DE2060435A1

DE2060435A1 - Vorrichtung,um eine Nabe kontinuierlich in einer Richtung mittels geradliniger Zahnstangen in Drehung zu versetzen

Info

Publication number: DE2060435A1
Application number: DE19702060435
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Charbonnages de France CDF
Current assignee: Charbonnages de France CDF
Priority date: 1969-12-08
Filing date: 1970-12-08
Publication date: 1971-06-16
Also published as: FR2070534A5; US3638424A; BE758833A; SE355652B

Description

DR-MOLLER-BORe Dl PL-PHYS. DR. MAN ITZ DIPL-CHEM. DR. DEU FEL DIPL-ING. FINSTERWALD DIPL-ING. GRÄMKOW

8.

We/Sv - 0 2265

CHAEBOOTAGES DE PRANCE

9, avenue Pereier

Paris 8, Seine, Frankreich

Vorrichtung, um eine Nabe kontinuierlich in einer Richtung mittels geradliniger Zahnstangen in Drehung zu versetzen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, um eine Nabe mit Hilfe von Elementen in einer einzigen Richtung kontinuierlich in Drehung zu versetzen, welche zu geradlinigen alternierenden Bewegungen angetrieben werden, wie geradlinige Zahnstangen, welche zu translatorischen geradlinigen alternierenden Bewegungen angetrieben sind.

Es sind bereits Einrichtungen dieser Art bekannt, in welchen zwei unabhängige zu geradlinigen alternierenden entgegengesetzten Bewegungen gleichzeitig angetriebene Zahnstangen fortschreitend und alternierend in ein Getrieberad eingreifen, welches sich fest mit der anzutreibenden Nabe dreht. Um die kontinuierliche Drehung der Nabe in einer einzigen Richtung zu gewährleisten und um zu vermeiden, daß die Translationsbewegung der einen der Zahnetangen die Wirkung der anderen

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Zahnstange auf das Getrieberad hindert, ist es erfaäerlich, einen Mechanismus vorzusehen, welcher zugleich die' gleichzeitigen Bewegungsumkehrungen der Translation der Zahnstangen gewährleistet, den Eingriff der einen der Zahnstangen mit dem Getrieberad sowie das Entkoppeln der anderen Zahnstange mit dem Getrieberad sicherstellt.

Der Mechanismus ist im allgemeinen komplex und verhältnismäßig anfällig. Wenn im übrigen in einem vorgegebenen Augenblick eine einzige Zahnstange mit dem Getrieberad im Eingriff steht, ist die auf der anderen Zahnstange verfügbare Leistung nicht genutzt.

Es sind weiterhin Einrichtungen bekannt, in welchen zwei irreversible Kupplungen (freie Räder beispielsweise), welche in der gleichen Richtung wirken, nebeneinander auf derselben Nabe angeordnet sind und in welchen zwei geradlinige parallele feste Zahnstangen zu einer alternierenden Bewegung angetrieben sind und jede dauernd mit dem Führungsteil der einen der irreversiblen Kupplungen im Eingriff steht. In diesen Einrichtungen wird die Gleichzeitigkeit der Translationsrichtungsumkehr der Zahnstangen natürlich realisiert, und zwar durch die einzige Tatsache, daß sie fest sind. Aber auch dabei wird in einem vorgegebenen Augenblick nur die auf der einen Zahnstange verfügbare Kraft auf die anzutreibende Nabe übertragen.

Es sind im übrigen Rotationskupplungseinrichtungen durch Rei bung zwischen zwei ineinander angeordneten koaxialen Organen bekannt, in welchen das Inkontaktbringen der zugehörigen Reibflächen der zwei Organe mittels der Ausdehnung einer ringförmigen expandierbaren Kammer unter der Einwirkung eines unter Druck stehenden Fluide erfolgt. Durch Einführen und Abführen des Fluids in geeignet gewählten Augenblicken gestatten es diese Einrichtungen, wie die freien Bäder, das Empfengeorgan

