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Die
Erfindung betrifft einen Kettentrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Der
erfindungsgemäße Kettentrieb
kann prinzipiell bei einer Vielzahl von Kettensystemen Verwendung
finden. Das Hauptanwendungsgebiet des Kettentriebes dürfte jedoch
bei Kettenmagazinen für Werkzeugmaschinen
liegen.
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Aus
dem allgemeinen Stand de r, Technik sind Kettentriebe mit an einer
Führungsbahn
umlaufenden Ketten bekannt, bei denen die Kette eine Vielzahl von
Kettengliedern aufweist, die auf der Führungsbahn beweglich gelagert
sind. Die Führungsbahn
besteht beispielsweise aus zwei linearen Teilstücken, die über kreisbogenförmige Umlenkungsbereiche
miteinander verbunden sind.
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Ein
störender
Effekt bei derartigen Kettentrieben ist der Polygoneffekt. Dieser
entsteht dadurch, dass die Länge
des Kettenstranges, d.h. die Länge
des Polygonzuges der einzelnen Kettenglieder, in den Umlenkungsbereichen
infolge der vieleckförmigen
Auflage der Kette auf der Führungsbahn nicht
mit der Umfangslänge
der Führungsbahn übereinstimmt.
Der Polygoneffekt wird insbesondere durch eine große Teilung
der Kette sowie kleine Umlenkradien in den Umlenkbereichen der Führungsbahn
weiter verstärkt
und führt
zu einer pulsierenden Bahngeschwindigkeit der Kettenglieder beim
Einlaufen in die Kreisbahn der Umlenkungsbereiche. Da die Summe
der auf die Führungsbahn
bezogenen Längen
des Polygonzuges aus den einzelnen Kettengliedern der Kette von
der Umfangslänge
der Führungsbahn
differiert, unterliegt die Kette gegenüber dem Abrollumfang der Führungsbahn
weiterhin variierenden Längenänderungen.
Dies wird anhand der 1, 2 und 3,
auf die bereits an dieser Stelle Bezug genommen sei, näher erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Kettentriebes 1 mit
einer Kette 2 bestehend aus 12 Kettengliedern 4,
die über
jeweils zwei zueinander beabstandete Rollenanordnungen 6, 8 miteinander
verbunden und auf einer Führungsbahn 10 beweglich
gelagert sind. Die Führungsbahn 10 besteht
gemäß- 1 aus
zwei linearen Teilstücken 12, 14,
die über
halbkreisförmige
Umlenkungsbereiche 16, 18 miteinander verbunden
sind.
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Anhand
der 2 und 3, die jeweils eine schematische
Darstellung eines Kettengliedes 4a aus 1 beim
Einlaufen in den halbkreisförmigen
Umlenkungsbereich 18 der Führungsbahn 10 zeigen,
soll im Folgenden der Bewegungsablauf eines Kettengliedes 4 der
Kette 2 entlang der Führungsbahn 10 erläutert werden.
Zu Beginn der Betrachtung befindet sich das Kettenglied 4a,
gemäß 1,
auf dem linearen Teilstück 12 der
Führungsbahn 10,
so dass die Länge
der Ablaufbahn der Rollenanordnungen 6, 8 auf
der Führungsbahn 10 identisch
mit der Länge
LK des Kettengliedes 4a ist. Im Folgenden
wird eine Bewegung des Kettengliedes 4a auf der Führungsbahn 10 entgegen
dem Uhrzeigersinn betrachtet. Wie insbesondere 2 zu
entnehmen ist, bewegt sich das Kettenglied 4a nach dem Einlaufen
der ersten Rollenanordnung 6 in den Umlenkungsbereich 18 der
Führungsbahn 10 nach
innen, d.h. in Richtung eines Umlenkungsmittelpunktes 20 der
Führungsbahn 10.
Befindet sich das Kettenglied 4a vollständig im Bereich der Umlenkung 18, – dies ist
der Fall, wenn die zweite Rollenanordnung 8 den Eintrittspunkt
der Umlenkung 18 erreicht hat –, so ist die Länge der
Ablaufbahn der Rollenanordnungen 6, 8 identisch
mit der Länge
eines Kreisbogens 22 (siehe 1) von der
ersten Rollenanordnung 6 zu der zweiten Rollenanordnung 8.
