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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung einer Einzugsgeschwindigkeit für einen Gewichtsausgleicher und einen Gewichtsausgleicher mit einer solchen Vorrichtung. Die Vorrichtung zur Dämpfung einer Einzugsgeschwindigkeit ist ebenfalls zur Dämpfung einer Auszugsgeschwindigkeit bei einem Gewichtsausgleicher geeignet und wird auch als Vorrichtung zur Einzugsdämpfung bzw. als Vorrichtung zur Auszugsdämpfung bezeichnet. Ein Gewichtsausgleicher kann auch als Balancer bezeichnet werden und soll vorliegend auch Federzüge und Rückholer umfassen.
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Stand der Technik
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Gewichtsausgleicher werden typischerweise eingesetzt, um die Gewichtskraft beweglicher Teile durch eine entgegengesetzte Kraft zu kompensieren, sodass eine ausgeglichene Ruhelage entsteht. Die entgegengesetzte Kraft wird dabei in der Regel mittels Federkraft erzeugt. Es ist grundsätzlich jedoch auch möglich, die entgegengesetzte Kraft beispielsweise mittels eines Gegengewichts (Ballast), Druckluft (Pneumatik), Druckflüssigkeit (Hydraulik) oder eines elektrisches Antriebs zu erzeugen.
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Gewichtsausgleicher werden insbesondere in der Werkzeugaufnahme zur ergonomischen Gestaltung von gewerblichen Arbeitsplätzen in der Fertigung und Montage eingesetzt. Dabei halten Gewichtsausgleicher schwere Lasten wie beispielsweise schwere Werkzeuge in einer Warteposition, sodass sie vom Fertigungsmitarbeiter nur noch über geringe Strecken, insbesondere in vertikaler Richtung, bewegt werden müssen. Hierzu werden die Gewichtsausgleicher üblicherweise verschiebbar an der Raumdecke aufgehängt. Das sonst häufige Ablegen und Wiederaufnehmen der Werkzeuge entfällt, was zu Zeitersparnis und einer körperlichen Entlastung der Fertigungsmitarbeiter führt. Da das Gewicht des Werkzeugs im Wesentlichen vom Gewichtsausgleicher anstatt vom Fertigungsmitarbeiter getragen wird, ist ein genaueres Arbeiten möglich.
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Bei mit Federkraft arbeiteten Gewichtsausgleichern wird das Werkzeug üblicherweise an ein Drahtseil angehängt, dessen entgegengesetztes Ende an einer Triebfeder befestigt ist. Nach Anhängen des Werkzeugs wird die Triebfeder so weit vorgespannt, bis die Federkraft die Gewichtskraft des Werkzeugs kompensiert. Beispielhafte Gewichtsausgleicher sind unter anderem in den Patentdokumenten
DE 35 12 112 A1 ,
DE 10 2006 057901 B3 und
EP 3 315 266 B1 beschrieben.
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Aus der
DE 34 19 239 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, mittels welcher sich Flüchtige in Notfällen aus höheren Stockwerken eines Gebäudes abseilen können. Die Vorrichtung umfasst eine drehbar gelagerte Ablaufhaspel zum Abwickeln eines Drahtseils. Die Ablaufhaspel ist über eine Übersetzungseinrichtung mit einem ebenfalls drehbar gelagerten Rotor aus elektrisch leitfähigem Material verbunden. Dem Rotor gegenüberliegend sind mehrere Permanentmagnete an einem feststehenden Rahmen der Vorrichtung angebracht. Bei Drehung der Ablaufhaspel kommt es wegen der Permanentmagnete zur Induktion von Wirbelströmen im Rotor, was ein Abbremsen des Abseilens zur Folge hat.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Dämpfung einer Einzugsgeschwindigkeit bei einem Gewichtsausgleicher bereitzustellen. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung einen Gewichtsausgleicher bereitzustellen, bei welchem die Einzugsgeschwindigkeit gedämpft wird. Wie eingangs erwähnt sollen die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Dämpfung der Einzugsgeschwindigkeit und der entsprechende Gewichtsausgleicher ebenfalls zur Dämpfung der Auszugsgeschwindigkeit geeignet sein.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Dämpfung einer Einzugsgeschwindigkeit für einen Gewichtsausgleicher und einen Gewichtsausgleicher, wie sie in den Ansprüchen definiert sind, gelöst. Wie eingangs erwähnt kann die Vorrichtung zur Dämpfung einer Einzugsgeschwindigkeit auch als Vorrichtung zur Einzugsdämpfung oder als Vorrichtung zur Auszugsdämpfung bezeichnet werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Einzugsdämpfung umfasst ein erstes Zentralrad, ein zweites Zentralrad und einen Umlaufrad. Das erste Zentralrad ist als Sonnenrad ausgebildet. Das zweite Zentralrad ist als Hohlrad ausgebildet. Das Umlaufrad ist als Planetenträger ausgebildet. Eine Schwungscheibe ist drehfest mit dem Sonnenrad verbunden und umfasst ein elektrisch leitfähiges Material. Vorzugsweise besteht die Schwungscheibe aus elektrisch leitfähigem Material. Die Schwungscheibe kann auch als Schwungrad bezeichnet werden. Der Planetenträger weist wenigstens zwei drehbar an dem Planetenträger gelagerte Planetenräder auf, die in gleichem Abstand auf einer um das Sonnenrad konzentrischen Kreisbahn angeordnet sind. Vorzugsweise sind drei Planetenräder vorgesehen. Das Sonnenrad und die Planetenrädern sind miteinander kämmend angeordnet. Das Hohlrad und die Planetenräder sind ebenfalls miteinander kämmend angeordnet. Zumindest eines der Planetenräder weist einen Permanentmagneten auf. Vorzugsweise weist jedes der Planetenräder zumindest einen Permanentmagneten auf.
