandes die Antriebskraft quer zur umlaufenden Bewegungsrichtung der Antriebskette durch die Antriebsbänder erzeugt werden kann. Die geschlossenen, endlosbandförmigen Antriebsbänder weisen einen Innenbereich auf, der von dem jeweiligen geschlossenen, endlosbandförmigem Antriebsband umschlossen wird und einen Außenbereich hierzu abgrenzt.
Die Antriebsbänder der Kettengliedantriebe sind dabei so ausgebildet, dass zumindest diejenigen Antriebsbänder der Kettengliedantriebe, die mit ihren äußeren Laufflächen die zu befahrende Oberfläche kontaktieren, jeweils mit einer Antriebseinheit in mechanischer Wirkverbindung stehen, die zum Erzeugen einer umlaufenden Bewegung der Antriebsbänder quer zur umlaufenden Bewegungsrichtung der Antriebskette ausgebildet ist, so dass die Antriebskraft quer zur umlaufenden Bewegungsrichtung der Antriebskette erzeugt ist oder erzeugt wird. Mit anderen Worten, kontaktieren die Antriebsbänder die zu befahrende Oberfläche vollständig, so ist aufgrund der Natur eines Kettenantriebes ein Teil der Kettenglieder in einer Position, an der die Kettenglieder die zu befahrende Oberfläche nicht kontaktieren. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass zumindest diejenigen Kettenglieder bzw. ihre Antriebsbänder, die aktuell die zu befahrende Oberfläche kontaktieren und zwar unmittelbar, mit einer Antriebseinheit in Verbindung stehen, die eine umlaufende Bewegung der Antriebsbänder, die mit der Oberfläche kontaktieren, bewirkt. Denkbar ist selbstverständlich auch, dass zu jeder Zeit immer alle Antriebsbänder der Antriebskette mit der Antriebseinheit in mechanischer Wirkverbindung stehen, wobei dann die einzelnen Antriebsbänder vorzugsweise so ausgebildet sind, dass sie separat von den anderen durch die Antriebseinheit in eine umlaufende Bewegung versetzt werden können. Denn nur diejenigen Antriebsbänder, die auch Kontakt mit der zu befahrenden Oberfläche haben, können schließlich über eine Bewegung der Antriebsbänder die Antriebskraft quer zur umlaufenden Bewegungsrichtung der Antriebskette erzeugen.
Dabei ist es denkbar, dass die Geschwindigkeit der einzelnen Antriebsbänder unabhängig voneinander geregelt werden können, so dass die Antriebsbänder unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen können.
Vorzugsweise werden die äußeren Laufflächen der Kettenglieder durch die jeweiligen Antriebsbänder der Kettenglieder gebildet. Damit stehen die jeweiligen Antriebsbänder immer in direktem Kontakt mit der zu befahrenden Oberfläche.
Vorzugsweise weisen die Antriebsbänder der Kettenglieder jeweils zwei gegenüberliegende angeordnete Umlenkrollen auf, die im Innenbereich der Antriebsbänder angeordnet sind, so dass die Antriebsbänder ihre jeweiligen Umlenkrollen umschließen. Vorzugsweise ist dabei mindestens eine der Umlenkrollen eines jeweiligen Antriebsbandes mit der Antriebseinheit für eine rotatorische Bewegung der Umlenkrolle verbunden, um so eine umlaufende Bewegung der Antriebsbänder quer zur umlaufenden Bewegungsrichtung der Antriebsachse zu erzeugen, wenn die Umlenkrolle in eine rotatorische Bewegung mittels der Antriebseinheit versetzt wird.
Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass jedes Antriebsband einzeln angesteuert werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die Antriebsbänder der Kettenglieder wieder jeweils zwei gegenüberliegend angeordnete Umlenkrollen auf, die im Innenbereich der Antriebsbänder angeordnet sind, so dass die Umlenkrollen von den Antriebsbändern der Kettenglieder umschlossen werden. Als Antriebseinheit sind nun mehrere Allseitenräder vorgesehen, die zumindest diejenigen Antriebsbänder der Kettengliedantriebe kontaktieren, die mit ihren äußeren Laufflächen die zu befahrende Oberfläche insbesondere vollständig kontaktieren. Diejenigen Antriebsbänder, die die zu befahrende Oberfläche vollständig kontaktieren, stehen dabei jeweils mit mindestens einem drehbar antreibbaren Allseitenrad in mechanischer Wirkverbindung, wobei das jeweilige Allseitenrad an seinem Umfang mehrere, orthogonal zur Hauptdrehachse des Allseitenrades angeordnete Hilfsräder hat. Die Hauptdrehachse des Allseitenrades entspricht dabei der umlaufenden Bewegungsrichtung der Antriebskette.