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Gemäß 3,
setzt sich die Länge
der Ablaufbahn (mit gestrichelter Linie angedeutet) der ersten Rollenanordnung 6 aus
einem Abschnitt 24 des linearen Teilstückes 12 und einem
Kreisbogenabschnitt 26 des Umlenkungsbereiches 18 zusammen. Die
Summe aus linearem Abschnitt 24 und Kreisbogenabschnitt 26 des
Umlenkungsbereiches 18 differiert zu der Länge LK des
Kettengliedes 4a. Das heißt, die Summe der auf die Führungsbahn 10 bezogenen
Längen
LK des Polygonzuges aus den einzelnen Kettengliedern 4 der
Kette 2 weicht von der Umfangslänge der Führungsbahn 10 ab.
Diese Längenänderung
ist bezüglich
der Kettenbewegung nicht konstant, da sich, wie in 2 erläutert, die
Lage der Kettenglieder 4 während der Bewegung der Kette 2 entlang
der Führungsbahn 10 verändert. Diese
variierende Längenänderung
wird als Polygoneffekt bezeichnet und führt bei einer zwangsgeführten Kette 2 zu
großen
Kräften
auf die Führungsbahn 10 des
Kettentriebes 1 bis hin zum Klemmen der Kette 2.
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Zur
Kompensation des Polygoneffektes ist es aus dem allgemeinen Stand
der Technik bekannt, die Führungsbahn
geteilt auszuführen
und die beiden Bahnhälften
relativ zueinander federnd vorzuspannen. Es ist weiterhin bekannt,
die Längenänderungen mittels
einer Kettenspannvorrichtung auszugleichen. Diese Lösungen ermöglichen
zwar eine weitgehende Kompensation des Polygoneffektes, da die Längenänderungen
durch die elastischen Bewegungen der federvorgespannten Bahnhälften bzw.
des Kettenspanners ausgeglichen werden, sind aber aufgrund der zur
Kompensation der Längenänderungen zusätzlich notwendigen
Bauelemente in der Herstellung aufwändig und dadurch kostenintensiv.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kettentrieb zu schaffen,
der so gestaltet ist, dass der Polygoneffekt reduziert oder vollständig kompensiert
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Kettentrieb mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Der
erfindungsgemäße Kettentrieb
hat eine entlang zumindest einer Führungsbahn umlaufende Kette,
die eine Vielzahl von Kettengliedern aufweist, wobei die Führungsbahn
zumindest zwei Umlenkungsbereiche aufweist. Erfindungsgemäß hat zumindest
ein Umlenkungsbereich der Führungsbahn eine
von der Kreisform abweichende Kurvenform zur Kompensation des Polygoneffektes.
Durch die von der Kreisform abweichende Kurvenform wird die Längenänderung
des Polygonzuges im Umlenkungsbereich geometrisch reduziert oder
kompensiert, so dass gegenüber
dem allgemeinen Stand der Technik keine zusätzlichen Bauelemente zum Ausgleich
der Längenänderungen
benötigt
werden. Der erfindungsgemäße Kettentrieb
ist dadurch fertigungstechnisch einfach und kostengünstig herstellbar.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung ist die Kurvenform der Umlenkungsbereiche im Wesentlichen
parabelähnlich
ausgebildet. Die parabelähnliche
Kurvenform ermöglicht
einen harmonischen Radienverlauf und einen gleichmäßigen Übergang
in den Umlenkungsbereich der Führungsbahn. Die
zur Kompensation des Polygoneffektes notwendige Kurvenform kann
hierbei mathematisch oder durch empirische Versuche ermittelt werden.
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Gemäß einem
besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Führungsbahn eine
Kulissenbahn, in der Formelemente der Kettenglieder beweglich gelagert
sind.
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Als
besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Formelemente
an Verbindungsstellen zweier benachbarter Kettenglieder angeordnet
sind.
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Vorzugsweise
haben die Formelemente Rollenanordnungen, die verfahrbar auf der
Führungsbahn
des Kettentriebes gelagert sind.
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Die
Kurvenform wird vorzugsweise durch eine innenliegende Führungsbahn
erzeugt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die Kette unter Zugspannung gesetzt, um während der Rotation einen spielfreien
Lauf der Kettenglieder auf der Führungsbahn
und dadurch eine hohe Positioniergenauigkeit des Kettentriebes zu
ermöglichen.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird die Kurvenform durch eine außenliegende Führungsbahn
gebildet. Hierbei ist die Kette vorzugsweise unter Druckspannung
gesetzt, um einen spielfreien Lauf der Kettenglieder auf der Führungsbahn
zu ermöglichen.