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Gemäß bevorzugter Ausgestaltung weist jedes der Planetenräder wenigstens drei Permanentmagnete auf, welche auf einer zum Mittelpunkt des jeweiligen Planetenrads konzentrischen Kreisbahn angeordnet sind. Um Bauraumbedarf einzusparen, sind die Permanentmagnete vorzugsweise als Scheibenmagnete ausgestaltet, die in die Planetenräder integriert sein können.
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Gemäß besonders bevorzugter Ausgestaltung ist der Planetenträger als Trommeldeckel einer Seiltrommel eines Gewichtsausgleichers ausgestaltet.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Gewichtsausgleicher mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Einzugsdämpfung. Der Gewichtsausgleicher umfasst neben der Vorrichtung zur Einzugsdämpfung ein Gehäuse, eine gestellfeste Welle und eine Seiltrommel. Die Welle, die Seiltrommel und die Vorrichtung zur Einzugsdämpfung sind in dem Gehäuse angeordnet, wobei die Seiltrommel drehbar auf der gestellfesten Welle gelagert ist. Der Planetenträger der Vorrichtung zur Einzugsdämpfung bildet den Trommeldeckel der Seiltrommel. Das Hohlrad der Vorrichtung zu Einzugsdämpfung ist feststehend in bzw. an dem Gehäuse gelagert. Vorzugsweise ist das Hohlrad fest zwischen einem Gehäusedeckel und dem restlichen Teil des Gehäuses angebracht. Das Sonnenrad der Vorrichtung zur Einzugsdämpfung ist drehbar in dem Gehäuse gelagert.
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Wird eine Last am Zugseil der Seiltrommel bewegt, so dreht sich die Seiltrommel und mit ihr der als Trommeldeckel ausgebildete Planetenträger, was dazu führt, dass sich die mit Permanentmagneten ausgestatteten Planetenräder in dem feststehenden Hohlrad drehen. Aufgrund der kämmenden Wirkverbindung mit dem Sonnenrad wird das Sonnenrad durch die Drehung der Planetenräder in eine Drehbewegung in zum Planetenträger entgegengesetzter Richtung versetzt. Da die Schwungscheibe fest mit dem Sonnenrad verbunden ist, wird die Schwungscheibe ebenfalls in einer Drehbewegung in entgegengesetzter Richtung zum Planetenträger und somit zur Seiltrommel versetzt. Durch die Drehbewegung der Planetenräder erfährt das von den diesen zugeordneten Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld eine zeitliche Änderung, was zur Induktion von Wirbelströmen in dem elektrisch leitfähigen Material der Schwungscheibe führt. Das wiederum von den Wirbelströmen erzeugte Magnetfeld wirkt in entgegengesetzter Richtung zu dem von den Permanentmagneten der Planetenräder erzeugte Magnetfeld und übt daher eine entgegengesetzte Kraft auf den Planetenträger und somit die Seiltrommel aus. Dies führt zu einer Abbremsung der Drehbewegung der Seiltrommel und somit zu einer Dämpfung der Auszugsgeschwindigkeit des Zugseils (d.h. zu einer Auszugsdämpfung).
