EP3538227A1 - Omnidirektionales laufband - Google Patents

Omnidirektionales laufband

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EP3538227A1
EP3538227A1 EP17832186.5A EP17832186A EP3538227A1 EP 3538227 A1 EP3538227 A1 EP 3538227A1 EP 17832186 A EP17832186 A EP 17832186A EP 3538227 A1 EP3538227 A1 EP 3538227A1
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EP
European Patent Office
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axis
rotation
cone
spatial direction
belt
Prior art date
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EP17832186.5A
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Elmar RUDELSTORFER
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Individual
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Publication of EP3538227B1 publication Critical patent/EP3538227B1/de
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    • A63B2022/0278—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with movable endless bands, e.g. treadmills with reversible direction of the running surface
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    • A63B22/0285—Physical characteristics of the belt, e.g. material, surface, indicia

Definitions

  • the invention relates to a device having a surface which can be moved in two spatial directions, in particular an omnidirectional treadmill.
  • Conventional treadmills have a surface on which one can move in a spatial direction.
  • the treadmills are used in the fitness and home area for jogging. They make it possible to travel backwards or forwards as long as desired without changing the location.
  • the present invention is not limited to VR applications and not to horizontal spatial directions alone. However, in consideration of the preferred field of application, the focus of the presentation will be placed on enabling movement, particularly walking or walking, without substantially changing the user's spatial position in VR applications.
  • EP 0 948 377 B1 proposes a variety of solutions for omnidirectional treadmills. The majority of solutions require many small parts and give the runner
  • US 6,123,647 A proposes a plurality of belt units which are moved by a large, transversely guided main belt.
  • the individual belt units form a surface arranged next to one another. To move the tapes on the
  • Belt units are proposed to drive each belt over rollers provided with two gears.
  • the gears are driven by a toothed shaft.
  • a disadvantage is that the gears of the belt units are in the Umlenkphase without contact with the toothed shaft and are brought into sudden engagement with the toothed shaft when a belt unit again comes into contact with the toothed shaft. In the transitional phase, impacts occur which lead to delays, noises and, subsequently, increased wear.
  • the individual belt units are not provided with a stable support frame with sliding surface, which has a disadvantageous effect, since only a little stable surface is achieved with the tapes alone.
  • No. 7,780,573 B1 proposes individual belt units which are moved in the first spatial direction by means of sprockets and chain and which are driven in the second spatial direction by friction via contact elements which are designed as omni wheels.
  • the belt units are only rotatably connected in one place to the small chain for transmitting the movement in the first spatial direction.
  • a second Connection to the chain has a displacement possibility and therefore produces an asymmetrical position of the belt units in the curve.
  • the movement of the bands on the individual belt units is coupled via coupling elements such as constant velocity joints, corrugated pipes or cardan joints. To account for the change in length in the coupling displacement elements are provided. Corrugated tubes without
  • Displacement elements have only a short life.
  • a disadvantage of this invention is that the tape units are connected only indirectly via the chain and not directly to each other and thus the coupling elements must be laboriously brought into the required position. For length compensation additional displacement elements on both sides of a coupling element are required and the
  • Displacement elements tend to jamming, as is not intended, the
  • US 8,790,222 B2 also proposes single tape units which are mounted on a main tape and are moved.
  • the belt units have a common very long endless belt, which by inclined guides on the bottom of a
  • the object of the invention is to provide a device which does not have the aforementioned disadvantages of the known devices.
  • an omnidirectional treadmill which allows running in any direction of a plane.
  • Individual embodiments of the invention are illustrated by way of example in the drawings and will be described below.
  • FIG. 1 is a side view of a circulating belt unit in a possible embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows reels of tape units of an embodiment of the present invention in several positions of the circulation in side view
  • Fig. 5 shows an embodiment of teeth of a crown gear of the
  • FIG. 6 shows another embodiment of teeth of a crown gear of the present invention
  • Fig. 7 is an oblique view of an embodiment of a crown gear with integrated drive gear
  • Fig. 1 shows a possible embodiment of a belt unit 1 with a in the second spatial direction on roller 3 and roller 21 circulating endless main belt 2 in
  • the rollers 3 and 21 are rotatably mounted on a support frame 4 of the belt unit 1.
  • a tab 5 is attached on the support frame 4.
  • the tab 5 is pivotally connected to an axle 6 with the tab 5 which is fixed to the support frame of the adjacent belt unit 1.
  • the adjacent belt unit 1 is in turn pivotally connected to the next belt unit 1 via a tab 5 and so on, so that all belt units 1 form a continuous endless chain.
  • a roller 7 is arranged, which runs on a fixed rail 8.
  • the rail 8 is provided at the ends with semicircular rails ( Figure 2), so that a complete circulation of the tape units 1 in the first spatial direction is feasible.
  • Fig. 2 shows a plurality of rollers 3 of banded belt units 1 in a part of the circulation.
