ПРИВОДНОЙ И/ИЛИ ОГИБНОЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ЦЕПИ ТРАНСПОРТЕРА ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ЛЮДЕЙ И ЦЕПНАЯ СИСТЕМА
DRIVE AND/OR ENVELOPE ELEMENT FOR FUNICULAR HAULAGE CHAIN FOR PEOPLE CONVEYANCE AND CHIN SYSTEM

Изобретение относится к приводному и/или огибному элементу для цепи, в частности приводной и/или транспортной цепи непрерывного транспортера для перевозки людей или пассажиров вместе с их ручным багажом.
Цепи используются сегодня в машиностроении и производстве промышленного оборудования в бесчисленных вариантах, например в качестве приводных цепей непрерывных транспортеров для перевозки людей, в частности в эскалаторах или движущихся тротуарах.
При этом приводные элементы приводят в движение цепь или ступенчатую цепь, или платформенную цепь в направлении вращения, тогда как огибные элементы посредством вращения переводят друг в друга свои участки поступательной траектории. Предпочтительно, однако необязательно, приводные и огибные элементы представляют собой при этом одно и то же и выполнены, например, в виде звездочек или шкивов с клиновым ручьем. Ниже говорится поэтому кратко об элементах зацепления, которые находятся в геометрическом и/или силовом замыкании с цепью или ступенчатой цепью и приводят ее в движение и/или изменяют ее направление.
Такие элементы зацепления вызывают колебания скорости цепи как в продольном направлении (т.е. в направлении движения цепи), так и в нормальном к нему поперечном направлении из-за так называемого эффекта многоугольника. Он возникает из изменения направления отдельных звеньев цепи при заходе на звездочку или элемент зацепления. При этом они внезапно испытывают ускорение поперек или перпендикулярно направлению движения цепи, поскольку отдельным звеньям цепи резко сообщается импульс вращения, что приводит к ударам или толчкам на входе. На выходе этот импульс вращения вызывает, напротив, накатывание цепи в направлении вращения элемента зацепления.
Для более глубокого понимания эффекта многоугольника, который из-за созданных колебаний является главным источником шумообразования цепей, способствует их износу и при перевозке людей ощущается как неприятная неравномерность движения, следует сослаться на соответствующую специальную литературу, например публикацию Р.Fritz: Dynamik schnelllaufender Kettentriebe, VDI-Verlag, 1998, на которую полностью дана ссылка.
500
500
500
Проще говоря, в частности, пренебрегая геометрией контакта, эффект многоугольника можно пояснить с помощью фиг.1. У традиционного элемента зацепления, схематично изображенного на фиг.1, цепь 200 заходит по касательной на делительную окружность 500 таким образом, что валики 300 цепи движутся по делительной окружности 500 с радиусом R. Если, как показано на фиг.1 в идеальном виде, один валик в обозначенной штрихпунктиром вертикальной плоскости первый раз входит в зацепление с элементом 100, то он, начиная с этой точки, принудительно направляется со скоростью v=R×ω, где ω обозначает постоянную скорость вращения элемента зацепления. Его скорость L=v×cos(α) в продольном направлении грузовой ветви (в плоскости фиг.1 горизонтально) уменьшается с возрастанием угла α. В соответствии с этим грузовая ветвь движется также с этой уменьшающейся скоростью L, пока следующий валик 300 не войдет в зацепление и резко не ускорится до v. Таким образом, возникает периодически колеблющаяся скорость L=R×cos(α) ветви цепи.
500
500
510
Во избежание эффекта многоугольника в WO 00/07924, как схематично показано на фиг.2, предложено непрерывно переводить валики 310 цепи с меньшей активной окружности (на фиг.2 обозначена пунктиром), на которую по касательной заходит цепь 210, по частично искривленной направляющей шине (не показана) на большую делительную окружность 510 (на фиг.2 обозначена штриховой линией). Если, проще говоря, радиус r, на котором направляется заходный валик 310 цепи, изменяется в соотношении r(α)=R/cos(α), то этим можно изобразить постоянную скорость v=R×ω ветви цепи, тогда как скорость w валика соответственно повышается непрерывно до w=R×ω.
