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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kraftübertragung, insbesondere zur gleichmäßigen Kraftübertragung auf zwei oder mehrere Zugmittel, insbesondere Ketten.
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Zum Beispiel bei Kettenzügen, aber auch bei anderen Anwendungsfällen, stellt sich die Aufgabe, zwei oder mehrere Zugmittel von einer einzigen Welle her anzutreiben und dabei möglichst gleiche Zugkräfte in die Zugmittel einzuleiten. Dies ist beispielsweise bei Doppelkettenzügen der Fall, wie sie aus der Praxis bekannt sind. Doppelkettenzüge weisen eine einteilige Kettennuss auf, welche zwei Kettenstränge nebeneinander aufnehmen kann. Zur Kraftbegrenzung, d.h. zur Vermeidung von einer Überlastung der Ketten, ist im Kettenzug eine Rutschkupplung vorgesehen. Es wird normalerweise davon ausgegangen, dass sich die Zugkraft auf beide Ketten gleichmäßig aufteilt, so dass diese entsprechend schwächer dimensioniert werden können. Dies hat den Vorteil, dass die Doppelkettennuss so schmal gemacht werden kann, wie die einsträngige Standardkettennuss, es ist keine Bauraumerweiterung nötig. Sie können z.B. jeweils für die halbe Zugkraft ausgelegt werden. Jedoch können asymmetrische Lastfälle auftreten, bei denen nur eine der beiden Ketten den Großteil der Zugkraft übernimmt, wobei diese Kette dann überlastet wird, bevor die Rutschkupplung die Kraft begrenzt. Dies bedeutet eine unzulässige Überschreitung der Kettenspannung und kann im schlechtesten Fall zu Kettenbrüchen und in Folge zu Lastabstürzen führen.
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Zur Vermeidung der Überlastung eines Kettenstrangs werden bei Doppelkettenzügen deswegen aufwendige elektronische Systeme mit Sensoren und Auswertegeräten, zum Beispiel indirekte Lastbegrenzer nach EN 14492, eingesetzt.
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Solche Überwachungssysteme tragen erheblich zur Komplexität von Doppelkettenzüge bei und können nur von Spezialisten eingebaut und in Betrieb genommen werden. Darüber hinaus reagieren elektronische Systeme auf Grund von erforderlichen elektrischen Filtern und Schaltzeiten träge. Ihr Einbau erfordert spezielle große Gerätekästen, der Verkabelungsaufwand ist sehr groß im Vergleich zu Systemen ohne elektrische Lastbegrenzung.
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Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und verlässliches Konzept zur gleichmäßigen Kraftaufteilung auf zwei oder mehrere Zugmittel anzugeben.
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Diese Aufgabe wird mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie auch mit dem Verfahren nach Anspruch 15 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der gleichmäßigen Kraftübertragung auf zwei oder mehrere Zugmittel. Zu der Vorrichtung gehört eine Welle, die ein erstes Rad und ein zweites Rad trägt. Beide Räder stehen jeweils mit einem Zugmittel in kraftübertragendem Eingriff. Zum Antrieb der Räder sind diese über Schlupfkupplungsanordnungen mit der Welle antriebsverbunden. Jedem Rad sind eigene Schlupfkupplungsanordnungen zugeordnet. Die zwei oder mehreren Schlupfkupplungsanordnungen weisen jeweils ein Schlupfmoment auf, das durch Beaufschlagung der Schlupfkupplungsanordnung mit einer Axialkraft einstellbar ist, wobei die Schlupfkupplungsanordnungen mit übereinstimmenden Axialkräften beaufschlagt sind. Durch diese Maßnahme wird die Überlastung eines der Zugmittel vermieden und eine gleichmäßige Aufteilung der Zugkraft auf zwei oder mehrere Zugmittel erreicht. Außerdem wird ein einfaches und schnelles Einstellen des maximal übertragenden Moments bzw. der maximal aufzubringenden Zugkraft pro Zugmittel (Kette) ermöglicht. Zur Drehmomenteinstellung der Schlupfkupplungsanordnungen ist lediglich eine einzige Krafterzeugungseinrichtung erforderlich, die auf alle Schlupfkupplungsanordnungen gleichmäßig wirkt.
