DE29704834U1 - Device for reducing vibrations in traction mechanism transmissions - Google Patents

Device for reducing vibrations in traction mechanism transmissions

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Description

BeschreibungDescription Vorrichtung zur Reduzierung von Schwingungen in ZugmittelgetriebenDevice for reducing vibrations in traction drives

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduzierung von Schwingungen in Zugmittelgetrieben. Das Einsatzgebiet der Erfindung sind vorzugsweise Zugmittelgetriebe für die Handhabungstechnik, speziell solche, bei denen der maximale Abtriebswinkel der Abtriebsrolle < 360° ist.The invention relates to a device for reducing vibrations in traction drives. The field of application of the invention is preferably traction drives for handling technology, especially those in which the maximum output angle of the output roller is < 360°.

In Zugmittelgetrieben werden als Zugmittel biegeschlaffe Elemente eingesetzt, die dadurch charakterisiert sind, daß deren Masse als gleichmäßig über die Länge verteilt angesehen werden kann, unabhängig davon, ob es sich um eine Kette, Seil oder Zahnriemen handelt. Antriebe dieser Art bieten in der Handhabungstechnik folgende Vorteile:In traction drives, flexible elements are used as traction elements, which are characterized by the fact that their mass can be considered to be evenly distributed over the length, regardless of whether it is a chain, rope or toothed belt. Drives of this type offer the following advantages in handling technology:

1. Es können bei relativ geringen Massen des Systems größere Achsabstände überbrückt werden als dies bei Verwendung von Gelenkweilen u.a. Baulementen möglich wäre. Damit ist die Möglichkeit gegeben, einzelne Achsen eines Handhabungssystems extrem leicht zu bauen.1. With relatively low system masses, larger distances between axles can be bridged than would be possible using joint shafts and other components. This makes it possible to build individual axles of a handling system extremely light.

2. Der Antriebsmotor kann an für die Massenverteilung besonders günstigen Stellen vorgesehen werden ( z. B. als Ausgleichsmasse).2. The drive motor can be installed at locations that are particularly favorable for mass distribution (e.g. as a balancing mass).

3. Werden Zugmittel mit kreisförmigem Querschnitt eingesetzt, so müssen die Wellen der Antriebs- bzw. Abtriebsscheibe nicht in einer Ebene angeordnet, sondern können auch räumlich angeordnet sein.3. If traction devices with a circular cross-section are used, the shafts of the drive and driven pulleys do not have to be arranged in one plane, but can also be arranged spatially.

Üblicherweise werden in Zugmittelgetrieben nur die Auswirkungen von Torsionsschwingungen untersucht.Usually, only the effects of torsional vibrations are investigated in traction drives.

Aus der Kontinuumsmechanik ist bekannt, daß in derartigen Anordnungen auch die Zugmitteil selbst zu Schwingungen neigen, wobei Transversal- als auch Longitudinalschwingungen auftreten können. Untersuchungen bestätigten, daß bei Zugmittelgetrieben Torsionsschwingungen auftreten, die von Oberschwingungen überlagert sind (Terholsen, St. u.a.: Untersuchung von Drehschwingungen in Riementrieben - Konsequenzen für die Auslegung, Antriebstechnik 32 (1993) Nr. 5, S. 59-61).It is known from continuum mechanics that in such arrangements the tension parts themselves tend to oscillate, whereby both transverse and longitudinal oscillations can occur. Investigations have confirmed that in tension drives torsional oscillations occur which are superimposed by harmonics (Terholsen, St. et al.: Investigation of torsional oscillations in belt drives - consequences for the design, Antriebstechnik 32 (1993) No. 5, pp. 59-61).

Die Eigenfrequenzen der Torsionsschwingungen* lassen sich berechnen, in dem das Zugmittelgetriebe als Zweimassensystem aufgefaßt wird.The natural frequencies of the torsional vibrations* can be calculated by considering the traction mechanism as a two-mass system.

