EP0828872B1 - Antrieb für friktionsspindelaggregate - Google Patents

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EP0828872B1
EP0828872B1 EP96914139A EP96914139A EP0828872B1 EP 0828872 B1 EP0828872 B1 EP 0828872B1 EP 96914139 A EP96914139 A EP 96914139A EP 96914139 A EP96914139 A EP 96914139A EP 0828872 B1 EP0828872 B1 EP 0828872B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spindle
drive shaft
spindles
friction
unit according
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96914139A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0828872A1 (de
Inventor
Johann Egbers
Detlef GÖRGENS
Ralf GÖRGENS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INA Waelzlager Schaeffler OHG
Original Assignee
INA Waelzlager Schaeffler OHG
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Filing date
Publication date
Application filed by INA Waelzlager Schaeffler OHG filed Critical INA Waelzlager Schaeffler OHG
Publication of EP0828872A1 publication Critical patent/EP0828872A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0828872B1 publication Critical patent/EP0828872B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • DTEXTILES; PAPER
    • D02YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02GCRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G1/00Producing crimped or curled fibres, filaments, yarns, or threads, giving them latent characteristics
    • D02G1/02Producing crimped or curled fibres, filaments, yarns, or threads, giving them latent characteristics by twisting, fixing the twist and backtwisting, i.e. by imparting false twist
    • D02G1/04Devices for imparting false twist
    • D02G1/08Rollers or other friction causing elements
    • D02G1/082Rollers or other friction causing elements with the periphery of at least one disc

Definitions

  • the present invention relates to a friction spindle unit with three a basic element in the corner points of an isosceles triangle rotatably mounted shafts, which are located in the center of the isosceles Triangular overlapping friction discs are attached.
  • Such an assembly is known for example from DE-U 75 25 192.
  • Each spindle has a pulley one strap engaging all pulleys. In this way it is ensured that all three spindles rotate at the same speed.
  • the Flat belts are used at maximum speed up to 25 m / sec. driven to the previously usual spindle speed of approx. 20,000 revolutions / min. to reach. The higher desired by the users Spindle speeds are with such a friction spindle aggregates unavailable.
  • the invention has for its object a generic To further develop the friction spindle unit in such a way that higher spindle speeds can be achieved or that in particular when driving by means of a flat belt translations are possible between the flat belt and the spindles enable these increased spindle speeds.
  • this object is achieved in that one around the center of the isosceles triangle rotatable and axially parallel to the waves arranged drive shaft is provided between the and each spindle means are provided for power transmission.
  • the drive shaft is used as a gear link to achieve a quick translation from drive to output used.
  • the drive shaft itself can, for example, by the flat belt are driven by the selection of suitable gear ratios the increased spindle speeds between the drive shaft and each spindle can be achieved.
  • Another significant advantage of the invention is the improved distribution of drive power. In the state of the art it drives spindle driven by the flat belt over the straps the two other spindles.
  • the strap provided for power transmission must therefore take over 2/3 of the total drive power. In contrast to According to the invention, take over the means provided for power transmission per spindle only 1/3 of the total drive power, since this means according to the invention are provided between the drive shaft and each spindle.
  • each spindle with its first spur toothing with a second spur toothing provided on the drive shaft combs is appropriate.
  • Such a gearbox makes it possible to omit the from a standing position the straps known in the art.
  • each spindle rolls with its friction wheel on the outer surface the drive shaft.
  • the Drive shaft where it is encompassed by the flat belt, small in diameter train, and where the friction wheels attack, train large in diameter, the diameter of the said friction wheels is chosen to be small.
  • the required gear ratios can be opened adjust particularly cheap way. Even with this training the diameter of the drive shaft where the flat belt engages train small. Where the spindles enter the hollow shaft is the The inner diameter of the hollow shaft is expediently much larger than where the flat belt engages.
  • the spindles can be used here, as above described, be provided with spur gears or friction wheels, the Hollow shaft on its inside diameter with the second spur gear if necessary is provided.
  • a magnetic coupling between each spindle and the drive shaft is provided.
  • Magnetic clutches per se have been known for some time that a power transmission between two waves.
  • Application examples with description of the structure and effect of the magnetic couplings are, for example, in the Catalog "Magnetfabrik Bonn, physical basics and scope of services" the company of the same name and located in Bonn.
  • the invention Arrangement of the drive shaft enables the use of such Magnetic clutches that easily transmit the relatively small torques can.
  • Such magnetic clutches offer the advantage, for example, that the Power transmission is non-contact, i.e. low-noise and low-vibration.
  • expedient Gear ratios selected as described above are.
  • This magnetic coupling can be constructed in such a way that a a first permanent magnet arranged on the circumference of the drive shaft is provided, a radial permanent magnet arranged on the circumference of each spindle is opposite, the permanent magnets are radially polarized.
