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Das
technische Gebiet der vorliegenden Erfindung betrifft Vorrichtungen
zum Antrieb einer Last mit geringem oder ohne Spiel zwischen Motor
und Last.
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Wenn
eine Last in Bewegung versetzt wird, und insbesondere in Drehung,
ist es notwendig, die Spiele zwischen der genannten Last und dem
Antriebsmotor auf das Minimum zu reduzieren, um eine präzise Positionierung
der Last in Bezug auf eine gegebene Referenz zu erzielen. Dieses
Problem gewinnt bedeutend an Schärfe
im Bereich des Richtens der Drehtürme, die eine Waffe in gepanzerten
Fahrzeugen tragen.
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Verschiedene
Prinzipien zum Auffangen der Spiele sind in diversen Zweigen der
Technikbekannt und verwendet.
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Zur
Illustration wird das Patent FR-2221981 zitiert, welches zwei unabhängige und
leicht gegen wirkende Ketten vorschlägt, um die Probleme des Spiels
zu unterdrücken,
aber indem zwei Motoren verwendet werden. Das ist der hauptsächliche
Nachteil dieser Vorrichtung.
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Im
Patent FR-2538136 wurde vorgeschlagen, die Regelungs-Kette von der
Elastizität
des Antriebes so freizugeben, dass der Antrieb vergleichbar ist
mit dem Fall eines direkt an die Last gekuppelten Drehmoment-Erzeugers.
Bei dem vorgeschlagenen System wird der Antrieb von einem Motor
gebildet, der mit der Last durch zwei Untersetzungsgetriebe verbunden
ist, deren Elastizität
verwendet wird, um das Spiel in dem Antrieb durch eine reduzierte
mechanische Vorspannung verschwinden zu lassen. Diese reduzierte
mechanische Vorspannung ist ausreichend, um die verschiedenen Gleichlauf-Fehler, die
zwischen dem Motor und der Last auftreten können, zu absorbieren. Dieses
System ist perfekt, wenn das Verhältnis zwischen Elastizität der Untersetzungsgetriebe
und dem maximalen Fehler des Gleichlaufs hoch ist.
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Die
Patente US-3238803, FR-2277280 beschreiben Antriebsvorrichtungen
mit Kraft-Verteilung und regelbarer mechanischer Vorspannung. Dennoch
schlagen diese Dokumente keine variable Vorspannung vor, sondern
entweder feste oder entsprechend diskreter Werte regelbare Vorspannungen.
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Das
Patent EP-0300905 beschreibt eine Vorrichtung zur Spielbeseitigung
zwischen zwei Ketten mittels zweier gegenläufig schräg verzahnter Ritzel. Die Beseitigung
von Spiel und der Vorspannung wird bewerkstelligt, indem die die
beiden Ritzel tragende Achse translatorisch verlagert wird. Der
Hauptnachteil dieser Vorrichtung liegt in der Tatsache, dass sie insgesamt
vier Ritzel einsetzt, was insbesondere kompliziert einzusetzen ist.
Ein weiterer Nachteil liegt in der Tatsache, dass es nicht vorgesehen
ist, ein variables Vorspannungs-Niveau einzuführen, sondern eine durch eine
Bedienperson einstellbare Belastung einzubringen.
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Das
Patent GB-1135512 beschreibt einen Antriebsmechanismus eines Werkzeugmaschinen-Schlittens,
welcher eine Regelvorrichtung einer Last mit Hilfe eines Antriebsmittels
enthält,
das mit der Last durch zwei Untersetzungsgetriebe verbunden ist,
und ein Vorspannungs-Antriebssystem umfasst, das zwischen den beiden
Untersetzungsgetrieben angeordnet ist, so dass jeweils ein positives
und negatives Drehmoment an jedem Untersetzungsgetriebe angelegt
wird. Dennoch liegt der Hauptnachteil dieser Vorrichtung in der
Tatsache, dass die Vorspannung direkt proportional zur durch den
Motor aufgebrachten Belastung ist und die natürlichen Anomalien des Antriebssystems
nicht berücksichtigt.
Dieses Dokument, das den nächstliegenden
Stand der Technik darstellt, dient als Basis für den Oberbegriff der Hauptanspruchs.
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Jedoch
wenn die Harmonisationsfehler ungefähr 10 % des Ausschlages zwischen
dem Motor und der Last, der notwendig ist, um das maximale Drehmoment
des Antriebs zu übertragen, überschreitet,
wird ein Vorspannungs-Prinzip verwendet mit in etwa fester Belastung,
um das Hängen
zweier paralleler Ketten, örtlich
begrenzt oder global über die
Gesamtheit der Kinematik gesehen, zu vermeiden. Die Erfindung zielt
darauf ab, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche diese Möglichkeit
bietet.
