WO2005047730A1 - Vorrichtung zur kraft- und bewegungsübertragung - Google Patents

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WO2005047730A1
WO2005047730A1 PCT/EP2004/012993 EP2004012993W WO2005047730A1 WO 2005047730 A1 WO2005047730 A1 WO 2005047730A1 EP 2004012993 W EP2004012993 W EP 2004012993W WO 2005047730 A1 WO2005047730 A1 WO 2005047730A1
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pulley
belt
toothed belt
conductive
sections
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PCT/EP2004/012993
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Inventor
Bernd Schechinger
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Bernd Schechinger
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    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
    • B66B7/00—Other common features of elevators
    • B66B7/06—Arrangements of ropes or cables
    • B66B7/062—Belts
    • 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
    • F16G—BELTS, CABLES, OR ROPES, PREDOMINANTLY USED FOR DRIVING PURPOSES; CHAINS; FITTINGS PREDOMINANTLY USED THEREFOR
    • F16G1/00—Driving-belts
    • 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
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    • F16G1/00—Driving-belts
    • F16G1/28—Driving-belts with a contact surface of special shape, e.g. toothed
    • 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
    • F16H7/00—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members
    • F16H7/02—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members with belts; with V-belts

Definitions

  • the invention relates to a device for transmitting power and movement according to the preamble of claim 1.
  • Toothed belt transmissions in which movement and force transmission takes place by means of a shape pairing by the belt teeth engaging in a corresponding toothing of a belt pulley, are known, as are flat belt transmissions, in which the force transmission takes place essentially by friction of the belt on the belt pulley.
  • Belt drives are also known, which combine features of both transmission principles and can in a sense be regarded as hybrid drives.
  • DE 102 32 965 AI of the applicant also discloses a device for transmitting force and / or motion, in which conductive areas are provided in the belt, which extend in the longitudinal direction of the belt and are partially exposed or are otherwise accessible for electrical contacting , With such a device, electrical signal or energy transmissions are possible in cooperation with suitable contacting means.
  • the object of the present invention is to further improve this known device, in particular to broaden its possible uses.
  • a first aspect thus consists in providing devices within the toothed belt or the pulley via which, on the one hand, liquid ones or gaseous fluids in and out of the toothed belt and can be carried away within the toothed belt.
  • these devices serve to receive and transmit magnetic and / or electromagnetic energy, in particular radiation.
  • the field of use of a combination of toothed belt and pulley is thus considerably expanded and, in addition to the previously known transmission of electrical energy, also includes the transmission and transport of flowable media and / or possibilities for data, signal and / or information transfer.
  • the toothed belt has guideways oriented essentially in the running direction and, at least in sections, transverse channels opening into the row of teeth thereof, the transverse channels forming a fluid-permeable transport channel when the pulley is meshed with feed channels in the pulley.
  • the transport channel thus represents a fluid-permeable passage between the feed channels in the pulley and the guide channel in the toothed belt, and forms a fluid-conducting transition contact between the toothed belt and the pulley.
  • the transverse channels are designed to be self-closing when the toothed belt and belt pulley are engaged by lancing cannulas arranged within the rows of teeth of the belt pulley.
  • fluid-permeable cannulas are pierced through the elastic toothed belt material into the fluid-conducting interconnect and thereby establish the fluid-conducting connection between the feed channels in the pulley and the interconnect in the toothed belt, the elastic toothed belt material being pulled out when the puncture needles are pulled out closes the respective cross channel immediately and tightly.
  • the transverse channels are opened by a valve opening when the toothed belt and pulley engage. direction formed, which is expediently designed as a self-closing valve device that works independently of the flow direction.
  • the engagement of the tooth rows of the toothed belt and pulley causes the opening of a mechanical closure, which becomes fluid-permeable and is automatically closed again when the engagement of the toothed belt and pulley slides apart.
  • the toothed belt has at least one first light-guiding channel, which runs essentially in the longitudinal direction and opens into at least one first light outlet opening in the region of the toothing and is operatively connected to a second light guide channel with a second light outlet opening on the pulley. If the pulley and toothed belt engage, radiation energy is exchanged between the toothed belt and the pulley via the light guide channels and the coupled light exit openings.
  • the toothed belt has at least one first electrical conductor which runs essentially in the longitudinal direction and opens into at least a first part of an inductive coupling, in particular a conductor loop, in the region of the toothing, the pulley at least one in a second part of an inductive coupling Coupling, in particular a second electrical conductor opening coil.
  • the toothed belt can have at least one first signal line which runs essentially in the longitudinal direction and opens in the region of the toothing in at least part of a transmitter / receiver device, the pulley at least one in a second part of the transmitter / receiver device contains opening second signal line.
  • the transmitter / receiver device does not necessarily have to be arranged in the area of the toothing of the pulley and toothed belt. It is sufficient a distance between the transmitter / receiver components required for the transmission of control pulses of sufficient quality.
  • the tooth rows of the toothed belt and pulley have, at least in sections, an acoustic transducer device coupled during combing, in particular a transducer device for transmitting ultrasound signals.
  • the conductive and / or receptive portions of the toothed belt are essentially embedded within the neutral bending zone of the toothed belt. This ensures a minimum bending stress within the conductive and / or receptive sections with appropriate operational reliability.
  • Embodiments can be components of a higher-level device for a transmission of mechanical drive energy in combination with a transport of fluid media and / or a transmission of data. This creates a combination between a mechanical drive element and a control element in which the transmission of power, signals and operating materials are combined within one mechanical device.
