WO1992005374A2 - Antrieb - Google Patents

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WO1992005374A2
WO1992005374A2 PCT/CH1991/000198 CH9100198W WO9205374A2 WO 1992005374 A2 WO1992005374 A2 WO 1992005374A2 CH 9100198 W CH9100198 W CH 9100198W WO 9205374 A2 WO9205374 A2 WO 9205374A2
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pinion
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flanks
flank
tooth
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PCT/CH1991/000198
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WO1992005374A3 (de
Inventor
Gerhardus B. Engbersen
Original Assignee
Engbersen Gerhardus B
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Publication date
Application filed by Engbersen Gerhardus B filed Critical Engbersen Gerhardus B
Publication of WO1992005374A2 publication Critical patent/WO1992005374A2/de
Publication of WO1992005374A3 publication Critical patent/WO1992005374A3/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H19/00—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
    • F16H19/02—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion
    • F16H19/04—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising a rack
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/02—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member
    • F15B15/06—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member for mechanically converting rectilinear movement into non- rectilinear movement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/26—Racks

Definitions

  • the invention relates to a drive for slow movements with large forces.
  • Such devices known per se generally use a motor and a transmission. In order to achieve low speeds, a large gear ratio is generally necessary, since the motors usually turn relatively quickly. Many electric motors also allow low speeds, but the torque delivered hardly increases compared to the situation at nominal speed. With large forces, a translation must also be used in these cases.
  • FIG. 1 to and with 5 very schematically show an embodiment Type of linear output, e.g. a lifting system.
  • Several stages of the drive process are shown here one after the other.
  • Fig. 6 and 7 show the designs of Fig.l to and with Fig.5 for two directions of force.
  • Fig. 8 and 9 show two diametrically located pinion teeth with matching drive cylinders.
  • FIG. 10 and 11 show an embodiment where the point of attack of a cylinder Zk with pinion pivot point A and the center of curvature of tooth flank D1 forms an angle ⁇ .
  • FIG. 1 to and 5 show a pinion with 4 teeth, which is driven by two cylinders and has pivot point A.
  • the direction of rotation of the pinion and the direction of movement of the rack are as indicated by the arrows.
  • the tooth flanks 1 to and 4 with the four pinion teeth with the tooth flanks 1 'to and 4' of the rack come into engagement one after the other.
  • the tooth flanks 1 to and 4 of the pinion teeth are circular arcs and have a center of curvature D1 to and with D4.
  • the tooth flanks of the toothed rack actually have a horizontal part that works together with the circular tooth flank. In Fig. 1, the cooperation between the tooth flanks 1 and 1 'is almost complete and the cooperation between 2 and 2' begins.
  • cylinder 10 has made an extending movement compared to Fig.l.
  • the cooperation between the tooth flanks 2 and 2 'is in full swing and the pinion movement drives linear element 11 through its lowest dead point.
  • linear element 10 has continued its extending movement compared to FIG.
  • the collaboration between the tooth flanks 2 and -2 'is almost complete and the collaboration between the tooth flanks 3 and 3' begins.
  • cylinder 11 has made an extending movement compared to Figure 3.
  • Cylinder 10 is driven through its top dead center.
  • the collaboration between the tooth flanks 3 and 3 'is almost complete and the collaboration between the tooth flanks 4 and 4' begins.
  • the tooth flanks 1 to and 4 come into engagement with the tooth flanks 1 'to and 4' etc. when the force Fab acting on the toothed rack runs in the direction indicated in FIG. 6.
  • the tooth flanks 5 to 8 come from the pinion into engagement with the corresponding tooth flanks 5 'to 8' of the toothed rack.
  • the centers of curvature of the tooth flanks 5 to and with 8 are the same as those of the tooth flanks 1 to and with 4 in FIG. 6, namely D1 to and with D4.
  • Fig. 8 makes it clear that the system from Fig.l to 7 allows an almost uniform lifting movement.
  • the tooth flank 1 of the pinion and the tooth flank 1 'of the rack are shown.
  • the point of application of the piston Zk is located in the center of curvature of the pinion flank Dl.
  • a Y axis through point A parallel to the rack movement and an X axis through point A perpendicular to it.
  • Tooth flank 1 is part of a circle and tooth flank 1 'is a straight line parallel to the X-axis.
  • Equation (l) obviously applies regardless of ⁇ , ie with a constant, vertical speed Vz of the linear element, the speed Vh of the racks is also constant!
  • Fig. 9 arises from Fig. 8 by mentally turning the pinion 180 ° further.
