DE10232965A1

DE10232965A1 - Vorrichtung zur Kraft- und/oder Bewegungsübertragung mittels Synchrongetriebe

Info

Publication number: DE10232965A1
Application number: DE10232965A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schechinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2022-07-20
Also published as: DE10232965B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraft- und/oder Bewegungsübertragung mittels Synchrongetriebe, umfassend mindestens einen Zahnriemen sowie mindestens eine Riemenscheibe, wobei der Zahnriemen in der neutralen Biegezone Zugstränge aufweist. Erfindungsgemäß sind im Zahnriemen leitfähige Bereiche vorgesehen und/oder leitfähige Elemente eingebettet, welche sich in Riemenlängsrichtung erstrecken. Im Bereich am oder zwischen den Riemenzahnfüßen sind die leitfähigen Bereiche und/oder Elemente zum Herstellen einer elektrischen Verbindung freiliegend oder in geeigneter Weise zum elektrischen Kontaktieren zugänglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraft- und/oder Bewegungsübertragung mittels Synchrongetriebe, umfassend mindestens einen Zahnriemen sowie mindestens eine Riemenscheibe, wobei der Zahnriemen in der neutralen Biegezone Zugstränge aufweist, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie einen Zahnriemen hierfür.
Zahnriemengetriebe, bei denen die Bewegungs- und Kraftübertragung durch Formpaarung erfolgt, indem die Riemenzähne in die Verzahnung der Zahnscheiben eingreifen, sind bekannt.
Durch die Verbindung der Vorteile herkömmlicher Riemengetriebe, z. B. geringe Masse, hohe zulässige Umfangskraft, geräuscharmer und schwingungsdämpfender Verlauf, mit denen der Kettengetriebe, wie schlupffreie Bewegungsübertragung, geringe erforderliche Vorspannung und damit niedrige Lagerbelastung, ergibt sich für Zahnriemengetriebe ein sehr breites Einsatzgebiet. Dieses reicht von Kleinstantrieben in feinmechanischen Erzeugnissen bis hin zu Hauptantrieben in Industrieanlagen, da Leistungen von wenigen Watt bis nahezu 100 kW übertragen werden können und Riemengeschwindigkeiten bis im Bereich zu 80 m/s zulässig sind.
Aufgrund des schlupffreien Laufs werden Zahnriemengetriebe bevorzugt für Steuer- und Regelantriebe sowie in Büromaschinen und Haushaltsgeräten, aber auch in Werkzeug-, Druckerei- und Textilmaschinen, Förderanlagen und so weiter bei unterschiedlichen Übersetzungen eingesetzt. Zahnriemengetriebe werden nach einschlägigen Normen auch als Synchronriemengetriebe bezeichnet.
Synchronriemen eignen sich wegen der formschlüssigen Bewegungsübertragung für übersetzungsgetreue Antriebe, wobei der Einsatz als Linearantrieb ein häufiger Anwendungsfall ist. In dem Fall, wenn es notwendig ist, dem Linearschlitten Strom zuzuführen, müssen nach dem Stand der Technik bisher aufwendige Kabelschleppsysteme und/oder stromführende Gleitschienen verwendet werden. Insbesondere bei Kabelschleppsystemen muß die Masse des Systems selbst, d. h. der elektrischen Leiter bewegt, d. h. beschleunigt und abgebremst werden, was einen unnötigen Energieaufwand nach sich zieht und bei dynamischen Stellantrieben von Nachteil ist.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, die an sich bekannten Vorteile von Synchrongetrieben zur Kraft- und/oder Bewegungsübertragung zu nutzen und andererseits eine Möglichkeit zu schaffen, daß, z. B. für Linearantriebe, eine integrale Versorgung mit elektrischer Energie möglich wird. Dabei soll auf bisherige Kabelschleppsysteme oder Gleitschienen, welche stromführend ausgebildet sind, verzichtet werden.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Vorrichtung zur Kraft- und/oder Bewegungsübertragung mittels Synchrongetriebe gemäß der Lehre nach Patentanspruch 1 sowie mit einem Zahnriemen nach Anspruch 15, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