  • the belt units are guided with rollers 7 on the stationary rail 8.
  • the rotational movement of a roller 3 about its axis is by means of a crown gear 15 described in the following with the
  • Rotational movement of the roller 3 of the adjacent belt unit 1 is coupled.
  • the angle 27 between the axes of rotation of adjacent rollers 3 is doing with
  • Center point axis 6 changed over a wide range.
  • Crown gear 15 is fixedly connected to the associated roller 3 and forms with the roller 3 a fixed rotary unit.
  • the coupling of the rotational movement of adjacent rollers 3 can be done with crown gear in direct contact and by the contact in the region of the axis 6 are no further elements, such as
  • the axis 6 for angle change 27 of axes of rotation of adjacent rollers 3 is formed by a pivotal connection.
  • the axis 6 is in register with the axis of rotation of the roller 7, which runs on the rail 8.
  • FIG. 3 shows in a simplified overview the main functions of a device according to the invention.
  • the tape units 1 are arranged side by side so that the located in the upper, walk-part tape units 1 form a plane with the endless belts 2.
  • the belt units 1 roll with rollers 7 on fixed rails 8 (FIG. 2), whereby a movement takes place in the first spatial direction.
  • By moving the endless belts 2 of the belt units 1 is a
  • the movement in the first spatial direction is triggered by the drive wheel 11, with which a propellant 9 is moved, which in turn moves the belt units 1 in the first spatial direction.
  • the drive in the second spatial direction takes place in the illustrated embodiment via gears 12, which are each connected to a roller 3 of the belt unit 1 ,.
  • the gears 12 are driven by a toothed shaft 13 which is parallel to the first main axis.
  • the toothed shaft 13 can be driven via a drive wheel 14.
  • the gears 12 By rotation of the gears 12, the surface formed by the endless belts 2 is moved in the second spatial direction.
  • Fig. 4 shows in the lateral direction of presentation a plurality of belt units 1, which are located with the rollers 7 on the rail 8 in circulation in the first spatial direction.
  • the belt units 1 are guided in a curve and further merged to form an endless chain. From the illustration it can be seen that the distance between the rollers 7, due to the width of a belt unit 1, is large in relation to the radius of the semicircular rail at the end of the straight part of the rail 8. In the curve, when driving with a sprocket, a strong polygon effect would occur. This is avoided by the drive in the first embodiment being carried out in the first spatial direction by means of an endless propellant 9 in the preferred embodiment.
  • the propellant 9 consists of a flexible band, preferably designed as a toothed belt.
  • the propellant 9 has its own oval circulation and is equipped with drivers 10, which come in contact with the belt units 1 in the straight part of the circulation and cause the movement of the belt units 1 in the first spatial direction.
  • Fig. 5 shows a detail of an embodiment of the teeth of a
  • a crown gear 15 is advantageous, which transmits the rotational movement of a roller 3 of a belt unit 1 on the roller 3 of the adjacent belt unit 1 under the following conditions:
  • the transmission should take place over a wide angular range 27 of the axes of rotation of the rollers 3, for example between 0 ° and 60 °.
  • a tooth 16, 17 can consist of a complete rotationally symmetrical truncated cone (FIG. 5) or be composed of two partial cones (FIG. 6).
  • the cone part or the truncated cone have one
  • Cone axis parallel to the rotation axis of the crown wheel.
  • the conical surfaces are preferably generated by rotation of a generatrix around the cone axis, thus resulting in sections normal to the cone axis circular or circular segment-shaped cross-sections.
  • FIG. 5 shows an embodiment with a completely rotationally symmetrical truncated cone with a straight cone-generating end.
  • the cone 16 of the driving wheel touches the cone of the driven wheel at the contact point 20.
  • the crown wheels are pivoted with rotation axes 18 and 19 with a pivot angle 27.
  • the axis of rotation 24 of the conical generator is parallel to the axis of rotation 18 of the driving crown gear.
  • the straight cone-generating end is inclined at a taper angle 25 to the rotation axis 24.
  • the taper angle is between 8.5 ° and 13 °, preferably between 8.5 ° to 10.5 °.
  • the preferred taper angle range provides particularly favorable solutions with respect to the stated requirements (i) and (ii), but it requires low tooth heights in order to avoid undercut.
  • the undercut can be without
  • Tooth height reduction can be avoided by a chamfer 28 is attached to the edge of the truncated cone.
  • the second cone-forming end for the chamfer 28 is a straight line with a taper angle 29.
  • connection of the cone with taper angle 25 to the cone with taper angle 29 is preferably carried out with a rounding.
  • the resulting rotating body has preferably prefers an arc as generatrix with tapering angles that lie in the course of the arc between the taper angle of the two straight cone-generating ends.
  • the length of at least one of the cone-generating can in one possible
  • Embodiment go to zero, whereby only the end angle of the sheet is fixed and the chamfer 28 appears as a simple rounding.
  • FIG. 6 shows an embodiment of crown gear teeth 16 and 17 composed of two partial cones.
