TRANSMISSION WITH AN ENDLESS DOUBLE-TOOTHED MEMBER MESHING WITH A RACK

Abstract: 1. Drive with an endless driving element toothed on two sides and engaging into a rack (14), at least one driving gear wheel and first deflecting elements, the driving element being guided, in the entire region of engagement with the rack, by a second deflecting element with an effective range of curvature which is large in relation to the first deflecting element, characterized in that, for use in a precision drive, the driving element is designed as a toothed chain (10), and the second deflecting element (16; 18-22; 28; 31, 32) has a constant effective radius of curvature.

Description: ANTRIEB MIT EINEM ENDLOSEN, ZWEISEITIG VERZAHNTEN UND IN EINE ZAHNSTANGE EINGREIFENDEN TREIBELEMENT Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb mit einem endlosen, zweiseitig verzahnten und in eine Zahnstange eingreifenden Treibelement, mit mindestens einemAntriebsrad und ersten Umlenkelementen gemäss Oberbegriff des Anspruchs Ein solcher Antrieb ist -grundsätzlich bereits aus der DE-PS 1 229 552 bekannt, in der eine Vorrichtung für den Transport yon randgelochten Stoffbahnen, insbesondere von endlosen Formularsätzen, beschrieben wird. Die Vorrichtung besteht dabei aus einem mit Mitnehmerdornen versehenen endlosen Transportband, das über eine zwischen Transporträdern starr angeordnete gewölbte-Brücke als Führungselement verläuft. In den Randbereichen weist die Brücke dabei einen wesentlich grösseren Radius als den der Transporträder auf. Im Mittelbereich der.Brücke ist hingegen eine geradlinig verlaufende antelfläche vorhanden. Aus dem DE-GM 1 780 079 ist ferner eine zweiseitige Zahn-' kette bekannt, die als Übertragungselement zwischen verschiedenen Zahnrädern dient. Bei solchen Zahnketten ist de r - Zahnilankenwinke 1 eine Funktion des, Krummungsradius der Zahnkette. Würde eine solche Zahnkette über die weiter oben beschriebene Brücke der bekannten Vorrichtung geführt, so würden sich im Mittelbereich mit seinem geradlinigen Verlauf und in den Randbe- reichen mit den relativ grossen Krümmungsradien unter schiedliche Flankenwinkel der Zahnkette einstellen. Damit ergäben sich zwangsläufig Probleme bezüglich der als Gegenprofil dienenden Zahnstange, us, dem DE-PS 2 910 373 ist ein sehr präzise arbeitender Zahnriemen bekannt--;- dessen Einsatzgebiet jedoch im wesent lichen auf kleinere und leichtere Maschinen bzw. Maschinen- teile beschränkt ist, wobei die systembedingte Elastizität nicht stört. Aus der US-PS 3 824 871 ist ferner eine Vorrichtung be kannt, bei der ein Behälter mittels eines über Settenzahn- räder bewegten Kettentriebes ur eine Hin- und- Herbewegung versetzt- wird, um Schtittguter relativ gleichmässig in einem Speicher zu verteilen. Eine Präzisionsbewegung und präzisions positionierung lässt sich mit dieser bekannten Vorrichtung x nicht erzielen. Insbesondere bei einem Wechsel der Bewegungs- richtung stört das bei dieser bekannten-Vorrichtung erfor derliche Spiel zwischen den miteinander im Eingriff stehen den Elementen. Aus der DE-OS 1 425 748 ist eine andere Vorrichtung bekannt, die ebenfalls eine Umwandlung einer drehenden Bewegung in eine-hin- und hergehende Bewegung gestattet und insbesondere als Changiervorrichtung für Spuleinrichtungen verwendet werden solle Auch hier ist eine Präzisionsbewegung weder möglich noch erforderlich. In der DE-OS 2 619 021 wird eine Bewegungsschraube be schrieben, die insbesondere der Fernsteuerung fast wider standslos beweslicher Geräte teile dient. Die Drehung des Motors wird über einen Zahnriemen von der Zahnscheibe auf eine Trommel-übertragen, die ihrerseits mit der Schraube verbunden ist. Eine stärkere Untersetzung er fordert einen entsprechend grossen Trommeldurchmesser, bei welchem Interferenzen der Zahnteilung den Eingriff der Zaline stören- können. Um dem zu begegnen, sind zwei sei-tlich