  • a second aspect of the invention is that the belt has first and the pulley second conductive and / or receptive sections for transmission of electrical signals or a fluid medium, the first and second conductive and / or receptive sections being arranged such that they come into contact with each other when the belt runs over the pulley and the electrical signals or the fluid medium can be fed into the belt or the electrical signals can be tapped or the fluid medium can be removed from the belt pulley via the pulley.
  • Essentially longitudinal conductors, in particular in wire form, are embedded in the belt and the pulley has elevations on its circumference, which are arranged and dimensioned such that they contact the conductors in the belt as it runs over the pulley.
  • the belt can also be designed as a flat belt.
  • FIG. 1 and 2 schematically show the contact area belt / pulley in a partial side view (partially cut in FIG. 2) and a partial cross-sectional view.
  • the first aspect of the invention is also to be explained on the basis of exemplary embodiments and on the basis of FIGS. 3 to 7.
  • Figure 3 shows an exemplary arrangement of a toothed belt and a pulley with slidable portions within the toothed belt and the pulley.
  • FIG. 4a shows an exemplary embodiment of a toothed belt and a belt pulley with piercing cannulas in a separate state
  • FIG. 4b shows the embodiment of the toothed belt and the pulley shown in FIG. 4a in a positive engagement
  • 5 shows an exemplary valve arrangement which opens when the toothed belt and pulley engage
  • 6 shows an exemplary arrangement of toothed belt-side and pulley-side light guide channels and light exit openings in a light-transmitting operative connection
  • Fig. 7 shows an exemplary arrangement of toothed belt-side and pulley-side components of an inductive coupling of conductor loop and coil.
  • each conductor wire 15 on the inside of the belt 13 is assigned a V-shaped groove 17, at the bottom of which the conductor wire is exposed.
  • the belt 13 thus has a tooth-like structure when viewed in its further direction and can also be referred to in this sense as a toothed belt.
  • the pulley 11 has conductor regions 19 embedded in the circumference and arranged parallel to the plane of the pulley, which are designed such that they contact the conductor wires 15 when the belt runs over the pulley.
  • the conductor regions 19 each have an edge section 19a which is V-shaped in cross section and which projects beyond the circumference of the belt pulley 11 and is shaped to correspond to the shape of the grooves 17 in the belt 11.
  • FIG. 2 shows, in a representation corresponding to FIG. 1, a further transmission device 20, which comprises a pulley 21 and a belt 23, which combine features of a toothed and flat drive.
  • the structure of the belt 23 with internal, longitudinally running conductor wires 25 and the associated inward-facing grooves 27 corresponds largely to the structure of the flat belt 13 according to FIG. 1. In principle, this also corresponds to one Similar structure of the pulley 21 with internal conductor areas 29, each having V-shaped tapered edge areas 29a rising over the remaining circumference of the pulley.
  • the conductor areas of the pulley are not all the same width here.
  • the belt 23 has teeth 31 arranged on the inside in the central region, and accordingly the pulley 21 has a central force transmission section 33 with a regularly distributed over the circumferential direction, corresponding to the arrangement of the teeth 31 on the belt 23 and in the longitudinal or.
  • the toothing in the central area of the belt and pulley results in improved power transmission compared to the first embodiment and the avoidance of slippage between the belt and pulley. This can be useful for the transmission of electrical signals via the conductive areas in the belt and pulley (conductor wires 25 or conductor sections 29) in the sense of improved synchronization and thus possible higher transmission speeds.
  • FIG. 3 shows an exemplary basic arrangement of a toothed belt 100 and a belt pulley 200 which is in positive engagement with the toothed belt.
  • Both the toothed belt and the belt pulley have receptive and / or conductive sections 300 which are used to transport fluid media, for example liquids and Gases or for the transmission of magnetic or electromagnetic energy and for the transmission of signals.
  • the receptive and / or conductive sections 300 are designed very differently in accordance with the media or energy forms transmitted by them.
  • the transmission of the fluid media or the forms of energy to be exchanged between the toothed belt and the pulley is preferably carried out in the Area of a toothing 450 of the toothed belt 100 and a toothing 600 of the pulley 200 which is in engagement therewith.
  • the positive and slip-free engagement between the toothed belt and the belt pulley which is advantageous for the transmission of force is thus completed by a conductive connection for fluid media or transmitted forms of energy, with the freedom from slippage the engagement of the toothed belt and pulley enables a safe fluid transmission or a safe energy and signal transport, as will be described in more detail with reference to the exemplary embodiments explained in the following figures.
  • FIGS. 4a and 4b show a first exemplary embodiment of a fluid-transmitting engagement between toothed belt 100 and belt pulley 200 on the basis of greatly enlarged sections of the toothings of toothed belt and toothed pulley.
  • Fig. 4a shows a separate state of the toothed belt and pulley
  • Fig. 4b shows a positive engagement between part of the toothing of the toothed belt and pulley shown in Fig. 4a.
  • the toothed belt 100 has in the interior essentially longitudinal tracks 400 for fluid media and engages by means of a toothing 450 in the toothing 600 of the belt pulley.
  • a series of transverse channels 500 which are closed by the elastic material of the toothed belt, leads outward from the interconnect 400 to the tooth row 450 of the toothed belt.
  • a series of feed channels 550 are formed, which lead to a row of teeth 600 of the pulley to the outside and end on it.
  • the fluid-conducting sections can be arranged in different numbers on the pulley or the toothed belt.
  • a fluid-conducting area comprising feed channels and transverse channels in the toothed belt or the pulley, which is assigned to each interdental space, is also possible, as is a single feed channel in the belt pulley or a single transverse channel in the toothed belt.