  • the crown gear tooth 16 comprises a partial cone 22 and a sub-cone 23 arranged in mirror symmetry.
  • the mirror-symmetric sub-cone 23 assumes the drive contact after reversal of the direction of rotation at the axis of rotation 18.
  • the axis of rotation 24 and the taper angle 25 are indicated.
  • the axis of rotation 24 is parallel to the axis of rotation 18 of the driving crown gear.
  • the surface of the sub-cone is generated by rotation of a straight generatrix that is inclined by the taper angle 25 to the axis of rotation 24. Same taper angle ranges as described for the complete truncated cone in FIG. 5 also apply to the partial cones in FIG. 6.
  • Fig. 7 shows a preferred embodiment of the crown gear, in which a crown wheel of the crown gear 15 is combined with a drive gear 12.
  • the endless belts 2 of the belt units 1 When the endless belts 2 of the belt units 1 are in the straight accessible part of the device, they form a flat surface. The covered by the endless belts 2 part of the flat surface has structurally due columns that result from the arrangement of Kronenmann-, drive and / or support structures.
  • An advantageous embodiment is therefore the combination of a crown wheel within the drive gear 12.
  • belt units 1, which are located in the upper straight part of the circulation the axes of rotation of the rollers 3 are in an extended position. In this position, the crown gear 15 is housed completely within the drive gear 12 in a preferred embodiment.
  • the design-related gap between the treadmills 2 is small and determined only by the width of the drive gear 12.
  • the treadmill according to the invention gives the runner a total area movable in all directions. Although between the endless belts 2 of the belt units 1 remain narrow areas that take over only the movements of the first spatial direction. These narrow surfaces do not interfere in practical operation, however, because they are lower by the thickness of the endless belt and thus can not be achieved by the user's appearance.
  • the invention relates to an omnidirectional treadmill, which has a plurality of connected belt units (1) with support frame (4) and endless belts (2), which are moved circumferentially in the first spatial direction.
  • the endless belts (2) of the belt units (1) are moved.
  • the drive of the endless belts (2) in the second spatial direction is preferably carried out on rollers (12) mounted on gears (12) and a toothed shaft (13).
  • the synchronization of all endless belts (2) is effected by coupling with between the belt units (1)

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein omnidirektionales Laufband, welches über mehrere verbundene Bandeinheiten (1) mit Tragrahmen (4) und Endlosbändern (2) verfügt, die in der ersten Raumrichtung umlaufend bewegt werden. In der zweiten Raumrichtung werden die Endlosbänder (2) der Bandeinheiten (1) bewegt. Der Antrieb der Endlosbänder (2) in zweiter Raumrichtung erfolgt bevorzugt über auf Rollen (3) befestigten Zahnrädern (12) und eine Zahnwelle (13). Der Gleichlauf aller Endlosbänder (2) erfolgt durch Kopplung mit zwischen den Bandeinheiten (1) angeordneten Kronenradgetrieben (15) mit spezieller Zahnform.

Description

Omnidirektionales Laufband
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer in zwei Raumrichtungen bewegbaren Oberfläche, insbesondere ein omnidirektionales Laufband.
Herkömmliche Laufbänder weisen eine Oberfläche auf, auf der man sich in einer Raumrichtung bewegen kann. Die Laufbänder werden im Fitness- und Heimbereich zum Joggen verwendet. Sie ermöglichen es, ohne Ortsveränderung beliebig lange Strecken vorwärts oder rückwärts zurück zu legen.
Für Virtual-Reality (VR)-Anwendungen bewegt sich der Benutzer virtuell in der
Anwendung bzw. im Spiel. In einer häufigen Ausprägung trägt der Benutzer zur
Simulation der Spielumgebung eine VR-Brille, mit der der Benutzer visuell und auditiv die Spielumgebung und den Spielverlauf dargestellt bekommt. In diesen VR- Anwendungen ist es erforderlich, dass sich der Spieler ohne Ortsveränderung, d. h. ohne wesentliche Veränderung seiner räumlichen Position, in beliebige horizontale Raumrichtungen (omnidirektional) virtuell bewegen beispielsweise gehen oder laufen kann.
Es wird hier darauf hingewiesen, dass sich die vorliegende Erfindung nicht auf VR- Anwendungen und nicht auf horizontale Raumrichtungen allein beschränkt. Unter Berücksichtigung des bevorzugten Anwendungsbereichs wird in der Folge jedoch der Schwerpunkt der Darstellung auf eine Ermöglichung der Bewegung insbesondere des Gehens oder Laufens ohne wesentliche Veränderung der räumlichen Position des Benutzers in VR-Anwendungen gelegt.
Zur Ermöglichung des virtuellen Gehens oder Laufens in beliebigen horizontalen Raumrichtungen ohne wesentliche Veränderung der räumlichen Position existieren bereits mehrere bekannte Ausführungen.