  • the driving linear element now makes a reverse movement with respect to FIG. 8.
  • Point D3 lies on the extension of a line through point A and point Dl. The distances from point A to point D3 and from point A to point Dl are the same .
  • the radii of curvature of tooth flank 3 and tooth flank 1 are the same. Equation (1) is also valid now.
  • the tooth flanks of the pinion in Fig.l to and with Fig.9 are essentially circular. It is clear that these tooth flanks can also be designed as rollers.
  • FIG. 10 A more general embodiment variant is shown in FIG.
  • the pivot point of the cylinder head Zk is not in Dl this time, but Zk ⁇ includes an angle ß with A and Dl.
  • point Zk is at an arbitrary distance AZk from fulcrum A.
  • the pinion is rotated through an angle ⁇ , and point Zk, point A and the X-axis enclose an angle ⁇ .
  • Point Zk has a vertical speed Vz and a tangential speed Vt.
  • Point Dl has a tangential speed Vt 'and a speed Vn perpendicular to the rack flank. The following applies:
  • Vt Vz / cos
  • ADl distance from A to Dl
  • Vz runs parallel to the Y axis.
  • a solution with ß 25 ° is indicated in FIG.
  • the center of curvature of tooth flank 1 is point D.
  • the number of driving linear elements here is four or eight. Four linear elements are possible if, as in Fig. 12, diametrically located teeth are driven with the same linear element. Eight linear elements are necessary if this is not realized.
  • the tooth flanks for both directions of force here for example 1 and 9 are always combined in one tooth.
  • the toothed rack as in FIGS. 1 to 7, the tooth flanks for both directions of force, here for example 1 'and 10', are always combined in one tooth.
  • Fig. 16 to and with Fig. 18 show three versions with rotating output movement.
  • the pinion flanks move around pivot point A as in the version from Fig. 1 to and with Fig. 15.
  • the large gear wheel has pivot point B.
  • Fig. 16 and Fig. 17, ß 45 °
  • Fig. 18, ß 20 °.
  • the pressure angle changes in the embodiments from Fig.16 to and with Fig.18, depending on the angle ⁇ .
  • the tooth forms are now constructed in such a way that k is a constant.
  • the tooth flank shapes in the linear output movement from Fig.l to and with Fig.15 have a simple shape. It is therefore obvious to start with one of these simple tooth flank shapes for rotating output movements and to construct the other tooth flank for this purpose. This is best done with a computer program in which a sufficient number of points are calculated from the unknown tooth flank shape using equation (3). Depending on whether the diameter of the large toothed wheel becomes larger, the tooth shapes found are more similar to those of FIGS. 10 and 11.
  • FIGS. 16 and 17 two cooperating gearwheel pairs can only mesh with one another via a maximum pinion rotation of 45 °. This is for geometrical reasons. For a continuous engagement with the large gearwheel, a minimum of 8 pinion teeth are necessary with a complete pinion rotation of 360 °.
  • at least four planes with toothing should be attached. These planes are parallel, each have the toothing of FIG. 16 and are rotated in relation to one another in such a way that a continuous output is produced.
  • the different parallel, partial sprockets can of course be attached to A on the same shaft.
  • equations (1) to and (3) will not be exactly fulfilled in this transition phase. This is caused by elasticities and play in the system, for example bearing play, elastic deformation of the construction, elastic deformation of the oil column in hydraulic linear elements etc. When taking over the movement of one linear element by its successor, these phenomena are taken into account to wear. Therefore, the accepting linear element should be brought into engagement with a certain pilot control. In the hydraulic drive of the system, this is best done with separate hydraulic circuits of the various linear elements.
  • the tooth shapes can be produced very simply in the case of the linear drive movement by the separate manufacture of the circular pinion flank and the straight toothed rack flank. Even with the rotating output movement, simple manufacture is possible if the cladding method is used.
  • This system is also often used for involute gearing. To do this, a gearwheel is made using a tool that has the shape of another gearwheel. In the case of the involute toothing can ⁇ o by the Ab ⁇ wrap a rack, all teeth having the same module cut ⁇ .
  • the cutting tool takes the form of the circular pinion tooth.
  • This cutting tool should perform the same movement as the pinion flank in the plane of FIGS. 16 and 17 (perpendicular to the axes through the pivot points A and B). This can be achieved by driving a linear element which performs the same movement as that in the event of the final output.
  • the ratio of the speed of the linear element and the angular speed of the large gear should chung (3).