Demgemäß besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, im Zahnriemen selbst leitfähige Bereiche und/oder leitfähige Elemente einzubetten oder anzuordnen, die sich in Riemenlängsrichtung erstrecken.
Im Bereich am oder zwischen den Riemenzahnfüßen oder auf der Riemenrückseite sind dann die leitfähigen Bereiche und/oder Elemente zum Herstellen einer elektrischen Verbindung freiliegend oder in geeigneter Weise zum elektrischen Kontaktieren zugänglich ausgebildet.
Mehrere stromführende leitfähige Elemente, z. B. Litzen oder Bänder, die innerhalb des Trägermaterials auf der Höhe der neutralen Biegelinie im Zahnriemen angeordnet sind, können mehrere Strompfade, auch für Leistungsantriebe bilden.
Die Einspeisung des Stroms in den speziell ausgestalteten Zahnriemen kann bevorzugt über die Riemen- oder Synchronscheibe erfolgen.
In einer Ausführungsform besteht die Synchronscheibe aus Lamellen verschiedener Materialien mit mindestens leitfähigen Abschnitten. Durch z. B. erhabene Flächen an der Spitze des Zahns einer stromführenden Lamelle wird bei der Abwälzung des Riemens der Kontakt zur eingebetteten Litze im Zahnriemen hergestellt.
Ein besonderer Vorteil bei einer derartigen Übertragung der elektrischen Energie von einem Einspeisepunkt über den Zahnriemen hin zur Riemenscheibe ergibt sich dadurch, daß beim Zahnriemengetriebe eine große Zahl von Zähnen gleichzeitig in Eingriff ist. Damit wird eine niederohmige, stromtragfähige Verbindung zwischen den leitfähigen Bereichen und/oder leitfähigen Elementen des Zahnriemens hin zu entsprechenden leitfähigen Abschnitten der Riemenscheibe hergestellt.
Es liegt im Sinne der Erfindung, daß zwischen den leitfähigen Bereichen des Zahnriemens Isolierabschnitte angeordnet sind, die bevorzugt aus dem Zahnriemen-Werkstoff selbst bestehen. Ein solcher Werkstoff mit isolierenden Eigenschaften ist beispielsweise zähelastisches, formbeständiges Polyurethan PUR, das eine sehr hohe Strukturfestigkeit besitzt und abriebfest ist. Denkbar ist ebenfalls die Verwendung eines Zahnriemens, der aus Chloroprene besteht und der auf der Laufseite eine Schicht aus Polyamidgewebe aufweist, um die Zähne vor Abrieb zu schützen.
Die Erfindung ist unabhängig vom bisher üblichen Trapezprofil für die Riemenverzahnung auch bei Hochleistungsprofilen mit verbesserter Verzahnungsgeometrie anwendbar. Das Zahnvolumen wird in keinster Weise durch die spezielle Ausgestaltung des Zahnriemens mit elektrischen Leitern im Bereich der neutralen Biegezone beeinflußt oder beeinträchtigt.
Bei metallischen Zugsträngen, die z. B. als Stahllitze ausgebildet sind, kann die Litze mindestens einen der elektrischen Leiter bilden.
Für die elektrische Kontaktierung ist in einer Ausführungsform der Erfindung im Bereich zwischen den Riemenzahnfüßen eine Quernut ausgebildet.
Die Riemenscheibe umfaßt im Bereich der Scheibenzahnköpfe leitfähige Abschnitte, die die leitfähigen Bereiche des Zahnriemens elektrisch kontaktieren.
Ausgestaltend können im Bereich der Scheibenzahnköpfe mehrere in Querrichtung beabstandet angeordnete leitfähige Abschnitte vorgesehen sein, wobei zwischen den leitfähigen Abschnitten Isolierzonen bestehen.
Wie erwähnt, kann die Riemenscheibe aus einer Lamellen-Sandwichstruktur mit leitfähigen und isolierenden Abschnitten bzw. Lamellen bestehen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Zahnriemen eine weitere Verzahnung aufweisen, wobei auch oder alternativ über die Riemenrückseite eine elektrische Verbindung zu den leitfähigen Bereichen und/oder leitfähigen Elementen innerhalb des Riemens herstellbar ist.