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Entsprechendes gilt für die Einzugsgeschwindigkeit, wenn beispielsweise eine Last zum Gewichtsausgleicher hin bewegt wird. Auch hier wirken die in das elektrisch leitfähige Material der Schwungscheibe induzierten Wirbelströme bzw. deren Magnetfeld entgegengesetzt zu dem Magnetfeld der Permanentmagnete der sich drehenden Planetenräder. Die Permanentmagnete und die elektrisch leitfähige Schwungscheibe wirken kontakt- und reibungslos nach dem Prinzip einer Wirbelstrombremse zusammen, was zu einem Abbremsen der Einzugsgeschwindigkeit führt, wobei die Höhe der Abbremsung abhängig von der Höhe der Einzugsgeschwindigkeit ohne Abbremsung ist. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich somit eine platzsparende, reibungsarme Dämpfung der Einzugs- und Auszugsgeschwindigkeit bei einem Gewichtsausgleicher ermöglichen.
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Figurenliste
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den anhand der Zeichnungen nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
- 1 eine Rückansicht eines Gewichtsausgleichers,
- 2 eine Vorderansicht des in 1 gezeigten Gewichtsausgleichers,
- 3 eine Vorderansicht des Gehäuses des in den 1 und 2 gezeigten Gewichtsausgleichers,
- 4 eine Vorderansicht des in 3 gezeigten Gehäuses ohne Gehäusedeckel, und
- 5 eine Schnittdarstellung des in 3 gezeigten Gehäuses entlang der in 3 angegebenen Schnittlinie A-A einschließlich der in dem Gehäuse angeordneten erfindungsmäßen Vorrichtung zur Einzugsdämpfung.
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In den Figuren enthaltene Grössenverhältnisse sind rein beispielhaft und nicht einschränkend auszulegen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen strukturell gleiche bzw. funktionell gleichwirkende Komponenten.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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Die 1 und 2 zeigen einen beispielhaften Gewichtsausgleicher 1 in Rückansicht und Vorderansicht. Der Gewichtsausgleicher 1 weist ein vorzugsweise topfartig ausgebildetes Gehäuse 3 mit einem Gehäusedeckel 9 (vergleiche 2) auf. An dem Gehäuse 3 ist eine Aufhängeeinrichtung 5 zum Aufhängen des Gewichtsausgleichers 1 beispielsweise an einem an einer Decke vorgesehenen Gestell oder Deckenbalken vorgesehen. Die Aufhängeeinrichtung 5 umfasst eine Aufhängeeinrichtung 5.1 und eine Sicherheitskette 5.2, die den Gewichtsausgleicher 1 im Falle eines Versagens der Aufhängung 5.1, vor dem Absturz bewahren soll. Die Aufhängeeinrichtung 5.1 kann an seinem deckenseitigen Ende einen Karabinerhaken 7 oder Ähnliches aufweisen. Die Sicherheitskette 5.2 ist als mehrgliedrige Kette ausgeführt.
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Das Gehäuse 3 ist ferner vorzugsweise mit einer Einstellvorrichtung 11 versehen, über welche sich die Vorspannung einer in dem Gehäuse 3 vorgesehenen Triebfeder 47 (vergleiche 5) in Abhängigkeit von den zu kompensierenden Lasten einstellen lässt.
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Aus einer Ausnehmung des Gehäuses 3 erstreckt sich ein mit einer im Inneren des Gehäuses 3 angeordneten Triebfeder 47 (vergleiche 5) verbundener Seilauszug 13, der ein Zugseil, insbesondere ein Drahtseil, umfasst und an welchen beispielsweise über einen weiteren Karabinerhaken 15, ein Werkzeug zum Ausgleichen von dessen Gewicht angehängt werden kann. Dem Seilauszug 13 ist vorzugsweise eine Seilklemme 17 zugeordnet, welche ein vollständiges Einziehen des Seilauszugs 13 in das Gehäuse 3 verhindert.
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3 zeigt eine vergrößerte Vorderansicht des in den 1 und 2 gezeigten Gehäuses 3. 4 zeigt das in 3 gezeigte Gehäuse 3 in Vorderansicht, wobei der Gehäusedeckel 9 (vergleiche 2, 3 und 5) weggelassen wurde, was einen Blick in das Innere des Gehäuses 3 und eine rückseitige Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 21 zur Einzugsdämpfung (ohne die weiter unten detailliert beschriebene Schwungscheibe 33) ermöglicht. 5 zeigt eine Schnittansicht des Gehäuses 3 entlang der in 3 angegebenen Schnittlinie A-A.
