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Mechanische Antriebsvorrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine mechanische Antriebsvorrichtung
mit einem kraftübertragenden bandförmigen Element, einem treibenden Rad und einem
getriebenen Rad, wobei das bandförmige Element mit beiden Rädern in Eingriff steht
und ein auf das treibende Rad auflaufendes Arbeitstrum sowie ein vom treibenden
Rad ablaufendes Leertrum bildet.
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Eine solche Antriebsvorrichtung ist beispielsweise als Riementrieb
allgemein bekannt, bei dem das kraftübertragende bandförmige Element ein Riemen
ist. Bei dem kraftübertragenden bandförmigen Element kann es sich jedoch auch um
eine Kette, ein Band, ein Seil, ein Kabel oder dergleichen handeln, weswegen die
Erfindung nicht auf einen Riementrieb beschränkt ist.
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Eine solche herkömmliche Antriebsvorrichtung hat die Funktion, ein
beispielsweise von einer Kraftmaschine auf das treibende Rad aufgebrachtes Drehmoment
zum getriebenen
Rad zu übertragen, mit dem beispielsweise die Welle
eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine verbunden ist, so daß auf diese Weise das
Werkzeug der Werkzeugmaschine angetrieben wird.
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Häufig benötigen die Maschinen, bei denen die bekannte Antriebsvorrichtung
angewendet ist, nicht nur einen Antrieb sondern mehrere Antriebe, beispielsweise
einen Hauptantrieb und weitere Zusatz- und/oder Stellantriebe.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Antriebsvorrichtung
derart auszubilden, daß sie eine mehrfache Antriebsfunktion erfüllen kann.
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Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Antriebsvorrichtung erfindungsgemäß
zum einen gelöst durch einen Rollenträger, der in oder parallel zu der vom Arbeitstrum
und vom Leertrum gebildeten Ebene bewegbar ist, eine vom Rollenträger getragene
und mit dem Arbeitstrum in Eingriff stehende Rolle und eine elastische Einrichtung,
die am Rollenträger angreift und die Rolle elastisch in Anlage am Arbeitstrum hält,
wobei das Arbeitstrum von der Rolle zumindest dann umgelenkt ist, während das treibende
Rad am Arbeitstrum nicht zieht.
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Bei dieser erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nimmt der Rollenträger
im wesentlichen zwei verschiedene Stellungen rein. Während das treibende Rad angetrieben
wird, so daß dieses am Arbeitstrum zieht und im Arbeitstrum eine verhältnismäßig
große Zugkraft wirkt, versucht das Arbeitstrum, sich im Bereich der Rolle möglichst
gerade auszurichten. Dabei nehmen die Rolle und der Rollenträger eine erste Stellung
ein, die durch das Gleichgewicht der Kräfte zwischen der Kraft der elastischen Einrichtung
und der vom Arbeitstrum auf die Rolle ausgeübten Kraft
bestimrnt
ist, die in diesem Fall verhältnismäßig groß ist. Wenn dagegen das treibende Rad
nicht angetrieben wird und somit nicht am Arbeitstrum zieht, ist die Zugkraft im
Arbeitstrum und dementsprechend die vom Arbeitstrum auf die Rolle ausgeübte Kraft
verhältnismäßig gering, so daß die Rolle und der Rollenträger eine andere Gleichgewichtsstellung
als im zuvor beschriebenen Fall einnehmen. Dies heißt mit anderen Worten, daß der
Rollenträger bei jeder Inbetriebnahme der Antriebsvorrichtung in einer Richtung
bewegt wird und bei jeder Außerbetriebnahme in der dazu entgegengesetzten Richtung
bewegt wird. Diese Bewegung und die dabei am Rollenträger wirkende Kraft können
als zusätzlicher Antrieb ausgenutzt werden.
