DE3428963C2

DE3428963C2 - Vorrichtung zur Übertragung einer Drehbewegung

Info

Publication number: DE3428963C2
Application number: DE3428963A
Authority: DE
Inventors: Walter Reist
Original assignee: IPT Weinfelden AG
Current assignee: SFT AG SPONTANFOERDERTECHNIK, WEINFELDEN, CH
Priority date: 1983-08-22
Filing date: 1984-08-06
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2004-08-07
Also published as: FI843291A0; AU573609B2; IT1175604B; BR8404171A; IT8422346A0; AT398463B; GB8420955D0; FR2551166B1; FI75655B; US4856644A; CA1216176A; CS254331B2; ATA257984A; SG50087G; SE8404149D0; CS636184A2; FR2551166A1; FI843291A; HK83587A; NL8402494A

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Antriebstechnik und betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung einer Dreh bewegung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bekannt sind rotatorische Antriebe, bei denen das Übertra gungsmittel bspw. eine starre Welle, eine Saite oder ähnli ches tordiert, oder bspw. bei Riemen, Ketten, Bändern und dergleichen durch Zugkräfte gereckt werden. Jeder dieser Antriebstypen zeigt für die Antriebsübertragung charakteris tische ihm eigene Vor- und Nachteile, die ebenfalls bekannt sind. Die starre Welle eignet sich hauptsächlich zur Über tragung der Kraft über größere Distanzen; dabei ist zu beachten, daß bei großer Belastung ein störendes Tordieren auftreten kann. Zur Übertragung über kleinere Distanzen werden Saiten im Sinne von biegsamen Wellen oder Ketten verwendet. Bei der Verwendung von bspw. Ketten, rechnet man mit einer "starren" Übertragung und bei der Verwendung von Saiten mit einer flexiblen Übertragung, welche letztere durch den großen Torsionswinkel bei Belastung nur zur Übertragung von kleinen Drehmomenten geeignet sind.

So ist bspw. durch die gattungsbildende US-PS 3718051 ein Kraftübertragungs system bekannt, das über flexible Kettenführungen zwischen einem An- und einem Abtrieb eine Drehbewegung übertragen wird. Das Übertragungsmittel ist eine Anzahl lose aneinan dergereihte Kugeln, welche durch den Kettenkanal gestoßen werden. Um eine verhältnismäßig gleichmäßige Kraftübertra gung zu erzielen muß zumindest die Kettenführung im Stoß trum recht rigide sein, da bei flexibler Wandung die Kugeln, die, Rundung auf Rundung in Kontakt stehend, im Stoßbetrieb lageinstabil sind, durch die Kanalwände lagestabilisiert werden müssen. Im Zugtrum dagegen, in welchem bei der "Rück führung" der Kugeln im wesentlichen keine Kräfte, schon gar keine solchen aus der Übertragung auf die Kugeln wirken, ist die Elastizität oder besser die Stabilität der Ketten führung von untergeordneter Bedeutung. Aus diesen Gründen ist der Flexibilität der beschriebenen Kraftübertragung mittels Kugeln recht enge Grenzen gesetzt. Eine gleich mäßige Kraftübertragung ist zumindest in der flexiblen Ausführungsform nicht ohne weiteres möglich.

Aus der DE 31 21 835 A1 ist eine Kugelgelenk-Gliederkette bekannt, bei der jeder Kugelgelenkkörper eine etwa halbkugelförmige Absetzung aufweist, wobei die Kugelpfanne im Bereich dieser Absetzung und im Bereich ihres Endabschnittes jeweils von einer Ringverbindung mit an Gegenflächen der Kugelpfanne angreifenden Umreifungen umschlossen ist. Die so gebildete Gliederkette ist in einem Führungsrohr geführt.

Aus der DE-PS 8 39 148 ist eine Kraftübertragungseinrichtung bekannt, die aus einer Kugelkette besteht, die frei oder in Rohren geführt sein kann.

Schließlich ist aus der CH-PS 626 027 eine Zwillingsanordnung für eine Kettenführung bekannt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher die (rotatorische) Kraftübertragung über flexible Verbindungen zwischen An- und Abtrieb im im wesentlichen ruckfreien und asynchronen Betrieb über eine beliebige Anzahl von Umdrehungen bzw. über eine beliebige Summe von Winkelgraden beiderlei Vorzeichens, bei wechselnder Belastung sowie bei wechselnder Drehrichtung möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die weiteren Ansprüche gekennzeichnet.