  • a fluid-permeable transport channel 650 is created by a puncture cannula 700 arranged on the tooth row 450 of the toothed disk piercing the elastic material of the toothed belt 100 and thereby the corresponding one Cross channel 500 expands or, when used for the first time, forms in the toothed belt.
  • the elastic toothed belt material closes the transverse channels 500 and ensures leak-proof sealing of the interconnect 400.
  • Such an embodiment is particularly sufficient for lower pressures of the fluid within the interconnect 400. Valve devices are advantageous for higher fluid pressures.
  • FIG. 5 shows an illustration of an exemplary valve arrangement 800.
  • This consists of an outer closure 810 arranged inside the toothed belt 100, in particular within the interconnect 400, with lateral outlets opening into the interconnect 400, a sliding piece 820 designed with an inner fluid-conducting cavity, an inner closure 830 and a feed line 840.
  • the sliding piece 820 and the outer closure are pressed in the rest position by means of a compression spring 850 each to the tooth rows 450 and 600 of the toothed belt or the pulley.
  • the compression spring 850 displaces the sliding piece 820 in the direction of the tooth row 600 out of the pulley, the sliding piece 820 closing the feed line 840.
  • a sealing gasket is pushed onto lateral outlets of the feed line 840 and thus blocks it.
  • the outer closure is pressed outwards by the compression spring 850 within the guideway of the toothed belt 100, and its lateral outlets are closed with it. If the tooth row 600 of the belt pulley 200 interlocks with the tooth row 450 of the toothed belt, the outer closure in the interconnect 400 is pressed into the toothed belt under the effect of the contact pressure between the tooth rows.
  • the sliding piece 820 moves against the force of the compression spring 850 into the pulley 200 and thereby releases the lateral outlet openings of the feed line 840.
  • the corresponding fluid medium ie a gas or a liquid, emerges from the supply line, enters the cavity 870 of the sliding piece 820 and flows through the inner cavity of the sliding piece. The fluid then penetrates into the outer closure 810 of the valve device 800 and reaches the interconnect 400.
  • a valve device 800 of this type has the particular advantage that it can be operated independently of the direction of the pressure gradient between the interconnect 400 and the feed line 840 and can therefore be used both for charging and for emptying the interconnect 400 with fluid.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of the device according to the invention, in which electromagnetic radiation, in particular light radiation, can be exchanged between a toothed belt 100 and a pulley 200.
  • the toothed belt has at least one first light exit opening 900, which is connected to a first light guide channel 1000 running inside the toothed belt.
  • a second light guide channel 1100 is arranged within the pulley 200 and opens into a second light exit opening 1200.
  • the first and the second light exit openings 900 and 1200 are directly in operative connection when the tooth rows 450 and 600 of the toothed belt 100 or the pulley 200 engage in a form-fitting manner, light signals via the light exit openings 900 and 1200 between the first and the second light guide channels 1000 and 1100 will be handed over.
  • FIG. 7 An inductive coupling between the rows of teeth 450 and 600 is shown as an example in FIG. 7.
  • the figure shows an enlargement of an Section of a toothed belt 100 with a row of teeth 450 and a pulley 200 with a row of teeth 600.
  • the row of teeth 450 has an electrical conductor loop 1300, which is part of an electrical conductor.
  • the magnetic field generated by the coil 1500 acts on the conductor loop 1300 and inductively generates a voltage pulse within the electrical conductor 1400.
  • the coil 1500 and the conductor loop 1300 thus form an inductive transducer device.
  • the inductive transducer device can optionally be replaced by an acoustic coupling between an ultrasound transmitter within the toothing 450 or 600 and an ultrasound detector within the other toothing. It is particularly possible to use the acoustic conductivity of the pulley and the acoustic coupling that occurs when a toothed belt and pulley mesh under a pretensioning force for acoustic signal transmission, whereby known ultrasonic quartz crystals can be used.
  • an electromagnetic transmitter / receiver device inside the pulley, which carries out a signal exchange with transmitters / receivers arranged inside the toothed belt.
  • Such an embodiment can be implemented, for example, in a particularly simple manner in that a microsender or micro-receiver with a predetermined range is fastened in or on the pulley or the toothed belt.
  • An integration into the toothing 600 of the pulley is not absolutely necessary. It is sufficient that the distance between the micro receiver and the micro transmitter is at a distance suitable for the transmission of electromagnetic pulses.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Devices For Conveying Motion By Means Of Endless Flexible Members (AREA)

Abstract

Vorrichtung zur Kraft- und/oder Bewegungsübertragung (10), umfassend mindestens einen Zahnriemen (23) sowie mindestens eine Riemenscheibe (11), wobei der Riemen erste (25) und die Riemenscheibe zweite leitfähige und/oder aufnahmefähige Abschnitte (29) für eine Übertragung elektrischer Signale oder eines fluiden Mediums aufweisen, wobei die ersten (25) und zweiten leitfähigen und/oder aufnahmefähigen Abschnitte (29) derart angeordnet sind, dass sie beim Lauf des Riemens (23) über die Riemenscheibe (11) miteinander in Kontakt kommen und über die Riemenscheibe (11) eine Einspeisung der elektrischen Signale bzw. des fluiden Mediums in den Riemen (23) oder ein Abgriff der elektrischen Signale bzw. eine Abführung des fluiden Mediums aus diesem über die Riemenscheibe (11) erfolgen kann.