angeordnete Führungsrollen vorhanden, welche den Eingriffs bogen des Zahnriemens auf einen relativ kleInen Winkel be grenzen. Aus der'DE-AS 2 723 062 schliesslich ist eine mechanische Verstellvorrichtung für Verstellschlitten bekannt, die einer seits ohne zusätzliche Einrichtung mit Selbsthemmung arbeitet, andererseits aber keinerl-ei aufwendige Bearbeitung des ange triebenen Getriebeteils erfordert. Es handelt sich dabei um eine intermittierend arbeitende Verstelleinrichtung, die bei gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit des Zahnrades eine Bewegungsphase und eine Ruhephase der vom Zahnrad angetrie- benen Zahnstange in jeweils wechselnder Folge ermöglicht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Präzisions antrieb zu schaffen, - der einfach aufgebaut ist und aufgrund seiner Steifigkeit'auch für schwerere Maschinen zum Einsatz kommen kann. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit -Hilfe der kenn- zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Auf diese Weise wird innerhalb des Eingriffsbereichs eine konstante Krümmung im Verlauf der Zahnkette und damit ein exakt gleichbleibender Flankenwinkel der Zähne der Kette gewährleistet. Dies ist Voraussetzung für ein spielfreies Eingreifen der einander zugeordne ten Teile und damit auch für einen sowohI-in einer ersten Richtung als auch in einer Gegenrichtung präzise arbeitenden Antrieb zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Zahnkettenantrieb mit einer federbelasteten Führungskufe, Fig. 2 einen Zahnkettenantrieb mit einer Vielzahl von Zahnrädern, -die ins gesamt an der Eingriffsstelle zwischen Zahnkette und Zahnstange eine Führung mit grossem Krümmungsradius für die Zahnkette bilden, Fig. 3 eine Anordnung gemäss Fig. 2 mit der Führung der Zahnkette im Eingriffs bereich''dienenden Zahnrädern in mehre ren Spuren, Fig. -4 eine aus Stützkörper, Wälzkörpern und Polyamid- bzw. flexiblem Stahl mantel gebildete Führung für¯die Zahnkette im Eingriffsbereich, Fig. 5 als Führungskörper für die Zahn kette im EingriffsbereichIdienen des Paar von kegel- bzw. kegel stumpfförmigen Stützrädern, Fig: 6 eine Zwillingsanordnuigvon Stütz räderpaaren gemäss Fig. 5, Fig. 7 eine Portalanordnung mit zwei Zahn kettenantrieben, die über eine ge meinsame Welle miteinander verbun den sind und Fig. 8 eine nach dem Baukastenprinzip- auf gebaute Zahnstange für den Eingriff der Zahnkette. In Fig. 1 wird eine Zahnkette 10 über ein Antriebsrad 11 und zwei erste Umlenkelemente in Gestalt von Umlenkzahnrädern (Triebstockverzahnung) geführt. Eine solche Zahnkette 10 setzt sich aus einer Vielzahl von Einzellaschen zusammen, die völlig symmetrisch aufgebaut sind und deren Schw=kpunkt demnach mittig liegt. Dadurch verändern sich aber die Flankenwinkel der einzelnen Laschen beim Verschwenken. Im Eingriffsbereich der Zahnkette 10 muss daher eine ganz bestimmte Verschwenkung mit zugehörigem Flankenwinkel vorliegen, soll ein guter Eingriff gewährleistet sein. Eine solche Zahnkette 10 ermöglicht eine hohe Kraftübertragung und einen hohen Wirkungsgrad bei geringer Gelenkabnützung, da infolge der Wiegegelenke eine rollende Reibung gegeben ist. Daraus ergibt sich auch ein ruhiger Lauf, selbst bei hohen -Geschwindigkeiten. Bin weiterer- Vorteil sind die geringen rotierenden Massen. Im in. griffsbereich 13 zwischen Zahnkette 10 und Zahnstange 14 wird die Zahnkette mittels einer Führungskufe 15 mit einem Führungsprofil 16 mit grossem Krümmungsradius derart in das Profil der Zahnstange 14 hineingedrückt, dass ein grosser Uberdeckungsgrad und eine spielfreie Führung erreicht werden. Die Führungskufe 15 steht dabei unter der Wirkung einer Feder 17, die die Führungskufe 15 gegen die Zahnkette 10 und diese wiederum gegen das Profil der Zahnstange 14 druckt. Durch das Fuhringsprofil 16 mit grossem Krümmungsradius wird der bereits zuvor erwähnte grosse Uberdeckungs