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Gegenstand
der Erfindung ist somit eine Vorrichtung zur Regelung einer Last,
die mit Hilfe eines Antriebsmittels, das mit der Last durch zwei
Untersetzungsgetriebe verbunden ist, in Drehung versetzt wird, und
die ein Vorspannungs-Antriebssystem umfasst, das zwischen den beiden
Untersetzungsgetrieben angeordnet ist, so dass jeweils ein positives
und negatives Drehmoment an jedem Untersetzungsgetriebe angelegt
wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie Sensoren zur Messung der
Bewegungen der Untersetzungsgetriebe umfasst und dass das Vorspannungs- Antriebssystem durch
ein spezifisches Mittel angesteuert wird, das es ermöglicht,
die durch das genannte Vorspannungs-Antriebssystem ausgeführten Steuerbefehle
zu definieren, um variable Drehmomente in die Untersetzungsgetriebe
einzubringen, so dass ein variables Vorspannungs-Niveau in Abhängigkeit
der natürlichen
Anomalien des Antriebssystems eingeführt wird, das bei einem in
jedem der Untersetzungsgetrieben übertragenen Drehmoment von
Null der jeweiligen Position zwischen dem genannten Antriebsmittel
und der genannten Last entspricht.
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Vorteilhafterweise
ist das Vorspannungssystem geeignet, einerseits ein Drehmoment in
einem beliebigen Punkt des Betriebsbereiches der Untersetzungsgetriebe
einzubringen, und andererseits dort ein variables Vorspannungsniveau
einzuführen.
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Gemäß einer
ersten Ausführung
ist das Vorspannungssystem ein Zylinder, der durch einen Motor betätigt wird
und mit einer Zahnstange oder einem Schraube-Mutter-System zusammenwirkt.
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Vorteilhafterweise
umfasst das Vorspannungssystem ein Leistungsstufen-Getriebe mit
Umlaufgetriebezügen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführung
umfasst die Vorrichtung Vorspannungs-Eingänge an den Ringen der Untersetzungsgetriebe
mit Vorspannungs-Antrieb durch Hydraulikzylinder und Druckregelung.
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Gemäß noch einer
weiteren Ausführung
ist das Vorspannungssystem eine Baugruppe mit doppelter Untersetzungskette,
die einen Zylinder integriert, und mit wenigstens einem Eingangsritzel,
dessen Drehachse einen Freiheitsgrad in Bezug auf die genannte Baugruppe
besitzt.
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Vorteilhafterweise
ist das Ritzel mit dem Ausgang dieser Baugruppe durch ein System
vom Typ Oldhamkupplung verbunden.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Vorrichtung noch ein angelenktes Zwischenglied, um eine
radiale Verlagerung des Ritzels zu gewährleisten.
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Gemäß noch einer
weiteren Ausführung weist
eines der Untersetzungsgetriebe eine Übersetzungsstufe mit Schrägverzahnung
auf.
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Vorteilhafterweise
weist das Stufenritzel einen axialen Freiheitsgrad in Bezug auf
das Rad auf, wobei der Freiheitsgrad verwendet wird, um die Vorspannung
der beiden Ketten durch einen Getriebemotor zu modifizieren.
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Gemäß noch einer
weiteren Ausführung
umfasst das Vorspannungs-Mittel einen Zylinder, der es erlaubt,
die Untersetzungsgetriebe der Last zuzuordnen.
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Vorteilhafterweise
umfasst das Vorspannungs-Antriebssystem ein elektrisches Steuermittel.
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Es
kann außerdem
das Prinzip des Doppelantriebs angewendet werden, von dem jede der
Ketten jeweils verwendet wird, um einem die positiven dem anderen
die negativen der Last zu übertragenden
Drehmomente bereitzustellen. In diesem Fall wird die Vorspannung
in aktiver Weise durch besondere Betätigung der Antriebe von jeder
der Ketten bewerkstelligt, was es ermöglicht, die Übertragung
positiver oder negativer Drehmomente auf die Last zu garantieren,
ohne den Satz der Antriebsketten überqueren zu müssen.
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Die
Erfindung wendet sich insbesondere an Systeme, die ein bedeutendes
Spiel zwischen Motor und Last aufweisen, wobei das Spiel bezüglich der Winkel-Verformung
des Antriebs unter maximal zu übertragender
Kraft nicht vernachlässigbar
ist. Die zweite Besonderheit ist, dass das System besonders empfindlich
auf Reibungsmomente in dem Antrieb unter dem Aspekt der Endgenauigkeit
aber auch unter dem energetischen Aspekt ist.