Description

Vorrichtung zur Kraft- und Bewegungsübertragung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraft- und Bewegungsübertragung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zahnriemengetriebe, bei denen eine Bewegungs- und Kraftübertragung durch Formpaarung erfolgt, indem die Riemenzähne in eine korrespondie- rende Verzahnung einer Riemenscheibe eingreifen, sind ebenso bekannt wie Flachriemengetriebe, bei denen die Kraftübertragung im wesentlichen durch Reibung des Riemens auf der Riemenscheibe erfolgt. Bekannt sind auch Riemenantriebe, welche Merkmale beider Übertragungsprinzipien kombinieren und in gewissem Sinne als hybride Antriebe angesehen werden können.
Aus der DE 102 32 965 AI des Anmelders ist zudem eine Vorrichtung zur Kraft- und/oder Bewegungsübertragung bekannt, bei der im Riemen leitfähige Bereiche vorgesehen sind, welche sich in Riemenlängsrichtung erstrecken und partiell frei liegen oder in sonstige Weise für eine elektrische Kontaktierung zugänglich sind. Mit einer solchen Vorrichtung sind, im Zusammenwirken mit geeigneten Kontaktierungsmittels, auch elektrische Signal- bzw. Energieübertragungen möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe einer weiteren Verbesserung dieser vorbekannten Vorrichtung, insbesondere einer Verbreiterung ihrer Einsatzmöglichkeiten, zugrunde.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt besteht somit darin, Einrichtungen innerhalb des Zahnriemens bzw. der Riemenscheibe vorzusehen, über die zum einen flüssige oder gasförmige Fluide in und aus dem Zahnriemen geführt und innerhalb des Zahnriemens fortgeleitet werden können. Zum anderen dienen diese Einrichtungen in einer weiteren erfindungsgemäßen Variante dafür, magnetische und/oder elektromagnetische Energie, insbesondere Strahlung aufzunehmen und zu übertragen. Gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung wird somit das Einsatzgebiet einer Kombination aus Zahnriemen und Riemenscheibe beträchtlich erweitert und umfaßt außerhalb der bereits vorbekannten Übertragung elektrischer Energie auch die Übertragung und den Transport fließfähiger Medien bzw. Möglichkeiten für eine Daten-, Signal- und/oder Informationsübertragung.
In einer ersten zweckmäßigen Ausführungsform weist der Zahnriemen im wesentlichen in Laufrichtung orientierte Leitbahnen und mindestens abschnittweise, in dessen Zahnreihe mündende Querkanäle auf, wobei die Querkanäle beim Kämmen der Riemenscheibe mit Zuführkanälen in der Riemenscheibe einen fluiddurchlässigen Transportkanal ausbilden. Der Transportkanal stellt somit einen fluiddurchlässigen Durchlass zwischen den Zuführkanälen in der Riemenscheibe und dem Leitkanal in dem Zahnriemen dar, und bildet einen fluidleitenden Übergangskontakt zwischen Zahnriemen und Riemenscheibe aus.
In einer ersten Ausführungsvariante hierzu sind die Querkanäle bei einem Eingriff von Zahnriemen und Riemenscheibe durch innerhalb der Zahnreihen der Riemenscheibe angeordnete Stechkanülen selbstverschließend ausge- bildet. Hierbei werden beim Kämmen von Zahnriemen und Riemenscheibe fluiddurchlässige Kanülen durch das elastische Zahnriemenmaterial in die fluidleitende Leitbahn hinein eingestochen und stellen dabei die fluid- leitende Verbindung zwischen den Zuführkanälen in der Riemenscheibe und der Leitbahn im Zahnriemen her, wobei das elastische Zahnriemenmaterial bei einem Herausziehen der Stechkanülen den jeweiligen Querkanal wieder sofort und dicht verschließt.
Bei einer weiteren Ausführungsvariante sind die Querkanäle durch eine sich bei einem Eingriff von Zahnriemen und Riemenscheibe öffnende Ventilein- richtung ausgebildet, die zweckmäßigerweise als eine selbstverschließende, von der Strömungsrichtung unabhängig arbeitende Ventileinrichtung ausgebildet ist. Hierbei bewirkt das Eingreifen der Zahnreihen von Zahnriemen und Riemenscheibe das Öffnen eines mechanischen Verschlusses, der dabei fluiddurchlässig wird und bei einem Auseinandergleiten des Eingriffs von Zahnriemen und Riemenscheibe wieder selbsttätig verschlossen wird.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform weist der Zahnriemen mindestens einen im wesentlichen in Längsrichtung verlaufenden und im Bereich der Zahnung in mindestens einer ersten Lichtaustrittsöffnung mündenden ersten Lichtleitkanal auf, der in Wirkverbindung mit einem zweiten Lichtleitkanal mit einer zweiten Lichtaustrittsöffnung auf der Riemenscheibe steht. Bei einem Eingriff von Riemenscheibe und Zahnriemen ist über die Lichtleitkanäle und die gekoppelten Lichtaustrittsöffnungen Strahlungsenergie zwischen Zahnriemen und Riemenscheibe ausgetauscht.
In einer dritten zweckmäßigen Ausführungsvariante weist der Zahnriemen mindestens einen im wesentlichen in Längsrichtung verlaufenden und im Bereich der Zahnung in mindestens einen ersten Teil einer induktiven Kopplung, insbesondere eine Leiterschleife, mündenden ersten elektrischen Leiter auf, wobei die Riemenscheibe mindestens einen in eine zweiten Teil einer induktiven Kopplung, insbesondere eine Spule mündenden zweiten elektrischen Leiter enthält. Damit ist eine berührungslose induktive Signalübertragung zwischen Riemenscheibe und Zahnriemen während des Eingriffs beider Komponenten verwirklicht.