Zur Gegenkontaktierung bei einseitig eingespannten Riemen kann eine elektrische Klemmleiste vorgesehen werden, die mit den leitfähigen Elementen, z. B. einer metallischen Litze oder einem Band in Verbindung steht. Eine weitere Möglichkeit der Gegenkontaktierung geht von einer weiteren Riemenscheibe mit leitfähigen Eigenschaften aus.
Die Gegenkontaktierung kann aber auch über eine leitfähige Eigenschaften aufweisende Lauf- oder Spannrolle erfolgen.
Letztendlich liegt es im Sinne der Erfindung, mehrere Einzelzahnriemen mit jeweils mindestens einem leitfähigen Bereich, der sich in Längsrichtung erstreckt, vorzusehen, wobei die Einzelzahnriemen mit einer oder mehreren Riemenscheiben kämmen und jeder der Riemen mindestens einen leitfähigen Pfad bildet.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 im oberen Bildteil einen Längsschnitt durch einen Zahnriemenabschnitt und im unteren Bildteil einen Querschnitt des Zahnriemens nach erstem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 Längs- und Querschnitt eines Riemens nach dem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 Längs- und Querschnitt eines Riemens mit Leitprofilen auf der Rückseite und
Fig. 4 ein Beispiel eines Stromübertragungsrads.
Der Zahnriemen 1 kann beispielsweise aus einem Polyurethan-Basismaterial bestehen und im Inneren mehrere Zugstränge 2, z. B. aus Stahllitze umfassen.
Den Zugsträngen 2 benachbart sind mehrere Leiter 3 angeordnet, die von isolierenden Abschnitten getrennt sind. Die Isolierabschnitte werden durch das Basismaterial, z. B. Polyurethan, des Zahnriemens 1 gebildet.
Jeder der Leiter 3 kann eine Phase und damit einen Strompfad bilden.
Zwischen den Zahnfüßen des Zahnriemens 1, die am gezeigten Beispiel ein Hochleistungsprofil, z. B. HTD 8 aufweisen, sind Quernuten 4 vorhanden, die eine elektrische Kontaktierung der Leiter 3 durch eine (nicht gezeigte) Riemenscheibe ermöglichen.
In dem Fall, wenn die Zähne des Zahnriemens mit der Riemenscheibe in Eingriff befindlich sind, kontaktiert ein leitfähiger Abschnitt der Riemenscheibe über die Quernuten 4 den Leiter 3, um einen Stromfluß in gewünschter Weise zu erreichen.
Die Leiter 3 können durch ein Kupfergeflecht oder durch ein elastische Eigenschaften aufweisendes leitfähiges Band gebildet werden.
In einer Ausführungsform ist mindestens einer der Zugstränge 2 ebenfalls mit leitfähigen Eigenschaften versehen bzw. dient als Strompfad.
Die Riemenscheibe kann eine Lamellen-Sandwich-Struktur umfassen, wobei am Scheibenzahnkopf leitfähige Abschnitte vorgesehen sind, die dann die bereits beschriebene elektrische Kontaktierung mit dem oder den Leitern 3 ermöglichen.
Ergänzend kann der Zahnriemen 1 Mitnehmer im Riemenrücken, z. B. zu Transportzwecken, umfassen.
Ebenfalls besteht die Möglichkeit, den Zahnriemenrücken mit einer weiteren Verzahnung zu versehen, wobei auch oder alternativ über eine weitere Riemenscheibe und der Riemenrückseite eine elektrische Verbindung realisierbar ist.
Ein Stromabgriff im Sinne einer Gegenkontaktierung kann mittels einer weiteren Riemenscheibe vorgenommen werden, wobei aber auch eine leitfähige Eigenschaften aufweisende Lauf- oder Spannrolle Verwendung finden kann.
Insbesondere bei höheren Strombelastungen können mehrere Zahnriemen parallel, jeweils ein Riemengetriebe bildend, vorgesehen sein, die mit entsprechenden Riemenscheiben kämmen. Hierbei bildet jeder Riemen mit im Inneren befindlichen Leitern 3 mindestens einen Strompfad.
