DE1915179A1

DE1915179A1 - Kraftuebertragungsvorrichtung zur Umwandlung einer hin- und hergehenden Bewegung in eine Drehbewegung

Info

Publication number: DE1915179A1
Application number: DE19691915179
Authority: DE
Inventors: Pennington James Ronald
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1968-05-09
Filing date: 1969-03-25
Publication date: 1969-11-20
Also published as: GB1211502A

Description

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ALLIED CHEMICAL CORPORATION, New York (U.S.A.)

Kraftübertragungsvorrichtung zur Umwandlung einer hin- und hergehenden Bewegung in eine Drehbewegung.

Die Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsvorrichtung zur Umwandlung einer hin- und hergehenden Bewegung in eine kontinuierliche Drehbewegung.

Es gibt zahlreiche praktische Verwendungszwecke, bei denen es wünschenswert ist, eine Kraftübertragungsvorrichtung zu verwenden, die bei niedrigen Geschwindigkeiten ein hohes Drehmoment liefert und mit deren Hilfe eine hin- und hergehende Bewegung in eine kontinuierliche Drehbewegung umgewandelt werden kann. Als Beispiel für einen Verwendungszweck, bei dem derartige Kraftübertragungsvorrichtungen gebraucht werden,seien die im Bergwerkswesen für Bohrvorgänge gebrauchten Maschinen und Vorrichtungen genannt. Wenn nämlich die krafterzeugenden und die kraftübertragenden Einrichtungen in einem Loch und in einem grösseren Abstand vom Betätigungspersonal eingesetzt wer-

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den sollen, ist es äusserst wünschenswert, wenn derartige Vorrichtungen so kompakt wie irgend möglich gebaut sind. Ausserdem ist naturgemäss die Erzielung eines hohen Drehmoments bei geringen Geschwindigkeiten insbesondere dann sehr wünschenswert, wenn die Bohrungen in Pelsgesteln und anderen harten Materialien vorgenommen werden sollen.

Es sind bereits die verschiedensten Arten von Kraftübertragungsvorrichtungen entwickelt worden, bei denen das Be- . streben dahin geht, bei niedrigen Geschwindigkeiten ein hohes Drehmoment zu erzielen. Als Beispiel hierfür sei der häufig angewandte einfache Kurbelmechanismus genannt, wie er beispielsweise zum Antrieb der Räder von Dampflokomotiven verwendet wurde. Solche Kurbelvorrichtungen sind jedoch nicht soweit kompakt gebaut, wie dies für zahlreiche Verwendungszwecke, beispielsweise beim Tiefbohren notwendig sind.

Im übrigen sind jedoch zur Erzeugung von hohen Drehmomenten bei niedrigen Geschwindigkeiten auch schon andere krafterzeugende Vorrichtungen, beispielsweise Elektromotoren verwendet worden. Jedoch ergibt sich auch hier wiederum die Schwierigkeit, dass ein Motor, dessen Leistung derart ist, dass er bei niedrigen Geschwindigkeiten ein hohes Drehmoment erzeugt, nicht die notwendige kompakte Bauweise besitzt und besitzen kann, wie sie beispielsweise für die Bohrungen erforderlich ist.

Mit der Erfindung wird deshal* eine Kraftübertragungsvorrich-

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tung geschaffen, durch welche eine hin- und hergehende Bewegung in eine kontinuierliche Drehbewegung umgewandelt werden kann, wobei eine Vielzahl von sich hin- und herbewegenden Antriebsmitteln und mit den Antriebsmitteln kraftschlüssig verbundene Schieber vorgesehen sind und in -jedem Schieber eine Öffnung ausgebildet ist, durch die Kraftabgabemittel hindurchgreifen, wobei an den Schiebern erste Kraftübertragungsvorrichtungen angebracht sind, die zur Herstellung einer intermittierenden Verbindung mit an der Kraftabgabevorrichtung befindlichen zweiten Kraftübertragungsvorrichtungen dienen, und wobei die intermittierende Verbindung in der tfeiee hergestellt wird, dass bei einer hin- und hergehenden Bewegung der Antriebsvorrichtung die Kraftabgabevorrichtung in eine kontinuierliche Drehbewegung versetzt wird.