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Die Vorrichtung 21 zur Einzugsdämpfung gemäß der Erfindung weist ein als Sonnenrad 23 ausgebildetes erstes Zentralrad, ein als Hohlrad 25 ausgebildetes zweites Zentralrad und ein als Planetenträger 27 ausgebildetes Umlaufrad auf. Das Sonnenrad 23 ist als Stirnrad ausgebildet. Das Hohlrad 25 ist als Innenzahnrad ausgebildet. An dem Planetenträger 27 sind drehbar an diesem gelagerte Planetenräder 29 vorgesehen, welche in gleichem Abstand auf einer konzentrisch um den Mittelpunkt des Planetenträgers 27 und das Sonnenrad 23 verlaufenden Kreisbahn angeordnet sind. Die drehbare Lagerung der Planetenräder 29 erfolgt vorzugsweise über in dem Planetenträger 27 vorgesehene Radiallager 41, in welchen entsprechende Achsen 43 (vergleiche 5) der Planetenräder 29 drehbar gelagert sind. Die Planetenräder 29 sind innerhalb des Hohlrads 25 vorgesehen. Beispielhaft sind drei Planetenräder 29 in 4 gezeigt. Es können jedoch auch weniger oder mehr Planetenräder 29 vorgesehen sein. Um Unwuchten zu vermeiden, sind bevorzugt wenigstens zwei Planetenräder 29 vorgesehen. Das Sonnenrad 23 und die Planetenräder 29 stehen miteinander kämmend in Eingriff. Die Planetenräder 29 stehen ferner kämmend mit dem Hohlrad 25 in Eingriff.
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Erfindungsgemäß weist vorzugsweise jedes Planetenrad 29 wenigstens einen Permanentmagneten 31 auf, der wegen geringerer Bauraumerfordernisse bevorzugt als Scheibenmagnet ausgestaltet und in das jeweilige Planetenrad 29 integriert ist. Besonders bevorzugt ist jedes Planetenrad 29 mit drei Permanentmagneten 31 versehen, welche insbesondere auf einer zum Mittelpunkt des jeweiligen Planetenrades 29 konzentrischen Kreisbahn angeordnet sind. Selbstverständlich können auch weniger oder mehr Permanentmagnete 31 pro Planetenrad 29 vorgesehen sein. Ferner können grundsätzlich auch einige der Planetenräder 29 keine Permanentmagnete aufweisen, solange wenigstens ein Planetenrad 29 mit wenigstens einem Permanentmagneten 31 ausgestattet ist.
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Dem Sonnenrad 23 ist eine Schwungscheibe 33 zugeordnet, welche drehfest mit dem Sonnenrad 23 verbunden ist (siehe 5). Die drehfeste Verbindung kann beispielsweise durch Verstiften des Sonnenrades 23 mit der Schwungscheibe 33 erfolgen. Die Rotations- und Mittelachsen von Sonnenrad 23 und Schwungscheibe 33 fluchten miteinander. Die Schwungscheibe 33 umfasst ein elektrisch leitfähiges Material (beispielsweise Aluminium) und besteht vorzugsweise vollständig aus diesem. Im Betrieb wirken die in den Planetenrädern 29 angeordneten Permanentmagnete 31 mit der aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden bzw. dieses zumindest umfassenden Schwungscheibe 33 in der Art einer weiter unten im Detail beschriebenen Wirbelstrombremse zusammen. Die Anzahl und Größe/Magnetkraft der Permanentmagnete 31 hat dabei einen Einfluss auf die Bremswirkung.
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Wie aus 5 ersichtlich ist der Planetenträger 27 erfindungsgemäß als Trommeldeckel 39 einer in dem Gehäuse 3 des in den 1 und 2 gezeigten Gewichtsausgleichers 1 angeordneten Seiltrommel 35 ausgestaltet. Die Seiltrommel 35 ist drehbar auf einer ebenfalls in dem Gehäuse 3 angeordneten, in Gebrauchsstellung des Gewichtsausgleichers 1 horizontalen Welle 37 angeordnet, welche insbesondere als Raste ausgebildet ist. Die bereits im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschriebene Triebfeder 47 greift mit ihrem inneren Ende direkt an die Welle 37 an (nicht gezeigt). Das andere, äußere Ende der Triebfeder 47 greift in bekannter Weise innenseitig an der Seiltrommel 3 an.
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Der Planetenträger 27 ist vorzugsweise derart als Trommeldeckel 39 ausgestaltet, dass die dem Planetenträger 27 zugeordneten Planetenräder 29 außenseitig der Seiltrommel 35 angeordnet sind. Die Seiltrommel 35 weist im in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel auf der den Planetenrädern 29 entgegengesetzten Seite einen konischen Umfang mit einer spiralförmigen Seilaufnahme 45 auf. Andere Ausgestaltungen der Seiltrommel 35 zum Beispiel mit vollständig zylindrischem Umfang sind ebenfalls möglich.