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Bei .der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
erfolgt der Ubergang aus der ersten Stellung in die zweite Stellung entgegen der
Kraft der elastischen Einrichtung, so daß die nutzbare, am Rollenträger abnehmbare
Kraft um die Kraft der elastischen Einrichtung geringer ist als die vom Arbeitstrum
auf die Rolle ausgeübte Kraft Zudem besteht die Möglichkeit, daß das bandförmige
Element, während die Rolle ihre erste Stellung einnimmt, x.ur lose um die beiden
Räder verläuft und demzufolge unerwünscht schlupft. Diese Nachteile sind bei einer
weiteren erfindungsgemäßen Lösung vermieden, die sich auszeichnet durch einen Rollenträger,
der in oder parallel zu der vom Arbeitstrum und vom Leertrum gebildeten Ebene bewegbar
ist, und zwei vom Rollenträger getragene Rollen, wobei die eine Rolle am Arbeitstrum
und die andere Rolle am Leertrum anliegt und wobei der Abstand zwischen den Rollen
derart ist, daß zumindest eines der Trums von der zugehörigen Rolle umgelenkt ist.
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Bei der letztgenannten erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung haben
die beiden Rollen am Rollenträger einen be-
stimmten Abstand. Dieser
Abstand ist derart gewählt, daß die beiden Rollen das Arbeitstrum und/oder das Leertrum
zu einem Verlauf zwingen, der von demjenigen Verlauf abweicht, den die Trums hätten,
wenn die beiden Rollen nicht vorhanden wären. Dies heißt mit anderen Worten, daß
die beiden Rollen die Trums entweder auseinanderspreizen oder in Richtung zueinander
drücken. Bei angetriebenem treibenden Rad führt die verhältnismäßig starke Zugkraft
im Arbeitstrum dazu, daß dieses sich im Bereich der an ihm anliegenden Rolle verhältnismäßig
gerade ausrichtet. Die am Arbeitstrum anliegende Rolle kann leicht in die dem praktisch
gerade ausgerichteten Arbeitstrum entsprechende Stellung folgen, weil der geraden
Ausrichtung und somit Verkürzung des Arbeitstrums eine Verlängerung des Leertrums
zugeordnet ist, so daß die am Leertrum anliegende Rolle entsprechend der Verlängerung
des Leertrums verlagert werden kann. Während das treibende Rad stillsteht und in
beiden Trums gleiche Zugkräfte wirken, nehmen die beiden Rollen und ihr Rollenträger
eine Gleichgewichtsstellung ein, in der der Umlenkwinkel an beiden Rollen ungefähr
gleich ist. Wenn beispielsweise nach dem Abschalten der das treibende Rad antreibenden
Kraftmaschine das getriebene Rad aufgrund seines Trägheitsmoments und/oder des Trägheitsmoments
der von ihm angetriebenen Teile noch weiterläuft, kann die Zugkraft im Leertrum
größer als im Arbeitstrum werden, so daß sich das Leertrum zu strekken versucht
und dabei die an ihm anliegende Rolle mitnimmt, wobei wiederum die andere Rolle
dieser Bewegung ohne weiteres folgen kann, weil das ihr zugeordnete Arbeitstrum
entsprechend der Verkürzung des Leertrums verlängert ist.
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Bei der vorstehend erläuterten zweiten erfindungsgemäßen Lösung erfolgt
die Bewegung des Rollenträgers zwischen seinen verschiedenen Stellungen nicht entgegen
der Kraft
einer elastischen Einrichtung, so daß die vom unter der
stärkeren Zugkraft stehenden Trum auf die ihm zugeordnete Rolle ausgeübte Kraft
praktisch vollständig als Antriebskraft am Rollenträger zur Verfügung steht. Wegen
der Zwangsführung beider Trums durch die beiden Rollen besteht die Gefahr des Lockerwerdens
des bandförmigen Elementes nicht.
