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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneckengetriebe.
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In den sogenannten Schneckengetrieben sind die Achsen der Schneckenräder senkrecht zu der Achse der Schneckenwelle angesetzt. Die gleitende Reibung zwischen den Flanken der Zahnräder der herkömmlichen Schneckenräder und den Rändern der Schneckennut mindert den Wirkungsgrad solcher Getriebe.
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US 3 153 942 A betrifft ein lineares Antriebsystem, welches eine vorgespannte umlaufende Kette aus verdrehbaren Kugeln verwendet, die in einer festen Nut gleitend, linear an die Schnecke angesetzt, einer Zahnstange entspricht.
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Aus
DE 19 97 577 U sind Kettentriebe bekannt, die mit verwindbaren Kugelkettengliedern mit auf diese angepassten Treibrädern in Verbindung gebracht werden, auf die sie kraftschlüssig einwirken; die dafür eingesetzten Ketten aus Kugeln mit Verbindungsstücken sind miteinander kraftschlüssig verbunden, und erlauben den Kugeln dadurch keine freie Rotation in der Nut der Treibräder.
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Die in
US 3 214 824 A als Scaling Device bezeichnete Ausführung von als Kette gefädelten, frei rotierenden Kugeln und Abstandhaltern, nutzt den Effekt der hohen Reibung, die bei einer mehrfach schräg angesetzten Windung dieser Kette um ein zylindrisches Objekt entsteht, um den Durchmesser und die Oberfläche des Objektes zu bearbeiten
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Das aus
CH 461 209 A bekannte Lenkgetriebe setzt die Vorteile von in der Schneckennut abrollenden Kugeln in einem geschlossenen Umlauf der losen Kugeln in einer Kettenfolge innerhalb des Getriebes ein; die Kugeln gleiten in bewegten Zahnstangen, die an die Schneckenwelle angesetzt sind.
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In bekannten rollenden Schneckengetrieben vermeiden fest in das Schneckenrad eingebaute rotierende Domwellen das Energieverlust bringende gegeneinander Gleiten der Zahnradflanken.
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In dem aus
DE 19 39 321 A als Rechtwinkelgetriebe benannten Schneckengetriebe mit Kugel-Zahnrad und dem senkrecht dazu angesetzten Planrad mit spiralförmig gewundener Nutspur werden die sich frei drehenden Kugeln auf der Felge des Schneckenrades in halbkugelförmigen Ausnehmungen gelagert, und mit beidseitig an diese angesetzten Klammern gehalten; zusätzlich dient ein Laufrad um das Kugel-Zahnrad zur sicheren Einbettung und Führung der Kugeln.
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CH 600 200 A5 zeigt einen Kettenantrieb, mit dem eine Kugelgelenk-Gliederkette in einer rohrförmigen Hohlschiene geführt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Schneckengetriebe mit Kugelkette bereitzustellen, welches gegenüber den bekannten Schneckengetrieben mit Kugelketten ein besseres Ablaufen der Kugelkette ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch das Schneckengetriebe gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Das Schneckengetriebe gemäß der Erfindung umfasst Kugeln - nachfolgend auch allgemein als Rotationskörper bezeichnet -, die von einem Verbindungsmittel gefasst, in Ausformungen (nachfolgend auch als Kassetten bezeichnet) in der Felge des Schneckenrades geführt sind und direkt an die Schneckennut der Schneckenwelle angesetzt sind.
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Die Rotationskörper bzw. Kugeln sind mit zwei gegeneinander auf den Mittelpunkt gerichteten konischen Bohrungen ausgestattet. Der halbe Öffnungswinkel dieser konischen Bohrungen ist so groß gewählt, dass die Rotation der Kugel um die vom Verbindungsmittel bestimmte Achse einen Kippwinkel erlaubt, der dem Steigungswinkel der Nut der Schnecke entspricht. Die Spitzen der beiden konischen Bohrungen überschneiden sich im Zentrum der Kugel; der Schnittkreis entspricht etwas mehr als dem Durchmesser des Verbindungsmittels, damit eine freie Rotation der Kugel um die Achse des Verbindungsmittels trotz der Kippung gegeben ist.