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Die beiden separaten Räder sind beispielsweise Kettennüsse. Beide sind auf der Welle drehbar gelagert. Zwischen den beiden Rädern bzw. Kettennüssen ist mindestens eine Scheibe drehfest aber axial verschieblich montiert. Die Scheibe kann zwei außenliegende, d.h. in Axialrichtung weisende Reibbeläge aufweisen. An ihren axialen Stirnflächen sind die Räder bzw. Kettennüsse mit Reibflächen, beispielsweise in Gestalt von Reibbelägen, versehen, welche sich an den Scheiben abstützen. Die Einstellung des zu übertragenden Drehmoments erfolgt über eine Axialkrafterzeugungseinrichtung, die das gesamte von den Rädern und den Reibscheiben gebildete Paket zum Beispiel gegen eine feststehende Scheibe oder eine an der Welle ausgebildete Schulter spannt. Steigt nun an einem Zugmittel (z.B. Kettenstrang) die Kraft zu stark an, bleibt das betreffende Rad (Kettennuss) stehen, weil das übertragbare Moment überschritten wurde.
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Es ergibt sich im Vergleich zur Drehmomentbegrenzung mittels Sensortechnik eine einfache und robuste Lösung mit schneller Einstellbarkeit. Die Montage und Inbetriebnahme ist ohne elektrotechnische Kenntnisse möglich. Außerdem besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung lediglich aus einfachen leicht handhabbaren Teilen. Zur Krafteinstellung kann eine zentrale Einstellschraube für alle Räder (Kettennüsse) und Zugmittel (Ketten) vorgesehen werden.
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Sollten an unterschiedlichen Rädern unterschiedliche Momente benötigt werden, kann dies über verschiedene Radien der betreffenden beteiligen Reibflächen an den Rädern und/oder Reibscheiben erreicht werden.
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Eine Synchronlauf-Überwachungseinrichtung ist darauf eingerichtet, eine Verdrehung der Räder gegeneinander oder auch eine Verdrehung mindestens einer der Räder gegen die Welle zu erfassen und, wenn dies erfolgt, ein Signal zu erzeugen, das zum Abschalten des Kettenzugs genutzt werden kann.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Zeichnung und der Beschreibung. Es zeigen:
- 1 einen Doppelkettenzug, in schematischer Darstellung,
- 2 eine Welle mit Schlupfkupplungsanordnungen und Zugmittel, in schematisierter Schnittdarstellung
- 3 drei Kurvenscheiben mit zwei zugeordneten Bügelschaltern als Bestandteil einer Synchronlauf-Überwachungseinrichtung, in Draufsicht,
- 4 bis 6 Kurvenscheiben der Synchronlauf-Überwachungseinrichtung, jeweils in Seitenansicht,
- 7 drei Kurvenscheiben mit zwei zugeordneten Bügelschaltern als Bestandteil einer Synchronlauf-Überwachungseinrichtung, in Seitenansicht.
In 1 ist ein Doppelkettenzug 10 veranschaulicht, der beispielsweise als Hebezeug dienen kann. Zu dem Doppelkettenzug 10 gehört ein Antriebsgehäuse 11, in welchem ein Antriebsmotor, ein Getriebe, sowie gegebenenfalls weitere Elemente, wie Steuerelektronik, Bremse und dergleichen angeordnet sind.
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Das Getriebe treibt eine Welle 12 (2), die ihrerseits zum Antrieb von Rädern 13, 14 dient. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Räder 13, 14 durch Kettennüsse 15, 16 gebildet, die zum Beispiel zur Aufnahme von Rundgliederketten profiliert sein können. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Kettennüsse 15, 16 auch für andere Ketten oder die Räder 13, 14 für sonstige Zugmittel 17, 18 eingerichtet sein können. Diese dienen zum Bewegen einer in 1 symbolisch veranschaulichten Last 19, die am jeweiligen freien Ende des Zugmittels 17 und 18 befestigt ist. Die auf die Last 19 zu übertragende Zugkraft teilt sich im Wesentlichen gleichmäßig auf die beiden Zugmittel 17, 18 auf.
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Um eine Überlastung zu vermeiden, ist das erste Rad 13 über eine erste Schlupfkupplungsanordnung 21, 22 und das zweite Rad 14 über eine zweite Schlupfkupplungsanordnung 22, 29 mit der Welle verbunden. Zu der ersten Schlupfkupplungsanordnung 21 gehören mindestens eine Reibfläche 23, die von einer Axialfläche einer Reibscheibe 24 gebildet sein kann, sowie eine zugeordnete Reibfläche 25, die zu dem Rad 13 gehört.
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Ebenso gehört zu der Schlupfkupplungsanordnung 22 mindestens eine Reibfläche 26, eine Reibscheibe 27 und eine damit in Berührung stehende Reibfläche 28 des zweiten Rads 14. Die Reibscheibe 24 kann sich an einer Schulter der Welle 12 abstützen und ist drehfest mit der Welle verbunden. Die Reibscheibe 27 ist axial beweglich zwischen beiden Rädern 13, 14 angeordnet und ist ebenfalls drehfest mit der Welle 12 gekuppelt. Die beiden Räder 13, 14 sind axial und radial schwimmend auf der Welle 12 gelagert. Die Reibscheibe 27 kann außerdem über ihre der Reibfläche 26 gegenüberliegende Fläche mit dem Rad 13 in Reibeingriff stehen. Außerdem kann das Rad 14 mit einer weiteren Reibscheibe 29c in Reibeingriff stehen, die vorzugsweise drehfest jedoch axial verschiebbar auf der Welle 12 sitzt.