Weiterhin kann bei einer weiteren Ausführungsform der Zahnriemen mindestens eine im wesentlichen in Längsrichtung verlaufende und im Bereich der Zahnung in mindestens einem Teil einer Sender/Empfänger- Einrichtung mündende erste Signalleitung aufweisen, wobei die Riemenscheibe mindestens eine in einen zweiten Teil der Sender/Empfänger- Einrichtung mündende zweite Signalleitung enthält. Hierbei muß die Sender/Empfänger-Einrichtung nicht notwendigerweise im Bereich der Zahnung von Riemenscheibe und Zahnriemen angeordnet sein. Es genügt eine für die Übermittlung von Steuerimpulsen in ausreichender Qualität erforderliche Entfernung zwischen den Sender/Empfänger-Komponenten.
Bei einer weiteren Ausführungsform weisen die Zahnreihen von Zahnriemen und Riemenscheibe mindestens abschnittsweise eine beim Kämmen gekoppelte akustische Transducereinrichtung, insbesondere eine Trans- ducereinrichtung zur Übertragung von Ultraschallsignalen auf.
Vorteilhafterweise sind die leitfähigen und/oder aufnahmefähigen Abschnitte des Zahnriemens im wesentlichen innerhalb der neutralen Biegezone des Zahnriemens eingebettet. Dadurch wird eine minimale Biegespannung innerhalb der leitfähigen und/oder aufnahmefähigen Abschnitte mit einer entsprechenden Betriebssicherheit sichergestellt.
Die erläuterte Vorrichtung und ihre zweckmäßigen und vorteilhaften
Ausführungsformen können als Bestandteile einer übergeordneten Einrichtung für eine Übertragung mechanischer Antriebsenergie in Kombination mit einem Transport fluider Medien und/oder einer Übermittlung von Daten sein. Damit wird eine Kombination zwischen einem mechanischen Antriebs- element und einem Steuerelement geschaffen, bei dem Kraft-, Signal- und Betriebsstoffübertragung innerhalb einer mechanischen Vorrichtung vereinigt sind.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung besteht darin, dass der Riemen erste und die Riemenscheibe zweite leitfähige und/oder aufnahmefähige Abschnitte für eine Übertragung elektrischer Signale oder eines fluiden Mediums aufweisen, wobei die ersten und zweiten leitfähigen und/oder aufnahmefähigen Abschnitte derart angeordnet sind, dass sie beim Lauf des Riemens über die Riemenscheibe miteinander in Kontakt kommen und über die Riemenscheibe eine Einspeisung der elektrischen Signale bzw. des fluiden Mediums in den Riemen oder ein Abgriff der elektrischen Signale bzw. eine Abführung des fluiden Mediums aus diesem über die Riemenscheibe erfolgen kann. In den Riemen sind im wesentlichen längsverlaufende Leiter, insbesondere in Drahtform eingebettet und es weist die Riemenscheibe auf ihrem Umfang Erhebungen auf, welche so angeordnet und bemessen sind, dass sie die Leiter im Riemen bei dessen Lauf über die Riemenscheibe kontaktieren.
Insbesondere kann der Riemen auch als Flachriemen ausgebildet sein.
Der vorstehend kurz erläuterte zweite Aspekt der Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme der Fig. 1 und 2 näher erläutert werden.
Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch in einer partiellen Seitenansicht (bei Fig. 2. teilweise geschnitten) sowie einer partiellen Querschnittsdarstellung den Kontaktbereich Riemen / Riemenscheibe.
Der erste Aspekt der Erfindung soll ebenfalls anhand von beispielhaften Ausführungsformen sowie anhand der Fig. 3 bis 7 erläutert werden.
Hierbei zeigen:
Fig. 3 eine beispielhafte Anordnung aus einem Zahnriemen und einer Riemenscheibe mit gleitfähigen Abschnitten innerhalb des Zahnriemens und der Riemenscheibe;
Fig. 4a eine beispielhafte Ausführungsform eines Zahnriemens und einer Riemenscheibe mit Stechkanülen in einem getrennten Zustand;
Fig. 4b die in Fig. 4a abgebildete Ausführungsform des Zahnriemens und der Riemenscheibe in einem formschlüssigen Eingriff;
Fig. 5 eine beispielhafte, sich bei einem Eingriff von Zahnriemen und Riemenscheibe öffnende Ventilanordnung; Fig. 6 eine beispielhafte Anordnung aus zahnriemenseitigen und riemenscheibenseitigen Lichtleitkanälen und Lichtaustrittsöffnungen in einer lichtübertragenden Wirkverbindung und
Fig. 7 eine beispielhafte Anordnung aus zahnriemenseitigen und riemenscheibenseitigen Bestandteilen einer induktiven Kopplung aus Leiterschleife und Spule.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Kraft- und Bewegungsübertragung, nämlich einen Abschnitt eines über eine Riemenscheibe 11 laufenden Flachriemens 13 mit eingebetteten, in Riemenlängsrichtung verlaufenden Leiterdrähten 15. Wie die Querschnittsdarstellung des Kontaktbereiches Riemen/Riemenscheibe zeigt, ist jedem Leiterdraht 15 auf der Innenseite des Riemens 13 eine V-förmige Nut 17 zugeordnet, an deren Grund der Leiterdraht frei liegt. Der Riemen 13 hat somit, in seiner weiteren Richtung gesehen, eine zahnartige Struktur und kann in diesem Sinne auch als Zahnriemen bezeichnet werden.