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Im Kugel-Schneckenrad 3 (vgl. 3) sind die Kugeln in quader-förmigen Ausschnitten des Felgenprofils - hier auch als Kassetten bezeichnet - eingebettet. Die rotierenden Kugeln sind mit den Kanten der Kassetten auf der Felge des Schneckenrades und mit den Kanten der Nutspur der Schneckenwelle kraftschlüssig geführt und gehalten.
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Bei einer Ausführung als herkömmliches Schneckengetriebe hält das um das Schneckenrad herum geführte Verbindungsmittel die aufgereihten Kugeln in den Kassetten der Felge des Schneckenrades, ohne deren gekippte Rotation durch die kraftschlüssige Führung in der Nut der Schneckenwelle zu behindern.
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Bei einer Ausführung des Schneckengetriebes zur Regulierung der Abstände zu mehrfachen Haltepunkten sind die vom Verbindungsmittel gefassten Kugeln in den Kassetten kraftschlüssig geführt, und in dem Sektor des Kugel-Schneckenrades, der mit der Nut der Schneckenwelle in Eingriff steht, dort auch von den Kanten der Nutspur der Schneckenwelle kraftschlüssig geführt und gehalten. Die Zuführung und Ableitung der über das Kugel-Schneckenrad geführten Kugelkette ist über Einlass- und Auslasstrichter gesichert. In dieser Ausführung werden um das Verbindungsmittel frei rotierende Abstandhalter zwischen den Kugeln eingesetzt. Die Länge der Kugelkette wird abschnittweise mit fest auf das Verbindungsmittel aufgebrachten Kauschen gesichert.
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Mit den in der Nut der Schneckenwendel gekippt rotierenden Kugeln wird die Wälzreibung in der Nut der Schneckenwelle und in der Felge des mit der Kugel in der Kassette bewegten Schneckenrades vermindert. Dadurch wird ein höherer Wirkungsgrad erreicht.
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Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Kugel-Schneckenrades ist die Ausführung des Zahnkranzes als Kugelkette. Die Felge mit den Kassetten kann geteilt werden, und wird nach dem Einsetzen der Kugelkette zusammengefügt. Dies ermöglicht den Austausch der Kugelkette und erleichtert die Wartung.
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Bei der Erfindung sind die von dem Schneckenrad abgelösten Kugelkettenenden direkt an Haltepunkten mit Kraftvektoren in unterschiedlichen Richtungen ansetzbar. Die Ansetzung der Kugelkette direkt an einer selbsthemmenden Schneckenwelle unterstützt die Kontrolle der synchronen Bewegungen der Haltepunkte z.B. zum Halten und Führen von Geweben oder nicht in Auflagen ruhenden Flächen.
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Bei der Erfindung rotieren die aufgereihten Kugeln der Kette gekippt um die vom Verbindungsmittel bestimmte Achse. Die Abstandhalter rotieren unabhängig um diese Achse. Das Verbindungsmittel kann sich unabhängig frei drehen, ohne Verwindung der lose laufenden Strecken. Dies erleichtert die Zu-/ Abführung der Kugelkette in den Kraftkäfig, der von der Kassette des Schneckenrades und der Nut der Schneckenwelle gebildet wird.
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Mit der Erfindung ist es möglich, mehrere Kugel-Schneckenräder ohne zusätzliche Kupplungsgetriebe synchron zu führen. Die einzelnen Kugelketten können wahlweise an den Lasten gekoppelt bzw. entkoppelt werden. Diese Vorteile werden genutzt, wenn große Flächen bewegt werden müssen, und wenn die Bewegungskräfte an verteilten Haltepunkten synchron ansetzen müssen. Dabei ist es ein weiterer Vorteil, die entgegengerichtete Bewegung von Haltepunkten beispielsweise zwischen den Kanten von großflächigen Lasten zu synchronisieren, und damit die für das Wenden und Drehen benötigten Bewegungskräfte zu bilanzieren.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Schneckengetriebes mit der Kugelkette am Schneckenrad zeigt sich bei dem Problem, die Entleerung von Schüttlasten aus großen Behältern zu kontrollieren. Mit der direkt an die Schneckenwelle angesetzten Kugelkette durch das Schneckenrad wird das Anheben des oberen Randes mit dem Absenken des unteren Randes der Gießöffnung synchronisiert. Bei sackartigen Behältern wird die Entleerung durch Umstülpen erleichtert, wenn der Boden angehoben wird und synchron der Rand abgesenkt wird.