Ausführungen mit Laufbändern sind aus nachstehend angeführten Dokumenten bekannt.
EP 0 948 377 Bl schlägt eine Vielzahl von Lösungen für omnidirektionale Laufbänder vor. Die Mehrzahl der Lösungen bedarf vieler Kleinteile und gibt dem Läufer
Laufoberflächen mit unzureichenden Eigenschaften. In der Beschreibung (0081) - (0085) werden umlaufende aneinander gekoppelte Bandeinheiten beschrieben, die eine gute Laufoberfläche bilden und mit denen die Bewegung der Laufoberfläche in der ersten Raum chtung durchgeführt wird. Für die Bewegung in der zweiten Raumrichtung werden Endlosbänder auf den Bandeinheiten im Bereich der Lauffläche einzeln durch spezielle Walzen mittels Reibung bewegt. Da die Bewegung der Endlosbänder nur indirekt über Reibung gekoppelt ist, ergeben sich bei höherer Belastung Differenzen in der Bewegung von benachbarten Endlosbändern. Die Endlosbänder sind außerhalb des Bereichs der Lauffläche nicht angetrieben und werden erst bei Eintritt in den Bereich der Lauffläche gekoppelt. Während des Einkopplungsvorganges treten Belastungsstöße und zusätzlicher Verschleiß auf.
US 6,123,647 A schlägt eine Mehrzahl von Bandeinheiten vor, die von einem großen, quer geführten Hauptband bewegt werden. Die einzelnen Bandeinheiten bilden nebeneinander angeordnet eine Fläche. Zur Bewegung der Bänder auf den
Bandeinheiten wird vorgeschlagen, jedes Band über mit zwei Zahnrädern versehene Rollen anzutreiben. Die Zahnräder werden von einer Zahnwelle angetrieben. Nachteilig wirkt sich aus, dass die Zahnräder der Bandeinheiten in der Umlenkphase ohne Kontakt zur Zahnwelle stehen und in plötzlichen Eingriff mit der Zahnwelle gebracht werden, wenn eine Bandeinheit wieder in den Kontakt mit der Zahnwelle tritt. Es treten in der Übergangsphase Stöße auf, die zu Verzögerungen, Geräuschen und auch in weiterer Folge zu erhöhtem Verschleiß führen. Des Weiteren sind die einzelnen Bandeinheiten nicht mit einem stabilen Tragrahmen mit Gleitfläche versehen, was sich nachteilig auswirkt, da mit den Bänder allein nur eine wenig stabile Oberfläche erreicht wird.
DE 10 2006 040 485 AI schlägt ebenfalls einzelne Bandeinheiten auf einem Hauptband vor. Die einzelnen Bandeinheiten sind mit Hydraulikmotoren und Stützstruktur versehen. Alle Hydraulikmotoren der Bandeinheiten sind hydraulisch in Serie verbunden und haben damit gleiche Fördergeschwindigkeit. Nachteilig dabei sind die aufwändige und teure Konstruktion mit Hydraulikmotoren sowie das eher träge Ansprechverhalten einer Vielzahl von Hydraulikelementen.
US 7,780,573 Bl schlägt einzelne Bandeinheiten vor, die in der ersten Raumrichtung mittels Kettenrädern und Kette bewegt werden und die in der zweiten Raumrichtung durch Reibung über Kontaktelemente, die als Omni-Räder ausgebildet sind, angetrieben werden. Die Bandeinheiten sind nur an einer Stelle drehbar mit der kleingliedrigen Kette für die Übertragung der Bewegung in der ersten Raumrichtung verbunden. Eine zweite Verbindung zur Kette weist eine Verschiebemöglichkeit auf und erzeugt daher eine asymmetrische Lage der Bandeinheiten in der Kurve. Die Bewegung der Bänder auf den einzelnen Bandeinheiten wird über Kopplungselemente wie Gleichlaufgelenke, Wellrohre oder Kardangelenke gekoppelt. Zur Berücksichtigung der Längenveränderung bei der Kopplung sind Verschiebelemente vorgesehen. Wellrohre ohne
Verschiebelemente weisen nur eine kurze Lebensdauer auf. Nachteilig bei dieser Erfindung ist, dass die Bandeinheiten nur indirekt über die Kette und nicht direkt miteinander verbunden sind und damit die Kopplungselemente aufwändig in die erforderliche Lage gebracht werden müssen. Zum Längenausgleich sind zusätzliche Verschiebelemente beiderseits eines Kopplungselementes erforderlich und die
Verschiebelemente neigen zu Verklemmungen, da nicht vorgesehen ist, die
Kopplungselemente im Schnittpunkt der Rotationsachsen der Rollen zu halten.