In hierzu korrespondierender Anordnung weist die Riemenscheibe 11 in den Umfang eingebettete, zur Scheibenebene jeweils parallel angeordnete Leiterbereiche 19 auf, die so ausgebildet sind, dass sie beim Lauf des Riemens über die Riemenscheibe die Leiterdrähte 15 kontaktieren. Dazu haben die Leiterbereiche 19 jeweils einen im Querschnitt V-förmigen Randabschnitt 19a, der als Erhebung über den Umfang über die Riemen- scheibe 11 hinausragt und zur Form der Nuten 17 im Riemen 11 korrespondierend geformt ist.
Fig. 2 zeigt, in einer Fig. 1 entsprechenden Darstellungsart, eine weitere Übertragungsvorrichtung 20, welche eine Riemenscheibe 21 und einen Riemen 23 umfasst, welche Merkmale eines Zahn- und Flachtriebes ineinander vereinigen. Der Aufbau des Riemens 23 mit innenliegenden, längs verlaufenden Leiterdrähten 25 und diesen jeweils zugeordneten, nach innen weisenden Nuten 27 entspricht weitgehend dem Aufbau des Flachriemens 13 gemäß Fig. 1. Hierzu korrespondiert auch ein grundsätzlich ähnlicher Aufbau der Riemenscheibe 21 mit innenliegenden Leiterbereichen 29, die jeweils V-förmig zulaufende, über den restlichen Umfang der Riemenscheibe sich erhebende Randbereiche 29a aufweisen.
Die Leiterbereiche der Riemenscheibe sind hier allerdings nicht alle gleich breit.
Zusätzlich hat der Riemen 23 im mittleren Bereich innen angeordnete Zähne 31, und dementsprechend hat die Riemenscheibe 21 zentral einen Kraft- Übertragungsabschnitt 33 mit regulär über die Umfangsrichtung verteilten, der Anordnung der Zähne 31 am Riemen 23 entsprechenden und im Längsbzw. Querschnitt im wesentlichen trapezförmigen Ausnehmungen 35.
Durch die Verzahnung im zentralen Bereich von Riemen und Riemenscheibe wird eine gegenüber der ersten Ausführungsform verbesserte Kraftübertragung und Vermeidung von Schlupf zwischen Riemen und Riemenscheibe erreicht. Dies kann für die Übertragung elektrischer Signale über die leitfähigen Bereiche in Riemen und Riemenscheibe (Leiterdrähte 25 bzw. Leiterabschnitte 29) im Sinne einer verbesserten Synchronisation und damit möglichen höheren Übertragungsgeschwindigkeiten sinnvoll sein.
Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Grundanordnung aus einem Zahnriemen 100 und einer mit dem Zahnriemen in formschlüssigem Eingriff stehenden Riemenscheibe 200. Sowohl der Zahnriemen als auch die Riemenscheibe weisen aufnahmefähige und/oder leitfähige Abschnitte 300 auf, die zum Transport fluider Medien, beispielsweise von Flüssigkeiten und Gasen oder zur Übertragung von magnetischer oder elektromagnetischer Energie und zur Übertragung von Signalen dienen. Die aufnahmefähigen und/oder leitfähigen Abschnitte 300 sind bei den nachfolgend beschriebenen Aus- führungsformen entsprechend der durch sie übertragenden Medien bzw. Energieformen sehr unterschiedlich ausgebildet.
Die Übertragung der fluiden Medien bzw. der auszutauschenden Energieformen zwischen Zahnriemen und Riemenscheibe erfolgt vorzugsweise im Bereich einer Zahnung 450 des Zahnriemens 100 und einer mit dieser in Eingriff stehenden Zahnung 600 der Riemenscheibe 200. Der für die Kraftübertragung vorteilhafte formschlüssige und schlupffreie Eingriff zwischen Zahnriemen und Riemenscheibe ist somit durch eine leitfähige Verbindung für fluide Medien oder übertragene Energieformen vervollständigt, wobei die Schlupffreiheit des Eingriffs von Zahnriemen und Riemenscheibe eine sichere Fluidübertragung bzw. einen sicheren Energie- und Signaltransport ermöglicht, wie anhand der in den folgenden Figuren beispielhaft erläuterten Ausführungsformen näher beschrieben wird.
Die Figuren 4a und 4b zeigen eine erste beispielhafte Ausführungsform eines fluidübertragenden Eingriffs zwischen Zahnriemen 100 und Riemenscheibe 200 anhand stark vergrößerter Ausschnitte der Zahnungen von Zahnriemen und Zahnscheibe. Fig. 4a zeigt einen voneinander getrennten Zustand von Zahnriemen und Riemenscheibe, Fig. 4b zeigt einen formschlüssigen Eingriff zwischen einem Teil der in Fig. 4a dargestellten Zahnungen von Zahnriemen und Riemenscheibe.
Bei dieser Ausführungsform weist der Zahnriemen 100 im Inneren im wesentlichen in Längsrichtung verlaufende Leitbahnen 400 für fluide Medien auf und greift mittels einer Zahnung 450 in die Zahnung 600 der Riemenscheibe ein. Eine Reihe von durch das elastische Material des Zahnriemens verschlossenen Querkanälen 500 führt von der Leitbahn 400 nach außen zur Zahnreihe 450 des Zahnriemens. Auf der Seite der Riemenscheibe 200 sind eine Reihe von Zuführkanälen 550 ausgebildet, die zu einer Zahnreihe 600 der Riemenscheibe nach außen führen und auf ihr enden. In Abhängigkeit von den im Einzelnen vorliegenden technischen Anforderungen können die fluidleitenden Abschnitte in unterschiedlicher Anzahl auf der Riemenscheibe bzw. dem Zahnriemen angeordnet sein. Ein jedem Zahnzwischenraum zuge- ordneter fluidleitender Bereich aus Zuführkanälen und Querkanälen im Zahnriemen bzw. der Riemenscheibe ist ebenso möglich, wie ein einzelner Zuführkanal in der Riemenscheibe oder ein einzelner Querkanal im Zahnriemen. Durch eine Abstimmung der Anzahl der Querkanäle im Zahnriemen bzw. der Zuführkanäle in der Riemenscheibe kann insbesondere die Zufuhr- rate des zwischen Zahnriemen und Riemenscheibe übertragenen Fluids reguliert werden.