Bei einer nachstehend noch im einzelnen beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Kraftübertragungsvorrichtung aus zwei oder mehreren einander gegenüberliegenden doppelt wirksamen Zylindern. Dabei ist der Kolben jedes Zylinders kraftechlüssig mit einer entsprechenden Schieberplatte verbunden. In den einzelnen Schieberplatten ist wiederum jeweils eine langgestreckte Öffnung vorgesehen, deren Eckkanten abgerundet sind, und die an ihrer Ober- und Unterseite jweils eine Zahnstangenanordnung aufweisen,. Durch die in den Schieberplatten ausgebildeten Öffnungen ist eine Kraftabgabewelle hindurchgeführt, die eine Teilritzelausbildung besitzt, welche jeweils wiederum mit den einzelnen Schie-

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berplatten im Eingriff steht. Die Teilritzel sind dabei derart angebracht, dass sie zueinander nicht phasengleich liegen, indem sie beispielsweise um 90° gegeneinander versetzt sind. Während sich die einzelnen Teilritzel jeweils im Eingriff entweder mit der oberen oder der unteren Zahnstangenauebildung der entsprechenden Schieberplatte befinden, werden sie von dieser angetrieben. Wenn das Teilritzel soweit gedreht worden ist, dass sich seine Zähne nicht mehr im Eingriff mit einer ρ der Zahnstangenausbildungen der Schieberplatte, beispielsweise mit der unteren Zahnstangenausbildung befinden, so wird es . derart verschwenkt, dass es mit der anderen Zahnstangenausbildung, beispielsweise der oberen Zahnstangenausbildung zum Eingriff gelangt, was unter der Einwirkung des anderen Teilritzels oder der anderen Teilritzel auf der gleichen Achse geschieht, die in bezug auf dieses Teilritzel nicht phasengleich angeordnet sind. Auf diese Weise wird die Welle in eine kontinuierliche Drehbewegung versetzt.

Wenn also beispielsweise bei einer entsprechenden Vorrichtung nur ein einziges Kolbenpaar Verwendung findet, geht die Wirkungsweise dahin, dass in dem Masse, in dem der eine Kolben die ihm zugeordnete Schieberplatte nach rechts verschiebt, er damit das erste Teilritzel entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt, welches sich mit der unteren Zahnstangenausbildung dieser Platte im Eingriff befindet. Gleichzeitig befindet sich das zum ersten Ritzel um 90° versetzte und mit dem Kolben des anderen entgegengesetzten doppelt wirkenden Zylinders verbundene zweite Teilritzel am Ende seiner Platte und vollzieht

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seine Drehbewegung zur oberen Zahnstangenausbildung dieser Platte. Auf diese Weise wird aus einer hin- und hergehenden Bewegung eine kontinuierliche Drehbewegung.

Die Erfindung sei nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Figur 1 eine teilweise im Schnitt nach der Linie 1-1 der Figur 2 gesehene Ansicht einer erfindungsgemäss ausgebildeten Bohrmaschine;

Figur 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Figur 1; Figur 3 einen Schnitt nach d'er Linie, 3-3 der Figur 1, der eine Draufsicht auf die mit den Schieberzahnstangenanordnungen im Eingriff befindlichen leilritzel veranschaulicht; und

Figuren 4 bis 7 jeweils eine Ansicht von fortschreitenden Stadien im Bewegungsablauf einer Schieberplatte und des dieser zugeordneten Teilritzels, so wie-sie sich beim Durchlauf eines vollständigen Arbeitszyklus ergeben.

Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch.eine Bohrmaschine, in welche -die erfindungsgemäss ausgebildete Kraftübertragungsvorrichtung eingebaut ist. Diese Bohrmaschine besitzt dabei zwei Aussenummantelungen 1, an denen unter Zuhilfenahme entsprechender Halterungen 3 Schneidwalzen 2 angebracht sind. Die Aussenummantelungen 1 sind dabei in Lagern 34 um die