Die Ausführungsform eines Zahnriemens mit Leitprofilen gemäß Fig. 2 entspricht im wesentlichen derjenigen nach Fig. 1, wobei jedoch die Zahnform einen Trapezverlauf besitzt.
Ein Zahnriemen mit Leitprofilen 5 auf der Rückseite zeigt das Ausführungs beispiel nach Fig. 3. Die Rückseiten-Leitprofile 5 sind im Riemenvolumen eingebettet und schließen im wesentlichen mit der Rückseiten-Oberfläche bündig ab.
Die Stromübertragung zwischen dem Zahnriemen 1 und Gegenkontakten 6 über eine Riemenscheibe oder Rolle 7 soll anhand der Fig. 4 näher erläutert werden.
Eine den Zahnriemen 1 führende Riemenscheibe oder Rolle 7 besitzt umfangsseitig im Bereich der im Zahnriemen 1 eingebetteten Leiter eine Verzahnung aufweisende Polräder 8.
Wie dargestellt, sind im vorliegenden Fall jeweils drei Polräder 8 zu beiden Seiten der Rolle 7 angeordnet, wobei zwischen den Polrädern 8 Isolationsabschnitte 9 befindlich sind. Ein weiterer Isolationseinsatz 10 dient der elektrischen Trennung hin zum Material der Riemenscheibe oder Rolle 7, wenn diese selbst leitfähig ist.
Rücksprünge 11 im Bereich des jeweiligen Polrads dienen der Aufnahme bevorzugt federgelagerter Stifte 12, z. B. aus einem Graphit- oder graphitbeschichteten Material.
Die Lagerung der Stifte 12 innerhalb der Rücksprünge 11 im jeweiligen verzahnten Polrad sichert die gewünschte Führung, Stromtragfähigkeit und Sicherheit bei einem industriellen Einsatz. Möglicherweise anfallender Abrieb kann sich in den Rücksprüngen 11 nicht festsetzen.
Die Gegenkontakte 6 sind in einem isolierenden Tragblock 13 gelagert. Eine auf die innere Rollenbreite abgestimmte Isolationsplatte 14 besitzt Führungsbohrungen im Bereich der Stifte 12 und nimmt neben der Führungsfunktion für die Stifte 12 auch Kräfte auf, die bei Rotation der Riemenscheibe oder Rolle 7 bezogen auf die Stifte 12 auftreten.
Die Isolationsabschnitte 9, der Isolationseinsatz 10, aber auch die Polräder 8 sind scheibenförmig ausgebildet und über einen Bolzen 15 lösbarer Bestandteil der Riemenscheibe 7 bzw. der Rolle. Auf diese Weise kann eine Anpassung an unterschiedliche Zahnriemen 1 mit verschiedener Anordnung der Leiter 3 bzw. unterschiedlichen Leiterabständen vorgenommen werden.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper der Riemenscheibe 7 nicht mit einer Stromtragfunktion beaufschlagt. Selbstverständlich liegt es im Sinne der Erfindung, daß auch die Rolle selbst oder Abschnitte dieser zur Stromleitung herangezogen werden kann. Auch können die Polräder 8 einen größeren Teil oder die gesamte Breite der Riemenscheibe 7 einnehmen, wobei dann den Polrädern neben der elektrischen auch eine zunehmende Kraftübertragungsfunktion zukommt.
Bevorzugt ist jedoch insbesondere beim Übertragen größerer Kräfte und hohen dynamischen Belastungen vorgesehen, die Funktionen Kraft- und Sromübertragung zu trennen, so daß bezüglich der Materialauswahl jeweils optimierte Lösungen geschaffen werden können.
Alles in allem gelingt es mit der vorstehend beschriebenen Erfindung, in besonders einfacher Weise sowohl eine Kraft- und/oder Bewegungsübertragung mittels eines Synchrongetriebes zu erreichen als auch eine Stromversorgung zu elektrischen Antriebselementen oder sonstigen Verbrauchern zu realisieren, ohne daß neben dem eigentlichen Getriebe z. B. ein Kabelschleppsystem erforderlich ist oder zusätzlich stromführende Gleitschienen notwendig werden. Bezugszeichenliste 1 Zahnriemen
2 Zugstränge
3 Leiter
4 Quernuten
5 Rückseitenleitprofil
6 Gegenkontakte
7 Riemenscheibe/Rolle
8 Polrad
9 Isolationsabschnitt
10 Isolationseinsatz
11 Rücksprung
12 Stift
13 Tragblock
14 Isolationsplatte
15 Bolzen