Für die Diskussion der Erfindung wird die CH-PS 621183 der Anmelderin zu Hilfe genommen, in welcher ein Kettentrieb mit einer endlosen Gelenkkette beschrieben ist. Dieser Ketten trieb wird als Förderkette, vorzugsweise im Zusammenhang mit Zeitungstransporteuren eingesetzt, wobei im starren Ketten kanal über Schlitze die Kraftwirkung von der Kette abgenom men wird. Einige Vorteile dieses Kettentriebes, allem voran der rucklose, geschmeidige Lauf der Kette in den starren Führungskanälen, sollen zu einer qualitativ guten Reali sierung der vorliegenden Erfindung mithelfen.

Anhand der nachfolgend aufgeführten Figuren werden einige Ausführungsformen der Erfindung nun eingehend diskutiert. Es zeigen:

Fig. 1 in vereinfachter Darstellung eine erste Ausfüh rungsform der Erfindung und damit gleichzeitig das Prinzip derselben;

Fig. 2a bis c Abwandlungen der Erfindung wie sie in Fig. 1 dargestellt ist;

Fig. 3 in prinzipieller Darstellung ein beliebig anwähl barer Mehrfachantrieb, zusammengestellt aus Ele menten der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. 4 eine Leistungsverzweigung durch einen Antrieb mit mehreren Abtrieben;

Fig. 5 ein Detail der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. 6 ein weiteres Detail der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Das Prinzip der Erfindung und gleichzeitig eine erste Aus führungsform derselben, zeigt wie schon erwähnt Fig. 1. Mit A ist ein im Uhrzeigersinn drehender Antrieb bezeichnet und mit B ein im gleichen Drehsinn arbeitender Abtrieb. An- und Abtrieb sind über eine Gliederkette, vorzugsweise eine 3D- Kette 6, wie sie in der CH-PS 538065 der Anmelderin prinzipiell beschrieben ist, miteinander wirkverbunden. Auf Konstruktionsdetails wird später im Zusammenhang mit anderen Figuren eingegangen; mit Hilfe der ersten Figuren sollen lediglich Prinzip und Anwendung gezeigt werden.

An- und Abtrieb sind je in einem Umlenkgehäuse 1, 1′ unterge bracht, in welchen die mittels den Kraftübertragungswellen 3, 3′ angetriebenen oder treibenden Kettenräder 2, 2′ unterge bracht sind. Das Umlenkgehäuse 1, 1′ wird vorzugsweise symme trisch-zweischalig ausgeführt, damit in Baukastenart die An- und Abtriebe beliebig zusammengestellt werden können.

Die Kette 6 läuft außerhalb des Umlenkgehäuses 1, 1′ durch einen flexiblen Kettenkanal 7, welcher aus einem Schlauch bestehend zusammen mit der Kette in jede beliebige Raumrichtung gebogen werden kann. Je nach Kettengröße, also dem Durchmesser der Ketten glieder, sind in einem weiten Bereich brauchbare Krümmungs radien möglich, wodurch neben schier beliebigen Abständen zwischen An- und Abtrieb auch praktisch jede Topographie dazwischen überwunden werden kann. Der flexible Kettenkanal 7 ist bspw. über einen Verbindungsstutzen 5 mit dem Umlenk gehäuse 1, 1′ verbunden, ebensogut kann der Kettenkanal auch auf andere Art im Umlenkgehäuse eingepaßt werden. Im Um lenkgehäuse 1, 1′ ist zur Führung der Gliederkette bzw. 3D- Kette 6 ein formenmassig mit dem Kettenrad 2, 2′ zusammen hängender Kettenkanal 4, 4′ eingearbeitet, in welchem die 3D- Kette 6 zwangslos laufen kann.

Wählt man die Länge des (gesamten) Kettenkanals möglichst gleich der Nennlänge der Endloskette, so kann direkt von den sich daraus ergebenden ausgezeichneten Laufeigenschaften, wie sie in der CH-PS 621183 beschrieben sind profitiert werden. Es versteht sich dabei, daß die Kette in beiden Richtungen, vor- und rückwärts, betrieben werden kann. Wird nun die Gliederkette wie in diesem Beispiel gezeigt vom Antrieb A her im Uhrzeigersinn betrieben, so wird die End loskette in einer Kettenführung 7 in Stoßrichtung S und in der andern, rücklaufenden Kettenführung 7′ in Zugrichtung Z belastet. Der Grund für dieses vorteilhafte und zudem erwün schte Verhalten wird hier kurz erläutert.