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feststehenden Innenummantelangen 28 und 29 drehbar und werden in bezug auf diese in der nachstehend im einzelnen noch zu beschreibenden Weise angetrieben. Mit ihrem inneren Ende liegen • die Aussenummantelungen 1 jeweils an einer feststehenden Mittelplatte 38 an, gegenüber der sie drehbar sind. Zwischen den aneinander anliegenden Flächen der Mittelplatte 38 und der Aussenummantelungsteile 1 sind jeweils Dichtungsringe 37 vorgesehen. Innerhalb der Innenummantelungen 28 und 29 befinden sich zwei doppelt wirksame Zylinder, die bei 4 und 5 schematisch angedeutet und einander gegenüber angeordnet sind. Die diesen Zylindern jeweils zugeordneten.Kolben sind jeweils mit den Schieberplatten 6 bzw. 7 verbunden. In den Schieberplatten 6 und 7 ist wiederum jeweils eine Öffnung 8 bzw. 9 ausgebildet. Durch diese Öffnungen 8 und 9 ist eine Kraftabgabewelle 10 hindurchgeführt, die in Lagern 35 und 36 drehbar gelagert ist (siehe Figuren 2 und 3) und die ihren Drehantrieb durch zwei Teilritzel 11 und 12 erhält. Diese Teilritzel oder Teilzahnräder 11 und 12 sind auf der Welle 10 in der Weise angebracht, dass sich das Teilritzel oder Teilzahnrad 12 hinter dem Teilritzel oder Teilzahnrad 11 befindet und in seiner Phase in bezug auf das letztere um 90° verschwenkt ist. An der Oberseite und der Unterseite der Öffnungen 8 und 9 sind zahnstangenartige Ausbildungen, beispielsweise in Form der Zahnstangenausbildungen 13 und 14 an der Platte selbst vorgesehen. In dem Masse, in dem sich der Kolben im Zylinder 4 nach rechts verschiebt, schiebt er die Verbindungsstange 15 gleichfalls nach rechts, was eine entspre-

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cbende Verschiebung der damit fest verbundenen Platte 6 ebenfalls naoh rechte eur Folge hat. In dem Hasse, in dem sich die Platte 6 nach rechts verschiebt, wird das Teilritzel 11 entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht. Zugleich erreicht die hinter der Platte 6 befindliche Platte 7 die Grenze ihrer nach rechts gerichtetsi Bewegungsbahn, da sie von dem Kolben im Zylinder 5 angetrieben wird. Zu diesem Zeitpunkt verschwenkt das Teilritzel 12 von der unteren Zahnradanordnung zur oberen Zahnradanordnung der Platte 7· Auf diese Weise wird die hin- und hergehende Bewegung der Kolben in den Zylindern 4 und 5 in eine' kontinuierliche Drehbewegung der Welle 10 umgesetzt und dabei bei niedrigen Geschwindigkeiten ein hohes Drehmoment erzielt.

Die Abgabewelle 10 treibt ein Zahnrad 16 an (siehe Figur 2)_t das seinerseits wiederum die Zahnkränze 17 in entgegengesetzten Richtungen treibt. Sie Zahnkränze 17 sind an den Aussenummantelungen 1 befestigt und bewirken den Antrieb derselben in entgegengesetzten Richtungen, wobei sich die Aussenummantelungen 1 und die -Zahnkränze 17 in Lagern 34- um die Innenummantelungen 28 und 29 drehen. Aus Gründen der Einfachheit und Deutlichkeit sind die Lager oberhalb und unterhalb der Innenummantelung 28 nicht mit dargestellt, da es sich hierbei um die gleichen Lager handelt, wie sie bereits in Verbindung mit der Ummantelung 29 veranschaulicht sind.

Die zur Betätigung der Zylinder 4 und 5 erforderliche hydraulische Flüssigkeit oder Dampf wird den Zylindern in der her-

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kömmlichen Weise über Leitungen 20, 21 und 22 zugeleitet. Um die Zuführung der hydraulischen Flüssigkeit oder des Dampfes zu den Zylindern jeweils in der Weise zu steuern, dass der Kolben in den doppelt wirkenden Zylindern jeweils genau so betätigt wird, dass eine genaue Synchronisierung der Bewegung der Schieberplatten in bezug aufeinander erreicht wird, werden bekannte (nicht gezeigte) genau synchronisierte Ventilvorrichtungen eingesetzt, die ihrerseits durch entsprechende Fockenausbildungen gesteuert werden.