Элемент зацепления выполнен при этом в виде звездочки 110 с постоянной делительной окружностью 510. Недостатком является то, что ролики цепи в зоне искривленной направляющей шины приподнимаются от дна впадины между зубьями звездочки, т.е. смещаются относительно элемента зацепления по делительной окружности, что приводит к шумообразованию и преждевременному износу. Для пояснения на фиг.2 показано состояние зацепления, в котором валик 310 цепи входит в самое низкое место на дне впадины между зубьями. В упрощенном виде начинающимся раньше из-за реальной геометрии контакта зацеплением можно пренебречь, что не оказывает влияния на основополагающие принципы. Как видно в незаполненных впадинах между зубьями в левой части фиг.2, валик 310 смещается с меньшей активной окружности на большую делительную окружность 510 и скользит при этом в высоту в противоположность зубьям звездочки 110.
Задачей изобретения является, поэтому создание приводного и/или огибного элемента для цепи или ступенчатой цепи или платформенной цепи, который не имел бы эффекта многоугольника и/или создавал бы лишь небольшой толчок и предотвращал бы вышеперечисленные недостатки.
Эта задача решается посредством элемента зацепления по п.1 формулы.
Согласно изобретению, элемент зацепления или звездочка имеет первую и вторую делительные окружности разных диаметров таким образом, что попеременно первые валики цепи на первой делительной окружности и вторые валики цепи на второй делительной окружности входят или находятся в зацеплении с элементом зацепления.
Это относится к произвольно заданной последовательности валиков цепи, которые попеременно или смешанно могут входить в зацепление с элементом зацепления.
Преимущественно в зацепление входят первый валик цепи на первой делительной окружности, а следующие валики - на второй делительной окружности (последовательность 1-2-1-2…).
Возможно также, чтобы не только первый, но и один или несколько последующих валиков цепи входили в зацепление на первой делительной окружности и лишь потом один или несколько последующих валиков на второй делительной окружности. У двух следующих валиков на первой делительной окружности и двух последующих за ними валиков на второй делительной окружности это дает последовательность 1-1-2-2-1-1-2-2… Аналогичным образом три следующих валика на первой делительной окружности и три последующих за ними валика на второй делительной окружности дают последовательность 1-1-1-2-2-2-1-1-1-2-2-2… Конечно, возможны также неправильные последовательности, где, например, за двумя следующими валиками на первой делительной окружности следует только один валик на второй делительной окружности (последовательность 1-1-2-1-1-2…) или наоборот, где за одним валиком на первой делительной окружности следуют два валика на второй делительной окружности (последовательность 1-2-2-1-2-2…). При знании настоящего изобретения возможна любая другая последовательность или комбинация первых и вторых валиков цепи, устраняющая эффект многоугольника.
Этот принцип аналогично принципу из WO 00/07924 в сильно упрощенном виде изображен на фиг.3. Если валик 3А входит в зацепление на внешней делительной окружности 6, то возникает тот же эффект, что и в WO 00/07924, т.е. последующий валик 3В втягивается из-за меньшего радиуса делительной окружности с такой же скоростью L грузовой ветви. Если этот валик 3В цепи входит в зацепление с элементом зацепления, то он остается, в отличие от WO 00/07924, на меньшей делительной окружности 5. Поскольку, однако, следующий валик 3C цепи также заходит на большую делительную окружность 6, он приобретает дополнительно к своей общей скорости вертикальную составляющую, так что его общая скорость, т.е. скорость, с которой втягивается грузовая ветвь, возрастает. В результате поясненное со ссылкой на фиг.1 уменьшение скорости грузовой ветви можно компенсировать за счет продольной составляющей скорости валика 3В цепи. Валик 3C ускоряется при этом до окружной скорости большей делительной окружности 6 и заходит затем на нее (на фиг.3 показано схематично).