US 8,790,222 B2 schlägt ebenfalls einzelne Bandeinheiten vor, die auf einem Hauptband befestigt sind und bewegt werden. Die Bandeinheiten haben ein gemeinsames sehr langes Endlosband, das durch Schrägführungen auf der Unterseite von einer
Bandeinheit zur nächsten geführt wird. Damit haben alle Förderoberflächen der Bandeinheiten die gleiche Fördergeschwindigkeit. Der Antrieb des Endlosbandes erfolgt über ballenförmige Walzen durch Reibung. Nachteilig bei dieser Ausführung ist das lange Endlosband, das bei raschen Geschwindigkeitsänderungen durch Trägheitskräfte zu lokalen Dehnungen und damit zu Verwerfungen des Endlosbandes führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die vorgenannten Nachteile der bekannten Vorrichtungen nicht aufweist.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung erreicht, die die Merkmale des Anspruches 1 aufweist.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird ein omnidirektionales Laufband zur Verfügung gestellt, welches das Laufen in jeder Richtung einer Ebene ermöglicht. Einzelne Ausgestaltungen der Erfindung sind beispielhaft in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitansicht einer umlaufenden Bandeinheit in einer möglichen Ausbildung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 Rollen von Bandeinheiten einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in mehreren Positionen des Umlaufs in Seitansicht,
Fig. 3 eine Schrägansicht mit den Hauptfunktionen der Vorrichtung in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 eine Seitansicht einer Ausführung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 eine Ausführungsform von Zähnen eines Kronenzahnradgetriebes der
vorliegenden Erfindung
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform von Zähnen eines Kronenzahnradgetriebes der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7 eine Schrägansicht einer Ausführung eines Kronenradgetriebes mit integriertem Antriebszahnrad
Die Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausbildung einer Bandeinheit 1 mit einem in der zweiten Raumrichtung auf Rolle 3 und Rolle 21 umlaufenden endlosen Hauptband 2 in
Seitansicht. Die Rollen 3 und 21 sind auf einem Tragrahmen 4 der Bandeinheit 1 drehbar gelagert. Am Tragrahmen 4 ist eine Lasche 5 befestigt. Die Lasche 5 ist bei einer Achse 6 mit der Lasche 5, die am Tragrahmen der benachbarten Bandeinheit 1 befestigt ist, schwenkbar verbunden.
Die benachbarte Bandeinheit 1 ist wiederum mit der nächsten Bandeinheit 1 über eine Lasche 5 schwenkbar verbunden und so fort, sodass alle Bandeinheiten 1 eine umlaufende endlose Kette bilden.
Auf derselben Achse 6, die durch die Verbindung von benachbarten Bandeinheiten 1 gegeben ist, ist eine Laufrolle 7 angeordnet, die auf einer raumfesten Schiene 8 läuft. Die Schiene 8 ist an den Enden mit halbkreisförmigen Schienen (Fig.2) versehen, sodass ein kompletter Umlauf der Bandeinheiten 1 in der ersten Raumrichtung durchführbar ist.
Die Fig. 2 zeigt mehrere Rollen 3 von aneinander geketteten Bandeinheiten 1 in einem Teil des Umlaufs. Im Umlauf werden die Bandeinheiten mit Laufrollen 7 auf der raumfesten Schiene 8 geführt. Die Rotationsbewegung einer Rolle 3 um ihre Achse ist mittels eines in der Folge beschriebenen Kronenradgetriebes 15 mit der
Rotationsbewegung der Rolle 3 der benachbarten Bandeinheit 1 gekoppelt. Der Winkel 27 zwischen den Rotationsachsen von benachbarten Rollen 3 wird dabei mit
Mittelpunkt Achse 6 über einen weiten Bereich geändert. Ein Kronenrad des
Kronenradgetriebes 15 ist jeweils mit der zugehörigen Rolle 3 fest verbunden und bildet mit der Rolle 3 eine feste Dreheinheit. Die Kopplung der Rotationsbewegung von benachbarten Rollen 3 kann mit Kronenradgetrieben in direktem Kontakt erfolgen und durch den Kontakt im Bereich der Achse 6 sind keine weiteren Elemente, wie
Schiebeelemente, für einen Längenausgleich erforderlich.
Die Achse 6 zur Winkeländerung 27 von Rotationsachsen von benachbarten Rollen 3 wird durch eine Schwenkverbindung gebildet. Die Achse 6 ist lagegleich mit der Drehachse der Laufrolle 7, die auf der Schiene 8 läuft.
Die Fig. 3 zeigt in einer vereinfachten Gesamtübersicht die Hauptfunktionen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Bandeinheiten 1 sind nebeneinander so angeordnet, dass die im oberen, begehbaren Teil befindlichen Bandeinheiten 1 mit den Endlosbändern 2 eine Ebene bilden. Die Bandeinheiten 1 rollen mit Rollen 7 auf raumfesten Schienen 8 (Fig. 2), wodurch eine Bewegung in der ersten Raumrichtung erfolgt. Durch Bewegung der Endlosbänder 2 der Bandeinheiten 1 erfolgt eine
Bewegung in der zweiten Raumrichtung. In der Kombination der beiden
Hauptbewegungsrichtungen (symbolisiert durch die Doppelpfeile in Fig. 3) ist jede Bewegungsrichtung in der Ebene ausführbar.