Die Figur 2 veranschaulicht die kraftschlüssige Verbindung der Kraftabgabewelle 10 mit dem Zahnrad 16, das den Zahnkranz 17 ' antreibt (siehe Figur 1) und damit die Aussenummantelung 1 in den Lagern 34 in eine Drehbewegung versetzt (vgl. Figur 1). Bei den Bauteilen 26 und 27 handelt es sich jeweils um die obere bzw. die untere Halterung für die Zylinder 4 und 5· Die an den Bauteilen 26 und 27 vorgesehenen Teile 24 und 25 dienen als Führungen für die Platten 6 und 7.

Die Figur 3 ist eine schematische Darstellung der Kraftübertragungsvorrichtung nach Figur 1, wobei es sich beim Hittelteil dieser Figur um einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Figur 1 handelt. Die schematisch dargestellten Zylinder 4 und 5 sind mit den Schieberplatten 6 bzw. 7 verbunden. Die unteren Zahnstangenanordnungen 13 und 41 der Platten 6 und 7 treiben die Teilritzel 11 und 12 an, die zueinander um 90° phasenversetzt sind. Auf diese Weise wird die Kraftabgabewelle 14 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht und dreht sich dabei in den Lagern 35

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und 36.

Die vorstehend "beschriebene Bohrmaschine wird an einem Kabel 40 aufgehängt und kann sich um ein Längslager 39 drehen. Die für die Zylinder 4 und 5 bestimmte hydraulische Flüssigkeit wird durch die Zuführungsleitungen 72 zugeleitet, die in ein Drehteil 23 hineinführen. Durch diese Leitung 42 wird die Verbindung mit den Durchlässen 21 und 22 hergestellt. Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Bohrmaschinen ist bereits in der gleichfalls vom Erfinder eingereichten amerikanischen Anmeldung Mr. 700 319 beschrieben.

Die Figuren 4, 5> 6 und 7 veranschaulichen die Relativbewegung einer Schieberplatte in bezug auf das ihr zugeordnete leilritzel im Verlaufe eines vollständigen nach rückwärts und vorwärts gerichteten Arbeitsganges der Platte. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet die Schieberplatte der Figur 4» die sich, wie durch den gerade verlaufenden Pfeil angedeutet ist, nach rechts bewegt. Durch den während dieser Bewegung zwischen dem Ritzel 11 und der unteren Zahnstangenanordnung 13 gegeben Zusammengriff wird das Ritzel 11 und die mit diesem fest verbundene Welle in eine entgegen dem Uhrzeigersinn vor sich gehende Drehbewegung versetzt, wie dies durch den bogenförmig gekrümmten Pfeil angedeutet ist.

Aus der Darstellung der Figur 5 wird deutlich, dass, wenn die Platte 6 das Ende ihrer nach rechts gerichteten Bewegung erreicht, das Teilritzel 11 nicht mehr im Eingriff mit der unte-

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ren Zahnstangenanordnung 13 ist und infolgedessen von der unteren Zahnstangenanordnung zur oberen Zahnstangenanordnung 14 hin verschwenkt wird. Diese Schwenkbewegung wird dabei durch das andere (nicht gezeigte) Teilritzel auf der Welle 10 verursacht, das in bezug auf das TeilritzeL 11 um 90° phasenverschoben ist. Damit wird das andere Teilritzel zum Eingriff gebracht und treibt das Teilritzel 11 von der unteren Zahnstangenausbildung zur oberen Zahnstangenausbildung.

Wie aus Figur 6 ersichtlich ist, gelangt in dem Masse, in dem sich die Platte 6_/wie durch den geraden Pfeil angedeutet wird, nach links zurückbewegt, das Teilritzel 11 mit der oberen Zahnstangenausbildung 14 zum Eingriff und wird damit durch · diese entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht.

Die Figur 7 zeigt die Schieberplatte 6 an demjenigen Punkte, an dem&ie das Ende ihrer nach links gerichteten Bewegung erreicht. Dabei wird das Teilritzel 11 von der oberen Zahnstan-) genausbildung 14 wieder zur unteren Zahnstangenausbildung 13 verschwenkt und der Arbeitszyklus kann nunmehr wieder von neuem beginnen, so wie dies in Figur 4 wiedergegeben ist.