В то время как в WO 00/07924, следовательно, каждый валик цепи входит в зацепление сначала на меньшей активной поверхности, а затем скользит во впадине между зубьями на большую делительную окружность, согласно изобретению валики цепи заходят попеременно на разные делительные окружности. Они поэтому не проскальзывают относительно элемента зацепления или звездочки наружу или в высоту, а остаются на разных делительных окружностях, что уменьшает износ и истирание, как и шум из-за относительного движения между валиками цепи и элементом зацепления.
В одном предпочтительном варианте валики цепи опираются при этом во время всего изменения направления на дно впадины между зубьями выполненного в виде звездочки элемента зацепления. Это вызывает не только более стабильное ведение цепи, но и демпфирует и уменьшает ее вертикальные и горизонтальные колебания.
За счет уменьшения или устранения эффекта многоугольника сильно улучшаются шумовая характеристика и характеристика износа цепного привода с элементами зацепления согласно изобретению. Поскольку эффект многоугольника приблизительно пропорционален шагу цепи (расстоянию между валиками цепи), то благодаря уменьшению или устранению эффекта многоугольника могут быть реализованы также большие шаги или меньшие диаметры элементов зацепления или диаметры звездочек. У звездочек их диаметр пропорционален числу зубьев, т.е. прямо пропорционален шагу: большие шаги соответствуют, следовательно, меньшему числу зубьев, что обеспечивает более простые или проще изготавливаемые звездочки. Таким образом, возникают преимущества в отношении материальных затрат, изготовления и серийного производства.
Предпочтительно валики цепи известным самим по себе образом содержат установленные с возможностью вращения ролики или стальные, или пластмассовые ролики, или втулки, посредством которых они входят в зацепление с элементом зацепления. Если ниже речь идет о валиках цепи, то под ними в равной мере подразумеваются окружающие их ролики или втулки, которые благодаря трению качения вместо трения скольжения способствуют уменьшению трения и износа.
Как уже сказано при пояснении основополагающего принципа, элемент зацепления в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения выполнен в виде звездочки с зубчатым венцом, причем валики цепи входят во впадины между зубьями звездочки. Это обеспечивает надежное, с геометрическим замыканием, зацепление между валиками цепи и элементом зацепления. Предпочтительно зубчатый венец имеет тогда первые впадины между зубьями на первой делительной окружности и вторые впадины между зубьями на второй делительной окружности. Это относится к произвольно заданной последовательности впадин между зубьями, которые могут быть расположены попеременно или смешанно в произвольном порядке.
В равной мере элемент зацепления в одном альтернативном варианте может быть выполнен также в виде пары шкивов с клиновым ручьем, причем валики цепи вступают в контакт с силовым замыканием со шкивами. Для изображения разных делительных окружностей шкивы с клиновым ручьем могут иметь первые участки с первым углом клина и вторые участки с отличным от него вторым углом клина, причем первая делительная окружность образована точками контакта первых валиков цепи с первыми участками, а вторая делительная окружность образована точками контакта вторых валиков цепи со вторыми участками. Шкивы с клиновым ручьем требуют, правда, минимального прижимного усилия для создания необходимого силового замыкания, однако обеспечивают, с другой стороны, плавное регулирование различных радиусов изменения направления и соотношений с другими приводными блоками без дополнительных редукторов или ступенчатых передач.