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Weitere
Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung treten deutlicher
aus der hiernach als Anhaltspunkt gegebenen Beschreibung hervor,
die sich auf die Abbildungen bezieht, in welchen:
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1 eine
schematische, allgemeine Darstellung der Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist,
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2 ein
allgemeines Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist,
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3 eine
Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist,
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4 einen
Umlaufgetriebezug darstellt,
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5 eine
Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist,
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6 eine
Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist, und
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7 ein
Schnitt eines vierten Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist.
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In 1 ist
zu sehen, dass die Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch
einen Motor 1 umfasst, der für die Erfordernisse der Lieferung
von Drehmoment und Geschwindigkeit an eine Last 2 dimensioniert
ist. Zwischen dem Motor 1 und der Last 2 ist eine
doppelte Untersetzungskette angeordnet, welche die Untersetzungsgetriebe 3 und 4 umfasst, um
die Last mit dem Motor zu verbinden. Es wird ein Vorspannungs-Antriebsmittel 5 zwischen
den Untersetzungsgetrieben 3 und 4 angeordnet,
wobei jedes mit einem Eingang zur Position versehen ist, der für das Vorspannungs-Antriebsmittel
verwendet wird. Selbstverständlich
ermöglicht
es diese Steuerung, ein gewünschtes
Vorspannungs-Niveau
einzuführen. Schließlich ermöglicht es
ein spezifisches Mittel 6, die durch das Mittel 5 bewerkstelligten
Steuerbefehle zu definieren.
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Die
so beschriebene Struktur ermöglicht
es, die Untersetzungsketten an verschiedene natürliche Anomalien des Antriebssystems
anzupassen, was bei einem in jeder Kette übertragenen Drehmoment von
Null der jeweiligen Position zwischen dem Motor 1 und der
Last 2 entspricht, in welchen eingeschlossen werden können:
- – der
Einfluss der Temperaturschwankung auf die unterschiedlichen Ausdehnungen
zwischen dem Gehäuse
der Untersetzungsgetriebe und den inneren mechanischen Elementen,
- – die
Abweichungen der Rundheit im Bereich eines gezahnten Sektors oder
eines Kreises,
- – die
Fehler des Gleichlaufs zwischen dem Motor und der Last, die durch
die Abweichungen der Zahngestaltung bedingt sind.
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Gemäß dem verwendeten
Prinzip der mechanischen Untersetzung, kann das System zur Zufügung der
Vorspannung verschiedene Formen annehmen. Sie werden in zwei Familien
eingeteilt, die jeweils korrespondieren mit:
- – der Gruppe
von elektromechanischen Systemen, die es ermöglichen, in jeder der Ketten
eine zusätzliche
Winkel-Verschiebung
hinzuzufügen. Es
wird insbesondere die Tatsache ausgenutzt, dass der hinzuzufügende Ausschlag
relativ gering ist. Diese begrenzte Verlagerung kann zum Beispiel
durch eine jeweilige radiale Verlagerung zwischen den Ausgangsritzeln
und dem anzutreibenden Sektor oder Kreis erzielt werden. Es kann ebenfalls
der potentielle Freiheitsgrad einer Untersetzungsstufe durch Umlaufgetriebezug
verwendet werden, um die gewünschte
Variable einzuführen.
Eine weitere Variante besteht in der Verwendung der axialen Verlagerung
eines Untersetzungsritzels mit Schrägverzahnung, um den gewünschten
Freiheitsgrad zurück
zu gewinnen;
- – dem
Verwenden eines Systems des Typs Hydraulikzylinder mit Druckregelung,
das ein gut angepasstes Mittel darstellt, um den Kontakt der beiden
Ketten ohne Spiel und kontrolliertes Hängen zu gewährleisten.
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Das
nominale Interesse des Antriebssystems mit variabler Vorspannung
ist, dass es eine Vorrichtung bildet, die es ermöglicht, einerseits die unterschiedlichen
Gleichlaufschwankungen zwischen den beiden Untersetzungsketten zu
kompensieren und andererseits die Vorspannung in Bezug auf das zu übertragende
Drehmoment in dem Antrieb zu erhöhen.