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Bei
einer alternativen Ausführung
ist die Kurvenform von einer innen- und außenliegenden Führungsbahn
gebildet. Dadurch kann auf eine Kettenspannung verzichtet werden.
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Der
Kettenantrieb wird vorteilhafterweise zwischen den Umlenkbereichen
des Kettentriebes angeordnet, um die Positioniergenauigkeit des
Antriebs möglichst
wenig durch elastische Längenänderungen
der Kette zu beeinflussen.
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Die
Führungsbahn
hat bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
zumindest ein biegeelastisches Element, das durch einen, Hilfskörper in eine
den Polygoneffekt kompensierende Form bringbar ist.
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Das
biegeelastische Element wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
als Rad ausgebildet. Vorzugsweise dient das Rad zum mechanischen Antrieb
der Kette.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung bildet zumindest eines der Kettenglieder des Kettentriebes
eine Werkzeugaufnahme aus.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren
Unteransprüche.
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Im
Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Darstellung eines herkömmlichen Kettentriebes;
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2 eine
Darstellung eines einzelnen Kettengliedes aus 1 beim
Einlaufen in den Umlenkungsbereich der Führungsbahn;
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3 eine
Darstellung eines einzelnen Kettengliedes aus 1 beim
Durchlaufen des Umlenkungsbereiches und
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4 eine
Draufsicht auf ein Werkzeugmagazin mit einem erfindungsgemäßen Kettentrieb.
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4 zeigt
einen als Werkzeugmagazin 28 verwendeten Kettentrieb 1 mit
einer an einer schematisch angedeuteten Führungsbahn 10 umlaufenden
Kette 2, die eine Vielzahl von Kettengliedern 4 aufweist.
Die Führungsbahn 10 des
Kettentriebes 1 besteht aus zwei linearen, parallel zueinander
verlaufenden Teilstücken 12, 14,
die durch zwei diametral beabstandete Umlenkungsbereiche 30, 32 miteinander
verbunden sind (in 4 ist lediglich der untere Umlenkungsbereich 32 und
ein Ausschnitt der Teilstücke 12, 14 dargestellt).
Erfindungsgemäß haben die
Umlenkungsbereiche 30, 32 der Führungsbahn 10 eine
von der Kreisform (mit durchgezogener Linie angedeutet) abweichende
Kurvenform 34 (strichpunktiert in 4) zur Kompensation
des Polygoneffektes. Dadurch werden die Längenänderungen des Polygonzuges
aus den einzelnen Kettengliedern 4 in den Umlenkungsbereichen 30, 32 geometrisch
kompensiert, so dass gegenüber
dem allgemeinen Stand der Technik keine zusätzlichen Bauelemente zum Ausgleich
der Längenänderungen
benötigt
werden. Der erfindungsgemäße Kettentrieb 1 ist
dadurch fertigungstechnisch einfach und kostengünstig herstellbar. Bei dem
in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist die Kurvenform 34 der Umlenkungsbereiche 30, 32 parabelähnlich ausgebildet,
wobei die Einmündungsbereiche
der linearen Teilstücke 12, 14 in
den Umlenkungsbereich 32 jeweils nach oben versetzt sind
(Ansicht nach 4). Die Einmündungsbereiche des nicht dargestellten
Umlenkungsbereiches 30 sind entsprechend nach unten versetzt. Dadurch
wird das plötzliche
Auftreten einer auf die Kettenglieder 4 wirkenden Zentripedalkraft
verhindert. Die parabelähnliche
Kurvenform 34 ermöglicht weiterhin
einen harmonischen Radienverlauf und einen gleichmäßigen Übergang
von den linearen Teilstücken 12, 14 in
die Umlenkungsbereiche 30, 32 der Führungsbahn 10.
Die zur Kompensation des Polygoneffektes notwendige Kurvenform 34 wurde
hierbei durch empirische Versuche ermittelt. Ein mathematischer
Lösungsansatz
zur Bestimmung der Kurvenform 34 ist ebenfalls möglich.