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Der zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme und zum Zeitpunkt der Außerbetriebnahme
der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung zusätzlich verfügbare Antrieb aufgrund
der Bewegung des Rollenträgers kann dazu benutzt werden, einen beliebigen Steuervorgang
einer Steuervorrichtung auszulösen bzw. zu bewirken. In vorteilhafter Ausbildung
der Erfindung ist vorgesehen, daß mechanisch mit dem Rollenträger ein einzustellendes
Element gekoppelt ist, so daß sich eine konstruktiv sehr einfache Ausbildung ergibt.
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Ein spezielles und bevorzugtes Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen
Antriebsvorrichtung ist deren Einsatz bei einer Bremse. In vorteilhafter Ausbildung
der Erfindung kann vorgesehen sein, daß am Rollenträger ein Bremsklotz so befestigt
ist, daß der Bremsklotz durch eine Entlastung des Arbeitstrums aufgrund der dabei
verursachten Bewegung des Rollenträgers gegen ein zu bremsendes Teil gedrückt wird,
bei dem es sich vorzugsweise um das treibende Rad handelt. Diese Ausbildung ermöglicht
es, beispielsweise bei Werkzeugmaschinen die mit dem getriebenen Rad verbundene
Werkzeugwelle abzubremsen und stillzusetzen, wenn die das treibende Rad treibende
Kraftmaschine ausgeschaltet wird. Dies stellt eine beachtliche Sicherheitsmaßnahme
dar.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Vorderansicht
einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung; Fig. 2 eine
schematische Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform; Fig. 3 eine schematische
Vorderansicht einer dritten Ausführungsform; und Fig.. 4 eine schematische Vorderansicht
einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung bei Anwendung
zum Antrieb einer Bremse.
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Die Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 1 umfaßt ein treibendes Rad 2,
ein achsparallel zum treibenden Rad 2 angeordnetes getriebenes Rad 4 und ein bandförmiges
Element 6, das um die beiden Räder 2 und 4 verläuft und mit diesen in Eingriff steht.
Das bandförmige Element 6 kann beispielsweise ein Keilriemen sein, wobei die beiden
Räder 2'und 4 Keilriemenscheiben sind. Das treibende Rad 2 ist mit einer nicht dargestellten
Kraftmaschine, beispielsweise einem Elektromotor, verbunden. Das getriebene Rad
4 ist mit einer nicht dargestellten Werkzeugwelle einer Werkzeugmaschine, beispielsweise
einer Holzbearbeitungsmaschi ne, verbunden.
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Die der normalen Drehrichtung des Werkzeugs zugeordnete Drehrichtung
des getriebenen Rades 4 ist als Drehrichtung A eingezeichnet, und die der Drehrichtung
A zugeordnete Drehrichtung des treibenden Rades 2 ist als Drehrichtung
B
eingezeichnet. In der Drehrichtung B wird das treibende Rad 2 von dem ihm zugeordneten
Elektromotor angetrieben.
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Während sich das treibende Rad 2 in der Drehrichtung B dreht, läuft
auf das treibende Rad 2 der in Fig. 1 linke Abschnitt des bandförmigen Elementes
6 auf, der als Arbeitstrum 8 bezeichnet wird. Zugleich läuft vom treibenden Rad
2 der in Fig. 1 rechte Abschnitt des bandförmigen Elementes 6 ab, der als Leertrum
10 bezeichnet wird. Während die Antriebsleistung vom treibenden Rad 2 zum getriebenen
Rad 4 übertragen wird, zieht das treibende Rad 4 am Arbeitstrum 8, so daß im Arbeitstrum
eine der übertragenen Leistung entsprechende Zugkraft herrscht, während zugleich
im Leertrum 10 die Zugkraft gering ist.
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Das Arbeitstrum 8 und das Leertrum 10 definieren eine Ebene, parallel
zu der ein als Schieber ausgebildeter Rollenträger 12 angeordnet ist. Der Rollenträger
12 ist im wesentlichen senkrecht zur Richtung des Arbeitstrums 8 mit Hilfe von Stiften
14 und einem Langloch 16 verschiebbar geführt. Am in Fig. 1 linken Ende ist am Rollenträger
12 eine Rolle 18 drehbar gelagert, die von links in Fig. 1 am Arbeitstrum 8 anliegt.