Die Bewegung in der ersten Raumrichtung wird über das Antriebrad 11 ausgelöst, mit dem ein Treibmittel 9 bewegt wird, das seinerseits die Bandeinheiten 1 in der ersten Raumrichtung bewegt. Der Antrieb in der zweiten Raumrichtung erfolgt in der dargestellten Ausführung über Zahnräder 12, die jeweils mit einer Rolle 3 der Bandeinheit 1 verbunden sind,. Die Zahnräder 12 sind von einer Zahnwelle 13, die parallel zur ersten Hauptachse liegt, antreibbar. Die Zahnwelle 13 ist über ein Antriebsrad 14 antreibbar. Durch Rotation der Zahnräder 12 wird die durch die Endlosbänder 2 gebildete Oberfläche in der zweiten Raumrichtung bewegt.
Die Fig. 4 zeigt in seitlicher Darstellungsrichtung mehrere Bandeinheiten 1, die sich mit den Laufrollen 7 auf der Schiene 8 im Umlauf in der ersten Raumrichtung befinden. Am Ende der geraden Schiene 8 werden die Bandeinheiten 1 in einer Kurve geführt und weiter zu einer endlosen Kette zusammengeführt. Aus der Darstellung ist zu erkennen, dass der Abstand zwischen den Laufrollen 7, bedingt durch die Breite einer Bandeinheit 1, groß im Verhältnis zum Radius der halbkreisförmigen Schiene am Ende des geraden Teils der Schiene 8 ist. In der Kurve würde bei Antrieb mit einem Kettenrad ein starker Polygoneffekt auftreten. Dieser wird vermieden, indem in der bevorzugten Ausführung der Antrieb in der ersten Raumrichtung mittels eines endlosen Treibmittels 9 erfolgt. Das Treibmittel 9 besteht aus einem flexiblen Band, bevorzugt als Zahnriemen ausgeführt. Das Treibmittel 9 hat einen eigenen ovalen Umlauf und ist mit Mitnehmern 10 ausgestattet, die im geraden Teil des Umlaufs mit den Bandeinheiten 1 in Kontakt treten und die Bewegung der Bandeinheiten 1 in der ersten Raumrichtung bewirken.
In Fig. 5 zeigt in einem Detailausschnitt eine Ausführungsform der Zähne eines
Kronenzahnradgetriebes der gegenständlichen Erfindung.
Für die Erfindung ist ein Kronenradgetriebe 15 vorteilhaft, das die Rotationsbewegung einer Rolle 3 einer Bandeinheit 1 auf die Rolle 3 der benachbarten Bandeinheit 1 unter den folgenden Bedingungen überträgt:
(i) Für eine geringe Bauhöhe der Vorrichtung soll die Übertragung über einen weiten Winkelbereich 27 der Rotationsachsen der Rollen 3 erfolgen, beispielsweise zwischen 0° und 60°.
(ii) Die Rotationsbewegung um die Achse 18 des treibenden Kronenrads soll auf das getriebenen Kronenrad mit Achse 19 bei allen Betriebsbedingungen kontinuierlich und ohne merklichen Zeitverzug übertragen werden. Dies gilt insbesonders für Drehgeschwindigkeitsänderungen und
Drehrichtungswechsel,
(iii) Die Achse 6 der Winkeländerung 27 der Rotationsachsen der Rollen 3 soll so weit außerhalb des Schnittpunkts der Rotationsachsen 18 und 19 liegen, dass eine Kollision der Bandeinheiten bei größtem Winkel 27 vermieden wird.
Die oben angeführten Bedingungen an die Übertragung werden erfindungsgemäß mit einem Kronenradgetriebe ausgeführt, dessen Kronenräder eine aus Teilkegeln gebildete Zahnform aufweisen, wobei das angetriebene und das getriebene Kronenrad bevorzugt mit gleicher Zahnform ausgestattet sind. Ein Zahn 16, 17 kann aus einem vollständigen rotationssymmetrischen Kegelstumpf bestehen (Fig. 5) oder aus zwei Teilkegeln zusammengesetzt sein (Fig.6). Die Teilkegel oder der Kegelstumpf haben eine
Kegelachse parallel zur Rotationsachse des Kronenrads. Die Kegelflächen werden bevorzugt durch Rotation einer Erzeugenden um die Kegelachse erzeugt, womit Schnitte normal auf die Kegelachse kreis- oder kreissegmentförmige Querschnitte ergeben.
In Fig. 5 ist eine Ausführungsform mit vollständig rotationssymmetrischem Kegelstumpf mit gerader Kegelerzeugenden dargestellt. Der Kegel 16 des treibenden Rades berührt den Kegel des getriebenen Rades im Kontaktpunkt 20. Über die Achse 6 werden die Kronenräder mit Rotationsachsen 18 und 19 mit einem Schwenkwinkel 27 geschwenkt. Die Drehachse 24 der Kegelerzeugenden liegt parallel zur Rotationsachse 18 des treibenden Kronenrads.