  • the round cutting tool can of course also perform a rotating movement, the center being the future center of curvature of the knurled flank.
  • a cutting movement is possible in a direction perpendicular to the plane of FIGS. 16 and 17.

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Abstract

Antrieb bestehend aus Ritzeln (1-4) und Zahnstange (1'-4') oder Zahnrad, wobei jedes Ritzel (1-4) von mindestens einem Linearelement (10, 11) angetrieben wird, und dabei eine durchgehend, drehende Bewegung ausführt, wobei sowohl die Linearelemente (10, 11) während ihres Arbeitshubes, als auch die Zahnstange (1'-4') oder das Zahnrad eine etwa gleichförmige Geschwindigkeit haben.

Description

Antrieb .
Die Erfindung bezieht sich auf einem Antrieb für langsame Bewegungen mit grossen Kräften.
Solche, an sich bekannte Einrichtungen setzen in der Regel einen Motor und ein Getriebe ein. Um niedrige Geschwindig¬ keiten zu erreichen ist im allgemeinen ein grosses Ueberset- zungsverhältnis notwendig, drehen doch die Motoren meist re¬ lativ schnell. Viele Elektromotoren erlauben auch niedrige Drehzahlen, doch das abgegebene Drehmoment nimmt dabei im Vergleich zur Situation bei nominaler Drehzahl kaum zu. Bei grossen Kräften muss auch in diesen Fällen noch eine Ueber- setzung eingesetzt werden.
Auf der anderen Seite sind auch mit hydraulischen Zylindern oder Schraubtrieben grosse Kräfte und langsame Bewegungen möglich, aber gleichförmige rotierende Bewegungen sind mit diesen Linearelementen nicht ohne weiteres realisierbar. Bei linearen Bewegungen mit grossen Hüben ist eine gleichförmige Bewegung über den ganzen Hub ebenfalls problematisch. Durch den beschränkten Hub der einzelne Linearelemente sind zu¬ sätzliche Blockiereinrichtungen, zum Beispiel mit dem Dorn- /Lochsystem, siehe Patentnummer 137187, nötig. Diese Blok- kiereinrichtungen verhindern die gleichförmige Bewegung.
In Patentanmeldung NL8006276 wird ein System beschrieben, das mit hydraulischen Zylindern und zwei hin- und her- ge¬ henden Hebeln mit einer partiellen Zahnstange eine gleich- förmige Geschwindigkeit ermöglicht. Dieses System hat aber mehrere Nachteile. Bei Kraftumkehr (zum Beispiel vom Zustand 'Bein senken' zum Zustand 'Insel heben') ist ein relativ kompliziertes Umschaltsystem notwendig. Auch aus Sicher¬ heitsgründen ist es notwendig ein separates Blockiersystem zu installieren, um im Falle von Störungen unkontrollierbare Bewegungen zwischen Insel und Beine zu verhindern. Die Erfindung versucht oben erwähnte Nachteile zu verhin¬ dern. Die Erfindung wird erläutert anhand der Bilder.
Fig. 1 bis und mit 5 zeigen sehr schematisch eine Ausfüh- rungsart für einen linearen Abtrieb, z.B. ein Hebesystem. Nacheinander sind hier mehrere Stadien des Antriebsprozesses abgebildet. Fig.6 und 7 zeigen die Ausführungen von Fig.l bis und mit Fig.5 für zwei Kraftrichtungen.
Fig.8 und 9 zeigen zwei diametral gelegene Ritzelzähne mit dazu passenden AntriebsZylindern.
Fig.10 und 11 zeigen eine Ausführungsform wo der Angriffs¬ punkt eines Zylinders Zk mit Ritzeldrehpunkt A und Krüm- mungsmittelpunkt von Zahnflanke Dl einen Winkel ß ein- εchliesst. Fig. 10 zeigt die horizontale Lage (α=0°). Fig.
11 zeigt die Situation für eine Ritzelverdrehung α. In Fig.
12 und 13 sind zwei mögliche Positionen für Drehpunkt Z des Zylinderfusses angegeben. Fig. 14 und 15 zeigen zwei Ausführungen mit linearem Ab¬ trieb.
Fig. 16 bis und mit 18 zeigen drei Ausführungen mit rotie¬ rendem Abtrieb.