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während der Zeitspanne anzutreiben, während der das Antriebsorgan sich in einer bestimmten Richtung dreht.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung der obengenannten Art, welche es gestattet, ein Maximum der verfügbaren Leistung auf den zwei Zahnstangen anzuwenden, welche robust ist, einen geringen Kaumbedarf aufweist und eine einfache Konstruktion besitzt und darüberhinaus insbesondere dazu anwendbar ist, um eine Velle in Drehung zu versetzen, welche ihrerseits die Werkzeuge einer Maschine zum Jibbau von Erz oder Gestein antreibt, welche auf der Peripherie von Scheiben angeordnet sind, die sich fest mit der Welle drehen, welche am Ende eines Gelenkarmes auf dem Gehäuse der Maschine befestigt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet den Antrieb einer Nabe, bzw. einer Welle mittels zweier geradliniger Antriebszalinstangen, welche gleichzeitig zu geradlinigen alternierenden entgegengesetzten Bewegungen angetrieben sind und mit Hilfe von zwei rotierenden Antriebsorganen, welche in alternierender Weise mit der Nabe gekoppelt sind, wenn sie sich in einer vorgegebenen Richtung drehen und zeichnet sich dadurch aus, daß jedes Antriebsorgan mit einer Kurvenzahnstange ausgestattet ist, welche dauernd mit der einen der geradlinigen Betätigungszahnstangen im Eingriff steht, in dem zwei geradlinige Synchronisationszahnstangen fest mit der einen der Betätigungszahnstangen in der Translation sind und gleichzeitig und dauernd mit einem mit Zähnen versehenen Getriebe~Synchronisationsζ ahnrad im Eingriff stehen, dessen Drehachse in bezug auf die geradlinigen Zahnstangen unbeweglich ist und in dem die Antriebs einrichtungen dazu vorgesehen sind, die zwei Zahnstangenanordnungen . gleichzeitig zu geradlinigen alternierenden entgegengesetzten Bewegungen anzutreiben.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

1 einen Aufriß im Schnitt durch eine zur anzutreibenden Nabenachse orthogonale Ebene einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche zwei freie Räder aufweist,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Ebene, welche durch die Achse der anzutreibenden Nabe verläuft,

Fig. 3 eine Endansicht,

Fig. 4- das Prinzipschema einer Ausführungsform des hydraulischen Kreises, welcher der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Vorrichtung zugeordnet ist,

Fig. 5 das Prinzipschema einer anderen Ausführungsform des

Hydraulikkreises,
Fig. 6 einen Aufriß im Längsschnitt einer Ausführungsform, welche zwei Reibkupplungen pro expansibler Ringkammer verwendet und

Fig. 7 einen Transversalschnitt.

In den Fig. 1 bis 3 bezeichnet die Bezugszahl 1 das Gehäuse, welches das Trägerchassis der erfindungsgemäßen Einrichtung darstellt, und das Bezugszeichen 2 kennzeichnet die um ihre Achse x'x in Drehung zu versetzende Nabe.

Zwei irreversible identische Kupplungen, welche durch die allgemeinen Bezugszeichen 3 und 4 gekennzeichnet sind, oder Freiradkupplungen sind nebeneinander auf der Nabe 2 angeordnet und bestehen gemäß der beispielsweisen Darstellung aus einem internen zylindrischen Ring 5, 6» welcher auf der Welle festgekeilt ist und aus einem externen koaxialen Ring 7» 8» welcher durch einen Sektor 9» 10 verlängert ist, welcher auf seiner Kurven-

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kante mit Zähnen ausgestattet ist und das jenige Teil "bildet, welches oben als "Antrie"bsorgan" "bezeichnet wurde. Jeder der Ringe 5» 6 ist mit ausgearbeiteten Rampen 11 und mit Walzen 12 ausgestattet, welche zwischen der inneren zylindrischen Oberfläche jedes Ringes 7» 8 und den entsprechenden in dem Ring 5» 6 ausgearbeiteten Rampen angeordnet- sind.

Zwei doppelt wirksame Hydraulikzylinder 13> 14· mit Doppelkolbenstange, welche mechanisch und hydraulisch gegenüber angeordnet sind, deren ..Achsen in einer zur Achse y'y parallelen und zur Achse x'x orthogonalen Ebene verlaufen, sind jeweils in der Nähe der mit Zähnen versehenen Kante eines der Sektoren 9> 10 angeordnet, wobei der Kolben 15» 16 jedes Zylinders mit dem Gehäuse 1 fest verbunden ist.

Ein Getrieberad 17» welches nachfolgend als "Sychronisationsritzel" bezeichnet wird, ist frei auf einer Welle 18 angeordnet, welche fest mit dem Gehäuse verbunden ist und deren Achse y'y in der Mittelebene der zwei Zahnsektoren 9» 10 und senkrecht zur Achse x'x verläuft.

Jeder der Zahnsektoren 9» 10 steht dauernd im Eingriff mit einer geradlinigen Antriebszahnstange 19, 20, welche fest am Körper 21, 22 des einen der Zylinder befestigt ist, während das Synchronisationsritzel 17 dauernd und gleichzeitig mit zwei geradlinigen Synchronisationszahnstangen 2j5, 24 im Eingriff steht, von denen jede am Körper 21, 22 des einen der Zylinder befestigt ist, wobei diese letzteren vorteilhafterweise doppelt wirksame Zylinder sind.

