DE19515185C1 - Reibradgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Reibradgetriebe, bei dem eine gleichmäßige Übertragung des Antriebsdrehmomen­ tes erreichbar und das demzufolge besonders für den Einsatz in Präzisionsgeräten geeignet ist.

Reibradgetriebe mit zylinderförmigen oder kegelförmi­ gen Rädern sind im traditionellen Maschinenbau zur Einflußnahme auf Drehbewegungen verschiedener Maschi­ nen, Aggregate bzw. Bauteile im Einsatz. Schwierig­ keiten ergeben sich durch mangelhafte Ausrichtung der die Reibpaarung bildenden Räder zueinander, so daß keine gleichmäßige Berührung der Berührungsflächen des antreibenden und des angetriebenen Rades erreicht wird. Die Rotationsachsen der Räder können nicht ge­ nau genug parallel zueinander ausgerichtet werden. Ein weiteres Problem besteht in der exakten zylindri­ schen bzw. kegelförmigen Ausbildung der Räder.

Dies führt dazu, daß das Antriebsmoment ungleichför­ mig oder in unzureichender Größe übertragen werden kann. Letzteres kann zwar durch erhöhte Anpreßkräfte ausgeglichen werden, führt aber zu einer erhöhten Belastung der Lagerung und bestimmter Bereiche der Reibräder und ist demzufolge nicht immer ein gangba­ rer Weg. Insbesondere bei Präzisionsgeräten ist dem­ zufolge die Verwendung eines Reibradantriebes, obwohl von Haus aus über gute Transmissionseigenschaften verfügend, bisher nicht ohne weiteres einsetzbar.

Bei nicht exakt zueinander ausgerichteten, sich be­ rührenden Rädern sind auch die sich berührenden Flä­ chen der Räder kleiner, und es wirken demzufolge an diesen Stellen höhere Flächenpressungen, die zur vor­ zeitigen Zerstörung führen. Dies läßt sich jedoch nur durch die Verringerung der Anpreßkraft vermeiden, was aber dem Ziel der Übertragung großer Momente entge­ gensteht.

Bisher wurde ein Weg beschritten, bei dem bewußt durch ballige Gestaltung darauf verzichtet wurde, Kräfte über einen größeren Oberflächenbereich der Reibradoberflächen zu übertragen.

Ein weiterer Nachteil bekannter Reibradgetriebeaus­ führungen besteht darin, daß die Anpreßkräfte gene­ rell mit den Lagerungen der Räder gefangen werden. Dies führt zu vergrößerter Lagerreibung und demzufol­ ge zu ungleichmäßigem Antrieb und unnötig großer De­ formation des gesamten Getriebes. Dabei muß der Kraftfluß unnötig lange Wege gehen.

In der FR 2 677 419 ist eine Vorrichtung zum Antrieb einer Trommel beschrieben, die mit einem Riemen ge­ dreht werden soll. Der Riemen wird bei dieser vorbe­ kannten Lösung zwischen zwei Rollen angeordnet, wobei eine davon ein Reibrad ist und die Anpreßkraft mit zwei in einem Winkel angeordneten Hebelarmen ein­ stellbar ist.

Eine weitere Vorrichtung zum Antrieb, der reibschlüs­ sig erfolgen soll, einer Trommel ist in der DE 39 05 345 A1 beschrieben. Dabei ist an der Trommel ein Treibring angeordnet, an dem an den sich gegenüber­ liegenden Wandungen zwei Räder angreifen, wobei eines dieser Räder als Antriebsrad und das andere als An­ drückrad verwendet wird. Auch bei dieser Antriebsan­ ordnung wird ein zweiarmiges Hebelgetriebe verwendet, um die Andrückkraft des Andrückrades zu sichern.

Die DE 30 05 147 B1 beschreibt einen spielfreien Prä­ zisionsantrieb für ein rotierendes oder ein längsver­ schiebliches Teil. Dabei wird ein Reibrad benutzt, das an zwei Stützrädern abgestützt ist und mit deren Hilfe gegen das zu bewegende Teil gepreßt wird. Dem Reibrad gegenüberliegend ist eine Andrückrolle ange­ ordnet, um die Übertragung der Antriebskraft, die durch das Reibrad auf das zu bewegende Teil wirkt, relativ hoch halten zu können.