Wie in Fig. 4b dargestellt, wird bei einem Eingriff der Zahnreihen 450 und 650 zwischen Leitbahn 400 und Zuführkanal 550 ein fluiddurchlässiger Transportkanal 650 geschaffen, indem eine auf der Zahnreihe 450 der Zahnscheibe angeordnete Stechkanüle 700 das elastische Material des Zahnriemens 100 durchsticht und dabei den entsprechenden Querkanal 500 aufweitet oder, bei einer erstmaligen Verwendung, in dem Zahnriemen ausbildet. Bei einer Trennung der Zahnreihen 450 und 600 verschließt das elastische Zahnriemenmaterial die Querkanäle 500 und gewährleistet eine auslaufsichere Abdichtung der Leitbahn 400. Eine derartige Ausführungsform ist vor allem für niedrigere Drücke des Fluids innerhalb der Leitbahn 400 ausreichend. Für höhere Fluiddrücke sind Ventileinrichtung vorteilhaft.
Fig. 5 zeigt eine Darstellung einer beispielhaften Ventilanordnung 800. Diese besteht aus einem innerhalb des Zahnriemens 100 insbesondere innerhalb der Leitbahn 400 angeordneten äußeren Verschluss 810 mit seitlichen in die Leitbahn 400 mündenden Auslässen, einem mit einem inneren fluidleitenden Hohlraum ausgeführten Schiebestück 820, einem inneren Verschluss 830 und einer Zuführleitung 840. Das Schiebestück 820 und der äußere Verschluss werden in Ruhestellung mittels je einer Druckfeder 850 zu den Zahnreihen 450 bzw. 600 des Zahnriemens bzw. der Riemenscheibe gedrückt.
Befinden sich die Zahnreihen 450 und 600 nicht in einem formschlüssigen Eingriff, verschiebt die Druckfeder 850 das Schiebestück 820 in Richtung der Zahnreihe 600 aus der Riemenscheibe nach außen, wobei das Schiebestück 820 die Zuführleitung 840 verschließt. Hierbei wird eine Verschluss- dichtung auf seitliche Auslässe der Zuführleitung 840 geschoben und diese damit blockiert. In einer dazu entsprechenden Weise wird der äußere Verschluss durch die Druckfeder 850 innerhalb der Leitbahn des Zahnriemens 100 nach außen gedrückt und dessen seitliche Auslässe damit verschlossen. Tritt die Zahnreihe 600 der Riemenscheibe 200 mit der Zahnreihe 450 des Zahnriemens in formschlüssigen Eingriff, wird unter der Wirkung des Anpressdruckes zwischen den Zahnreihen der äußere Verschluss in der Leitbahn 400 in den Zahnriemen hineingedrückt. Weiterhin bewegt sich das Schiebestück 820 gegen die Kraft der Druckfeder 850 in die Riemenscheibe 200 hinein und gibt dabei die seitlichen Auslaßöffnungen der Zuführleitung 840 frei. Dadurch tritt das entsprechende fluide Medium, d.h. ein Gas bzw. eine Flüssigkeit aus der Zuführleitung aus, tritt in die Kavität 870 des Schiebestückes 820 ein und durchfließt den inneren Hohlraum des Schiebestückes. Das Fluid dringt dann in den äußeren Verschluss 810 der Ventileinrichtung 800 und gelangt in die Leitbahn 400.
Eine derartige Ventileinrichtung 800 bietet vor allem den Vorteil, dass diese unabhängig von der Richtung des Druckgefälles zwischen Leitbahn 400 und Zuführleitung 840 betrieben und somit sowohl zum Beschicken als auch zum Entleeren der Leitbahn 400 mit Fluid verwendet werden kann .
Fig. 6 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher elektromagnetische Strahlung, insbesondere Lichtstrahlung zwischen einem Zahnriemen 100 und einer Riemenscheibe 200 ausgetauscht werden kann. Der Zahnriemen weist dazu mindestens eine erste Lichtaustrittsöffnung 900 auf, die mit einem innerhalb des Zahnriemens verlaufenden ersten Lichtleitkanal 1000 verbunden ist. Innerhalb der Riemenscheibe 200 ist ein zweiter Lichtleitkanal 1100 angeordnet, der in eine zweiten Lichtaustrittsöffnung 1200 mündet. Die erste und die zweite Lichtaustrittsöffnung 900 und 1200 stehen sich bei einem formschlüssigen Eingriff der Zahnreihen 450 und 600 des Zahnriemens 100 bzw. der Riemenscheibe 200 unmittelbar in Wirkverbindung gegenüber, wobei Lichtsignale über die Lichtaustrittsöffnungen 900 und 1200 zwischen dem ersten und dem zweiten Lichtleitkanal 1000 und 1100 übergeben werden.