In der !ig, 4 ist das Prinzipschema einer möglichen Ausführungsform des Hydrailikkreises dargestellt, welcher die zwei Zylinder 15, 14· speist. Dieser Kreis umfaßt notwendigerweise!

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eine Hauptpumpe 25,

einen Vier-Wege-Verteiler 26 mit zwei Stellungen, eine Leitung 27, welche den Verteiler 26 mit dem Behälter verbindet,

eine Hochdruckleitung 29, welche den Verteiler 26 mit der Pumpe 25 verbindet und

zwei JLriwendungsleitungen 30 und 31, von denen jede dauernd und gleichzeitig den einen der Ausgänge zur "Anwendung" des Verteilers und die zwei Zylinder derart verbindet, daß die Körper sich gleichzeitig in entgegengesetzten Richtungen (Pfeile F.,, I",. einerseits, Pfeile F₂, ^"2 ^anderersei'b^s) bewegen.

Zwei "Endschalter-Einrichtungen 32 und 33 j die nicht im einzelnen dargestellt sind, ermitteln die Ankunft in den Extremstellungen des Körpers des einen der Zylinder und steuern in an sich bekannter Weise das Umkippen des Verteilers 26 (Pfeile F und i").

Die Schaltung wird vorteilhafterweise durch eine Förderpumpe 34- und einen hydraulischen Akkumulator 35 vervollständigt, welcher direkt mit der Hochdruckleitung 29 verbunden ist und dessen Funktion im einzelnen nachfolgend beschrieben wird.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgend ermaßenι

In der in der Fig. 4- dargestellten Stellung des Verteilers ist die unter Druck gesetzte Anwendungsleitung die Leitung Daraus folgt, daß der Körper des Zylinders 13 sich in der Richtung Fp verlagert und daß gleichzeitig der Körper des Zylinders 14 sich in der entgegengesetzten Richtung F'p verlagert.

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Der Körper des Zylinders 13 treibt den Zahnsektor 9 und den äußeren Hing des freien Rades 3 in der Antrieb sr ichtung an, während der Körper des Zylinders 14 den Zahnsektor 10 und den äußeren Ring des freien Rades 4 gegen die Antriebsrichtung bewegt (siehe 3?ig. 1). Das Synchronisationsritzel 17 überträgt jedoch die- durch den Zylinder 14 entwickelte Kraft auf die Zahnstange 23 und auf den Körper des Zylinders 13· Schließlich ist die auf die Nabe 2 übertragene Kraft die Summe der durch die Zylinder 13 und 14 entwickelten Kräfte.

Wenn der Körper des Zylinders 13 in seiner oberen Extremstellung angelangt ist, steuert die Endschaltereinrichtung 32 das Umkippen des Verteilers 26, wodurch die ünterdrucksetzung der Leitung 31 und die gleichzeitigen Umkehrungen der Anwendungsrichtung des hydraulischen Drucks in den zwei Zylindern 13 und 14 ausgelöst werden. Der Körper des Zylinders 13 verlagert sich dann in der Richtung 3F^, während der Körper des Zylinders 14 sich in der Richtung F',- verlagert.

Der Körper des Zylinders 13 bewegt den Zahnsektor 9 und den äußeren Ring des freien Rades 3 gegen die Antriebsrichtung, während der Körper des Zylinders 14 den Zahnsektor 10 und den äußeren Ring des freien Rades 4 in der Antriebsrichtung bewegt, wobei das Synchronisationsritzel 17 die durch den Zylinder 13 entwickelte Kraft auf die Zahnstange 24 und auf den Körper des Zylinders 14 überträgt. Dort ist wiederum die auf die Habe 2 übertragene Kraft die Summe der Kräfte, welche durch die Zylinder 13 und 14 entwickelt werden. Wenn der Zylinder 13 in seiner unteren Extremstellung angelangt ist, dann steuert die Endschaltereinrichtung 33 das Umkippen des Verteilers 26, und es wird ein neuer Arbeitszyklus begonnen, währenddessen die Summe der durch die Zylinder entwickelten Kräfte auf die Habe 2 angewandt wird, und zwar über den Zylinder 13 und das Antrie"bsorgan 3·