In der DE-AS 12 30 302 wird ein Reibantrieb für einen Drehtisch, insbesondere eine Drehbühne beschrieben, bei dem ein Treibrad schwenkbar angeordnet ist und zusätzlich mit einer Druckrolle gegen eine Antriebs­ fläche, für die Drehung des Drehtisches bzw. der Drehbühne gedrückt wird. Dabei ist die gegen das Treibrad wirkende Druckrolle ebenfalls schwenkbar angeordnet.

Eine Antriebsanordnung für eine Maschine kann man der FR 25 17 404 entnehmen. Bei dieser Lösung wird die anzutreibende Welle über ein Gelenk mit dem eigentli­ chen Antrieb verbunden und in Lagerungen geführt. Das Reibrad wirkt auf ein Band und die Anpreßkraft kann mit einer Feder, die an einem der Lagerungen der An­ triebswelle vorhanden ist, eingestellt werden.

Ausgehend hiervon, ist es Aufgabe der Erfindung, Reibradgetriebe so zu verbessern, daß eine gleichmä­ ßige Übertragung des Antriebsdrehmomentes von antrei­ benden auf angetriebene Räder erreicht wird.

Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Wei­ terbildungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich mit Verwendung der in den untergeordneten An­ sprüchen enthaltenen Merkmale.

Mit der Verwendung zweier Gelenke, die lediglich ei­ nen Freiheitsgrad zur Führung der Antriebseinheit mit dem antreibenden Rad freigeben, ist es möglich, die in reibschlüssiger Verbindung miteinander zu halten­ den Reibräder so parallel zueinander auszurichten, daß eine linienförmige Berührung von antreibenden und angetriebenen Rädern auch unter wechselnden Betriebs­ bedingungen, bei Verformungen, Abnutzung, oder bei ungenau gefertigten Bauteilen erreicht wird. Dies führt zu einer gleichmäßigen Kraftverteilung über die gesamte zur Verfügung stehende Länge der Reibräder, mit maximaler Kraft- bzw. Drehmomentübertragung, ohne unerwünschte Kraftkomponenten in die verschiedensten Richtungen. Bei Vermeidung von Schlupfdifferenzen kann dadurch eine konstante Drehgeschwindigkeit des angetriebenen Rades eingehalten werden.

Die Führung mit den zwei Gelenken kann dabei an der Antriebswelle angreifen, wenn der eigentliche Antrieb (Motor bzw. Getriebe) zumindest in Richtung auf das anzutreibende Rad hin beweglich gehalten ist. In die­ sem Fall ist es vorteilhaft, wenn eine Lagerung die Antriebswelle umgreift, die losefrei ausgebildet ist, da sich ein Lagerspiel und elastische Nachgiebigkeit nachteilig auf die Genauigkeit der Ausrichtung aus­ wirken würden. Beispielsweise können für diese Lage­ rung zwei verspannte Hochgenauigkeitslager verwendet werden.

Wird der Antrieb starr gehalten, ist es erforderlich, zusätzliche Gelenke an der Antriebswelle vorzusehen. Bevorzugt sollten Gleichlaufgelenke an den Enden der Antriebswelle vorgesehen werden und die Lagerung zwi­ schen diesen Gelenken angreifen.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, auf die Lage­ rung der Antriebswelle zu verzichten und die Führung direkt am Antrieb angreifen zu lassen, wobei die bei­ den Gelenke an der Führung vorhanden sind und sichern, daß die Bewegung des antreibenden Rades nur in der gewünschten Weise erfolgen kann.

Es können einfache Biegegelenke, Wälzlager, Gleitla­ ger, Strömungslager oder Kombinationen davon paarwei­ se verwendet werden.

Neben der Möglichkeit, die Anpreßkraft des/der an­ treibenden Rades/Räder direkt auf die Führung oder den Antrieb wirken zu lassen, ist es vorteilhaft, diese über Hilfsräder zu übertragen. Diese Hilfsräder bewirken lediglich die Anpreßkraft ohne eine zusätz­ liche Drehmomentenübertragung. Der Vorteil bei einer solchen Lösung ist der, daß die Lagerbelastung der antreibenden Räder und des Antriebes stark vermindert wird, da die auftretenden Kräfte im wesentlichen von der Lagerung der Hilfsräder aufgenommen werden. Dabei können mehrere Hilfsräder eingesetzt werden, die sich gegeneinander abstützen und die Kraft mit geeigneten Mitteln, wie beispielsweise Federn oder Stellmecha­ nismen aufgebracht wird. Es sollte dabei aber darauf geachtet werden, daß die Anpreßkraft an allen Hilfs­ rädern gleich ist und keine unerwünschten Kräfte, insbesondere Querkräfte auf antreibendes Rad 2 und anzutreibendes Rad 1 wirken.