  • the drive shaft can be arranged between the spindles, but also - if they are as Hollow shaft is formed - include the spindles.
  • the one between the first and the second permanent magnet resulting annular gap is calculated on the basis of the parameters of the permanent magnets and the geometric Easy to determine ratios.
  • every second spur toothing Spindle with a rotatable one in the center of the isosceles triangle Spur gear combs is particularly useful if the power transmission is frictional or by means of the described Magnetic coupling takes place.
  • the arrangement described ensures that the three spindles always run synchronously.
  • the drive shaft is designed as a hollow shaft, this is more appropriate Way according to claim 9 pot-shaped and in particular in the deep-drawing process made, with an axially from the plane of the Pulled-out pot bottom is provided, which on a in the center of the Base element fastened axis is rotatably mounted. On the outer circumference of the The sleeve then engages, for example, the flat belt for driving the drive shaft on.
  • Figure 1 shows in longitudinal section a first friction spindle unit according to the invention. Spacers 2 and friction disks are alternately on three spindles 1 3 arranged and axially clamped together.
  • the spindles 1 are in the corner points of an isosceles triangle and axially parallel to each other arranged, as can be seen for example from Figure 3.
  • the three spindles 1 are in a base element 4 at two axially adjacent locations rotatably mounted.
  • An upper deep groove ball bearing 5 and a lower deep groove ball bearing 6 are provided for mounting each spindle 1, the upper deep groove ball bearing 5 has a damping ring 7, which is between the base element 4 and an outer race 8 of the upper deep groove ball bearing 5 is arranged.
  • the spindles 1 With their lower ends, the spindles 1 are immersed in a hollow cylindrical Pot-shaped drive shaft 9, which is manufactured in the deep-drawing process.
  • a pot bottom 10 of the drive shaft 9 has one axially out of the plane of the pot bottom 10 pulled out and outward sleeve 11 on a in Center of the base element 4 fixed axis 12 by means of two axially adjacent deep groove ball bearing 13 is rotatably supported.
  • the spindles 1 wear their lower ends each have a friction disc 14, each on the inner circumference the hollow cylindrical drive shaft 9 are pressed.
  • On the outer circumference of the Sleeve 11 engages a flat belt 15 for driving the drive shaft 9.
  • the embodiment of Figure 2 differs from that of the Figure 1 essentially in that each spindle 1 additionally one toothed washer 16, a toothed belt 17 comprising the three spindles 1 is placed on each toothed disc 16. This way is a synchronous run of the three spindles 1 guaranteed.
  • the sleeve 11 is directed inwards, the flat belt on Attacks the outer circumference of the hollow cylindrical drive shaft 9.
  • Figure 3 shows one Cross section through the embodiment of Figure 2, clearly to can be seen that the three spindles 1 in the corner points of an isosceles Triangles are arranged.
  • Figure 4 differs from that of the Figure 2 only in that the friction discs 14 not as in Figure 2 on lower end of the spindles 1, but between the upper deep groove ball bearing 5 and the lower deep groove ball bearing 6 are arranged.
  • the cross section according to FIG. 5 clearly shows the arrangement of the spindles 1, with an additional one here Part of the cross-sectional base element 4 is visible.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 6 differs from that from FIG Figure 2 essentially in that the drive shaft 9 does not have a on the Base element 4 fixed axis is rotatably mounted. Instead, the Sleeve 11 additionally has a shaft journal 18 which is fastened in the sleeve 11 is.
  • This shaft journal 18 can, for example, by the not shown Flat belt, but also from an electric motor, also not shown be driven.
  • FIG. 7 differs from that of FIG Figure 4 essentially by two features, only that in Figure 7 lower deep groove ball bearing 6 is shown.
  • the sleeve 11 of the drive shaft 9 is in contrast to FIG. 4, not axially inwards, but axially outwards pulled out, the flat belt 15 on the outer circumference of the sleeve 11th attacks.
  • the second essential difference from the exemplary embodiment 4 is that instead of a power transmission by means of A magnetic clutch 19 is provided for the friction disks.
  • This magnetic Coupling 19 consists essentially of outer and inner permanent magnets 20, 21.
  • the outer permanent magnets 20 are attached to the drive shaft 9.
  • the inner permanent magnets are radially adjacent to each spindle on the same plane 21 arranged.
  • the polarity of the outer and inner permanent magnets 20, 21 is aligned radially.
  • the cross section according to FIG. 8 shows the arrangement of the permanent magnets 20, 21 shown schematically.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 9 differs of which from FIG. 7 essentially by two features.
  • First is the magnetic clutch 19 differently than in the embodiment according to Figure 7 provided at the lower ends of the spindles 1.
  • FIG. 10 shows the arrangement of the radially polarized permanent magnets 20, 21.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 11 differs from that in FIG Figure 2 essentially by two features.