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Die Erfindung und ein Ausführungsbeispiel werden nachfolgend zusammen mit der Zeichnung näher beschrieben.
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In der Zeichnung zeigen
- 1 die Kugel mit den zwei gegeneinander auf den Mittelpunkt gerichteten konischen Bohrungen;
- 2 die Führung der Kugeln im Kugel-Schneckenrad 2;
- 3 die Kugeln in der Felge des Kugel-Schneckenrades 2 und in der Nut der Schneckenwelle 3;
- 4, wie die Kugel-Schneckenräder 2 durch Radkästen an die Schneckenwelle 3 angesetzt werden;
- 5 zwei diametral angesetzte Radkästen und
- 6 die drei Bauteile des Schneckengetriebes mit Kugel-Schneckenrad 2 in der Ausführung als herkömmliches Schneckengetriebe.
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Eine beispielsweise Anwendung des erfindungsgemäßen Schneckengetriebes mit Kugel-Schneckenrad ist die Entlüftung von Heißluft-Ballonen. Die mehrfachen Halteleinen werden jeweils als Schlaufen verbunden vom Kappenrand bis zum unteren Rand der Ballonhülle geführt, und in der zu verstellenden Länge als die in der Erfindung beschriebenen Kugelketten gefertigt. Die Kugelketten werden mit den beschriebenen Kugel-Schneckenrädern gefasst und geführt. Die damit erreichte beschleunigte Entlüftung der Ballonhülle dient der Betriebssicherung.
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1 a zeigt die Kugel mit den zwei gegeneinander auf den Mittelpunkt gerichteten konischen Bohrungen. Der halbe Öffnungswinkel dieser konischen Bohrungen ist so groß gewählt, dass die Rotation der Kugel um die vom Verbindungsmittel bestimmte Achse einen Kippwinkel erlaubt, der dem Steigungswinkel der Nut der Schnecke entspricht. Die Spitzen der beiden konischen Bohrungen überschneiden sich im Zentrum der Kugel; der Schnittkreis entspricht etwas mehr als dem Durchmesser des Verbindungsmittels, damit eine freie Rotation der Kugel um die Achse des Verbindungsmittels trotz der Kippung gegeben ist. 1 b zeigt den Abstandhalter zwischen den Kugeln mit einer zylindrischen Bohrung, die eine freie Rotation um die vom Verbindungsmittel bestimmte Achse erlaubt. Der Durchmesser der Abstandhalter entspricht dem Durchmesser des o.a. Schnittkreises der konischen Bohrungen mit der Oberfläche der Kugel. 1 c zeigt eine Kausch c, die fest auf das Verbindungsmittel aufgebracht wird. Die Kauschen werden anstelle der Abstandhalter auf das Verbindungsmittel aufgebracht, und haben die gleiche Länge und die gleichen Bedingungen für die Durchmesser der Berührungsflächen zu den Kugeln. Der Durchmesser der Kugel in Richtung des Verbindungsmittels bestimmt die Breite der Schneckennut 3. Die Länge der Abstandhalter bzw. der Kauschen c bestimmt die Breite der Ränder der Schneckennut 3.