Diese Optimierung des Vorspannungsmomentes ermöglicht es tatsächlich,
das Reibungsmoment in der Antriebskette zu minimieren mit entsprechender
Auswirkung einerseits auf die Präzision
der Regelung der Last und andererseits auf die Energiekosten der
Antriebssteuerung. Tatsächlich
haben die Systeme der festen Vorspannung, die es ermöglichen,
eine in etwa konstante Steifigkeits-Charakteristik der Antriebskette
im gesamten Bereich der zu übertragenden
Drehmomente und im Bereich der Positionen der Last zu garantieren,
die direkte Auswirkung, das Niveau des zu bezwingenden Reibungsmomentes
zu erhöhen
mit dem doppelten Nachteil bei der Präzision der Regelung der Last
und bei den Energiekosten der Steuerung.
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Das
vorgeschlagene Mittel, um die Vorspannung auf für die Steuerung zugängliche
Weise in der Antriebskette variieren zu lassen muss somit mit einer
angepassten Steuerung verknüpft
sein. Es wird bei dieser Steuerung unterschieden, einerseits das Prinzip,
das es erlaubt, dem in die Hauptkette einzubringendem plötzlich auftretenden
Drehmoment dasjenige zuzuordnen, welches notwendig ist, in der Vorspannungs-Kette
aufgebracht zu werden, und andererseits das Steuergesetz, das es
ermöglicht,
diese Vorspannung in der sekundären
Kette zu bewerkstelligen.
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Die
durchzuführende
Verarbeitung des aus der Hauptkette zu erfassenden Signals ist eine
herkömmliche
Verarbeitung, die es ermöglicht,
ein Vorspannungs-Drehmomentniveau zu bestimmen, das dem Absolutwert
des maximalen Drehmomentes entspricht. Die Gesetze des Ganzwellen-Filterns
können nützlicherweise
angewendet werden. Was die Steuerung des Anbringens von Drehmoment
in der Vorspannungs-Kette angeht, jedes Mittel, das es ermöglicht,
entweder das in dem Antriebssystem eingesetzte Vorspannungs-Drehmoment zu messen
oder die Soll-Winkel-Position des Vorspannungs-Motors entsprechend
jeweils den zu kompensierenden Gleichlauf-Abweichungen und dem zusätzlichen
Winkel, der dem einzusetzenden Vorspannungs-Drehmoment entspricht,
festzustellen.
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In 2 wird
das allgemeine Blockschaltbild dargestellt, das einerseits die Hauptantriebskette 4 aufweist,
die organisiert ist, um zu ermöglichen,
einen Eingang zur Regelung der Vorspannung in der Untersetzungskette
der Steuerung der Hauptkette 7 einzuführen, und andererseits das
Gesetz zur Erzeugung 8 des variablen Vorspannungs-Drehmomentes ausgehend
von der Schätzung
des plötzlich
auftretenden in die Hauptkette 7 einzubringenden Drehmomentes
und das Gesetz zur Steuerung 6 zum Einbringen der Vorspannung.
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Das
Konzept des Getriebemotors mit variabler Vorspannung ist nicht spezifisch
für ein
besonderes Prinzip von Untersetzung. Es ist jedoch notwendig, lokale
Modifikationen einzuführen,
die es ermöglichen,
wenigstens einen Vorspannungs-Eingang in der doppelten Untersetzungs-Kette
zu erhalten. Als Beispiel werden die folgenden Ausführungen
einer variablen Vorspannung genannt:
- – Leistungsstufen-Getriebe
mit Umlaufgetriebezügen
und Vorspannungs-Eingänge
an den Ringen mit Vorspannungs-Antrieb durch Hydraulikzylinder und
Druckregelung oder elektrische, positionsgesteuerte Mikrozylinder.
- – Getriebe
mit doppelter Untersetzungskette und mit wenigstens einem Zahnradausgang,
dessen Drehachse einen Freiheitsgrad bezüglich des Getriebes (radial
oder kreisförmig)
besitzt. Das Ritzel ist mit dem Getriebe-Ausgang über ein
System vom Typ Oldhamkupplung zum Beispiel verbunden und die jeweilige
Position seiner Achse in Bezug auf den Kreis wird durch einen positionsgeregelten
Antrieb geregelt.
- – Untersetzung
mit doppelter Kette, von dem eine der Stufen durch Zahnräder mit
Schrägverzahnung
ausgeführt
ist. Die zugeordneten Ritzel besitzen einen axialen Freiheitsgrad
in Bezug auf das Gehäuse
des Getriebes, wobei dieser Freiheitsgrad verwendet wird, um die
Vorspannung der beiden Ketten durch ein System vom Typ Getriebemotor
zu modifizieren.
- – Oszillierendes
Uhrgetriebe und Minizylinder zur Regulierung Kreisgetriebe.
- – Exzentrische
Rollen auf einer Zahnstange.
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Diese
Ausführungen
sind in der folgenden Weise exemplifiziert.