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Zu der Schlupfkupplungsanordnung 29 gehören wiederum mindestens eine Reibfläche 29a, eine Reibscheibe 29c und eine damit in Berührung stehende Reibfläche 29b des zweiten Rads 14. Die Reibscheibe 29c ist drehfest mit der Welle verbunden, dabei aber axial auf dieser angeordnet.
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Zu der kraftübertragenden Anordnung gehört außerdem eine Axialkrafterzeugungseinrichtung 30, zu der eine Druckfeder 31, beispielsweise in Gestalt eines Tellerfederpakets gehört. Dieses stützt sich mit einem Ende an der Reibscheibe 29 ab, während das andere Ende der Druckfeder 31 seine Anlage an einer Einstellmutter 32 findet, die auf das Ende der Welle 12 aufgeschraubt sein kann. Durch nicht weiter veranschaulichte Mittel kann die Einstellmutter 32 auf der Welle 12 drehfest gesichert sein, um ein unbeabsichtigtes Verdrehen der Mutter 32 gegen die Welle 12 zu vermeiden. Durch Verdrehung der Mutter 32 kann die Kompression der Druckfeder 31 verstellt und somit die auf die Schlupfkupplungsanordnungen 21, 22, 29 ausgeübte Kraft justiert werden.
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Die Reibscheiben 24, 27, 29c und die dazwischen aufgenommenen Räder 13, 14 sowie die Axialkrafterzeugungseinrichtung 30 bilden einen Stapel, der zwischen der Einstellmutter 32 und einer Schulter der Welle 12 gehalten ist. In diesem Stapel herrschen einheitliche Axialkräfte. Die von der Druckfeder 31 aufgebrachte Axialkraft wirkt gleichermaßen auf alle Reibpaarungen, wie insbesondere die Reibpaarungen der Reibflächen 23, 25 sowie der Reibflächen 26, 28 und im Übrigen auch der Reibflächenpaarungen an den jeweils anderen Radseiten.
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Die Reibscheiben 24, 27, 29c bilden mit den dazwischen gehaltenen Rädern 13, 14 Schlupfkupplungen, deren Reibfläche gleiche Radien aufweisen, wobei die Reibflächen axial durch eine und dieselbe Axialkraft gegeneinander gedrückt sind. Infolgedessen wird von der Welle 12 auf beide Räder 13, 14 das gleiche Grenzmoment übertragen, bei dem die Räder 13, 14 anfangen, der Drehung der Welle 12 nicht mehr schlupffrei zu folgen. Folglich wird auf beide Zugmittel 17, 18 jeweils die gleiche maximale Zugkraft übertragen. Lediglich unterhalb dieser Maximalkraft sind asymmetrische Kraftverteilungen möglich.
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Der Doppelkettenzug weist vorzugsweise einen einstellbaren Indikator zur Unterscheidung einer synchronen von einer asynchronen Kraftübertragung auf. Die Rutschkupplungen der beiden Räder 13, 14 können unter bestimmten Voraussetzungen Mikroschlupf haben oder bei stoßartiger Belastung kurzzeitig auslösen. Bei zu großer ungleicher Belastung oder insgesamt bei Überlastung der Zugmittelstränge, beginnen die Rutschkupplungen 21, 22 oder die Rutschkupplungen 22, 29 oder beide zu rutschen, wodurch die Ketten vor Schaden geschützt werden. Ein Kupplungsschlupf kann aber bei dem Doppelkettenzug 10, beispielsweise beim Transport von langen Röhren mittels Schlingen, zu unerwünscht schrägstehenden Lasten führen.
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Um ein ungewolltes Rutschen einer Rutschkupplung 21, 22, 29 rechtzeitig zu erkennen und damit nicht zur Gefahr werden zu lassen, ist eine Synchronlauf-Überwachungseinrichtung vorgesehen. Diese umfasst mindestens zwei Fühler, insbesondere Schalter 35, 36, die mit Kurvenscheiben 37, 38, 39 in Wirkverbindung stehen, wie es die 3 und 7 zeigen. Die Synchronlauf-Überwachungseinrichtung ist darauf eingerichtet, ein Signal zu erzeugen, wenn die Räder 13, 14 einen Schlupf relativ zueinander aufweisen.