grad im Eingriffsbereich 13 der Zahnkette 10 erreicht. Während ein solcher grosser Uberdecknngsgrad normalerweise nur mit sehr grossen¯Umlenkelementen erreichbar ist, die dann auch einen. entsprechenden Ratzbedarf haben, werden im vorliegenden Fall gleichzeitig ein grosser Krümmungsradius mit den sich daraus ergebenden Vor- teilen und eine relativ kleine' Baugrösse erzielt'. Zwischen dem Führungsprofil 16 der Führungskufe 15 und der Zahn- kette 10 wird die Reibung durch'an sich bekannte Schmiermittel im ausreichenden Mass herabgesetzt. Die Aufgabe der Führungskufe 15 kann ein Stützrad übernehmen, wobei das Stützrad einen elastischen Umfangsbereich auf-' weisen kann, der bei Bedarf mit einem flexiblen Stahlbandmantel oder einem faserarmierten Kunst stoffmantel umgeben ist, um den Verschleiss herab zusetzen. Anstelle der Ffihrungskufe 15 gemäss Fig. 1 kann Jedoch auch - wie in Fig. 2 dargestellt - eine Vielzahl von:ZnEnvädern 18 bis 22 mit jeweils kleinem Krümmungsradius so zueinander angeordnet werden, dass sie insgesamt eine Hüllkurve 23 mit grossem Erüm- mungsradius bilden. Das jeweils erste Zahnrad 24 bzw. letzte Zahnrad 25übernimmt dabei die Funktion eines Umlenkrades für die Zahnkette 10. Durch diese Anordnung bildet der Kettenantrieb insgesamt in der Seitenansicht im wesentlichen ein Dreicck, das aus den beiden als Umlenkzahnrädern dienenden Zahnrädern 24 und 25 so wiedem Antriebsritzel 11 gebildet wird. Im Eingriff bereich 13 zwischen Zahnkette 10 und Zahnstange 14 wird dabei die Zahnkette 10 mit einem grossen Erüm- mungsradius mit der Zahnstange 14 in Eingriff gehal-ten. Die sich daraus ergebenden Vorteile wurden bereits weiter oben erwähnt. In Fig. 3 wird eine Anordnung gemäss Fig. 2 darge 'stellt', bei der-die -einzelnen Zahnräder 18 bis 22 in mehreren Spuren angeordnet und von-Spur zu Spur so gegeneinander versetzt sind, dass die Hüllkurve weitgehend lückenlos von den Zahnrädern 18 bis 22 gebil det wird. Die Führung der Zahnkette 10 wird dadurch weiter verbessert. In Fig. 4 wird die gewünschte'Sührung der Zahnkette 10 im Eingriffsbereich 13 mit der Zahnstange 14 durch einen Stützkörper 28 mit entsprechender -Formgebung erreicht, der zur Verminderung der Reibung mit Wälzkörpern 29 umgeben ist, die unter Zu hilfenabme eines Mantels 30 als Polyamid oder flexib iem Stahl auf dem Stützkörper 28 gehalten werden, wobei der tel 30, sich auf dem Stützkörper 2,8 abwälzen kann. Zu beiden Seiten des Führungskörpers 28 sind Umlenkzahnräder 26 und 27 vorhanden, von denen eines gleichzeitig die Funktion eines Antriebsritzels übernimmt. Um gewisse Höhenschwankungen beim Befahren der vorgegebenen Wegstrecke auszugleichen, kann der Fuhrungskörper 28 in der Höhe beweglich gelagert werden. In diesem Fall wird die Spannung der Zahnkette 10 bei etwaigen Höhenschwankungen praktisch nicht beeinflusst, da der Längenänderung-des einen Trums der Zahnkette 10 eine entsprechende umgekehrte tängenänderung des anderen Trums zugeordnet ist. Die Zahnkette 10 kann auch direkt auf dem Stützkörper 28 geführt werden. Die Wälzkörper dienen lediglich einer Verminderung der Reibung. Der Mantel 30 kann auf der der Zahnkette 10 zugewandten Seite ein Zahnprofil aufweisen. Es kann auch gem. Fig. 5 ein Paar von kegel- bzw. kegelstumfförmigen Stützrädern 31 bzw. 32 vorge sehen werden, die die Zahnkette 10 im Eingriffsbereich 13 mit der Zahnstange 14 mit relativ grossem Erummungsradius in das Profil der Zahnstange 14 hineindrücken. Ähnlich wie bereits zuvor im Zusammenhang mit anderen Figuren beschrieben, -können auch hier mehrere solcher Stützräder 31 bzw. 32 in Bewegungsrichtung der Zahnkette 10 hintereinander angeordnet werden. Die Rotationsachsen 33 und 34 der Stützräder 31 und 32 werden dabei derart unter einem spitzen,Winkel zueinander angeordnet, dass die zwei einander nahezu berührenden Mantellinien auf der der Zahnkette -1ö zugewandten Seite