Die Gesamtlänge des Kettenkanals oder Kettengehäuses, das ist die Länge der Kettenkanäle 4, 4′ in den Umlenkgehäusen 1, 1′ von An- und Abtrieb A und B und der Kettenführungen 7, 7′ zwischen diesen, ist im betriebslosen Zustand defi niert. Die Gesamtlänge der darin laufenden Kette soll im wesentlichen der Gesamtlänge des Kettenkanals im betriebslosen Zustand entsprechen. Im dynamischen Betrieb werden bei einer flexiblen Kettenführung, die ja gezwungenermaßen auch eine Flexibilität in der Längsrichtung aufweisen muß, diese geometrischen Gegeben heiten verändernd beeinflußt. In Laufrichtung wird ent sprechend dem Elastizitätsverhalten der flexiblen Ketten führungen, der relativen Kettengeschwindigkeit, dem Rei bungsverhalten zwischen Kette und Führung und dem zu über tragenden Drehmoment im Stoßtrum eine mehr oder weniger geringe Längsdehnung und im Zugtrum eine ungefähr gleich geringe Stauchung erfolgen. Damit sind im Betriebsfall die Ketten führungen im Stoß- und Zugtrum verschieden lang; die Nenn länge der Kette bleibt jedoch gleich und die Gesamtlänge des Kettenkanals bleibt im wesentlichen auch gleich der Ketten länge oder der Länge im betriebslosen Zustand, doch wie gesagt sind die Proportionen zwischen den flexiblen Ketten führungen die Zug- und die Stoßkräfte übertragen je nach Betriebsfall verschieden.

Wird die Nennlänge der Kette größer gewählt, als die Ge samtlänge des Kettengehauses im betriebslosen Zustand, so beginnt sich auch die Kettenführung des Zugtrums zu dehnen, denn durch das Hineinstoßen der Kette in die flexible Kettenführung des Zugtrums geht ein Teil der Zugwirkung verloren; das Gegenteil geschieht bei einer Nennlänge der Kette die kleiner ist als die Gesamtlänge des Kettengehäu ses. Die simultane Ausnützung von Stoß- und Zugkräften während der Übertragung ist nur innerhalb verhältnismäßig kleiner Abweichungen der Kettenlänge von der Kettengehäuse länge im spannungslosen Zustand gegeben; optimal ist der Fall gleicher Längen, realisierbar sind im wesentlichen gleiche Längen.

Die Kraft der Übertragung von An- zu Abtrieb ist somit auch im wesentlichen je in Zug- und Stoßkraft halbiert aufge teilt; eine nicht kraftübertragende Strecke, wie dies bspw. bei einem flexiblen Antrieb durch lose aneinandergereihte Kugeln im Zugtrum der Fall ist, kommt bei der Kraftübertra gung gemäß Erfindung nicht vor.

Bei der starren Kettenführung der Gliederkette, wie bspw. in der oben erwähnten CH-PS 621183 beschrieben, ist die Auf teilung der Kräfte in simultan wirkende Zug- und Stoßkräfte deswegen nicht gegeben, weil die starre Kettenführung sich nicht wie die flexible Kettenführung bei. Wechsellast, ins besondere aber im Wechselbetrieb, den sozusagen peristalti schen Eigenschaften der Kette anzupassen vermag. Die resul tierende Charakteristik von Kette und Kettenführung, wie sie sich aus der Lehre gemäß Erfindung ergibt, bewirkt während der Kraftübertragung bei Wechsel last, bzw. bei Drehmoment änderungen in einem verhältnismäßig weiten Bereich und im Wechselbetrieb, also bei Drehrichtungsänderungen, eine sehr hohe Synchronizität bei jeder Winkelstellung von Antrieb und Abtrieb.

Mit diesem Antrieb gemäß Erfindung können außerdem, oft mals (sogar) mehrere teure Winkelgetriebe und Gelenkwellen ersetzt werden. Nebst den damit eingesparten Kosten, fallen auch die Kosten für den Serviceaufwand solcher Getriebe und Wellen dahin.