Während Longitudinalschwingungen infoige ihrer sehr hohen Frequenz das Betriebsverhalten nur unwesentlich beeinträchtigen, ist dies bei den Transversalschwingungen nicht mehr der Fall. Je größer der Achsabstand in einem Zugmittelgetriebe und damit die freie Länge des Zugmittels ist, desto niedriger wird die erste Eigenfrequenz der Transversalschwingung. Sie erreicht dann die Größenordnung der Eigenfrequenz der Torsionsschwingungen. Es wurde weiterhin nachgewiesen, daß vorhandene Transversalschwingungen die Torsionsschwingungen beeinflussen (Fischer, F.W.: Auswirkungen der Fertigungsabweichungen von Riementrieben auf das dynamische Betriebsverhalten, Fortschrittsberichte VDI1 Reihe 1, Nr. 186). Es entstehen Drehmomentstöße, die für viele Anwendungen nicht zu vertreten sind. Notwendig ist es deshalb, daß die Eigenfrequenzen für beide Schwingungsformen möglichst weit auseinander liegen. Die Eigenfrequenz der Torsionsschwingungen wird durch die Massenträgheitsmomente und dynamische Federsteife des Zugmittels bestimmt. Dies sind Parameter, die während des Betriebes nicht zu beeinflussen sind. Bei den Transversalschwingungen kann hingegen die Eigenfrequenz der Grundschwingung nach folgender Gleichung bestimmt werden:While longitudinal vibrations only have a negligible effect on operating behavior due to their very high frequency, this is no longer the case with transverse vibrations. The greater the center distance in a traction mechanism transmission and thus the free length of the traction mechanism, the lower the first natural frequency of the transverse vibration. It then reaches the order of magnitude of the natural frequency of the torsional vibrations. It has also been proven that existing transverse vibrations influence the torsional vibrations (Fischer, FW: Effects of manufacturing deviations of belt drives on dynamic operating behavior, progress reports VDI 1 Series 1, No. 186). Torque surges arise that are not acceptable for many applications. It is therefore necessary that the natural frequencies for both types of vibration are as far apart as possible. The natural frequency of the torsional vibrations is determined by the mass moments of inertia and dynamic spring stiffness of the traction mechanism. These are parameters that cannot be influenced during operation. In the case of transverse vibrations, however, the natural frequency of the fundamental vibration can be determined using the following equation:

&pgr; F-&mgr;-&ngr;2 π F-μ-ν 2

F = Längskraft des ZugmittelsF = Longitudinal force of the traction device

i = freie Längei = free length

&mgr; = Massenbelegung &mgr; = m /1µ = mass occupancy µ = m /1

&ngr; = Geschwindigkeit des Zugmittelsv = speed of the traction device

Die Längskraft F setzt sich zusammen aus der Vorspannkraft im Zugmittelgetriebe und der Betriebslängskraft, die aus dem Drehmoment an der Abtriebsweile resultiert.The longitudinal force F is made up of the preload force in the traction mechanism and the operating longitudinal force resulting from the torque at the output shaft.

Insofern ist es bekannt, die Eigenfrequenz der transversalen Grundschwingung durch Änderung der Vorspannkraft zu beeinflussen..In this respect, it is known that the natural frequency of the transverse fundamental vibration can be influenced by changing the preload force.

Andererseits kann die Eigenfrequenz der transversalen Grundschwingung auch über die freie Länge des Zugmitttels verändert werden (s. obige Gleichung). Beide Maßnahmen erfordern jedoch zusätzliche konstruktive Maßnahmen wie StützrollenOn the other hand, the natural frequency of the transverse fundamental vibration can also be changed over the free length of the traction element (see equation above). However, both measures require additional design measures such as support rollers

u.a.. Damit wird aber die GesamtrtläsSe des Antriebssystems vergrößert und dem angestrebten Leichtbau entgegengewirkt.etc. However, this increases the overall capacity of the drive system and counteracts the desired lightweight construction.

Bei der Auslegung von Zugmittelantrieben für die Handhabungstechnik ist femer zu beachten, daß am Abtrieb selten umlaufende Wellen gefordert werden, so daß der maximale Abtriebswinkel der Seilrolle < 360° ist. Wenn als Zugmittel Seile oder Stahlbänder verwendet werden, sind diese nicht umlaufend, sondern sie werden in der Abtriebs- bzw. Antriebsrolle eingespannt. Da derartige Antriebe als 4-Quadrantenantriebe ausgeführt werden müssen, verwendet man 2 gegenläufige Zugmittel.When designing traction drives for handling technology, it should also be noted that rotating shafts are rarely required at the output, so that the maximum output angle of the cable pulley is < 360°. If ropes or steel bands are used as traction devices, they do not rotate, but are clamped into the output or drive pulley. Since such drives must be designed as 4-quadrant drives, 2 opposing traction devices are used.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für Zugmittelgetriebe, bei denen am Abtrieb keine umlaufenden Wellen gefordert sind, eine den Forderungen der Handhabetechnik nach Leichtbau entsprechende Vorrichtung zu schaffen, um während des Betriebes des Zugmittelantriebes eine hinreichend große Differenz zwischen den Eigenfrequenzen der Trosionsschwingungen und der Transversalschwingungen zu gewährleisten.The invention is therefore based on the object of creating a device that meets the requirements of handling technology for lightweight construction for traction drive systems in which no rotating shafts are required at the output, in order to ensure a sufficiently large difference between the natural frequencies of the torsional vibrations and the transverse vibrations during operation of the traction drive.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruchs gelöst.According to the invention, the object is achieved in accordance with the characterizing part of the main claim.