Am in Fig. 1 rechten Ende des Rollenträgers 12 greift eine Zugfeder an, die vorrichtungsfest
aufgehängt ist und eine elastische Einrichtung 20 bildet. Die Zugfeder zieht die
Rolle 18 mit einer gewissen Federkraft gegen das Arbeitstrum 8.
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Gegen das Leertrum 10 drückt eine Spannrolle 22, die trotz sich ändernder
Länge des Leertrums 10 für ausreichende Spannung des bandförmigen Elementes 6 sorgen
soll.
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Die Länge des bandförmigen Elementes 6, die Andrückkraft der Spannrolle
22 und die Federkraft der Einrichtung 20 sind derart bemessen, daß im Ruhezustand,
d.h. wenn von den beiden Rädern 2 und 4 keine ungleichen Zugkräfte auf
das
Arbeitstrum 8 und das Leertrum 10 ausgeübt werden, das Arbeitstrum 8 von der Rolle
18 etwas umgelenkt wird, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Die dabei von der Rolle
18 eingenommene Stellung wird als zweite Stellung bezeichnet. Wenn von diesem Ruhezustand
ausgehend der Elektromotor eingeschaltet wird, so daß das treibende Rad 2 gedreht
wird und am Arbeitstrum 8 zieht, während der Drehung des getriebenen Rades 4 ein
gewisser Widerstand entgegenwirkt, wirkt im Arbeitstrum 8 eine im Vergleich zum
Ruhezustand wesentlich erhöhte Zugkraft, die das Arbeitstrum 8 zu verkürzen und
damit zu strecken versucht. Dies heißt mit anderen Worten, daß dabei das Arbeitstrum
8 im Bereich der Rolle 18 einen möglichst geraden Verlauf anstrebt.
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Vom Arbeitstrum 8 wird auf die Rolle 18 eine Kraft K, deren Richtung
in Fig. 1 eingezeichnet ist, ausgeübt, die die Rolle 18 und somit den Rollenträger
12 aus der dargestellten ersten Stellung in eine zweite Stellung bewegt, in der
Gleichgewicht zwischen der Kraft K und der der Verschiebung des Rollenträgers 12
zugeordneten Federkraft der Einrichtung 20 herrscht. Wenn der Elektromotor abgeschaltet
wird, nimmt die Zugkraft im Arbeitstrum 8 ab, so daß die elastische Einrichtung
20 die Rolle 18 und mit ihr den Rollenträger 12 in die dargestellte zweite Stellung
bzw. Ruhestellung zurückbringen kann.
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Die Inbetriebnahme und die Außerbetriebnahme der Antriebsvorrichtung
gemäß Fig. 1 sind somit von einer Bewegung des Rollenträgers 12 begleitet. Diese
Bewegung und die dabei auftretende Kraft können zum Antrieb einer nicht dargestellten,
geeigneten Vorrichtung, beispielsweise einer Steuervorrichtung, dienen. Dabei ist
allerdings die verfügbare Kraft bei der Inbetriebnahme um die Kraft der elastischen
Einrichtung 20 kleiner als die Kraft K, während die verfügbare Kraft bei der Außerbetriebnahme
um die verbleibende Kraft K kleiner als die Federkraft
der elastischen
Einrichtung 20 ist.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig.
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2, wobei in Fig. 2 für gleiche bzw. entsprechende Elemente wie in
Fig. 1 gleiche Bezugszeichen benutzt sind und diese Elemente nicht erneut beschrieben
werden.
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Die Besonderheit des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 und der Unterschied
zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
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1 liegen darin, daß beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
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2 keine elastische Einrichtung und keine Spannrolle vorgesehen sind
und daß der Rollenträger 12 eine zweite Rolle 24 trägt, die am anderen Trum, nämlich
dem Leertrum 10 anliegt. Die beiden Rollen 18 und 24, die drehbar mit bestimmtem
Abstand am Rollenträger 12 gelagert sind, sind beide innerhalb der vom bandförmigen
Element 6 gebildeten Schleife angeordnet. Ihr Abstand ist derart, daß sie das Arbeitstrum
8 und das Leertrum 10 auseinanderspreizen, so daß bei der in Fig. 2 dargestellten
Ruhestellung die beiden Trums von der jeweils zugeordneten Rolle umgelenkt werden.