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2 zeigt die Führung der Kugeln 1 in der Felge des Kugel-Schneckenrades 2 und in der Nut der Schneckenwelle 3 an zwei gegenüberliegenden Seiten. Die linke Seite der 2a zeigt, wie die Kugel durch einen am Boden der Schneckennut aufgesetzten Grat bzw. Wulst beim Abrollen gestützt wird. In diese Nut wird die Kugel bis in die Tiefe des halben Durchmessers der Kugel abzüglich des halben Durchmessers des Abstandhalters eindringen. Die rechte Seite der 2a zeigt, wie im Kugel-Schneckenrad 2 die Kugel in dem quader-förmigen Ausschnitt des Felgenprofils - bezeichnet als Kassette - gelagert wird, und ebenfalls durch einen Grat bzw. Wulst beim Abrollen gestützt wird. In diese Kassette wird die Kugel in der Felge bis in die Tiefe des halben Durchmessers der Kugel und zusätzlich dem halben Durchmesser des Abstandhalters eindringen. Die Breite der Kassette ist geringfügig grösser als der Durchmesser der Kugel. Die Tiefe und Breite der Rinnen an den beiden Fronten der Kassette entspricht um ein geringes Maß mehr dem Durchmesser des Abstandhalters bzw. des Verbindungsmittels. Die Kugeln der Kette werden jeweils innerhalb der zwei Kreisausschnitte der Schnittlinien der Rinnen mit der Kassette geführt.
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3 zeigt die Kugeln in der Felge des Kugel-Schneckenrades 2 und in der Nut der Schneckenwelle 3 an zwei gegenüberliegenden Seiten von oben. In der Nut der Schneckenwelle ist der Grat bzw. Wulst erkennbar, der die Kugel beim Abrollen stützt. Die rechte Seite der 3a zeigt, wie die Kugel in die Kassette eingebettet ist. Die Kugeln rotieren um die Achse des Verbindungsmittels, die senkrecht auf der Achse des Schneckenrades 2 und parallel zu der Achse der Schneckenwelle 3 steht, um den Steigungswinkel gekippt, wie in der linken Seite der 3a dargestellt. Diese Ausführung der Felge bewirkt den Kraftschluss der Kugelkette mit dem Kugel-Schneckenrad 2. Die Spur der Felge und die Oberseite der Kassette ist der Rundung der Schneckenwelle 3 folgend konkav (nicht dargestellt).
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In 2b wird verdeutlicht, wie die Kugel und die Abstandhalter von beiden Seiten in der Nut der Schneckenwelle 3 und in der Kassette des Schneckenrades 2 gefasst werden. Der Abstandhalter rotiert frei in der Rinne der Kassette.
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In 4 wird gezeigt, wie die Kugel-Schneckenräder 2 durch Radkästen an die Schneckenwelle 3 angesetzt werden, die das Ein- und Auskoppeln (nicht dargestellt) einzelner Kugel-Schneckenräder 2 ermöglichen. Je nach Anzahl der an der Ballonhülle angesetzten Halteleinen werden weitere Radkästen angesetzt.
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In 5 sind zwei Radkästen diametral angesetzt. Durch die an den Radkästen angebrachten Stellschrauben (nicht dargestellt) wird für jedes der Kugel-Schneckenräder 2 der Abstand zu der Nut der Schneckenwelle 3 eingestellt. Mit der Justierung des Spaltes zwischen der Kassette und der Nut wird erreicht, dass die Kugel - weder an den Grat bzw. Wulst in der Nut noch an den Grat bzw. Wulst in der Kassette angedrückt - gekippt frei rotiert
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In 6 werden die drei Bauteile des Schneckengetriebes mit Kugel-Schneckenrad 2 in der Ausführung als herkömmliches Schneckengetriebe gezeigt. Die Kugelkette 1 wird mit dem Verbindungsmittel am Umfang der Felge des Schneckenrades 2 gehalten. Die Kugeln und die Abstandhalter werden in der Felge durch Kassetten geführt. Die Schneckenwelle 3 wird direkt an die Kugeln der Kette angesetzt. Die in der Kassette und in der Schneckennut eingearbeiteten Grate bzw. Wülste stabilisieren die Kugeln bei der Kraftumsetzung.