Bei Verwendung eines Stellmechanismus, aber auch bei Federn, wenn diese mit geeigneten Getrieben gekoppelt sind, ist ein Trennen der Hilfsräder von den antrei­ benden Rädern und/oder die Einstellung der Anpreß­ kraft möglich, um die freie Beweglichkeit des gesam­ ten Systems, auch ohne den eigentlichen Antrieb, z. B. im Havariefall zu gewährleisten.

Die Hilfsräder können vorteilhaft schwimmend gelagert sein, es ist lediglich zu sichern, daß das Herausfal­ len aus dem Getriebe verhindert ist.

Das erfindungsgemäße Prinzip läßt sich auf alle be­ kannten Reibradgetriebe anwenden. Es bestehen keine Beschränkungen bei innen bzw. außen angreifenden an­ treibenden Rädern oder auch bei nicht rotationssym­ metrischen Reibkörpern, wie kegel- oder kegelstumpf­ förmige Körper. Es kann auch bei einem angetriebenen Rad eingesetzt werden, dessen Durchmesser um ein Vielfaches größer als der der antreibenden Räder ist und so nahezu einem Lineargetriebe entspricht.

Eine bevorzugte Anwendung ist ein Antrieb für ein astronomisches Teleskop, bei dem es auf hohe Genau­ igkeit bei der Übertragung der Drehbewegung in Bezug auf Geschwindigkeit und Winkelgenauigkeit ankommt.

Nachfolgend soll die Erfindung an Ausführungsbeispie­ len näher beschrieben werden.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Getriebes;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform für einen inneren Antrieb;

Fig. 3 eine Teilansicht einer Antriebseinheit mit Führung und zwei Biegegelenken;

Fig. 4 eine Ansicht eines Antriebes eines astronomischen Teleskops unter Verwen­ dung einer Antriebseinheit nach Fig. 3 und

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Getriebes.

Zur erfindungsgemäßen Ausführung eines Reibradgetrie­ bes nach Fig. 1 gehört mindestens ein antreibendes Rad 2, das mit einer aus einem Antrieb 7 und einer Antriebswelle 9 gebildeten Antriebseinheit verbunden ist. Bei diesem Beispiel greift eine Führung an der Antriebswelle 9 an. Zur Führung gehören zwei in einem Abstand angeordnete Gelenke 4 und 5 eine feste Lage­ rung 6 und eine die Antriebswelle 9 umgreifende Lage­ rung 8. Die Gelenke 4 und 5 sind hierbei Biegegelen­ ke, die eine Bewegung der Antriebswelle 9 nur in Richtung auf das anzutreibende Rad 1 (x-Richtung) durch leichte Beweglichkeit um die z-Achse ermögli­ chen und alle anderen Möglichkeiten bis auf die Rota­ tion um die y-Achse sperren. Der Antrieb 7 sollte bei diesem Beispiel zumindest in Richtung auf das an zu­ treibende Rad 1 ebenfalls beweglich sein. Hierfür kann eine nicht dargestellte Längsführung verwendet werden. Die Lagerung 8 kann mittels zweier Hochgenau­ igkeitswälzlager ausgeführt sein, die in einem Gehäu­ se verspannt sind. Mit dieser Anordnung ist es mög­ lich, einen ausgerichteten, großflächigen Kontakt zwischen antreibendem Rad 2 und angetriebenem Rad 1 zu sichern und Fluchtungsfehler zu vermeiden. Für die Anpreßkraft zur Bewirkung des erforderlichen Reibschlusses zwischen den beiden Rädern 1 und 2 ist ein Hilfsrad 3 vorhanden, das kein Drehmoment über­ trägt und lediglich die Kraftwirkung zwischen den beiden Rädern 1 und 2 sichert. Dabei muß das Hilfsrad 3 um seine Rotationsachse (y-Achse) drehbar sein, aber ein Verkanten dieser Achse in irgendeiner Rich­ tung vermieden werden. Außerdem muß eine Bewegung auf das anzutreibende Rad 2 zu (x-Richtung) möglich sein.