Im Ruhezustand wirken im Arbeitstrum 8 und im Leertrum 10 gleiche Zugkräfte, so
daß der Rollenträger 12 mit seinen beiden Rollen 18 und 24 eine Stellung einnimmt,
bei der die von den beiden Trums auf die jeweils zugeordnete Rolle ausgeübten Kräfte
im Gleichgewicht stehen.
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Nach der. Inbetriebnahme der in Fig. 2 gezeigten Antriebsvorrichtung
wirkt im Arbeitstrum 8 eine wesentlich größere Zugkraft als im Leertrum 10. Dadurch
ist das während der Ruhestellung herrschende Kräftegleichgewicht gestört, so daß
der Rollenträger 12 mit seinen beiden Rollen 18 und 24 eine neue Stellung einnimmt,
in der das Arbeitstrum 8 an der Rolle 18 einen im wesentlichen geraden Verlauf hat,
während zugleich das Leertrum 10 von der Rolle 24
stärker umgelenkt
wird, als dies in Fig. 2 gezeigt ist.
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Aus dieser ersten Stellung kehrt die Rolle 18 und mit ihr der Rollenträger
12 in die Ruhestellung zurück, wenn die Antriebsvorrichtung außer Betrieb gesetzt
wird, d.h.
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wenn der das treibende Rad 2 antreibende Elektromotor ausgeschaltet
wird. Beim Übergang aus der Ruhestellung in die erste Stellung steht die vom Arbeitstrum
8 auf die Rolle 18 ausgeübte Kraft K praktisch vollständig als nutzbare Kraft am
Rollenträger 12 zur Verfügung, weil diesem Ubergang an der Rolle 24 keine nennenswerte
Kraft entgegenwirkt. Die zugleich mit der Verlagerung der Rolle 18 erfolgende Verlagerung
der Rolle 24 sorgt zugleich dafür, daß auch das Leertrum 10 immer im erforderlichen
Ausmaß gespannt ist, so daß einem Lockerwerden des bandförmigen Elementes 6 und
damit verbundenem Schlupf an den Rädern 2 und 4 vorgebeugt ist.
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Bei und nach der Außerbetriebnahme der Antriebsvorrichtung sorgen
ein ggf. auftretender Nachlauf des getriebenen Rades 4 und/oder elastische Kräfte
im bandförmigen Element 6 dafür, daß der Rollenträger 12 in die dargestellte Ruhestellung
zurückgeführt wird.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 unterscheidet sich vom vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 lediglich dadurch, daß die beiden
Rollen 18 und 24 am Rollenträger 12 von außen am Arbeitstrum 8 bzw.
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am Leertrum 10 anliegen und somit die beiden Trums in Richtung zueinander
drücken bzw. eingabeln. Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 hat im Vergleich zu der
Ausführungsform gemäß Fig. 2 im wesentlichen den Vorteil, daß der Umschlingungswinkel
an den Rädern 2 und 4 größer ist.
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Die vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 erläuterten Ausführungsbeispiele
der Antriebsvorrichtung
können in der Weise eingesetzt werden,
daß die Bewegung des Rollenträgers 12 und die dabei verfügbare Kraft ausgenutzt
werden für einen Steuervorgang bei einer Steuervorrichtung oder als Stellantrieb.
Dabei versteht es sich, daß der Rollenträger 12 nicht nur zwei definierte Stellungen
sondern je nach den am Rollenträger 12 wirkenden Kräften, d.h. in Abhängigkeit von
den Kräften in beiden Trums sowie von einem ggf. der Rollenträgerbewegung entgegenwirkenden
Widerstand, beliebig viele Zwischenstellungen einnehmen kann.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 zeigt die Anwendung der erfindungsgemäßen
Antriebsvorrichtung als Stellantrieb für eine Bremse. Bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig.