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Auf den Rädern 13, 14 sind jeweils auf der Innenseite, sowie auf der drehfesten aber axial verschiebbaren Scheibe 27 sogenannte Geber- oder Kurvenscheiben 37, 38, 39 fest angebracht. Die äußeren Scheibenkonturen ergeben nur in einer bestimmten Stellung zueinander in der Projektion einen geschlossenen Kreis, auf dem der jeweilige Bügelschalter (Schalter 35, 36) abrollt. Dies zeigt 7 in Zusammenschau mit den 4, 5 und 6. Werden die Kurvenscheiben 37, 38, 39 relativ zueinander verdreht, weil z.B. ein Rad 13 oder 14 stehen bleibt und das andere sich weiterdreht, ergibt sich eine weiterdrehende Vertiefung am Kreisumfang, in die das Rad des Bügels des jeweiligen Schalters 35, 36 taucht, so dass dessen Schalter 35, 36 betätigt wird und der Hubvorgang abschaltet.
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Für den Fall, dass die Rutschkupplung 21, 22 gerade zu dem Zeitpunkt auslöst, zu dem die Kurvenscheibe des Bügelschalters 35, 36 noch gedrückt wird, gerade diese Geberscheibe aber nicht mehr weiterdreht, würde der Fehler mit nur einem Schalter 35 oder 36 nicht erkannt werden. Da aber beim Rutschvorgang immer mindestens eine der zwei äu-ßeren Kurvenscheiben 37, 39 steht, ergibt sich für einen zweiten in Reihe geschalteten Schalter 36, der am Umfang angeordnet ist, nach einer geringen Umdrehung zwangsläufig eine erkennbare Lücke. Sollten beide Räder 13, 14 blockieren, löst die Kupplung im Kettenzug aus. Der bis zur Schaltung zu überstreichende Drehwinkel ist abhängig von der Aufteilung der einzelnen Scheiben sowie deren Kontur.
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Die Scheibendurchmesser der Kurvenscheiben 37, 38, 39 entsprechen in etwa den Nussdurchmessern so dass die Scheiben und Mikroschalter in der Kettenführung verbaut werden können und keinen zusätzlichen Bauraum beanspruchen.
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Die Teiligkeit der Kurvenscheiben 37, 38, 39 stimmt man sinnvollerweise auf die Anzahl der Taschen in der Kettennuss ab, da dies das Einstellen, d.h. synchronisieren oder NULLEN der Kurvenscheiben 37, 38, 39 zueinander vereinfacht. Durch Anfahren eines definierten Festanschlages an jedem Zugmittel, richten sich die Räder 13, 14 und damit die darauf montierten Kurvenscheiben 37, 38, 39 zueinander aus.
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Sobald sich eine Kupplungshälfte einer der Rutschkupplungen 21, 22 relativ zur anderen verdreht, wird das erkannt und über einen der beiden Schalter 35, 36 der Bewegungsvorgang schnell gestoppt. Durch das sofortige Stillsetzen der Antriebseinheit wird zusätzlich eine unnötige Erwärmung der Kupplung/Nuss vermieden.
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Erfindungsgemäß ist für Doppelkettenzüge die Kraftübertragung von einer Welle auf zwei Räder bzw. Kettennüsse über zwei Schlupfkupplungsanordnungen vorgesehen, die zusammen mit einer Axialkrafterzeugungseinrichtung 30 auf der Welle 12 einen Stapel bilden. Beide Schlupfkupplungsanordnungen sind somit durch ein und dieselbe Axialkraft gespannt, so dass beide Räder 13, 14 beim gleichen Grenzmoment zu schlupfen beginnen. Infolgedessen sind beide mit den Rädern 13, 14 im Eingriff stehende Zugmittel 17, 18 jeweils individuell vor Überlastung geschützt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Doppelkettenzug
- 11
- Antriebsgehäuse
- 12
- Welle
- 13
- erstes Rad
- 14
- zweites Rad
- 15
- erste Kettennuss
- 16
- zweite Kettennuss
- 17
- erstes Zugmittel
- 18
- zweites Zugmittel
- 19
- Last
- 21
- erste Schlupfkupplungsanordnung
- 22
- zweite Schlupfkupplungsanordnung
- 23
- Reibfläche
- 24
- Reibscheibe
- 25
- Reibfläche
- 26
- Reibfläche
- 27
- Reibscheibe
- 28
- Reibfläche
- 29
- dritte Schlupfkupplungsanordnung
- 29a
- Reibfläche
- 29b
- Reibfläche
- 29c
- Reibscheibe
- 30
- Axialkrafterzeugungseinrichtung
- 31
- Druckfeder
- 32
- Einstellmutter
- 35, 36
- Schalter
- 37 - 39
- Kurvenscheiben