Soll lediglich die Antriebskette bewegt werden, so dass das Fahrzeug eine translatorische Vor- und Zurückbewegung ausführt oder eine rotatorische Bewegung, so wird das Allseitenrad nicht um die Hauptdrehachse gedreht, wobei aufgrund der Kontaktierung der Antriebsbänder mit den Hilfsrädern der Allseitenräder, die orthogonal zur Hauptdrehachse des Allseitenrades angeordnet sind, eine Drehung der Hilfsräder während einer umlaufenden Bewegung der Antriebskette erfolgt, wodurch die Antriebskette nahezu reibungsfrei bzw. reibungsarm trotz kontaktieren Allseitenrädern bewegt werden kann.
Soll hingegen eine Bewegung der Antriebsbänder ausgeführt werden, um so eine Antriebskraft quer zur umlaufenden Bewegung der Antriebskette zu erzeugen, so wird das Allseitenrad um seine Hauptdrehachse gedreht, wodurch die Antriebsbänder der Kettenglieder ebenfalls in eine umlaufende Drehbewegung versetzt werden, da die Antriebsbänder jeweils mit mindestens einem Allseitenrad in Wirkverbindung stehen. Vorteilhafterweise sind immer mehrere Allseitenräder pro Antriebsband vorgesehen.
Hierdurch kann eine Antriebseinheit für die Antriebsbänder realisiert werden, die bei einer Bewegung der Antriebskette unbenutzt bleibt und erst bei einer Bewegung der Antriebsbänder genutzt wird.
Demnach ist es vorteilhaft, wenn die axiale Ausrichtung der Hauptdrehachse des Allseitenrades im Wesentlichen der umlaufenden Bewegungsrichtung der Antriebskette entspricht und/oder die Hauptdrehachse des Allseitenrades im Wesentlichen parallel zu einer Kettengliedebene angeordnet ist, wodurch diejenigen Kettenglieder gebildet werden, die mit ihrer äußeren Lauffläche die zu befahrende Oberfläche vollständig kontaktieren.
Die umlaufende Bewegungsrichtung der Antriebskette bzw. der Antriebsbänder ist diejenige Richtung, in die sich die Antriebskette bzw. das Antriebsband bewegen würde, wenn die Antriebskette bzw. das Antriebsband eine umlaufende Bewegung durchführt. Bei einer Antriebskette wäre dies somit die normale Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegung des Fahrzeuges aufgrund einer umlaufenden Bewegung der Antriebskette. Mit anderen Worten, die umlaufende Bewegungsrichtung einer Antriebskette bzw. eines Antriebsbandes wird durch die Bewegungsrichtung definiert, in der sich die oberen Kettenglieder, die gegenüber den nicht mit der Oberfläche kontaktierten Kettengliedern läuft, bewegt. Diese Laufrichtung der oberen Kettenglieder bzw. der oberen Bandebene eines Antriebsbandes entspricht aber in der Regel auch der Richtung der Fortbewegung bzw. die Richtung der Antriebskraft.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Allseitenräder über eine gemeinsame Antriebswelle axial miteinander verbunden, so dass sie mit nur einem einzigen Antriebsstrang, beispielsweise dem Antriebsstrang der Bewegungsvorrichtung, verbunden werden müssen, um eine entsprechende Bewegung der Bewegungsvorrichtung quer zur normalen Bewegungsrichtung zu erzeugen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Allseitenräder oder zumindest ein Teil der Allseitenräder im Innenbereich der jeweiligen Antriebsbänder angeordnet, so dass sie dicht und kompakt geschützt in den Kettenantrieb integriert sind.