Согласно изобретению предусмотрены, по меньшей мере, две разные делительные окружности, на которые набегают валики цепи. Элемент зацепления, согласно изобретению, может иметь, однако, третью делительную окружность таким образом, что в зацеплении с элементом зацепления находятся первые валики цепи на первой делительной окружности, вторые валики на второй делительной окружности и третьи валики на третьей делительной окружности. Третья и другие делительные окружности представляют собой, таким образом, промежуточные ступени, которые обеспечивают более мелкий шаг цепи с сохранением основного принципа чередующихся делительных окружностей.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения элемент зацепления содержит первый и/или второй направляющий рельс, который направляет соответственно первые и вторые валики цепи соответственно на первой и второй делительных окружностях. В частности, направляющий рельс, который направляет валики цепи на большей делительной окружности, придает им дополнительную вертикальную скорость перпендикулярно продольной скорости и компенсирует этим уменьшающуюся продольную составляющую предыдущего валика цепи. В равной мере валики цепи могут направляться на соответствующие делительные окружности также только самим элементом зацепления, например впадинами между зубьями звездочки, причем тогда в зависимости от геометрии остается небольшой эффект многоугольника, который, однако, заметно уменьшен по сравнению с традиционными системами. Проскальзывание валиков цепи относительно элемента зацепления может быть при этом предотвращено.
Такое относительное проскальзывание в зависимости от геометрии контакта необязательно должно быть полностью предотвращено, однако за счет наличия разных делительных окружностях принципиально уменьшено.
В другой модификации данного предпочтительного варианта первый и второй направляющий рельс направляют соответственно первые и вторые валики цепи соответственно на первой и второй делительных окружностях, пока они не войдут в зацепление с элементом зацепления. Таким образом, можно избежать или, по меньшей мере, уменьшить накатывание цепи. Дополнительно и здесь уменьшается или полностью устраняется проскальзывание валиков цепи относительно элемента зацепления.
Поясненный выше заход валиков цепи на делительные окружности реализован у элемента зацепления предпочтительно известным самим по себе образом за счет того, что первые и/или вторые валики цепи движутся соответственно по первому и второму направляющему рельсу. В одной особенно предпочтительной модификации изобретения предусмотрена составная в плоскости движения цепи направляющая, причем первая половина образует первый направляющий рельс, а противоположная ей вторая половина - второй направляющий рельс. Первые валики цепи имеют на обращенной к первой половине стороне больший диаметр, в частности, для первого ролика цепи, и движутся, тем самым, по первому направляющему рельсу, тогда как аналогичным образом вторые валики цепи на противоположной стороне имеют меньший диаметр, в частности, для второго ролика цепи и движутся, тем самым, по второму направляющему рельсу.
Во избежание дополнительных возбуждений в вертикальном или перпендикулярном направлении элемент зацепления выполнен преимущественно таким образом, что цепь заходит по касательной на первую и/или вторую делительную окружность, и/или по касательной сходит с первой и/или второй делительной окружности.
Другие задачи, признаки и преимущества изобретения приведены в формуле и примерах его осуществления. На чертежах изображают:
- фиг.1: схематично эффект многоугольника у традиционного элемента зацепления;
- фиг.2: схематично звездочку из уровня техники, у которой эффект многоугольника ослаблен при проскальзывании валиков цепи во впадинах между зубьями;
- фиг.3: соответствующий фиг.1 и 2, упрощенный вид сбоку элемента зацепления, согласно одному варианту осуществления изобретения;
- фиг.4: схематичный вид сбоку звездочки, согласно другому варианту осуществления изобретения;
- фиг.5А, 5В: звездочку из фиг.4 в перспективе с первой и второй направляющими шинами, частью цепи и дополнительной звездочкой на другом конце цепи.
Ниже изобретение более подробно поясняется с помощью звездочки. В равной мере оно может быть также реализовано и посредством других элементов зацепления, в частности уже упомянутых пар шкивов с клиновым ручьем, пар тороидов или аналогичных передач или деталей машин.
На фиг.4 с одной стороны изображен элемент зацепления в виде звездочки 1. Противоположная сторона также показана в незаполненном очертании.
Звездочка 1 отклоняет цепь 2 между верхней грузовой и нижней холостой ветвями на 180° и приводит ее в движение посредством привода (не показан), элемента зацепления. Углы отклонения и обхвата, как и направление захода и схода, обозначены чисто в качестве примера; само собой, посредством элемента зацепления могут быть реализованы также другие углы и направления.