Die Erfindung weist folgende Vorteile auf:The invention has the following advantages:

1. Am Abtrieb des Zugmittelgetriebes werden Drehwinkelschwankungen, die eine Folge von Schwingungen im Antriebsssystem sind, reduziert. Auf diese Weise können Positionieraufgaben mit wesentlich größerer Präzision gelöst werden.1. At the output of the traction drive, angle fluctuations, which are a result of vibrations in the drive system, are reduced. In this way, positioning tasks can be solved with significantly greater precision.

2. Am Abtrieb werden Drehmomentsschwankungen soweit reduziert, daß insbesondere beim Anfahren und Bremsen ein gleichmäßiger Lauf gewährleistet ist und die Geräuschbildung eingeschränkt wird. Dies trifft besonders zu, wenn als Zugmittel Stahlbänder oder -seile verwendet werden.2. Torque fluctuations at the output are reduced to such an extent that smooth running is ensured, particularly when starting and braking, and noise is limited. This is especially true when steel bands or ropes are used as traction devices.

3. Dadurch, daß Stützstellen zur Reduzierung der freien Zugmittellänge nicht mehr erforderlich sind, kann ein konsequenter Leichtbau durchgesetzt werden und mit der Reduzierung der Gesamtmasse des Systems werden die dynamischen Eigenschaften insgesamt verbessert.3. Because support points are no longer required to reduce the free length of the traction means, consistent lightweight construction can be implemented and the reduction in the total mass of the system improves the overall dynamic properties.

Verschiedene vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.Various advantageous embodiments of the device according to the invention are specified in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Lösung wird einschließlich ihrer Funktionsweise anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.The solution according to the invention, including its mode of operation, is explained using an exemplary embodiment.

In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:The accompanying drawing shows:

Fig.1: eine Abtriebsrolle mit Sensor/Aktor für nicht umlaufende Abtriebsbewegungen (ohne elektrische Anschlüsse)Fig.1: an output roller with sensor/actuator for non-rotating output movements (without electrical connections)

Die Abtriebsscheibe 2 eines Achsantriebes ist so ausgeführt, daß sie einen zweiseitigen Steg 6 besitzt. Eine Seite des Steges nimmt die Spannschraube 5 auf, die das Zugmittel 1 mit einer definierten Vorspannung beaufschlagt, die andere Seite dient als Aufnahme für einen piezokeramischen Stapelaktor/Sensor. Diese Piezokeramik wird auf der anderen Seite ebenfalls von einem Steg aufgenommen, der über eine Buchse mit der Abtriebswelle 3 verbunden ist. Die Bauelemente 6 und 7 sind somit relativ zueinander beweglich. Um die Reibung zu reduzieren, ist eine Gleitbuchse 9 vorgesehen. Eine Feder 8 bringt eine Vorspannung auf die Piezokermaik 4 auf und sichert so die Stabilität des Systems.The output disk 2 of an axle drive is designed in such a way that it has a two-sided web 6. One side of the web accommodates the tension screw 5, which applies a defined preload to the traction device 1, the other side serves as a mount for a piezoceramic stack actuator/sensor. This piezoceramic is also accommodated on the other side by a web, which is connected to the output shaft 3 via a bushing. The components 6 and 7 are thus movable relative to one another. In order to reduce friction, a sliding bushing 9 is provided. A spring 8 applies a preload to the piezoceramic 4 and thus ensures the stability of the system.