Alternativ oder zusätzlich können die Allseitenräder oder ein Teil davon auch im Außenbereich so angeordnet sein, dass die jeweiligen Allseitenräder mit den jeweiligen Antriebsbändern über eine der Laufseite gegenüberliegenden Kontaktseite der Antriebsbänder in mechanischer Wirkverbindung stehen, um die Antriebskraft durch eine umlaufende Bewegung der Antriebsbänder zu erzeugen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Elektroadhäsionseinrichtung vorgesehen, die zum Erzeugen eines elektroadhäsiven Feldes derart ausgebildet ist, dass eine Anpresskraft bzw. Haltekraft in Richtung der zu befahrenden Oberfläche bewirkt wird. Hierdurch kann insbesondere bei unstetem Oberflächenverlauf erreicht werden, dass die Bewegungsvorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Kettenantrieb besonders gut an der Oberfläche haftet. Hierdurch können insbesondere größere Steigungen durch die Bewegungsvorrichtung bewerkstelligt werden.
Mithilfe der Elektroadhäsionseinrichtung und dem mit dieser Einrichtung erzeugten elektroadhäsiven Feld wird eine elektrostatische Anziehungskraft in Richtung der zu befahrenden Oberfläche bewirkt, so dass die Bewegungsvorrichtung immer mit einer vorgegebenen Haltekraft auf der zu befahrenden Oberfläche gehalten bzw. gedrückt wird. Dies hat den weiteren Vorteil, dass beispielsweise abzulegendes Fasermaterial mit einer entsprechenden Anpresskraft auf die Oberfläche abgelegt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Elektroadhäsionseinrichtung so ausgebildet sein, dass sie an den Antriebsbändern jeweils eine elektrostatische Folie aufweist, die zum Erzeugen des elektroadhäsiven Feldes derart ausgebildet ist, dass eine elektrostatische Anpresskraft bzw. Haltekraft in Richtung der zu befahrenden Oberfläche bewirkt wird. Die Folie kann dabei außen an den Antriebsbändern oder im Innenraum der Antriebsbänder vorgesehen sein.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, dass die Elektroadhäsionseinrichtung im Innenbereich der jeweiligen Antriebsbänder eine elektrostatische Feldeinheit hat, die zum Erzeugen des elektrostatischen Feldes ausgebildet ist. Die elektrostatische Feldeinheit kann beispielsweise zwischen den beiden Umlenkrollen im Innenbereich der Antriebsbänder angeordnet sein.
Darüber hinaus wird die Aufgabe auch mit einer ketten- oder raupenangetriebenen Bewegungsvorrichtung gelöst, wobei die Bewegungsvorrichtung einen Antriebsstrang, eine Bewegungssteuerung und einen mit dem Antriebsstrang verbundenen Kettenantrieb aufweist, der die Merkmale wie vorstehend genannt hat. Der Kettenantrieb weist dabei mindestens eine Antriebskette, vorzugsweise zwei Antriebsketten auf und ist somit dazu eingerichtet, translatorische Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen auszuführen sowie hierzu quer liegende translatorische Seitwärtsbewegungen.
Darüber hinaus ist es auch ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Fasergelegeaufbaus für die Herstellung eines Faserverbundbauteils anzugeben, wobei mindestens eine mobile Robotereinheit bereitgestellt wird, die einen Antriebsstrang und einen mit dem Antriebsstrang verbundenen Kettenantrieb wie vorstehend beschrieben hat, wobei der Kettenantrieb mindestens zwei Antriebsketten hat. Die mobile Robotereinheit kann dabei auf einem formgebenden Werkzeug fahren bzw. dieses formgebende Werkzeug befahren und weist ein Arbeitsmodul auf, das zur Durchführung eines Herstellungsschrittes bei der Herstellung eines Fasergelegeaufbaus ausgebildet ist, wenn die mobile Robotereinheit auf der formgebenden Werkzeugoberfläche bewegt wird.
Anschließend kann nun mindestens ein Herstellungsschritt bei der Herstellung des Fasergelegeaufbaus durch das Arbeitsmodul der mobilen Robotereinheit während des Befahrens der formgebenden Werkzeugoberfläche durch die mobile Robotereinheit durchgeführt werden.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
1 – stark vereinfachte schematische Darstellung einer kettenangetriebenen Bewegungsvorrichtung in einer Draufsicht;
2 – schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Gedankens;
3 – schematische Darstellung einer Seitenansicht des erfindungsgemäßen Kettenantriebs;
4 – schematische Darstellung der Elektroadhäsionseinrichtung.