Die Fig. 2a bis 2c zeigen in einfacher symbolischer Darstellung einerseits Abwandlungen der Erfindung und ander erseits, wie mit einfachen Änderungen die Verwendungsmög lichkeiten der Erfindung variiert werden können. Der Antrieb A in Fig. 2a ist durch einen größeren Kettenraddurchmes ser, bzw. größere Zähnezahl am Abtrieb B die Kraftübertra gung untersetzt; im umgekehrten Fall ist ebenso gut eine Übersetzung des Antriebs möglich. Eine der Möglichkeiten der flexiblen Antriebsübertragung mittels flexiblen Ketten kanälen zeigt Fig. 2b, in welcher Ab- und Antrieb gegenein ander verschwenkt sind. Auf diese Weise ist der Antrieb in praktisch allen Lagen einbaubar, wodurch schwer zugängliche Antriebe realisiert werden können. Auch hier ist eine Über- oder Untersetzung gleicherweise möglich. Bei einer Ver schwenkdrehung um 180 Grad, wie in Fig. 2c gezeigt, kann eine Drehrichtungsumkehr bewirkt werden. Bei allen diesen Abwandlungen werden, wie auch in der Grundausführung nach Fig. 1, durch beide Kettenstränge Kraft übertragen; der eine überträgt Zug- der andere Druckkräfte, was zu einer kraftausgleichenden Wirkung führt.

Während bei der Abwandlung nach Fig. 4 Kraft parallel vom An- oder Abtriebsblock auf die einzelnen Elemente übertragen wird, zeigt Fig. 3 die Möglichkeit einer seriellen Kraft übertragung auf bspw. einen Abtrieb I und einen Abtrieb II, entweder in derselben Drehrichtung und/oder in umgekehrten Drehrichtungen, je nach der Verschränkung einer oder mehre rer Abtriebe zueinander. Auf diese Weise lassen sich die beliebigsten räumlichen Antriebsprobleme lösen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, daß der Abtrieb während der Leistungsübertragung bewegbar ist. Dies ist besonders brauch bar bei der Ausführungsform mit Zwillingsschläuchen als flexible Kettenführungen, eine Ausführungsform, die an spä terer Stelle noch diskutiert wird.

Fig. 4 zeigt eine weitere Abwandlung der Erfindung, bei der durch Zusammenstellung von mehreren Antriebselementen A, wie sie bspw. in Fig. 1 gezeigt sind, zu einem mehrfach An- oder Abtrieb. Über eine gemeinsame zentrale Kraftübertra gungswelle 10 werden Ax Antriebe miteinander betätigt, wel che ihrerseits bspw. die beiden in Fig. 4 gezeigten Ab triebe B1 und Bx über die in flexiblen Kettenkanälen 7, 7′ laufenden Ketten antreiben. Gleicherweise können die Ab triebe räumlich zum Antriebsblock beliebig verschwenkt wer den; ebenso variabel läßt sich über einen einzigen Antrieb ein Abtriebblock mit mehreren Elementen antreiben.

Fig. 5 zeigt nun ein Detail der Ausführungsform gemäß Fig. 1, welche Ausführungsform auch für die diversen disku tierten Abwandlungen wie Über- oder Untersetzungen, An- oder Abtriebblocks, Drehrichtungsumkehr u. a. verwendet wer den kann. Die nachfolgenden konstruktiven Angaben beziehen sich auf die bevorzugte Verwendung einer 3D-Kette, wie sie vom Prinzip her in der CH-PS 538065 der Anmelderin be schrieben ist. Dargestellt ist ein Teil des flexiblen An triebs, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, nämlich der antrieb seitige Teil A. Das Gehäuse 1 besteht aus den zwei Hälften 1a und 1b, jeweils mit eingearbeitetem Kettenradgehäuse- Halbteil und einem Teil des Kettenkanals 4. dies ist beson ders gut zu sehen in der Detaildarstellung von Fig. 6. Das Kettenrad 2 weist an seinem Umfang Vertiefungen 12 zur partiellen Aufnahme der Kettenglieder 10, welche mit der Tiefe d im Eingriff mit dem Kettenrad 2 stehen. Die Tiefe d wird derart gewählt, daß der Kopfkreisdurchmesser R des Kettenrades 2 den Krümmungsradius R′ der Kette 6 nicht erreicht, d. h. daß stets R′-R≈0 gilt. In Fig. 6 ist dies mit dem Winkel alpha ≈180 Grad gezeigt. Die Wirkung dieser Maßnahme ist in der CH-Patentanmeldung 6620/81-6 der Anmel derin eingehend beschrieben.

Fig. 6 zeigt noch ein weiteres Detail zur Realisierung eines Antriebs gemäß Erfindung. Um einen erschütterungs freien Lauf und um eine genügend hohe Betriebslebensdauer zu erreichen, ist ein möglichst friktionsarmer oder besser ein friktionsfreier Betrieb anzustreben. Wie aus Fig. 5 hervor geht, wird ein Verbindungsstutzen 5 zwischen Gehäuse 1 und der flexiblen Kettenführung 7, welche letztere bspw. ein Hochdruckschlauch sein kann, so zum Kettenkanal 4 im Gehäuse 1 angeordnet, daß sich das Kettenrad 2 im Umlenkgehäuse 1 unter Bildung der Zwischenräume 15 (Fig. 6) selbst zentrieren kann. Die unvermeidliche Friktion der 3D-Kette im Kettenka nal 4, wird durch ein Schmiermittel im nota bene geschlosse nen System minimiert.