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Im Augenblick des Umkippens des Verteilers 26 entsteht eine Totzeit, während der dasjenige freie Rad, welches das Antriebsrad war, dies nicht mehr ist und dasjenige freie Rad, welches das Antriebsrad wird, dies noch nicht ist, und zwar aufgrund der Tatsache, daß sein äußerer Ring sich noch nicht um einen ausreichenden Winkel gedreht hat, um das Festklemmen der Räder zwischen der inneren Oberfläche des äußeren Ringes und den im inneren Ring ausgearbeiteten Rampen zu bewirken. Daraus ergibt sich, daß der Druck im Hochdruckteil der hydraulischen Schaltung die Tendenz hat, stark abzusinken, um seinen normalen Wert abrupt in dem Augenblick wieder anzunehmen, in welchem das freie Rad zum Antriebsrad wird, was Stöße im Betrieb der Vorrichtung verursachen kann, die sich auf die mechanische Festigkeit sämtlicher Bauteile der Vorrichtung schädlich auswirken.

Der hydraulische Akkumulator 35 kompensiert diese Druckschwankungen, indem er den Druck während der Totzeiten auf einem Wert hält, auf welchen er eingestellt ist und indem er somit das Eingreifen des freien Rades beschleunigt, welches zum Antriebsrad wird.

In der Fig. 5 ist eine Abwandlung der Hydraulikschaltung dargestellt, welche sich von der vorhergehenden dadurch unterscheidet, daß ein hydraulischer Vier-Wege-Verteiler 36 mit zwei Stellungen und mit hydraulischer Verstärkung zwischengeschaltet ist, welcher durch die Endschaltereinrichtungen 32 und 33 der Zylinder gesteuert wird und dazu dient, das Umkippen des Verteilers 26 zu beschleunigen und dass Entladevent 11b 37 vorgesehen sind, deren Funktiondarin besteht, den hydraulischen Druck in dem Fall zu begrenzen, in welchem das durch die Nabe 2 gelieferte Widerstandsmoment zu groß ist

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(Blockierung, Bremsung, usw.).

Im übrigen kann es aus Gründen einer Vereinfachung des Zusammenbaus und der Konstruktion interessant sein, die "Endschalter "-Einrichtungen nicht auf demselben Zylinder anzuordnen, sondern vielmehr die eine auf einem der Zylinder und die andere auf dem anderen Zylinder.

In diesem Fall müssen sie am selben geographischen Ende der zwei Zylinder angeordnet sein, wie dies schematisch in der Fig. 5 dargestellt ist.

In der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Anordnung ist die zwischen der Nabe 2 und den Zahnsektoren 9 und 10 gebildete Kupplungsvorrichtung von der Art mit Einschnürung und mit ringförmiger expandierbarer Kammer.

In dieser Ausführungsform ist jedes Sperrad durch eine Zwischenhülse 38 ersetzt, welche durch selbstschmierende Lager 39 getragen wird, die auf der Nabe 2 angeordnet sind und ist auf seiner Peripherie mit einer eingearbeiteten Rille 40 versehen, deren Querschnitt die Form eines gegen die Innenwand des Zahnsektors 9 geöffneten U besitzt und deren liefe derart ist, daß die Vand 41, welche zwischen der Rille 40 und der übe 2 verläuft, sehr dünn ist.

Die Zwischenhülse 38 ist in dichter Weise auf dem Sektor 9 mittels zweier ringförmiger Schweißraupen 42 befestigt, welche beiderseits der öffnung der Rille 40 angeordnet sind.

In vorteilhafter Weise ist die Nabe 2 mit einer Reibeinrichbung 43 ausgestattet, welche aus zwei halbzylindrischen Schalen besteht, die in eine zylindrische Rille 44 eingesetzt sind, welche in der Nabe ausgearbeitet ist und deren äußere Oberfläche in bezug auf die Oberfläche der Nabe leicht zurückgesetzt ist.

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In Jedem Zahnsektor 9 ist eine Leitung 45 ausgearbeitet, um die entsprechende ringförmige dichte Kammer 40 mit einer unter Druck stehenden Fluidquelle 46 verbinden zu können, wobei ein durch den Vier-Wege-Verteiler mit zwei Stellungen 47 symbolisierter Hydraulikkreis gestattet, die Verbindung zwischen der Kammer 40 und der Quelle 46 beliebig aufzubauen oder zu unterbrechen.

Man sieht sofort, daß das Hydrauliksystem derart gesteuert sein muß, daß es einen Hydraulikdruck in das Innere der Kammer 40 liefert, wenn sich das Antriebsorgan in einer vorgegebenen Richtung bewegt, welche für die zwei Antriebsorgane identisch ist und hingegen keinen Druck liefertj wenn sich das Antriebsorgan in entgegengesetzter Richtung drehb.