Claims

1. Vorrichtung zur Kraft- und/oder Bewegungsübertragung mittels Synchrongetriebe, umfassend mindestens einen Zahnriemen sowie mindestens eine Riemenscheibe, wobei der Zahnriemen in der neutralen Biegezone Zugstränge aufweist oder diese Zone als Zugstrang ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Zahnriemen leitfähige Bereiche vorgesehen und/oder leitfähige Elemente eingebettet sind, welche sich in Riemenlängsrichtung erstrecken, wobei im Bereich am oder zwischen den Riemenzahnfüßen und/oder auf der Riemenrückseite die leitfähigen Bereiche und/oder Elemente zum Herstellen einer elektrischen Verbindung frei liegen oder in geeigneter Weise zum elektrischen Kontaktieren zugänglich sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Bereiche als metallische Litze oder Bänder ausgebildet und in der neutralen Biegezone, den Zugsträngen benachbart, im Zahnriemen eingebettet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den leitfähigen Bereichen Isolierabschnitte angeordnet sind, die bevorzugt aus dem Zahnriemen-Werkstoff bestehen.

4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Zugstränge als elektrischer Leiter ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen den Riemenzahnfüßen zur elektrischen Kontaktierung eine Quernut oder Aussparung vorhanden ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenscheibe im Bereich der Scheibenzahnköpfe leitfähige Abschnitte aufweist, welche die leitfähigen Bereiche des Zahnriemens beim Kämmen kontaktieren.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Scheibenzahnköpfe mehrere in Querrichtung beabstandet angeordnete leitfähige Abschnitte vorgesehen sind, wobei zwischen den leitfähigen Abschnitten Isolierzonen bestehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenscheibe aus einer Lamellen-Sandwich-Struktur mit leitfähigen und isolierenden Lamellen besteht.

9. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnriemenrücken eine weitere Verzahnung aufweist, wobei auch oder alternativ über die Riemenrückseite eine elektrische Verbindung zu den leitfähigen Bereichen und/oder leitfähigen Elementen innerhalb des Riemens herstellbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gegenkontaktierung bei eingespanntem Riemen eine elektrische Klemmleiste vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gegenkontaktierung mindestens eine weitere Riemenscheibe mit leitfähigen Eigenschaften vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkontaktierung über eine leitfähige Eigenschaften aufweisende Lauf- oder Spannrolle erfolgt.

13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einzelzahnriemen mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Bereich und/oder Element vorgesehen sind, wobei die Einzelzahnriemen mit einer oder mehreren Riemenscheiben kämmen und jeder der Riemen mindestens einen leitfähigen Pfad bildet.

14. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen feststehenden Zahnriemen.

15. Zahnriemen mit in der neutralen Zone angeordneten Zugsträngen oder einer als Zugstrang ausgebildeten Biegezone, dadurch gekennzeichnet, daß leitfähige Bereiche vorgesehen oder eingebettet sind, wobei im Bereich an oder zwischen den Riemenzahnfüßen und/oder auf der Riemenrückseite die leitfähigen Bereiche zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zugänglich sind.