praktisch eine gemeinsame Gerade bilden. Wie in Fig. 6 dargestellt, können die Führungsräder 31 und 32 auch in Bezug auf das obere bzw. untere Trum der Zahn kette 10 zu als Zwillingsausführung angeordnet werden, so dass zum Führungsrad 31 ein entsprechendes Führungs- rad 31 a und zum Führungsrad 32 ein entsprechendes Führungsrad 32 a gehört, deren Rotationsachsen 33 a und 34 a den gleichen Winkel miteinander bilden wie die Rotationsachsen 33 und 34. In Fig. 7 ist eine Portalausführung dargestellt, bei der die -Zahnkette -10 über Umlenkrollen 42 bzw. 52 und -Antriebsritzeln 41 bzw. 51 geführt wird, wobei die Antriebsritzel 41 und 51 über eine gemeinsame Welle 43 miteinander verbunden sind. Durch eine solche Anordnung wird eine gleichmässige Bewegung beider Zhnkettenantriebssysteme gewährleistet und damit die Gefahr eines Verkantens des Portals 44 -ver- mleden. Der Aufbau der Zahnstange 14-ist auch nachdem Baukastenprinzip möglich. Zu diesem Zweck wird der untere Teil 35 der Zahnstange 14 in vorgegebener Teilung mit Aufnahmenuten 36 versehen, die quer zur Längserstreckung der Zahnstange 14 verlaufen und recht'eckig, dreieckig oder auch halbrund sein können. In diese Nuten 36 werden feingeschliffene ZylinderbÏlzen 37 eingelegt', woraufhin die Zylinderbolzen 37 mittels einer Spannpratze 38 mit dem Unterteil 35 der Zahnstange 14 verschraubt werden. In Abwandlung der oben beschriebenen Anordnung könnten die Zylinderbolzen 37 selbstverständlich auch einseitig in Bohrungen mit leichtem Presssitz aufgenommen werden und lediglich auf der anderen Seite in Quernuten 36 mittels einer Spannpratze 38 gehalten werden. Eine solche Ausgestaltung der Zahnstange 14 bietet eine grosse Flexibilität in der Herstellung bei relativ geringen Kosten und bietet darüber hinaus den Vorteil, dass etwa verschlissene Abschnitte der Zahnstange 14 mit nur geringem Aufwand erneuert werden können.

Claims: Patentansprüche: 1. Antrieb mit einemendlosen, zweiseitig verzahn ten und in eine Zahnstange eingreifenden Treibelement, mindestens einem Antriebszahnrad und ersten Umlenkele menten, wobei das Treibelement im gesamten Eingriffsbe reich mit der Zahnstange von einem zweiten Umlenkelement mit einem gegenüber dem ersten Umlenkelement grossen wirk samen Krümmungsradius geführt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Anwendung bei einem Präzisionsantrieb das Treibelement als Zahnkett'e (10) ausgebildet ist und das zweite Umlenkelement (16, 18 bis 2O,'28, 31, 32) einen gleichbleibend grossen wirk- ' sameq; I(rümmungsradius sufweist. 2. Antrieb nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das zweite Umlenkelement aus einer Vielzahl von in die Zahnkette eingreifenden Zahn rädern (18 bis 22) mit jeweils kleinem Krümmungsradius -im Eingriffsbereicn (13) der Zahnkette (10) besteht, die insgesamt eine Hüllkurve mit groBem Krümmungsradius bilden. 3. Antrieb nach Anspruch 2, d a d u'r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zahnräder (18 bis 22) mit jeweils kleinem Krümmungsradius mehrspurig nebenein anker und von Spur zu Spur gegeneinander versetzt ange ordnet sind. 4. Antrieb nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n-z e i c h n e t , dass das zweite Umlenkelement (28) von Wälzkörpern (29) umgeben ist, die ihrerseits von einem Mantel (30) aus Polyamid oder verformbarem Stahl umgeben sind. 5. Antrieb nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das zweite Umlenkelemeat ein Stfitzkörper (28) mit' einem Rollenumlaufsch,uh mit gewölbter Iauffläche ist. 6. Antrieb nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das zweite Umlenkelement als elastisches Stützrad mit einem Aussenmantel aus Stahlband oder faserarmiertem Kunststoff ausgebildet ist.

Inventors: KUSPERT, MAX, Küspert, Max
Applicants: KIRSCHBAUM TH HAMUEL WERKZEUG
Application year: 1985
Main classification: F16H19
IPC codes: F16H7, F16H19, B23Q5