Звездочка имеет первую 5 и вторую 6 делительные окружности разных диаметров. В данном примере диаметр второй делительной окружности наибольший. Звездочка может быть выполнена, например, в виде эвольвентного зубчатого венца 7 с переменной глубиной впадин между зубьями, причем первые впадины 8А, 8С между зубьями образуют первую делительную окружность 5, а вторые впадины 8В, 8D - вторую делительную окружность 6, которые выполнены на отличном радиальном расстоянии от оси или центра звездочки, в остальном, однако, с аналогичной или одинаковой геометрией зубчатого венца (например, в отношении подреза, округления головки и т.п.).
Цепь 2 содержит валики с установленными с возможностью вращения или скольжения или поворота на них роликами или полозьями 3А, 3В, 3С, 3D, соединенными между собой посредством пластин или звеньев 4. При этом первые валики 3А, 3С содержат только ролики на первой стороне, тогда как чередующиеся с ними вторые валики 3В, 3D - ролики только на второй стороне.
За счет первого направляющего рельса 9, который расположен на первой стороне от средней продольной плоскости цепи и элемента зацепления (на фиг.4 показана ниже ее плоскости и поэтому в общих чертах) и по которому движутся первые валики 3А, 3С, эти первые валики подаются по касательной к первой делительной окружности 5 и, начиная с вертикальной средней плоскости элемента 1 зацепления, находятся в зацеплении с ним.
5
5
Они приобретают при этом постоянную окружную скорость v=R×ω, где R обозначает радиус первой делительной окружности 5, а ω - скорость вращения звездочки 1.
6
6
Аналогичным образом на противоположной второй стороне средней продольной плоскости рядом с элементом 1 зацепления расположен второй направляющий рельс 10, по которому движутся вторые валики 3В, 3D, подаваемые по касательной ко второй делительной окружности 6, так что они, начиная с вертикальной средней плоскости элемента 1 зацепления, находятся в зацеплении с ним. Они приобретают при этом постоянную окружную скорость v=R×ω, где R обозначает радиус второй делительной окружности.
В другом варианте осуществления изобретения (не показан) валики 3А, 3В, 3С, 3D содержат внутри пластин 4 сплошные или составные ролики. Первые валики 3А, 3С выдаются в первую сторону, а вторые валики 3В, 3D - во вторую сторону. Пластины 4 - попеременно внутри по одному ролику. Они движутся на расположенных там первом 9 и втором 10 направляющих рельсах.
В изображенном примере чередующиеся первые 8А, 8С и вторые 8В, 8D впадины между зубьями снабжены первыми 3А, 3С и вторыми 3В, 3D валиками или роликами. Они посредством направляющих шин 9, 10 входят в зацепление по касательной к соответствующей делительной окружности без проскальзывания или сдвига затем во впадинах между зубьями. Они опираются предпочтительно непрерывно на дно впадины между зубьями и уменьшают, таким образом, перпендикулярные или вертикальные колебания вперед или назад относительно направления движения цепи 2.
Как уже принципиально пояснялось со ссылкой на фиг.3, внутренние валики 3А, 3С за счет соответственно предыдущих внешних валиков 3В, 3D втягиваются с постоянной продольной скоростью по первому направляющему рельсу 9 в звездочку, поскольку предыдущие внешние валики 3В, 3D отклоняются на внешней делительной окружности 6. Наоборот, внешние валики 3В, 3D, попадая на внешнюю делительную окружность 6, ускоряются также в перпендикулярном направлении, так что их общая скорость вдоль направляющего рельса (рельс) остается постоянной, хотя продольная составляющая тянущих их внутренних валиков 3А, 3С уменьшается по мере увеличения вращения звездочки.
Таким образом, предотвращается или сильно уменьшается эффект многоугольника.