Fig. 7 zeigt schließlich eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die flexiblen Kettenführungsteile 7, 7′ zwischen bzw. vom und zum An- und Abtrieb je in einem Zwillingsschlauch mit einer Trennwand 15′ verlaufen. In den für die Kettenkanäle vorgesehenen Innenräumen des Zwillingsschlauches läuft die Endloskette 6. Diese Variante gleicht bei Verwendung von dünnen Ketten einem Wellenantrieb und kann wie ein solcher betätigt werden, ohne daß dieser Antrieb aber die oft unerwünschten Torsionseigenschaften eines Wellenantriebs aufweist. Aus diese Art sind ebenso große Abstände zwischen An- und Abtrieb erreichbar; sehr vorteilhaft ist dabei die Freiheit, den Antrieb irgendwo im Umgebungsraum herumzuführen. Beim Abtrieb können unmittelbar nach Anlaufen des Antriebs große Drehmomente abgenommen werden, die Übertragung verhält sich bewegungsstarr und damit synchron.

In zusammengefaßter Beschreibung handelt es sich bei der Erfindung um eine Vorrichtung zur Übertragung einer Dreh bewegung mit mindestens einem Antrieb und mindestens einem Abtrieb und zwischen diesen angeordneten flexiblen Ketten führungen, die sich dadurch auszeichnet, daß die Kraft übertragung mittels einer im wesentlichen der Gesamtlänge des Kettengehäuses im betriebslosen Zustand, das ist die Länge der Kettenkanäle (4, 4′) in den Umlenkgehäusen (1, 1′) von An- (A) und Abtrieb (B) und der flexiblen Kettenführun gen (7, 7′) zwischen diesen, entsprechenden stoß- und Zug betriebsfähigen Endloskette (6). Eine serielle Zusammenschal tung von einer Mehrzahl von Abtrieben (BI, BII, . . ., BXX), die über flexible Kettenführungen (7′, 7′′, . . .) von einem Antrieb (A) antreibbar sind, ist eine erste, und eine über eine gemeinsame Welle (10′) angetriebene Parallelschaltung von Antrieben (Ax), mit zu jedem Antrieb (A1, . . ., Ax) über Endlos ketten und flexible Kettenführungen (7, 7′) verbundenen Ab trieben (B1, . . ., Bx), ist eine zweite grundsätzliche Ausfüh rungsform der Erfindung. Hierbei besteht die flexible Kettenführung (7, 7′) aus einem in alle Raumrichtungen biegbaren Schlauch, dessen Innenraum als Kettenkanal (4) benutzt wird. Weitere Ausführungsformen sind, daß der vom Antrieb (A) zum Abtrieb (B) laufende flexible Kettenführungsteil (7) und der vom Abtrieb (B) zum Antrieb (A) laufende flexible Ket tenführungsteil (7′) aus einem in alle Raumrichtungen bieg baren Zwillingsschlauch besteht, dessen beide Innenräume als Kettenkanal (4) benutzt werden. Andere naheliegende, von der Erfindung abgeleitete Ausführungsformen betreffen insbeson dere die Ausgestaltung der vorzugsweise zweischaligen An und/oder Abtriebe (A, B, C, . . .) und der flexiblen Kettenfüh rungsteile (7, 7′′, . . .).

Claims

1. Vorrichtung zur Übertragung einer Drehbewegung mit mindestens einem Antrieb und mindestens einem Abtrieb, von denen jeder als in einem Gehäuse angeordnetes Kettenrad ausgebildet ist, und mit einer flexiblen, rohrförmigen Führung, welche die Gehäuse verbindet und mit diesen einen geschlossenen Kanal bildet, in dem ein Kraftübertragungsmittel geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (7, 7′) ein Schlauch ist und das Kraftübertragungsmittel als Kette (6) ausgebildet ist, deren Länge der Länge des geschlossenen Kanals entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (A) mit einer Mehrzahl von Abtrieben (BI, BII, . . ., BXX) in Reihe verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Antrieben (Ax) diese an einer Welle (10′) angeordnet sind und jeder der Antriebe über Führungen mit dem entsprechenden Abtrieb (B1, . . ., Bx) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung aus einem Zwillingsschlauch besteht, in dessen beiden Innenräumen je ein Kettentrum verläuft.