In Fig. 1 bis und mit 5 ist ein Ritzel mit 4 Zähnen abgebil¬ det, das von zwei Zylindern angetrieben wird und als Dreh¬ punkt A hat. Die Drehrichtung des Ritzels und die Bewegungs¬ richtung der Zahnstange sind wie mit den Pfeilen angegeben. Nacheinander kommen zum Eingriff Zahnflanke 1 bis und mit 4 der vier Ritzelzähne mit den Zahnflanken 1' bis und mit 4' der Zahnstange. Die Zahnflanken 1 bis und mit 4 der Ritzel¬ zähne sind Kreisbögen und haben als Krümmungsmittelpunkt Dl bis und mit D4. Die Zahnflanken der Zahnstange haben eigent¬ lich einen horizontalen Teil, das mit der kreisförmigen Rit- zelflanke zusammenarbeitet. In Fig. 1 ist die Zusammenarbeit zwischen den Zahnflanken 1 und 1' fast beendet und die Zu¬ sammenarbeit zwischen 2 und 2' fängt an.
In Fig.2 hat Zylinder 10 gegenüber Fig.l eine ausfahrende Bewegung gemacht. Die Zusammenarbeit zwischen den Zahnflan- ken 2 und 2' ist voll im Gange und die Ritzelbewegung treibt Linearelement 11 durch seinen untersten toten Punkt. In Fig.3 hat Linearelement 10 gegenüber Fig.2 seine ausfah¬ rende Bewegung fortgesetzt. Die Zusammenarbeit zwischen den Zahnflanken 2 und -2' ist fast beendet und die Zusammenarbeit zwischen den Zahnflanken 3 und 3' fängt an. In Fig.4 hat Zylinder 11 gegenüber Fig.3 eine ausfahrende Bewegung gemacht. Dabei ist Zylinder 10 durch seinen oberen toten Punkt getrieben. Die Zusammenarbeit zwischen den Zahn¬ flanken 3 und 3' ist fast beendet und die Zusammenarbeit zwischen den Zahnflanken 4 und 4' beginnt.
In Fig.5 hat Zylinder 10 gegenüber Fig.4 eine einfahrende Bewegung gemacht. Dabei ist Zylinder 11 durch seinen oberen toten Punkt getrieben. Die Zusammenarbeit zwischen den Zahn¬ flanken 1 und 1'' beginnt.
Die Zahnflanken 1 bis und mit 4 kommen mit den Zahnflanken 1' bis und mit 4' etc. zum Eingriff wenn die Kraft Fab, die auf der Zahnstange wirkt, nach der in Fig. 6 angegeben Rich¬ tung verläuft. Bei einer Kraftrichtung wie in Fig.7 kommen hingegen die Zahnflanken 5 bis und mit 8 vom Ritzel zum Eingriff mit den übereinstimmenden Zahnflanken 5' bis und mit 8' der Zahn¬ stange. Die Krümmungsmittelpunkte der Zahnflanken 5 bis und mit 8 sind die gleichen wie diejenigen der Zahnflanken 1 bis und mit 4 in Fig. 6 nämlich Dl bis und mit D4.
Dass mit dem System von Fig.l bis und mit 7 eine nahezu gleichförmige Hebebewegung möglich ist, macht Fig.8 klar. Hier sind die Zahnflanke 1 des Ritzels und die Zahnflanke 1' der Zahnstange abgebildet. Der Angriffspunkt des Kolbens Zk befindet■ sich im Krümmungsmittelpunkt des Ritzelflankes Dl. Wir denken uns eine Y-Axe durch Punkt A parallel zur Zahn¬ stangenbewegung und eine X-Axe durch Punkt A senkrecht da¬ rauf. Der Punkt Zk=Dl schliesst mit Punkt A und mit der X- Axe einen Winkel α ein. Zahnflanke 1 ist ein Teil eines Kreises und Zahnflanke 1' eine Gerade parallel zur X-Axe. Mit einer ausfahrenden Geschwindigkeit Vz des Linearelemen¬ tes ist einfach ersichtlich, dass:
Vh=Vz (1) mit Vh=Geschwindigkeit des Linearelementes
Offenbar gilt Gleichung(l) unabhängig von α, d.h. bei einer konstanten, vertikalen Geschwindigkeit Vz des Linearelemen- tes ist auch die Geschindigkeit Vh der Zahnstangen konstant! Fig.9 entsteht aus Fig.8 indem wir das Ritzel gedanklich 180° weiter drehen. Das antreibende Linearelement macht jetzt gegenüber Fig.8 eine umgekehrte Bewegung mit Geschwin¬ digkeit Vz. Punkt D3 liegt auf der Verlängerung einer Linie durch Punkt A und Punkt Dl. Die Abstände von Punkt A bis Punkt D3 und von Punkt A bis Punkt Dl sind gleich. Ausserdem sind die Krümmungsradien von Zahnflanke 3 und Zahnflanke 1 gleich. Auch jetzt ist Gleichung (1) gültig.