Zwar geben die Figuren 4 bis 7 den Arbeitszyklus mit nur einer Schieberplatte und dem dieser zugeordneten Teilritzel wieder, jedoch ist darauf zu verweisen, dass mit der in den Figuren 4 bis 7 dargestellten Platte und Zahnanordnung mindestens noch eine weitere Platte und eine entsprechende Zahnanordnung zusammenwirkt, die in bezug hierauf phasenungleich, beispielsweise um 90° versetzt angeordnet ist. Auf diese Weise

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wird die Abgabewelle 10 in eine kontinuierliche Drehbewegung versetzt, da immer dam^wenn ein Teilritzel zwischen den Zahnstangenausbildungen verschwenkt wird, das andere Teilritzel zum Eingriff gelangt und angetrieben wird.

Bei der Beschreibung des vorstehenden Ausführungsbeispieles wurde von der Verwendung zweier Zylinder ausgegangen, jedoch versteht es sich für den Fachmann, dass bei derartigen Vorrichtungen nicht nur zwei Zylinder, sondern eine beliebig höhere Zahl von Zylindern verwendet werden kann, wobei diese lediglich entsprechend eingestellt sein'müssen, damit bei den Relativbewegungen die notwendige Phasenungleichheit gewährleistet ist.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend insbesondere unter Bezugnahme auf ihren Einsatz in einer Bohrmaschine beschrieben, jedoch versteht es sich, dass sie auch noch für zahlreiche andere Verwendungszwecke eingesetzt werden kann, bei denen bei geringen Geschwindigkeiten bei der Übertragung von hin- und hergehenden Bewegungen in kontinuierliche Drehbewegungen ein hohes Drehmoment erzielt werden soll.

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Claims

- 12 Patent- (Schutz-)Ansprüche

Kraftübertragungsvorrichtung, durch welche eine hin- und hergehende Bewegung in eine kontinuierliche Drehbewegung umgewandelt wird und die eine Vielzahl von sich hin- und herbewegenden Antriebsgliedern und ein drehbares Kraftabgabeglied aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Schieber (6, 7), in denen jeweils eine Öffnung (8, 9) ausgebildet ist, kräftschlüssig mit den Antriebsgliedern (4,5) der Vorrichtung verbunden sind, dass das Kraftabgabeglied (10) durch die Öffnungen hindurchgeführt ist und erste Kraftübertragungsmittel (13, 14) derart an den Schiebern angebracht sind, dass eine intermittierende Verbindung mit zweiten Kraftübertragungsvorrichtungen (11, 12) hergestellt werden kann, die ihrerseits am Kraftabgabeelement (10) angebracht sind, wobei die intermittierende Verbindung in der Weise hergestellt wird, dass bei einer hin- und hergehenden Bewegung der Antriebsglieder das Kraftabgabeglied in eine kontinuierliche Drehbewegung versetzt wird.

2. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieber in Form von Platten (6, 7) ausgebildet sind, das Kraftabgabeglied eine Welle (10) ist, und dass es sich bei dem ersten und zweiten Kraftübertragungsmittel um Verzahnungen handelt.

5. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch

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gekennzeichnet, dass die jeweils an den Platten ausgebildeten Verzahnungen in Form von zwei einander gegenüberliegenden Zahnstangenausbildungen (13, 14) ausgebildet sind, die sich zu beiden Seiten der in der Platte vorgesehenen Öffnung befinden und dass die Verzahnungen an der Kraftabgabewelle (10) in Form von Teilritzeln (11, 12) ausgebildet sind, die jweils mit den Zahnstangenausbildungen der ihnen zugeordneten Plattenöffnungen zusammenwirken»

4-·. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3_f dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von mit verschiedenen Platten (6,7) zusammenwirkenden Teilritzeln (11, 12) derart auf der Kraftabgabewelle (10) angeordnet sind, dass sie nicht phasengleich miteinander wirksam werden.

5. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Platten und zwei Teilritzel vorgesehen sind, .die um 90° phasenversetzt arbeiten.

6. Kraftübertragungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hin- und hergehenden Antriebsglieder aus den Kolben von einander gegenüber angeordneten doppelt wirksamen Zylindern (4»5) bestehen, diedurch einen Strömungsmitteldruck betätigbar sind.

7. Kraf ^übertragungsvorrichtung nach einem oder mehreren

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ORIGINAL INSPECTED

der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination mit einer Bohrmaschine, wobei die Kraftübertragungsvorrichtung derart wirksam innerhalb der Bohrmaschine angeordnet ist, dass sie die Bohrmaschine antreibt.

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