Während des Betriebes auftretende Schwingungen des Zugmittels bewirken eine Druckbeaufschlagung der Piezokermaik und es entsteht eine mit der Schwingungsfrequenz adäquate Ladung. Diese Frequenz wird in einer Auswerteeinheit ermittelt und mit der Eigenfrequenz des Torsionsschwingungssystems verglichen. Sinkt die Differenz der Frequenzen unter einen bestimmten Betrag, so wird die Piezokermaik durch einen Generator mit einer Spannung beaufschlagt, und der Piezokeramikkörper dehnt sich aus, und über den Hebe! 6 wird die Vorspannung des Zugmittels erhöht. Die Piezokeramik behält ihren Zustand auch ohne zusätzliche Energiezufuhr aufrecht. Die Folge ist, daß die Grundfrequenz der Transversalschwingung angehoben wird und eine hinreichende Distanz zur Eigenfrequenz der Trosionsschwingung wieder gewährleistet ist und eine gegenseitige Beeinflussung nicht mehr erfolgen kann.Vibrations of the traction device that occur during operation cause pressure to be applied to the piezoceramic and a charge is created that is appropriate to the vibration frequency. This frequency is determined in an evaluation unit and compared with the natural frequency of the torsional vibration system. If the difference in frequencies falls below a certain amount, the piezoceramic is subjected to a voltage by a generator and the piezoceramic body expands and the preload of the traction device is increased via the Hebe! 6. The piezoceramic maintains its state even without additional energy supply. The result is that the basic frequency of the transverse vibration is increased and a sufficient distance from the natural frequency of the torsional vibration is again guaranteed and mutual influence can no longer occur.

Claims (5)

&bull;PatentBHisprüche &Igr;. s 2S I..>-S::l s*&bull;PatentBHisprüche &Igr;. s 2S I..>-S::l s* 1. Vorrichtung zur Reduzierung von Schwingungen in Zugmittelgetrieben, vorzugsweise für die Handhabungstechnik, bestehend aus An- und Abtriebsscheibe, die durch Zugmittel in Wirkverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß1. Device for reducing vibrations in traction drives, preferably for handling technology, consisting of a drive and driven pulley which are operatively connected by traction means, characterized in that &bull; mindestens ein Sensor (4) zur Detektion von Transversalschwingungen der Zugmittel (1) vorgesehen ist,&bull; at least one sensor (4) is provided for detecting transverse vibrations of the traction means (1), &bull; der Signalausgang des Sensors (4) mit einer Auswerte- und Steuereinheit verbunden ist, in der die Eigenfrequenz der transversalen Grundschwingung bestimmt und mit der Eigenfrequenz der Torsionsschwingungen des Antriebssystems verglichen wird sowie Steuersignale erzeugt werden, wenn eine vorgebbare Differenz zwischen den genannten Frequenzen unterschritten wird,&bull; the signal output of the sensor (4) is connected to an evaluation and control unit in which the natural frequency of the transverse fundamental vibration is determined and compared with the natural frequency of the torsional vibrations of the drive system and control signals are generated when a predeterminable difference between the frequencies mentioned is undershot, &bull; mindestens ein von den genannten Steuersignalen ansteuerbarer Aktor (4) zur Veränderung der Vorspannung der Zugmittel (1) außerhalb der freien Länge der Zugmittel angeordnet ist.&bull; at least one actuator (4) that can be controlled by the control signals mentioned above for changing the pre-tension of the traction means (1) is arranged outside the free length of the traction means. 2. Vorrichtung zur Reduzierung von Schwingungen in Zugmittelgetrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor/Aktor (4) eine piezoelektrische Keramik eingesetzt wird.2. Device for reducing vibrations in traction drives according to Claim 1, characterized in that a piezoelectric ceramic is used as the sensor/actuator (4). 3. Vorrichtung zur Reduzierung von Schwingungen in Zugmittelgetrieben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor/Aktor (4) in eine An- bzw. Abtriebsscheibe (2) integriert ist.3. Device for reducing vibrations in traction drives according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor/actuator (4) is integrated into a drive or driven disk (2). 4. Vorrichtung zur Reduzierung von Schwingungen in Zugmittelgetrieben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als piezoelektrische Keramiken Stapel-, Biege- oder Diskaktoren eingesetzt werden.4. Device for reducing vibrations in traction drives according to one of claims 1 to 3, characterized in that stack, bend or disk actuators are used as piezoelectric ceramics. 5. Vorrichtung zur Reduzierung von Schwingungen in Zugmittelgetrieben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Sensor und Aktor getrennte Bauelemente sind.5. Device for reducing vibrations in traction drives according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sensor and actuator are separate components.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998055780A1 (en) * 1997-06-06 1998-12-10 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Gear unit
US6520037B2 (en) 1997-06-06 2003-02-18 Deutsches Zentrum Fur Luft-Und Raumfahrt E.V. Gear unit

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