1 zeigt zu Anschauungszwecken stark vereinfacht eine ketten- oder raupenangetriebene Bewegungsvorrichtung 10, die einen Kettenantrieb 11 aufweist. Der Kettenantrieb 11 weist zwei Antriebsketten 12 auf, die in sich geschlossen und endlosbandförmig sind, ähnlich einer Gleiskette von Ketten- oder Raupenfahrzeugen. Die beiden Antriebsketten 12 umlaufen dabei jeweils ein Antriebsrad 13, das in der Draufsicht normalerweise nicht zu sehen wäre und daher in gestrichelter Form dargestellt ist.
Das Antriebsrad 13 ist mit einem Antriebsstrang 14 verbunden, der zum Ausüben einer Drehbewegung ausgebildet ist. Der Antriebsstrang 14 kann beispielsweise einen Motor, eine Kupplung, sowie eine Übertragungswelle aufweisen und ist ausgebildet, das Antriebsrad 13 in eine Drehbewegung zu versetzen. Aufgrund der Drehbewegung des Antriebsrades 13 wird die Antriebskette 12 in eine umlaufende Bewegung versetzt, und zwar in Richtung der umlaufenden Bewegungsrichtung R_AK. Diese entspricht in der Regel der Richtung der von der Antriebskette erzeugten Antriebskraft.
Die umlaufende Bewegungsrichtung der umlaufenden Bewegung der Antriebskette 12 ist dabei diejenige Richtung, die sich bei der Draufsicht in einer zweidimensionalen Darstellung der Antriebskette bei einer umlaufenden Bewegung der Antriebskette 12 ergibt.
Mit einer solchen aus dem Stand der Technik bekannten ketten- oder raupenangetriebenen Bewegungsvorrichtung 10 sind dabei translatorische Vorwärtsbewegungen B_TV sowie translatorische Rückwärtsbewegungen B_TR als auch rotatorische Bewegungen B_rot durchführbar.
Jede der Antriebsketten 12 weist dabei eine Mehrzahl von Kettengliedern 15 auf, die jeweils miteinander verbunden sind und so die geschlossene, endlosbandförmige Antriebskette 12 bilden. Die einzelnen Kettenglieder 15 sind dabei über Kettengliedgelenke 16 miteinander verbunden, so dass jedes Kettenglied 15 gegenüber seinem benachbarten Kettenglied bewegbar, d.h. dreh- oder schwenkbar vorgesehen ist. Dies ist wichtig, damit die Antriebskette 12 den Radius um das Antriebsrad 13 beschreiben kann. Die Kettengliedgelenke 16 können dabei beispielsweise in Form von Festkörpergelenken bei einer durchgehenden Antriebskette 12 oder in Form von Scharnieren ausgebildet sein.
2 zeigt schematisch ein Kettenglied 15 in einer Querschnittsdarstellung. Die umlaufende Bewegungsrichtung ist hierbei aus der Betrachtungsebene heraus.
Erfindungsgemäß weist das Kettenglied 15 ein geschlossenes, endlosbandförmiges Antriebsband 20 auf, das um zwei Umlenkrollen 21 umlaufend geführt ist. Durch die geschlossene, endlosbandförmige Ausgestaltung des Antriebsbandes 20 ergibt sich somit ein Innenbereich 22, der durch das Antriebsband 20 von einem Außenbereich 23 abgegrenzt wird.
An den Umlenkrollen 21 ist eine sogenannte Kettengliedaufnahme 24 angeordnet, die zum einen die drehbar ausgebildeten Umlenkrollen 21 aufnimmt und in Position hält und zum anderen ausgebildet ist, mit angrenzenden Kettengliedern 15 verbunden zu werden, um so die spätere Antriebskette 12 zu bilden. Die Kettengliedaufnahme 24 ist somit Bestandteil der Kettengliedgelenke zur gelenkigen Anordnung der einzelnen Kettenglieder 15.
Das Antriebsband 20 ist ausgebildet, eine umlaufende Bewegung um die Umlenkrollen 21 auszuführen, so dass eine umlaufende Bewegungsrichtung R_AB definiert werden kann. Die umlaufende Bewegungsrichtung R_AB des Antriebsbandes 20 ergibt sich auch hier aus der Bewegungsrichtung des Antriebsbandes 20 in einer Draufsicht in einer rein zweidimensionalen Darstellung (nicht dargestellt) und entspricht in der Regel der Richtung der erzeugten Antriebskraft.