Die Zahnflanken des Ritzels in Fig.l bis und mit Fig.9 sind im Wesen kreisförmig. Klar ist, dass diese Zahnflanken auch als Rollen ausgeführt werden können.
In Fig.10 ist eine allgemeinere AusführungsVariante abgebil- det. Der Drehpunkt des Zylinderkopfes Zk liegt dieses Mal nicht in Dl, doch Zk εchliesst mit A und Dl einen Winkel ß ein. Ausserdem befindet sich Punkt Zk auf einer willkür¬ lichen Distanz AZk von Drehpunkt A. In Fig.10 liegt Zk auf der X-Axe durch A oder Winkel α=0. In Fig.11 ist das Ritzel um einen Winkel α gedreht, und Punkt Zk, Punkt A und der X- Axe schliessen einen Winkel α ein. Punkt Zk hat eine verti¬ kale Geschwindigkeit Vz und eine tangentiale Geschwindigkeit Vt. Punkt Dl hat eine tangentiale Geschwindigkeit Vt' und eine Geschwindigkeit Vn senkrecht auf der Zahnεtangenflanke. Es gilt:
Vt=Vz/cos
Vt'=AD1/AZk.Vt=ADl/AZk.Vz/cosα Vn=Vt' .cosα=ADl/AZk.Vz mit: AZk=Distanz von A bis Zk
ADl=Diεtanz von A bis Dl
Wenn also eine kreisförmige Ritzelflanke, mit dem Krümmungs¬ mittelpunkt in Dl, zusammenarbeitet mit einer geraden Rit- zelflanke, die senkrecht auf Vn läuft, dann wird die Zahn¬ stange eine vertikale Geschwindigkeit bekommen:
Vh=Vn/cosß=ADl/AZk.Vz/cosß=Konstante.Vz (2) mit: Konstante=ADl/AZk/coεß Diese Ergebnis ist offenbar unabhängig von α! Auch jetzt gilt, wenn Vz konstant ist, ist auch Vh konstant.
Bei den Betrachtungen von Fig.8 bis und mit 11 wird immer angenommen, dasε Vz parallel mit der Y-Axe verläuft. Bei der Ausführung von Fig.l bis und mit Fig.7 macht Vz mit der Y- Axe aber im allgemeinen einen kleinen Winkel θ, abhängig vom Verdrehungswinkel α des Ritzels. In Fig.12 ist dieser Winkel θ angegeben für α=0. Diese Abweichung verursacht auch bei konstanter Geschwindigkeit des Linearelementes einen Fehler in der Zahnstangengeεchwindigkeit, die gröεεer iεt wenn θ grösser ist.
In Fig.l bis und mit Fig.7 liegt der Zylinderdrehpunkt Z auf der Y-Axe durch Punkt A. In Fig.12 ist diese 'zentrische' Position nochmals abgebildet. Bei dieser Anordnung können von Linearelement 11 sowohl die Zahnflanken 1 und 5 als auch die Zahnflanken 3 und 7 angetrieben werden, da der maximale Winkel θ für beide Fälle gleich ist. Bei der Anordnung von Fig.13 gibt es eine Distanz a zwischen der Y-Axe durch Punkt A und eine Linie durch Punkt Z paral¬ lel an dieser Y-Axe. Die Position des Linearelementes 11 ist für die Zahnflanken 1 und 5 optimaler gewählt als in Fig.12, da der Winkel θ kleiner bleibt. Würden auch hier die Zahn¬ flanken 3 und 7 mit Linearelement 11 angetrieben, würde Win- kel θ extrem grosε werden. Deεwegen iεt für Zahnflanken 3 und 7 ein eigener Antriebszylinder angebracht, der für diese beiden Zahnflanken ebenfalls optimal angeordnet ist. Es spricht für sich, dass Drehpunkt Z ebenfalls an der anderen Seite der Y-Axe gesetzt werden kann. Im Vergleich zu Fig.13 sollte dann Linearelement 12 die Zahnflanken 1 und 5, und Linearelement 11 die Zahnflanken 3 und 7 antreiben. Zur Bestimmung der Grosse des maximal auftretenden Winkels θ ist das Verhältnis der Distanz von A bis Z : AZ und der Distanz von A biε Dl: AD1 maεεgebend. Bei der Aufstellung von Fig.12 ist der maximale Fehler bei AZ/AD1=5 etwa 15% und bei AZ/AD1=25 etwa 3%. In Fig.13 iεt bei AZ/AD1=5 der maxi¬ male Fehler bereits kleiner als 1%!