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Gemäß 4 haben
die Kettenglieder 4 des Kettentriebes 1 jeweils
eine Haltevorrichtung 36, die eine Werkzeugaufnahme 38 ausbilden,
die über
eine oder mehrere Beladestationen mit Werkzeugen bestückbar ist
(nicht dargestellt). Um während
der Rotation der Kette 2 des Werkzeugmagazins 28 einen sicheren
Werkzeughalt in der Haltevorrichtung 36 zu erreichen, hat
diese eine das Werkzeug umgreifende Verriegelungsklammer 40,
die schwenkbar an einem Aufsatz 42 gelagert ist, der seinerseits
an den Kettengliedern 4 befestigt ist.
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Die
Führungsbahn 10 kann
beispielsweise als Kulissenbahn ausgeführt sein, in der Formelemente 44 der
Kettenglieder 4 beweglich gelagert sind. Gemäß 4 finden
als Formelemente 44 Rollenanordnungen 6, 8 Verwendung,
die jeweils an Verbindungsstellen zweier benachbarter Kettenglieder 4 angeordnet
sind. Über
die Rollenanordnungen 6, 8 sind die Kettenglieder 4 verfahrbar
auf der Führungsbahn 10 des
Kettentriebes 1 gelagert. Zwischen den Rollenanordnungen 6, 8 ist
jeweils eine weitere Zwischenrolle 46 angeordnet. Aufgrund
der zusätzlichen Zwischenrolle 46 kann
die Teilung des Kettenantriebsrades halbiert und die Zähnezahl
am Kettenantrieb (nicht dargestellt) verdoppelt werden. Der dadurch
verringerte Rollenabstand führt
zu einem ruhigeren Lauf des Werkzeugmagazins 28 und einer
verbesserten Positioniergenauigkeit. Weiterhin vergrößert sich
durch die verdoppelte Zähnezahl
des Antriebsrades die übertragbare
Antriebskraft. Der nicht dargestellte Kettenantrieb ist bei dem
gezeigten Ausführungsbeispiel
zwischen den Umlenkbereichen 30, 32 des Werkzeugmagazins 28 im
Bereich einer Werkzeugübergabeeinheit
(nicht dargestellt) angeordnet und ermöglicht eine hohe Positioniergenauigkeit
des Werkzeugmagazins 28 in Bezug auf die Werkzeugübergabeeinheit.
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Bei
einer alternativen, nicht dargestellten Ausführung hat die Führungsbahn 10 in
den Umlenkungsbereichen 30, 32 zumindest ein biegeelastisches
Element, das durch einen Hilfskörper
in eine den Polygoneffekt kompensierende Form bringbar ist. Das
biegeelastische Element kann beispielsweise eine radförmige, flexible
Stahlhülse
sein, die über ein
angetriebenes elliptisches Lagerrad, das an zumindest zwei Punkten
innerhalb der Stahlhülse
angreift, in eine den Polygoneffekt kompensierende Form verformbar
ist. Weiterhin kann das biegeelastische Element an seinem Außenumfang
mit Antriebszähnen
versehen sein und den Kettenantrieb des Werkzeugmagazins 28 ausbilden.
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Offenbart
ist ein Kettentrieb 1, insbesondere für ein Werkzeugmagazin 28,
mit einer entlang zumindest einer Führungsbahn 10 umlaufenden
Kette 2, die eine Vielzahl von Kettengliedern 4 aufweist, wobei
die Führungsbahn 10 zumindest
zwei Umlenkungsbereiche 30, 32 hat. Erfindungsgemäß hat zumindest
einer der Umlenkungsbereiche 30, 32 eine von der
Kreisform abweichende Kurvenform 34 zur Kompensation des
Polygoneffektes.
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- 1
- Kettentrieb
- 2
- Kette
- 4
- Kettenglied
- 6
- Rollenanordnung
- 8
- Rollenanordnung
- 10
- Führungsbahn
- 12
- lineares
Teilstück
- 14
- lineares
Teilstück
- 16
- Umlenkungsbereich
- 18
- Umlenkungsbereich
- 20
- Umlenkungsmittelpunkt
- 22
- Kreisbogen
- 24
- linearer
Abschnitt
- 26
- Kreisbogenabschnitt
- 28
- Werkzeugmagazin
- 30
- Umlenkungsbereich
- 32
- Umlenkungsbereich
- 34
- Kurvenform
- 36
- Haltevorrichtung
- 38
- Werkzeugaufnahme
- 40
- Verriegelungsklammer
- 42
- Aufsatz
- 44
- Formelement
- 46
- Zwischenrolle