Auf dem Antriebsband 20 steht in mechanischer Wirkverbindung eine Antriebseinheit 25, die ausgebildet ist, das Antriebsband 20 in eine umlaufende Bewegung in Richtung der umlaufenden Bewegungsrichtung R_AB zu versetzen. Hierfür weist die Antriebseinheit 25 für dieses Kettenglied 15 ein Allseitenrad 26 auf, dessen Hauptdrehachse 27 aus der Betrachtungsebene herausführt und quer, insbesondere orthogonal, zur umlaufenden Bewegungsrichtung R_AB des Antriebsbandes 20 steht.
Wie zu erkennen ist, führt eine Drehbewegung des Allseitenrades 26 um die Hauptdrehachse 27 zu einer Kraftübertragung auf das Antriebsband 20, so dass sich dieses daraufhin in eine umlaufende Bewegung versetzen lässt.
Hierdurch wird es möglich, dass die einzelnen Kettenglieder eine Antriebskraft in Richtung der umlaufenden Bewegungsrichtung R_AB erzeugen, so dass eine Antriebskette, die nur aus solchen Kettengliedern besteht oder nur solche Kettenglieder aufweist, nicht nur eine translatorische Vorwärts- und Rückwärtsbewegung B_TV, B_TR ausführen kann, sondern auch eine translatorische Seitwärtsbewegung (s. 1 B_TLi: translatorisch links, B_TRe: translatorisch rechts).
Ein derartiger Kettenantrieb 11 mit derartigen Kettengliedern 15 ist somit in der Lage, den möglichen Bewegungsebenen zwei weitere Bewegungsebenen hinzuzufügen, nämlich eine reine translatorische Querbewegung B_TLi, B_TRe.
Das in 2 gezeigte Allseitenrad 26 weist an seinem Umfang eine Mehrzahl von Hilfsrädern 28 auf, deren Drehachsen orthogonal zur Drehachse 27 des Allseitenrades 26 angeordnet ist. Bei einer Drehung des Allseitenrades 26 zur Erzeugung einer umlaufenden Bewegung des Antriebsbandes 20 treffen die Hilfsräder 28 rechtwinklig auf das Antriebsband 20, so dass sich die Hilfsräder 28 nicht drehen und das Allseitenrad 26 verwendet werden kann wie ein normales Antriebsrad. Bei einer Bewegung der Antriebskette 12 in Richtung der umlaufenden Bewegungsrichtung R_AK hingegen (aus der Betrachtungsebene heraus) dreht sich das Allseitenrad 26 nicht, jedoch diejenigen Hilfsräder 28, die mit dem Antriebsband 20 einer der Kettenglieder 15 in Kontakt steht. Dadurch wird es möglich, dass bei einer umlaufenden Bewegung der Antriebskette 12 die einzelnen Antriebsbänder 20 ungehindert entlang der Antriebseinheit 25 mit ihren Allseitenrädern 26 entlang fahren kann, ohne dass es hierbei zu einer Behinderung durch das Allseitenrad 26 kommt. Vielmehr kann das Allseitenrad 26 immer in Kontakt mit den jeweiligen Kettengliedern 15 verbleiben, unabhängig von der gewünschten Bewegung.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Kettenantriebes 11 in einer seitlichen Perspektive. Die Kettenglieder der Antriebskette sind dabei so aufgebaut, wie in 2 gezeigt. Dabei ist eine Antriebseinheit 25 vorgesehen, die aus mehreren Allseitenrädern 26 besteht oder solche aufweist, wobei die einzelnen Allseitenräder 26 jeweils über eine gemeinsame Welle 29 verbunden und somit gemeinsam drehbar antreibbar sind.
Besteht eine umlaufende Bewegung der Antriebskette 12, so gleiten die einzelnen Antriebsglieder 15 an den Hilfsrädern 28 der einzelnen Allseitenräder 26 entlang und werden durch die Antriebseinheit 25 nicht blockiert. Soll hingegen eine translatorische Seitwärtsbewegung ausgeführt werden, so drehen sich die Allseitenräder 26, angetrieben durch ihre Welle 29, um ihre Hauptdrehachse, wodurch die Antriebsbänder 20 in eine umlaufende Bewegung versetzt werden, so dass eine Antriebskraft erzeugt wird, die schließlich in einer translatorischen Seitwärtsbewegung resultiert.