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Das Hohlrad 25 der Vorrichtung 21 zur Einzugsdämpfung ist feststehend in dem Gehäuse 3 gelagert bzw. angebracht. Wie in 5 gezeigt ist das Hohlrad 25 hierfür vorzugsweise fest zwischen dem Gehäusedeckel 9 und dem restlichen Teil des Gehäuses 3, in welchem die Seiltrommel 25 aufgenommen ist, angebracht.
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Wie oben beschrieben stehen die nach außen weisenden Zähne der Planetenräder 29 mit den nach innen gerichteten Zähnen des Hohlrades 25 kämmend in Eingriff. Das Sonnenrad 23 und die mit diesem fest verbundene Schwungscheibe 33 der Vorrichtung 21 zur Einzugsdämpfung sind drehbar in dem Gehäuse 3 gelagert. Die Zähne des Sonnenrades 23 stehen ebenfalls mit denjenigen der Planetenräder 29 in Eingriff. Die Schwungscheibe 33 ist bevorzugt auf der zu der Seiltrommel 35 entgegengesetzten Seite der Planetenräder 29 und des Sonnenrades 23 angeordnet. Vorzugsweise ist die Schwungscheibe 33 platzsparend im Gehäusedeckel 9 angeordnet, wie in 5 dargestellt.
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Wird an den in den 1 und 2 gezeigten Seilauszug 13 eine Last, beispielsweise ein Werkzeug, angehängt, so wird über die Vorspannung der Triebfeder 47 und den darauf angepassten Seilrillendurchmesser einer rillenförmigen Seilaufnahme 45 die Gewichtskraft des Werkzeugs ausgeglichen. Mit dem Auszug und somit der Drehung der Seiltrommel 35 dreht sich entsprechend auch deren Trommeldeckel 39, der durch den Planetenträger 27 gebildet ist. Die Drehung des Planetenträgers 27 innerhalb des feststehenden Hohlrads 25 beinhaltet die Drehung der Planetenräder 29. D.h. der Planetenträger 27 treibt die Planetenräder 29 an, welche mit dem Sonnenrad 23 kämmend wirkverbunden sind. Das Sonnenrad 23 wird von den Planetenrädern 29 angetrieben, welche sich entlang der Kreisbahn, auf welcher sie angeordnet sind, bewegen und dabei aufgrund der kämmenden Kopplung mit dem Hohlrad 25 um sich selbst drehen. D.h. über den Planetenträger 27 bzw. die Planetenräder 29 erfolgt der Antrieb, über das Sonnenrad 23 erfolgt der Abtrieb. Das Sonnenrad 23 ist wiederum mit der Schwungscheibe 33 fest verbunden und treibt diese an. Da der Antrieb bei feststehendem Hohlrad 25 über den Planetenträger 27 erfolgt und der Abtrieb über das Sonnenrad 23 und die Schwungscheibe 33 geschieht, ergibt sich ein relativ großes Übersetzungsverhältnis.
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Der Planetentäger 27 und die Planetenräder 29 drehen dabei entgegengesetzt zum Sonnenrad 23 und somit auch entgegengesetzt zur Schwungscheibe 33. Da sich durch die Drehung der Planetenräder 29 auch die an bzw. in ihnen vorgesehenen Permanentmagnete 31 drehen, was eine zeitliche Änderung des Magnetfeldes der Permanentmagnete 31 bewirkt, wird in dem elektrisch leitfähigen Material der Schwungscheibe 33 ein elektrischer Strom, ein sogenannter Wirbelstrom, induziert. Dieser in der Schwungscheibe 33 induzierte Strom erzeugt wiederum ein Magnetfeld, dass aufgrund der Lenz'schen Regel der zeitlichen Änderung des durch die Permanentmagnete 31 erzeugten Magnetfeldes, und somit durch entsprechende Kraftwirkungen (sogenannte Lorentzkraft) der Drehbewegung des Planetenträgers 27 bzw. der Planetenräder 29 und entsprechend der Seiltrommel 35 entgegenwirkt. Dies hat eine Abbremsung der Drehbewegung der Seiltrommel 35 und somit des durch das Gewicht des Werkzeugs bedingten Auszugs des Zugseils zur Folge. Entsprechendes gilt für den Einzug des Zugseils bei Gewichtverringerung.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 21 zur Einzugsdämpfung beruht also auf dem Prinzip einer Wirbelstrombremse, bei welcher reibungsfrei ein Widerstand erzeugt wird, welcher die Drehgeschwindigkeit der Seiltrommel 35 abbremst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3512112 A1 [0004]
- DE 102006057901 B3 [0004]
- EP 3315266 B1 [0004]
- DE 3419239 A1 [0005]