Das zweite Beispiel (Fig. 2) entspricht im wesentli­ chen dem nach Fig. 1, wobei hier deutlich erkennbar ist, daß es sich um einen innen angreifenden Antrieb handelt. Hierbei werden mindestens zwei Hilfsräder 3, 3′ verwendet, die mittels Federn 10 vorgespannt sind. Dabei stützt sich das Hilfsrad 3′ am anzutreibenden Rad 1 ab, und die Anpreßkraft - gleich Federkraft - gelangt über das zweite Hilfsrad 3 zum antreibenden Rad 2. Dabei ist eine im wesentlichen schwimmende Lagerung gewährleistet. Nur die Auflage 11 verhindert ein Herausfallen des Hilfsradmechanismus 3, 3′, 10. Die Anpreßkräfte werden bei diesem Beispiel vollstän­ dig von den Lagerungen 12, 12′ der Hilfsräder 3, 3′ aufgenommen und so eine Beeinträchtigung durch erhöh­ te Belastung des eigentlichen Antriebes vermieden.

In den Fig. 3 und 4 ist eine konkrete Ausführung für ein erfindungsgemäßes Getriebe dargestellt. Der Fig. 3 ist eine Antriebseinheit mit Führung zu ent­ nehmen. Dabei ist der eigentliche Antrieb nicht dar­ gestellt. Lediglich die Führung mit den zwei Gelenken 4 und 5, in diesem Beispiel einfache Biegegelenke, das mit der Antriebswelle 9 verbundene antreibende Rad 2 und die aus zwei Wälzlagern gebildete Lagerung 8 sind zu erkennen. Die zwei Biegegelenke 4 und 5 ermöglichen eine Bewegung des antreibenden Rades 2 in der Form, daß dieses parallel zum anzutreibenden Rad 1 ausgerichtet werden kann und Fluchtungsfehler ver­ mieden werden können. Der übrige Gehäuseteil 13 der Führung ist so starr, daß eine Bewegung in Richtung der anderen Freiheitsgrade verhindert wird. Das an­ treibende Rad 2 kann mit Hilfe der Gelenke 4, 5 auf das anzutreibende Rad 1 zu bewegt und gleichzeitig entsprechend der Reibfläche des anzutreibenden Rades 1 gekippt werden.

Bei dem in der Fig. 4 gezeigten Reibgetriebeantrieb für ein Teleskop wird der Antrieb, wie er der Fig. 3 zu entnehmen ist, verwendet. In dieser Darstellung ist lediglich das das anzutreibende relativ große Rad 1 antreibende Rad 2 erkennbar, die aus hochfestem Stahl gefertigt sind. Die Anpreßkraft wird mittels zweier Hilfsräder 3 auf das antreibende Rad 2 über­ tragen. Die Hilfsräder 3 sind von mindestens einer, bei diesem Beispiel zwei Halteplatten 14 gehalten. Die Halteplatten 14 sind mit einem Gelenk 15 und ei­ nem Stellmechanismus, der aus einem Riemenantrieb 16 und einer Spindel 17 gebildet ist, verbunden. Durch Drehung des Riemenantriebes 16 wird die Spindel 17 bewegt und der Abstand der Halteplatten 14 und damit die Anpreßkraft der Hilfsräder 3 eingestellt. Dies kann so weit gehen, bis die Hilfsräder 3 vom antrei­ benden Rad 2 getrennt sind.

Bei dieser Ausführungsform sind zwei Halteplatten 14 in parallelen Ebenen angeordnet, zwischen denen sich die Hilfsräder 3, 3′ befinden. Die Hilfsräder 3 müs­ sen in den beiden linearen Freiheitsgraden, die mit den radialen Richtungen der Räder 1 und 2 zusammen­ fallen, frei beweglich sein. In der axialen Richtung müssen die Hilfsräder 3, 3′ jedoch so gehalten sein, daß ein Herausfallen nicht möglich ist. Die erforder­ liche Winkelbeweglichkeit des antreibenden Rades 2 ist dadurch gegeben, daß unabgestimmte Rillenkugel­ lager verwendet werden, die rechtwinklig zu ihrer Drehachse nicht kippsteif sind. So können sie sich an ihre Gegenräder anpassen, und eine maximale Berührung ohne Kippfehler der Rotationsachsen zueinander wird erreicht.

Es kann auch nicht nur - wie bei diesem Beispiel - eine Einrichtung vorhanden sein, die die Anpreßkraft für alle Hilfsräder 3, 3′ aufbringt, sondern für je­ des der Hilfsräder 3, 3′ eine gesonderte Einrichtung.