4 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Kettenglied 15, ähnlich wie in 2, wobei im Innenraum 22 des Kettengliedes 15 eine Elektroadhäsionseinrichtung 30 vorgesehen ist. Im Ausführungsbeispiel der 4 weist die Elektroadhäsionseinrichtung 30 eine elektrostatische Feldeinheit 31 auf, die in die Nähe der zu befahrenden Oberfläche angeordnet ist. Mithilfe der elektrostatischen Feldeinheit 31, die vorzugsweise dann an jedem Kettenglied 15 angeordnet ist, wird ein elektroadhäsives Feld erzeugt, das mit der zu befahrenden Oberfläche derart zusammenwirkt, dass eine Haltekraft in Richtung der zu befahrenden Oberfläche wirkt. Aufgrund des kinematischen Zusammenhangs der elektrostatischen Feldeinheit 31 mit den Kettengliedern 15 wird somit auch eine Haltekraft der Kettenglieder 15 in Richtung der zu befahrenden Oberfläche bewirkt, wodurch ein derartiger Kettenantrieb auch größere Steigungen bewerkstelligen kann.
Alternativ (nicht dargestellt) kann auch eine elektrostatische Folie vorgesehen sein, die außen oder innen um das Antriebsband herum angeordnet ist und den gleichen Effekt erzeugt wie die elektrostatische Feldeinheit 31.
Bezugszeichenliste

10: ketten- oder raupenangetriebene Bewegungsvorrichtung
11: Kettenantrieb
12: Antriebskette
13: Antriebsrad
14: Antriebsstrang
15: Kettenglied
16: Kettengliedgelenke
20: Antriebsband
21: Umlenkrollen
22: Innenbereich
23: Außenbereich
24: Kettengliedaufnahme
25: Antriebseinheit
26: Allseitenrad
27: Hauptdrehachse des Allseitenrades
28: Hilfsräder
29: Welle der Allseitenräder
30: Elektroadhäsionseinrichtung
31: elektrostatische Feldeinheit

Claims

Kettenantrieb (11) für ketten- oder raupenangetriebene Bewegungsvorrichtungen (10) mit wenigstens einer geschlossenen, endlosbandförmigen Antriebskette (12), die mit einem Antriebsrad (13) in mechanischer Wirkverbindung steht, das mit einem Antriebsstrang (14) der Bewegungsvorrichtung (10) verbindbar ist, um eine umlaufende Bewegung der Antriebskette (12) zur Fortbewegung der ketten- oder raupenangetriebenen Bewegungsvorrichtung (10) zu erzeugen, wobei die wenigstens eine Antriebskette (12) eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Kettengliedern (15) aufweist, die jeweils gelenkig miteinander verbunden sind, um die geschlossene, endlosbandförmige Antriebskette (12) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettenglieder (15) jeweils einen Kettengliedantrieb aufweisen, der zum Erzeugen einer Antriebskraft quer zur umlaufenden Bewegungsrichtung (10) der Antriebskette (12) ausgebildet ist, wenn das jeweilige Kettenglied (15) die zu befahrende Oberfläche mit seiner äußeren Lauffläche kontaktiert.
Kettenantrieb (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kettengliedantrieb der Kettenglieder (15) jeweils mindestens ein geschlossenes, endlosbandförmiges Antriebsband (20) aufweist, das so angeordnet ist, dass die umlaufende Bewegungsrichtung (10) des Antriebsbandes (20) quer zur umlaufenden Bewegungsrichtung (10) der Antriebskette (12) ist, wobei durch die geschlossenen, endlosbandförmigen Antriebsbänder (20) ein Innenbereich (22) von einem Außenbereich (23) abgegrenzt wird, und wobei zumindest diejenigen Antriebsbänder (20) der Kettengliedantriebe, die mit ihren äußeren Laufflächen die zu befahrende Oberfläche kontaktieren, jeweils mit einer Antriebseinheit (25) in mechanischer Wirkverbindung stehen, die zum Erzeugen einer umlaufende Bewegung der Antriebsbänder (20) quer zur umlaufenden Bewegungsrichtung (10) der Antriebskette (12) ausgebildet ist, sodass die Antriebskraft quer zur umlaufenden Bewegungsrichtung (10) der Antriebskette (12) erzeugbar ist.