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In 3 wird
in Perspektive ein Beispiel des Vorspannungssystems 5,
das in die Untersetzungsgetriebe 3 und 4 mit Umlaufgetriebezug
integriert ist, dargestellt. Es werden in der Reihenfolge zwischen dem
Motor 1 und der Last 2 das Eingangsritzel 9a oder 9b,
der Umlaufgetriebezug 3 oder 4 und das Ausgangsrad 10 vorgefunden.
Der Umlaufgetriebezug 3 oder 4 umfasst herkömmlicherweise
einen festen Ring 11 mit innerer Verzahnung, ein Eingangsritzel 12 und
drei Planeten-Zahnräder 13,
die in die innere Verzahnung des Rings eingreifen. Gemäß der Erfindung
wird eine Vorspannung eingeführt,
indem der Ring 11 entsprechend einer geringen Drehung in beiden
Richtungen beweglich gemacht wird. Unter geringer Drehung wird eine
Drehung in der Größenordnung
von 5° verstanden.
Diese Drehung wird mit Hilfe einer doppelten Zahnstange 14 erzielt,
die translatorisch durch einen elektrischen Vorspannungs-Zylinder 15-17 angetrieben
wird. Dieser Zylinder ist von bekannter Art, und es ist nicht notwendig, ihn
hier weiter im Detail zu beschreiben.
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In 4 wird
die herkömmliche
Struktur des Unlaufgetriebezugs dargestellt, wo das Eingangsritzel 12,
das fest mit der Motorwelle 18 (mit dem Motor 1 verbunden),
die mit der Antriebsachse XX' fluchtet, verbunden
ist, und die mit der Ausgangswelle 19, die ebenfalls mit
der Achse XX' fluchtet,
fest verbundenen Planeten 13 zu finden sind. Herkömmlicherweise kämmen die
Planeten 13 in der inneren Verzahnung des Rings 11.
Dieser Ring 11 ist herkömmlicherweise in
Bezug auf seinen Träger
fest und er ist in der Erfindung beweglich gemacht, um die variable
Vorspannung einzuführen,
wie es zuvor erklärt
wurde.
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In 5 wird
ein weiteres Ausführungsbeispiel
des variablen Vorspannungs-Mittels dargestellt. Es entspricht einem
Getriebemotor mit doppelter Untersetzungskette zwischen einem Motor 1 und
der Last 2. Jedes der beiden Untersetzungsgetriebe kämmt über das
innere Rad 10 respektive über die Ritzel 21 und 22.
Das Ritzel 21, das winkelmäßig mit der Getriebe-Ausgangsachse
durch eine Verbindung vom Typ Oldhamkupplung 20 verbunden
ist. Ein angelenktes Zwischenglied 24 gewährt eine
radiale Verlagerung des Ritzels 21 bezüglich des Kreises 10. Die
radiale Verlagerung des Ritzels 21 bewirkt eine jeweilige
Winkel-Verlagerung des Ritzels 21 bezüglich des Ritzels 22 und
modifiziert so die Vorspannung. Der Zylinder 23 ermöglicht es,
diese Vorspannung zu regeln.
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In 6 wird
ein Schnitt eines weiteren Beispiels der Ausführung eines Vorspannungs-Mittels dargestellt,
gemäß dem die
Untersetzungsstufe von Ritzel mit Schrägverzahnung gebildet wird.
So kämmt
das Rad 26 mit dem Ritzel 28 über seine Schrägverzahnung.
Das Ritzel 28 wird durch den Motor 29 durch die
Ritzel 30 und 31 angetrieben. Um die Vorspannung
zu regeln, wird eine Verschiebung des Ritzels 28 mit Hilfe
des Positionierungs-Zylinders 32 bewirkt.
Die Verlagerung des Ritzels 28 entsprechend des Pfeils
F erlaubt es, es mehr oder weniger in die Verzahnung des Rads 26 einzubringen
und so eine Variation der Vorspannung zu bewirken. In der Figur
wird die zweite Untersetzungskette nicht dargestellt, die völlig herkömmlich ist.
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In 7 wird
eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines Vorspannungs-Mittels dargestellt. Es umfasst einen Vorspannungs-Zylinder 35,
der es ermöglicht,
die Untersetzungsgetriebe 3 und 4 auf regelbare
Weise gegen die Verzahnung der Last 2 zu drücken. In
der Figur ist der Hauptmotor 36 und die Gelenk-Achse 37 des
Getriebemotors zu sehen. Selbstverständlich ist der Zylinder 35 zwischen dem
Gehäuse 38 der
Untersetzungsgetriebe und dem Träger
der Last 2 angeordnet.