Das in der Fig. 5 gezeigte weitere Ausführungsbei­ spiel der Erfindung kommt ohne die bisher beschriebe­ nen Hilfsräder aus. Hierbei wird die Antriebskraft des antreibenden Rades über zusätzliche Elemente 19, die mittels einer Vakuum 18 an der Antriebswelle 9 angreifen, aufgebracht. Die Elemente 19, die bei­ spielsweise Druckfedern sein können, stützen sich beispielsweise am Gehäuse des Getriebes ab und grei­ fen an eine die Antriebswelle 9 umgreifende Lagerung 18 an. Anstelle der Federn können selbstverständlich auch andere gleichwirkende Elemente eingesetzt wer­ den.

Vorteilhaft ist es, zwei der Elemente 19, beidseitig am antreibenden Rad 2 anzuordnen und so eine gleich­ mäßig wirkende Kraft des antreibenden Rades 2 auf das angetriebene Rad 1 zu erreichen.

Bevorzugt sind Elemente 19 vorzusehen, bei denen ge­ sichert es möglich ist, eine gleich große Kraft an beiden Seiten entlang der Drehachse des antreibenden Rades 2 einzustellen und einzuhalten. Hierfür können bekannte pneumatisch bzw. hydraulisch wirkende Ele­ mente eingesetzt werden. Eine solche Einstellmöglich­ keit ist aber auch bei der Verwendung bestimmter Druckfedern gegeben, so daß diese kostengünstige kon­ struktive Lösung ebenfalls gewählt werden kann.

Bei asymmetrischer Anordnung der Elemente 19 kann die Asymmetrie durch eine entsprechende Kraftdifferenz ausgeglichen werden.

Claims (14)

1. Reibradgetriebe mit mindestens einem antreiben­ den Rad und einem angetriebenen Rad, dadurch gekennzeichnet, daß eine Führung mit zwei in Reihe mit einem Abstand zueinander angeordneten Gelenken (4, 5) an einer Antriebseinheit (7) für das antreibende Rad (2) angreift, und die Gelenke (4, 5) so aus­ gebildet sind, daß eine Bewegung der Antriebs­ einheit (7) oder der Antriebswelle (9) in der Weise möglich ist, daß die linienförmigen Berüh­ rungsflächen des/der antreibenden Rades/Räder (2) und des angetriebenen Rades (1) parallel zueinander ausrichtbar sind und das/die antrei­ bende(n) Rad/Räder (2) eine Kraft ausübend auf das angetriebene Rad (1) zu bewegbar ist/sind, und sie Bewegungen in Richtung der anderen Frei­ heitsgrade sperren.

2. Reibradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gelenke (4, 5) Biegegelenke sind.

3. Reibradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gelenke (4, 5) Gleitlager, Wälzlager und/oder Strömungslager sind.

4. Reibradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung mit­ tels einer losefreien, bzw. losearmen Lagerung (8) an der Antriebswelle (9) angreift.

5. Reibradgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lagerung (8) aus mindestens zwei Wälzlagern gebildet ist.

6. Reibradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Antriebs­ welle (9) mindestens ein eine Kraftwirkung in Richtung auf dem angetriebenen Rad (1) hin her­ vorrufendes Element (19,) über eine Lagerung (18), angreift.

7. Reibradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein in Richtung auf das angetriebene Rad (1) eine Kraftwirkung hervorrufendes Hilfsrad (3) gegen das/die antreibende(n) Rad/Räder (2) wirkt.

8. Reibradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Hilfs­ rad/Hilfsräder (3) schwimmend gelagert ist/sind.

9. Reibradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkraft des/der Hilfsrades/Hilfsräder (3) einstellbar ist.

10. Reibradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Hilfs­ rad/Hilfsräder (3) von dem/den antreibenden Rad/Rädern (2) trennbar ist/sind.

11. Reibradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Hilfs­ rad/-räder (3, 3′) an mindestens einer Halte­ platte (14) gehalten sind.

12. Reibradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Hilfsräder (3, 3′) an zwei mittels einer Gelenkverbindung (15) verbundenen Halteplattenteilen (14) gehalten sind und ein Vorspannelement (16, 17) an den Halteplattenteilen (14) angreift.

13. Reibradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an der Antriebs­ welle (9) zwei Gelenke angeordnet sind.

14. Reibradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des angetriebenen Rades (1) um ein Vielfaches größer ist als der des/der antreibenden Rades/- Räder (2).