Wenn das Volumen der Kammer 40 zu groß ist, wodurch das Risiko besteht, daß eine zu große Stillzeit der Kammer und eine zu lange Ansprechzeit verursacht wird, ist es vorteilhaft, vor dem Anschweißen der Hülse 38 auf dem Sektor 9 einen schwimmenden Füllring 48 in der Aussparung anzuordnen, dessen Volumen leicht unterhalb des Volumens der Aussparung liegt.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung, um eine Habe mittels zweier geradliniger Zahnstangen-Antriebseinrichtungen in Drehung zu versetzen, welche zu geradlinigen alternierenden entgegengesetzten Bewegungen gleichzeitig angetrieben werden, mit zwei mit Zähnen "versehenen Antriebsorganen, von denen jede dauernd im Zahneingriff mit der einen der zwei Antriebseinrichtungen steht und mit der Nabe gekoppelt ist, wenn sie sich in einer vorgegebenen Richtung drehen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Antriebsanordnung (13, 14) einen doppelt wirksamen Hydraulikzylinder (21, 22) mit Doppelkolbenstange (15) 16) umfaßt, welche orthogonal zur Nabe (2) angerdnet ist und in bezug auf diese letztere fest ist, weiterhin eine geradlinige Antriebszahnstange (19, 20) und eine geradlinige Synchronisationszahnstange (23, 24) aufweist, welche beide in der !Translation mit dem Körper des entsprechenden Hydraulikzylinders (21, 22) fest verbunden sind und deren Erzeugende jeweils parallel zu der Achse (XX^) der Nabe (2) für die Antriebs zahnstange (19»2O) und orthogonal zu dieser Achse für die Synchronisationszahnstange (23, 24) verlaufen, daß die zwei Synchronisationszahnstangen im übrigen dauernd mit einem Synchronisationsritzel (17) im Eingriff stehen, dessen Achse (18) parallel zu der Erzeugenden der Zähne der Synchroni sationszi^anstangen (23, 24) gerichtet ist und daß die zwei Hydraulikzylinder (21, 22) mechanisch und hydraulisch entgegengesetzt angebracht sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-■ ' η e t, daß das Antriebsorgan (9, 10) durch einen länglichen mit Zähnen versehenen Sektor auf seiner Kurvenkante verlängert ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ ei chnet, daß die zwei Hydraulikzylinder (21, 22) durch eine Hydraulikschaltung gespeist werden, welche (Fig. 4) eine Hochdruckpumpe (25) umfaßt, einen Vier-Wege-Schieber (26) mit zwei Stellungen aufweist, von welchem jeder Anwendungsweg dauernd durch Leitungen (30, 31) mit dem einen der Enden des einen der Zylinder verbunden ist und gleichzeitig mit dem geographisch entgegengesetzten Ende des anderen Zylinders in Verbindung steht, daß der Schieber (26) durch Endschalter-Einrichtungen (32-F¹, 33 F) gesteuert ist, von denen jede an dem einen der Enden des Körpers des einen der Zylinder angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß (Fig. 5) die Endschalter-Einrichtungen (32, 33) an den geographisch identischen Enden jedes Zylinders angeordnet sind und daß der Schieber (26) durch einen Vier-Wege-Beschleunigungsschieber (36) mit zwei Stellungen und hydraulischer Verstärkung gesteuert ist, welcher seinerseits durch Endschalter-Einrichtungen (32, 33) gesteuert ist.

5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch g e kennz ei chnet, daß ein hydraulischer Akkumulator (35) mit dem Ausgang der Hochdruckpumpe (25) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz ei chnet, daß jedes Antriebsorgan (9, 10) das äußere Gehäuse (7, 8) eines freien Rades (11, 12) ist, dessen inneres Gehäuse (5, 6) sich fest mit der Nabe (2) dreht.

7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennz ei chnet, daß jedes Antriebsorgan (9, 10) zwei zylindrische koaxiale ineinander angeordnete Buchsen (38)

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aufweist, welche die Nabe (2) umgeben, welche durch zwei Schweißraupen (42) miteinander verbunden sind, von denen jede die zwei Außenkanten der zwei gegenüber angeordneten Buchsen verbindet, daß eine zylindrische Rille (40) in der inneren Buchse angeordnet ist und eine derartige liefe besitzt, daß die seitlich der BTabe (2) verlsifende Wand (41) dünn ist, daß die äußere Buchse durch eine Leitung (45) durchdrungen ist, welche das Innere der Rille (40) mit der Hydraulikschaltung (46, 47) verbindet, welche einen Hydraulikdruck anwendet, wenn das Antriebsorgan (9j 10) sich in einer vorgegebenen Richtung dreht, welche für die zwei Antriebsorgane identisch ist.

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