Fig.14 und 15 -zeigen zwei andere AusführungsVarianten des Ritzel/Zahnstangensyεtemε. Beide Varianten sind abgebildet für α=0. Die Anzahl Ritzelzähne beträgt 3 bzw. 8. Die Rit¬ zelflanken sind immer Kreisbögen und die Zahnεtangenflanken εind Geraden. In Fig. 14 iεt wie in Fig.l biε und mit Fig.9 der Winkel ß=0°. Die Anzahl antreibende Linearelemente wird drei betragen: eineε für jeden Zahn.
In Fig.15 iεt eine Lösung mit ß=25° angegeben. Der Krüm¬ mungsmittelpunkt von Zahnflanke 1 ist Punkt Dl. Die Anzahl antreibende Linearelernente beträgt hier vier oder acht. Vier Linearelemente εind möglich, wenn wie in Fig.12 diametral gelegene Zähne mit dem gleichen Linearelement angetrieben werden. Acht Linearelemente sind notwendig, wenn dies nicht realisiert wird. Bei dem Ritzel sind wie in Fig.l bis und mit Fig.7 immer die Zahnflanken für beide Kraftrichtungen, hier zum Beispiel 1 und 9, in einem Zahn kombiniert. Bei der Zahnstange sind ebenfalls wie in Fig.l bis und mit 7 immer die Zahnflanken für beide Kraftrichtungen, hier zum Beispiel 1' und 10', in einem Zahn kombiniert.
Fig.16 bis und mit Fig.18 zeigen drei Ausführungε arianten mit rotierender Abtriebsbewegung. Die Ritzelflanken bewegen sich wie bei der Ausführung von Fig.l bis und mit Fig.15 um Drehpunkt A. Das grosse Zahnrad hat als Drehpunkt B. Die drei Varianten sind angegeben für α=0. Der Winkel ß, einge- εchlossen zwiεchen den Punkten Dl, A und B, gleicht abermalε dem Eingriffswinkel für α=0. In Fig.16 und Fig.17 ist ß=45°, in Fig.18 ist ß=20°. Anders als bei der Ausführung von Fig.l bis und mit Fig.15 verändert sich bei den Ausführungen von Fig.16 bis und mit Fig.18 der Eingriffswinkel, abhängig von Winkel α.
Analog Gleichung (2) können wir für die rotierende Abtriebs¬ bewegung folgende Gleichung ableiten:
ωb=k.Vz ( 3 ) mit: ωb=Winkelgeschwindigkeit abtriebendes Zahnrad k =Faktor
Die Zahnformen werden jetzt derart konstruiert, dass k eine Konstante iεt. Die Zahnflankenformen bei der linearen Abtriebεbewegung von Fig.l bis und mit Fig.15 haben einen einfachen Form. Deεhalb iεt es naheliegend, für rotierende Abtriebsbewegungen von einem dieser einfachen Zahnflankenformen auszugehen und die andere Zahnflanke dazu zu konstruieren. Am besten geschieht dies mit einem Computerprogramm, in dem von der unbekannten Zahnflankenform mit Gleichung (3) eine genügende Anzahl Punkte berechnet werden. Je nachdem, ob der Durchmesεer des groεsen Zahnrades grösser wird, werden die gefundenen Zahn- formen mehr denjenigen von Fig.10 und 11 gleichen.
Die Entwürfe von Fig.16 biε und mit Fig.18 εind mit diesen Computerberechnungen entstanden. Bei den Ausführungen von Fig.16 und 17 wurde von kreisförmigen Ritzelflanken ausge¬ gangen und die Zahnflanken vom grossen Zahnrad wurden dazu konstruiert.
Mit Hilfe der Berechnungen des Computerprogrammes ist ab¬ leitbar, dass in Fig.16 und 17 zwei zusammenarbeitende Zahn¬ radpaare nur über eine maximale Ritzelverdrehung von 45° zum Eingriff sein können. Dies aus geometriεchen Gründen. Für einen kontinuierlichen Eingriff mit dem grossen Zahnrad sind also bei einer völligen Ritzelumdrehung von 360° minimal 8 Ritzelzähne notwendig. Im Falle von Fig.16 εollten dazu min- deεtenε 4 Ebenen mit Verzahnung angebracht werden. Diese Ebenen liegen parallel, haben jede die Verzahnung von Fig.16 und εind in der Wirkung derart gegenüber einander verdreht, daεs ein kontinuierlicher Abtrieb entsteht.