Kettenantrieb (11) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Lauffläche der Kettenglieder (15) durch die jeweiligen Antriebsbänder (20) der Kettenglieder (15) gebildet wird.
Kettenantrieb (11) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsbänder (20) der Kettenglieder (15) jeweils zwei gegenüberliegend angeordnete Umlenkrollen (21), die im Innenbereich (22) der Antriebsbänder (20) angeordnet sind, umschließen, wobei mindestens eine Umlenkrolle (21) der jeweiligen Antriebsbänder (20) mit der Antriebseinheit (25) für eine rotatorische Bewegung der Umlenkrolle (21) in mechanischer Wirkverbindung steht, um eine umlaufende Bewegung der Antriebsbänder (20) quer zur umlaufenden Bewegungsrichtung (10) der Antriebskette (12) zu erzeugen.
Kettenantrieb (11) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsbänder (20) der Kettenglieder (15) jeweils zwei gegenüberliegend angeordnete Umlenkrollen (21), die im Innenbereich (22) der Antriebsbänder (20) angeordnet sind, umschließen, wobei zumindest ein Teil der Antriebsbänder (20) der Kettengliedantriebe, die mit ihren äußeren Laufflächen die zu befahrende Oberfläche kontaktieren, jeweils mit mindestens einem drehbar antreibbaren Allseitenrad (26) als Antriebseinheit (25) in mechanischer Wirkverbindung stehen, wobei das jeweilige Allseitenrad (26) an seinem Umfang mehrere, orthogonal zur Hauptdrehachse des Allseitenrades (27) angeordnete Hilfsräder (28) hat.
Kettenantrieb (11) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Ausrichtung der Hauptdrehachse des Allseitenrades (27) der umlaufenden Bewegungsrichtung (10) der Antriebskette (12) entspricht und/oder dass die Hauptdrehachse des Allseitenrades (27) parallel zu einer Kettengliedebene angeordnet ist, die durch diejenigen Kettenglieder (15) gebildet wird, die mit ihren äußeren Laufflächen die zu befahrende Oberfläche vollständig kontaktieren.
Kettenantrieb (11) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Allseitenräder (26) über eine gemeinsame Antriebswelle (29) axial miteinander verbunden sind.
Kettenantrieb (11) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der Allseitenräder (26) im Innenbereich (22) der jeweiligen Antriebsbänder (13) angeordnet sind und/oder dass ein oder mehrere Allseitenräder (26) im Außenbereich (23) so angeordnet sind, dass die jeweiligen Allseitenräder (26) mit den jeweiligen Antriebsbändern (20) über eine der Laufseite gegenüberliegenden Kontaktseite der Antriebsbänder (20) in mechanischer Wirkverbindung stehen.
Kettenantrieb (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektroadhäsionseinrichtung (30) vorgesehen ist, die zum Erzeugen eines elektroadhäsiven Feldes derart ausgebildet ist, dass eine Haltekraft in Richtung der zu befahrenden Oberfläche bewirkt wird.
Kettenantrieb (11) nach einem der Ansprüche 2 bis 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroadhäsionseinrichtung (30) an den Antriebsbändern (20) jeweils eine elektrostatische Folie aufweist, die zum Erzeugen des elektroadhäsiven Feldes derart ausgebildet ist, dass eine Haltekraft in Richtung der zu befahrenden Oberfläche bewirkt wird.
Kettenantrieb (11) nach einem der Ansprüche 2 bis 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroadhäsionseinrichtung (30) im Innenbereich (22) der jeweiligen Antriebsbänder (20) eine elektrostatische Feldeinheit (31) hat, die zum Erzeugen des elektroadhäsiven Feldes derart ausgebildet ist, dass eine Haltekraft in Richtung der zu befahrenden Oberfläche bewirkt wird.
Ketten- oder raupenangetriebene Bewegungsvorrichtung (10) mit einem Antriebsstrang (14), einer Bewegungssteuerung und einem mit dem Antriebsstrang (14) verbundenen Kettenantrieb (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kettenantrieb (11) mindestens eine Antriebskette (12) aufweist.
Ketten- oder raupenangetriebene Bewegungsvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kettenantrieb (11) zwei Antriebsketten (12) aufweist.