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4 sind wiederum gleiche Bezugszeichen für gleiche bzw.
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entsprechende Elemente wie in den Fig. 1 bis 3 verwendet, die nicht
erneut erläutert werden. Der Verlauf des bandförmigen Elementes 6 und die Anordnung
der Rollen 18 und 24 sind gleich wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
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3. Im Unterschied dazu ist jedoch der Rollenträger 12 nicht verschiebbar,
sondern um einen Lagerpunkt 26 verschwenkbar, der nicht mit dem Mittelpunkt des
Rades 2 zusammenfällt und beim dargestellten Ausführungsbeispiel links vom Rad 2
liegt. Die bei der Inbetriebnahme und der Außerbetriebnahme der Antriebsvorrichtung
an den Rollen 18 und 24 wirkenden Kräfte führen zu einer Verschwenkung des Rollenträgers
12 in der einen oder anderen Richtung eines Doppelpfeils C. Am Rollenträger 12 ist
ein Bremsklotz 28 befestigt, der eine der Umfangsfläche des Rades 2 entsprechenden
Bremsfläche aufweist, die beim Verschwenken des Rollenträgers 12 gegen die Umfangsfläche
des Rades 12 gedrückt bzw. von dieser entfernt wird, so daß der Bremsklotz 28 das
Rad 2 bremsen bzw. freigeben kann.
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Beim Inbetriebsetzen der Antriebsvorrichtung, beispielsweise durch
Einschalten des mit dem Rad 2 verbundenen Elektromotors, wird das Arbeitstrum 8
gespannt, so daß der Rollenträger 12 im Gegenuhrzeigersinn (in Fig.4) verschwenkt
wird und dabei den Bremsklotz 28 vom Rad 2 löst, so daß das Rad 2 nicht gebremst
wird. Beim Außerbetriebsetzen der Antriebsvorrichtung, beispielsweise durch Ausschalten
des Elektromotors, ändern sich die in den Trums wirkenden Zugkräfte derart, daß
der Rollenträger 12 im Uhrzeigersinn verschwenkt wird, so daß der Bremsklotz 28
in bremsende Berührung mit dem Rad 2 gedrückt wird.
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In dem Maße, in dem das getriebene Rad 4 und die mit ihm verbundenen
Elemente zum Nachlaufen neigen, nimmt dabei die Zugkraft im Leertrum 10 zu, so daß
dementsprechend die .den Rollenträger 12 im Uhrzeigersinn verschwenkende Kraft zunimmt
und der Bremsklotz 28 kräftiger gegen das Rad 2 gedrückt wird. Es findet somit eine
Selbstverstärkung statt.
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Die Bremse gemäß Fig. 4 tritt selbsttätig dann in Funktion, wenn das
treibende Rad 2 nicht mehr angetrieben wird. Sie benötigt keine Fremdenergie und
erfordert kein willkürliches Ein- oder Ausschalten durch eine Bedienperson. Diese
Bremse eignet sich daher besonders als Sicherheitsbremse bei Werkzeugmaschinen,
beispielsweise Holzbearbeitungsmaschinen, die für schnelles Stillsetzen der Werkzeugwelle
nach dem Ausschalten der Werkzeugmaschine sorgt. -Es versteht sich, daß der vorstehend
anhand von Fig. 4 erläuterte Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
nicht der einzig mögliche ist. Ferner versteht es sich, daß die erfindungsgemäße
Antriebsvorrichtung nicht auf Anwendungsfälle beschränkt ist, bei denen sie einen
zusätzlichen Antrieb lediglich beim Inbetriebsetzen
und beim Außerbetriebsetzen
liefert; vielmehr kann sie einen zusätzlichen Antrieb auch während des Betriebes
beispielsweise bei einer Laständerung liefern.