Die verschiedenen parallelen, Teilritzel können natürlich auf der gleichen Welle durch A befestigt werden. Das Gleiche gilt für die grossen Zahnräder mit einer gemeinsamen Welle durch B.
Beim System von Fig.17 müssen für einen kontinuierlichen Ab¬ trieb auf die gleiche Weise mindestens 2 Ebenen mit der Zu¬ sammensetzung von Fig.17 parallel angeordnet werden. Bei der Ausführung von Fig.18 wird von geraden Zahnflanken des grossen Zahnrades auεgegangen. Die Form der Ritzelflan¬ ken wurde dazu konεtruiert, auch jetzt wieder derart, dass Gleichung (3) erfüllt ist. Bei dieser Konstruktion kann ein Paar zusammenarbeitender Zahnflanken über eine maximale Rit¬ zelverdrehung von 60° wirksam sein. Das heiεεt, dass ein kontinuierlicher Abtrieb in einer Ebene nach Fig.18, mit 6 Zähnen, möglich ist.
Ausgehend von einem belastungsfreien Zuεtand werden beim Be¬ lasten des Antriebs Gleichungen (1) bis und mit (3) in die¬ ser Uebergangsphase nicht genau erfüllt werden. Das wird verursacht durch Elastizitäten und Spiele im System, zum Beispiel Lagerspiel, elastische Deformation der Konstruk¬ tion, elastische Deformation der Oelsäule bei hydraulischen Linearelementen etc.. Bei der Uebernahme der Bewegung des einen Linearelementes durch seinen Nachfolger, hat man die- εen Erscheinungen Rechnung zu tragen. Deshalb soll das über¬ nehmende Linearelement mit einer gewiεεen Vorsteuerung zum Eingriff gebracht werden. Beim hydraulischen Antrieb des Systemε geεchieht dieε am beεtem mit getrennten hydrau¬ lischen Kreisläufen der verschiedenen Linearelemente.
Die Herstellung der Zahnformen ist bei der linearen Ab¬ triebsbewegung sehr einfach möglich durch die getrennte Her- εtellung der kreiεförmigen Ritzelflanke und der geraden Zahnεtangenflanke. Auch bei der rotierenden Abtriebεbewegung iεt eine einfache Herstellung möglich, wenn das Hüllschnittverfahren angewen¬ det wird. Dieses System wird auch bei der evolventen Verzah¬ nungen oft angewendet. Man macht dazu daε eine Zahnrad mit Hilfe eines Werkzeuges, das die Form deε anderen Zahnrades hat. Bei der evolventen Verzahnung können εo durch das Ab¬ wickeln einer Zahnstange alle Verzahnungen mit dem gleichen Modul geschnitten werden^.
Eine wichtige Bedingung für eine genaue Herstellung nach dem Hüllschnittverfahren ist, dass der als Schneidewerkzeug aus- geführte Zahn genau herstellbar ist.
Bei der Verzahnung von Fig.16 und 17 bekommt das Schneide¬ werkzeug die Form des kreisförmigen Ritzelzahns. Dieses Schneidewerkzeug sollte in der Ebene von Fig. 16 und 17 (senkrecht auf den Axen durch die Drehpunkte A und B) die gleiche Bewegung ausführen wie die Ritzelflanke. Das kann erreicht werden durch Antrieb von einem Linearelement, das die gleiche Bewegung ausführt wie dasjenige bei dem schluss¬ endlichen Abtrieb. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des Linearelementes und der Winkelgeschwindigkeit des grossen Zahnrades soll Glei- chung (3) erfüllen. Das runde Schneidewerkzeug kann natür¬ lich ebenfalls noch eine drehende Bewegung ausführen, wobei der Mittelpunkt der zukünftige Krümmungsmittelpunkt der Rit¬ zelflanke ist. Ausserdem iεt eine schneidende Bewegung mög- lieh in einer Richtung senkrecht auf der Ebene von Fig.16 und 17.
Bei der Verzahnung von Fig.18 machen wir das Schneidewerk¬ zeug in der Form des grossen Zahnrades in dieser Figur, das heisst mit geraden Zahnflanken. Auch jetzt müssen die Bewe- gungen des Ritzels und des grossen Zahnrades in der Ebene von Fig.18 bei der Herstellung Gleichung (3) erfüllen. Auch nun ist wieder eine schneidende Bewegung möglich in eine Richtung senkrecht auf der Ebene von Fig.18. Es spricht für sich, dasε die Herstellung der Ausführungen von Fig.16 bis und mit 18 auch möglich ist durch die ge¬ trennte Herstellung der Flanken des Ritzels und des grossen Zahnrades.