Die gerade Kegelerzeugende ist unter einem Verjüngungswinkel 25 zur Drehachse 24 geneigt. Der Verjüngungswinkel liegt zwischen 8,5° und 13°, bevorzugt zwischen 8,5° bis 10,5°. Der bevorzugte Verjüngungswinkelbereich ergibt besonders günstige Lösungen hinsichtlich der genannten Anforderungen (i) und (ii), er erfordert jedoch geringe Zahnhöhen, um Hinterschnitt zu vermeiden. Der Hinterschnitt kann ohne
Zahnhöhenverringerung vermieden werden, indem eine Fase 28 an der Kante des Kegelstumpfs angebracht wird. Die zweite Kegelzeugende für die Fase 28 ist eine Gerade mit einem Verjüngungswinkel 29.
Die Verbindung des Kegel mit Verjüngungswinkel 25 zum Kegel mit Verjüngungswinkel 29 erfolgt bevorzugt mit einer Abrundung. Der dadurch entstehende Drehkörper, hat bevorzugt einen Bogen als Erzeugende mit Verjüngungswinkeln, die im Verlauf des Bogens zwischen den Verjüngungswinkel der beiden geraden Kegelerzeugenden liegen.
Die Länge mindestens einer der Kegelerzeugenden kann in einer möglichen
Ausführungsform gegen Null gehen, womit nur der Endwinkel des Bogens festgelegt ist und die Fase 28 als einfache Abrundung aufscheint.
In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel von aus zwei Teilkegeln zusammengesetzten Kronenradzähnen 16 und 17 dargestellt. Der Kronenradzahn 16 besteht aus einem Teilkegel 22 und einen spiegelsymmetrisch dazu anordneten Teilkegel 23. Der spiegelsymmetrische Teilkegel 23 übernimmt den Antriebskontakt nach Umkehr der Drehrichtung bei Rotationsachse 18. Für den Teilkegel 22 sind die Drehachse 24 und der Verjüngungswinkel 25 eingezeichnet. Die Drehachse 24 liegt parallel zur Rotationsachse 18 des treibenden Kronenrads. Die Oberfläche des Teilkegels wird durch Drehung einer geraden Erzeugenden, die um den Verjüngungswinkel 25 zur Drehachse 24 geneigt ist, erzeugt. Gleiche Verjüngungswinkelbereiche wie für den vollständigen Kegelstumpf unter Fig. 5 beschrieben gelten auch für die Teilkegel in Fig. 6.
Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Ausführung des Kronenradgetriebes, bei der ein Kronenrad des Kronenradgetriebes 15 mit einem Antriebszahnrad 12 kombiniert ist. Wenn die Endlosbänder 2 der Bandeinheiten 1 sich im geraden begehbaren Teil der Vorrichtung befinden, bilden sie eine ebene Fläche. Der von den Endlosbändern 2 bedeckte Teil der ebenen Fläche weist konstruktionsbedingt Spalten auf, die sich durch die Anordnung von Kronenräder-, Antriebs- und/oder Unterstützungskonstruktionen ergeben. Eine vorteilhafte Ausführung ist daher die Kombination eines Kronenrades innerhalb des Antriebszahnrads 12. Bei Bandeinheiten 1, die sich im oberen geraden Teil des Umlaufs befinden, liegen die Rotationsachsen der Rollen 3 in gestreckter Lage vor. In dieser Position wird in einer bevorzugten Ausführung das Kronenradgetriebe 15 völlig innerhalb des Antriebszahnrades 12 untergebracht. Damit ist der konstruktionsbedingte Spalt zwischen den Laufbändern 2 klein und nur durch die Breite des Antriebszahnrades 12 bestimmt.
Das Laufband gemäß der Erfindung vermittelt dem Läufer eine in allen Richtungen bewegbare Gesamtfläche. Zwischen den Endlosbändern 2 der Bandeinheiten 1 bleiben zwar schmale Flächen, die nur die Bewegungen der ersten Raumrichtung übernehmen. Diese schmalen Flächen stören im praktischen Betrieb jedoch nicht, weil sie um die Dicke des Endlosbandes tiefer liegen und damit vom Auftritt des Benutzers nicht erreicht werden.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein omnidirektionales Laufband, welches über mehrere verbundene Bandeinheiten (1) mit Tragrahmen (4) und Endlosbändern (2) verfügt, die in der ersten Raumrichtung umlaufend bewegt werden. In der zweiten Raumrichtung werden die Endlosbänder (2) der Bandeinheiten (1) bewegt. Der Antrieb der Endlosbänder (2) in zweiter Raumrichtung erfolgt bevorzugt über auf Rollen (3) befestigten Zahnrädern (12) und eine Zahnwelle (13). Der Gleichlauf aller Endlosbänder (2) erfolgt durch Kopplung mit zwischen den Bandeinheiten (1) angeordneten
Kronenradgetrieben (15) mit spezieller Zahnform.