Eine induktive Kopplung zwischen den Zahnreihen 450 und 600 wird in Fig. 7 beispielhaft dargestellt. Die Figur zeigt eine Vergrößerung eines Aus- Schnittes eines Zahnriemens 100 mit einer Zahnreihe 450 und einer Riemenscheibe 200 mit einer Zahnreihe 600. Die Zahnreihe 450 weist eine elektrische Leiterschleife 1300 auf, die Teil eines elektrischen Leiters ist. Bei einem Eingriff der Zahnreihe 450 und der Zahnreihe 600 wirkt das durch die Spule 1500 erzeugte Magnetfeld auf die Leiterschleife 1300 ein und erzeugt induktiv einen Spannungsimpuls innerhalb des elektrischen Leiters 1400. Die Spule 1500 und die Leiterschleife 1300 bilden somit eine induktive Transducereinrichtung.
Die induktive Transducereinrichtung kann gegebenenfalls durch eine akustische Kopplung zwischen einem Ultraschallsender innerhalb der Zahnung 450 oder 600 und einem Ultraschalldetektor innerhalb der jeweils anderen Zahnung ersetzt werden. Hierbei ist es insbesondere möglich, die akustische Leitfähigkeit der Riemenscheibe und die bei dem Kämmen von Zahnriemen und Riemenscheibe unter einer Vorspannkraft eintretende akustische Kopplung zur akustischen Signalübertragung zu nutzen, wobei bekannte Ultraschall-Schwingquarze verwendet werden können.
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform befindet sich innerhalb der Riemenscheibe eine elektromagnetische Sender/Empfängereinrichtung, die mit innerhalb des Zahnriemens angeordneten Sendern/ Empfängern einen Signalaustausch ausführt. Eine derartige Ausführungsform ist beispielsweise in einer besonders einfachen Weise realisierbar, indem ein Mikrosender bzw. Mikroempfänger mit einer vorbestimmten Reichweite in oder an der Riemenscheibe oder dem Zahnriemen befestigt wird. Eine Integration in die Zahnung 600 der Riemenscheibe ist hierbei nicht unbedingt notwendig. Es genügt, dass die Entfernung zwischen Mikroempfänger und Mikrosender eine für die Übermittlung elektromagnetischer Impulse geeignete Entfernung aufweist.
Bezugszeichenliste für die Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung :
100 Zahnriemen
200 Riemenscheibe 300 leitfähige/aufnahmefähige Abschnitte für Fluide und/oder magnetische/elektromagnetische Energie
400 Leitbahn
450 Zahnreihe an Zahnriemen 500 Querkanal
550 Zufuhrkanal, allgemein
600 Zahnreihe Riemenscheibe
650 Transportkanal
700 Stechkanüle 800 Ventileinrichtung
810 äußerer Ventilverschluss
820 Schiebestück
830 Innerer Verschluss
840 Zuführleitung 850 Druckfeder
860 Verschlussdichtung
870 Kavität
900 erste Lichtaustrittsöffnung
1000 erster Lichtleitkanal 1100 zweiter Lichtleitkanal
1200 zweite Lichtaustrittsöffnung
für den zweiten Aspekt der Erfindung:
10 Vorrichtung zur Kraft- und Bewegungsübertragung
11 Riemenscheibe
13 Flachriemen
15 Leiterdrähte
17 Nuten 19 Leiterbereiche
19a V-förmiger Randabschnitt
20 Übertragungsvorrichtung
21 Riemenscheibe 23 Riemen Leiterdrähte nach innen weisende Nuten innenliegende Leiterbereiche Randbereiche Zähne Kraftübertragungsabschnitt trapezförmige Ausnehmungen

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Kraft- und/oder Bewegungsübertragung, umfassend mindestens einen Zahnriemen sowie mindestens eine Riemenscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen erste und die Riemenscheibe zweite leitfähige und/oder aufnahmefähige Abschnitte für eine Übertragung elektrischer Signale oder eines fluiden Mediums aufweisen, wobei die ersten und zweiten leitfähigen und/oder aufnahmefähigen Abschnitte derart angeordnet sind, dass sie beim Lauf des Riemens über die Riemenscheibe miteinander in Kontakt kommen und über die Riemenscheibe eine Einspeisung der elektrischen Signale oder des fluiden Mediums in den Riemen oder ein Abgriff der elektrischen Signale oder eine Abführung des fluiden Mediums aus diesem über die Riemenscheibe erfolgen kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Riemen im wesentlichen längs verlaufende Leiter, insbesondere in Drahtform, eingebettet sind und die Riemenscheibe auf ihrem Umfang Erhebungen aufweist, welche so angeordnet und bemessen sind, dass sie die Leiter im Riemen bei dessen Lauf über die Riemenscheibe kontaktieren.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen im wesentlichen als Flachriemen ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen nur über einen Teil seiner Breite innen angeordnete Zähne und die Riemenscheibe dazu korrespondierend nur über einen Teil ihrer Breite Vertiefungen aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Riemen auf der Innenseite den ersten und zweiten leitfähigen Bereichen räumlich zugeordnete Einschnitte zum mindestens temporären Freilegen der ersten leitfähigen Abschnitte gegenüber den zweiten leitfähigen Abschnitten beim Lauf des Riemens über die Riemenscheibe zugeordnete sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte auf der Innenseite des Riemens in Zuordnung zu den längs verlaufenden Leitern sich in Längsrichtung des Riemens erstrecken.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte mit Riemen und/oder die Erhebungen auf der Riemenscheibe im wesentlichen rechteckigen, V-förmigen oder U- förmigen Querschnitt aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten leitfähigen Abschnitte im wesentlichen Scheiben- oder scheibensegmentförmig in die Riemenscheibe eingebettet sind.
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