Andere, hier nicht abgebildete Ausführungsformen, z.B. mit Teilritzeln, wo die Teilritzel nicht alle auf der gleichen Welle arbeiten, sind ebenfalls Teil der Erfindung. Die Bewe¬ gung durch die toten Punkte der Linearelemente kann dabei anders als in Fig.l bis und mit Fig.7 auch aus der antrei¬ benden Wirkung der anderen Teilritzel entstehen.
Ausserdem ist der Ritzelantrieb ausεer mit hydraulischen Li¬ nearelementen natürlich auch mit anderen Linearelementen möglich.
Klar ist, dass noch andere Veränderungen und Verbesserungen angebracht werden können ohne ausserhalb des Kaders der Er¬ findung zu fallen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE '
1. Antrieb beεtehend aus Ritzeln und Zahnεtange, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzel jedes mit mindestens einem Linearelement angetrieben werden, und dabei eine durchgehende drehende Bewegung ausführen, wobei sowohl die Linearelemente während ihres Arbeitshubes, als auch die Zahnstange eine etwa gleichförmige Geschwindigkeit haben.
2. Antrieb bestehend aus Ritzel und Zahnrad, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzel jedes mit mindestens einem Linearelement angetrieben werden, und dabei eine durchgehende, drehende Bewegung ausführen, wobei sowohl die Linearelemente während ihres Arbeitshubes, als auch das Zahnrad eine etwa gleichförmige Geschwindigkeit haben.
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Linearelemente durch eine geeignete Vorsteuerung derart angesteuert werden, dass die Unregelmässigkeiten bei der Uebergabe des Abtriebs vom einen auf das andere Linearelement korrigiert werden.
4. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearelemente -hydraulisch angetrieben werden, wobei jedes Linearelement mit einem eigenen, getrennten Kreislauf angetrieben wird, und wobei die getrennten Kreisläufe durch eine geeignete Vorsteuerung derart angesteuert werden, dass die Unregelmässigkeiten bei der Uebergabe des Abtriebes vom einen Linearelement auf das andere korrigiert werden.
5. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzel Zähne mit kreisförmigen Flanken besitzen und die Zahnstange Zähne mit geraden Flanken unter einem Winkel ß mit der X-Axe, und wobei Mittelpunkt D der Ritzelflanke für c_=0 auf eine Linie durch Drehpunkt A, parallel zur Zahnstangenflanke, gelegen iεt.
6. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzelflanke kreisförmig ist, mit dem Mittelpunkt D in einem Winkel zur X-Axe und Punkt A, welcher dem Eingriffswinkel in der α=0 Lage gleicht, und wobei die Zahnradflanke eine Form besitzt, welche mit Gleichung (3) berechnet wird.
7. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daεε die Zahnradflanke gerade iεt in einem Winkel, welche dem Eingriffswinkel in der α=0 Lage gleicht, und wobei die
Ritzelflanke eine Form beεitzt, welche mit Gleichung (3) berechnet wird.
8. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dasε mit einem Linearelement zwei diametral gelegene Ritzelflanken angetrieben werden für beide Drehrichtungen.
9. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken der Ritzelzähne für beide Kraftrichtungen, zum Beispiel 1 und 9 in Fig.15, in einem Zahn kombiniert werden.
10. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken der Zahnstangenzähne für beide Kraftrichtungen, zum Beispiel 1' und 10' in Fig.15, in einem Zahn kombiniert werden.
11. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken der Zähne des grossen Zahnrades für beide Kraftrichtungen, zum Beispiel 1' und 3' in Fig.16, in einem Zahn kombiniert werden.
12. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmigen Ritzelflanken als Rollen ausgeführt werden.
13. Antrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung nach dem Hüllschnittverfahren stattfindet, wobei das Schneidewerkzeug die gleiche Form aufweist wie die späteren Ritzelzähne.
14. Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung nach dem Hüllεchnittverfahren stattfindet, wobei das Schneidewerkzeug die gleiche gerade Flanke aufweist wie der spätere Zahn deε grossen Zahnrades, und wobei die Bewegungen des Ritzels und des grossen Zahnrades Gleichung (3) erfüllen.
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