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung mit einer in zwei Raumrichtungen bewegbaren Oberfläche, wobei in der ersten Raumrichtung bewegbare Bandeinheiten (1), die jede mit einem Tragrahmen (4) versehen sind, wobei jeder Tragrahmen (4) einer Bandeinheit (1) mit dem Tragrahmen (4) der anschließenden Bandeinheit (1) über eine oder mehrere, eine Achse (6) bildende Drehverbindungen in festem Abstand schwenkbar verbunden sind, von mindestens einem Treibmittel (9) antreibbar sind, wobei die Bandeinheiten (1) für die Bewegung in der zweiten Raumrichtung mit Laufrollen (3) und Endlosbändern (2) versehen sind, die mit einem Antrieb gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die
Rotationsbewegung einer Laufrolle (3) mit der Laufrolle (3) der anschließenden
Bandeinheit (1) mittels Kronenradgetriebe (15) mit einem Zahnprofil gekoppelt ist, mit dem veränderliche Rotationsbewegungen der antreibenden Laufrolle (3) auf die angetriebene Laufrolle (3) bei Veränderung des Winkels (27) zwischen den
Rotationsachsen der Laufrollen (3) bei einer im Bereich des Eingriffsprofils und außerhalb des Schnittpunkts der Rotationsachsen der Laufrollen (3) liegenden Achse (6) kontinuierlich übertragbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kronenradgetriebe (15) mit einem Zahnprofil (16) in Form eines Teil eines Drehkörpers mit einer Drehachse parallel zur Rotationsachse (18) des Kronenrads und mit kreissegmentförmigen
Querschnitten normal zur Drehachse ausgestattet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kronenradgetriebe (15) mit einem Zahnprofil (16) in Form eines Kegelstumpfes ausgestattet ist, der
gegebenenfalls aus zwei Teilkegelstümpfen zusammengesetzt ist und dessen
Kegelachsen parallel zur Rotationachse (18) des Kronenrades ausgerichtet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkegel oder Teilkegelstümpfe durch eine gerade Erzeugende mit einem Verjüngungswinkel (25) zur Kegelachse gebildet werden, der zwischen 8.5° und 13°, bevorzugt zwischen 8.5° und 10,5°, aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kronenradgetriebe (15) mit einem Zahnprofil (16) in Form eines Drehkörpers oder Teil eines Drehkörpers ausgestattet ist, der durch zwei gerade Erzeugende gebildet wird, von denen die erste Erzeugende einen Verjüngungswinkel (25) zur Kegelachse zwischen 5° und 13°, bevorzugt zwischen 8.5° und 10,5°, die zweite Erzeugende einen Verjüngungswinkel (29) zur Kegelachse zwischen 8° und 15° aufweist, und die Verbindung vom ersten Kegel zum zweiten Kegel bevorzugt mit einer Abrundung als Erzeugende des mittleren Teil des Drehkörpers erfolgt, wobei die Verjüngungswinkel im Verlauf der Abrundung zwischen den Verjüngungswinkel der Kegel liegen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kronenradgetriebe (15) mit einem Zahnprofil (16) in Form eines Drehkörpers ausgestattet ist, der
gegebenenfalls aus zwei Teildrehkörpern zusammengesetzt ist und dessen Drehachsen parallel zur Rotationachse (18) des Kronenrades ausgerichtet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Bandeinheiten (1) drehbar verbundenen Laufrollen (7) auf Schienen (8) in der ersten Raumrichtung laufen, wobei die Drehachse einer Laufrolle (7) mit der Achse (6) der schwenkbaren Verbindung einer Bandeinheit (1) mit der anschließenden
Bandeinheit (1) zusammen fällt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Antrieb der Rollen (3) von einem mit der Rolle (3) verbundenen Zahnrad (12) erfolgt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kronenradgetriebe (15) mit einem Zahnrad (12) verbunden ist, das in einer Position mit einem Winkel (27) von 0° mit mindestens einer parallel zur ersten Raumrichtung angeordneten Zahnwelle (13) in Eingriff steht.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kronenradgetriebe (15) in der Position mit einem Winkel (27) von 0° teilweise oder völlig innerhalb des Zahnrades (12) liegt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb in der ersten Raumrichtung mittels eines Treibmittels (9) erfolgt, auf dem Mitnehmer (10) befestigt sind, die in der ersten Raumrichtung mit den Bandeinheiten (1) in Verbindung treten und den Antrieb der Bandeinheiten (1) in der ersten
Raumrichtung bewerkstelligen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel (9) aus wenigstens einem angetriebenen Zahnriemen oder wenigstens aus einer angetriebenen bevorzugt feingliedrigen Kette besteht, auf der die Mitnehmer (10) befestigt sind.
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