  • First is the drive shaft 9 tubular, the tubular drive shaft 9 between the three Spindles 1 is arranged.
  • the friction disks 14 of the spindles 1 are against the Pressed outer periphery of the tubular drive shaft 9.
  • the second distinctive Feature refers to the modified additional form-fitting Coupling between the three spindles 1.
  • the three spindles 1 each have a spur gear 25 which is rotatably connected to the spindle 1.
  • Another in the center of the isosceles Triangular spur gear 26 is via a slide bearing 27 rotatably mounted on the axis 12. Comb all three spur gears 25 the spur gear 26.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 12 differs from that in FIG Figure 6 represented essentially by the following features:
  • the Drive shaft 9 also represents the output shaft of an electric motor 25.
  • the drive shaft 9 has here between the three spindles 1 engaging spur gear 29, mesh with the spur gears 30, of which one is attached to each spindle 1. With this friction spindle unit there is no additional one due to the positive power transmission Synchronization device as in the embodiment according to FIG 6 is provided.
  • Figure 13 shows the top view of the invention Friction spindle unit according to FIG. 12.
  • the spindles 32 are each with a small electric motor 37 connected.
  • the three electric motors have one thing in common Stator housing 38, which - as can be seen better in Figure 15 - for each Spindle 1 has a stator bore 39.
  • Each stator bore 39 is with Excitation windings and pole pieces provided by the in Figure 15 Circular ring with the position number 40 are shown symbolically.
  • runners formed from radially polarized permanent magnets attached, in Figures 14, 15 by an annulus with the position number 41 are shown symbolically.
  • the structure described here is typical for DC machines. The electrical connections are no further here treated.
  • each spindle 32 has a spur gear 42, wherein a toothed belt 43 is placed on the three spur gears 42.
  • the mode of operation of the friction spindle units according to the invention is as follows explained in more detail.
  • the drive has the same structure.
  • the drive shaft 9 is either driven by a flat belt 15 or an electric motor 28, wherein the rotation of the drive shaft 9 is transmitted to each of the three spindles 1.
  • Funds have been proposed.
  • FIGS. 1 to 5 and 11 is attached to each spindle 1, a friction wheel 14 which on the outer surface of the Drive shaft 9 rolls in frictional contact.
  • the spindles 1 are in the case of the exemplary embodiments additionally synchronized according to FIGS. 2 to 5 and 11.
  • the rubber ring 23 however, only grips until the spindle 1 in question is synchronized again with the Drive shaft 9 runs; the permanent magnets 20, 21 are oriented in this way again that the magnetic clutch 19 engages again. From this point on, the Rubber ring 23 only with no load.
  • the variant according to FIG particular preference on that power transmission between the drive shaft 9 and the spindles 1 via the intermeshing spur gears 29, 30 is guaranteed. This training eliminates additional means for synchronization of the three spindles 1.
  • each spindle 32 driven by its own electric motor 37.
  • the electric motor 37 can be made relatively small because of the low power transmission, wherein at the same time with correspondingly designed electric motors 37 very high speeds can be driven.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Friktionsspindelaggregat, mit drei auf einem Grundelement in den Eckpunkten eines gleichschenkeligen Dreiecks drehbar gelagerten Wellen, an denen sich im Zentrum des gleichschenkeligen Dreiecks überlappende Friktionsscheiben befestigt sind.
Ein derartiges Aggregat ist beispielsweise aus dem DE-U 75 25 192 bekannt. An einer axialen Verlängerung einer der drei Spindeln greift ein Tangentialriemen an, der diese Spindel antreibt. Jede Spindel weist eine Riemenscheibe auf, wobei ein Riemchen mit allen Riemenscheiben in Eingriff steht. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß alle drei Spindeln mit gleicher Drehzahl umlaufen. Die verwendeten Flachriemen werden mit maximaler Geschwindigkeit bis zu 25 m/sec. gefahren, um die bisher übliche Spindeldrehzahl von ca. 20 000 Umdrehungen/min. zu erreichen. Die von den Anwendern gewünschten höheren Spindeldrehzahlen sind mit derartig aufgebauten Friktionsspindelaggregaten nicht zu erreichen.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Friktionsspindelaggregat derart weiterzubilden, daß höhere Spindeldrehzahlen erreicht werden bzw. daß insbesondere bei Antrieb mittels eines Flachriemens zwischen dem Flachriemen und den Spindeln Übersetzungen möglich sind, die diese erhöhten Spindeldrehzahlen ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine um das Zentrum des gleichschenkeligen Dreiecks drehbar und zu den Wellen achsparallel angeordnete Triebwelle vorgesehen ist, zwischen der und jeder Spindel Mittel zur Leistungsübertragung vorgesehen sind. Die Triebwelle wird als Getriebeglied zur Erzielung einer Übersetzung ins Schnelle vom Antrieb auf den Abtrieb eingesetzt. Die Triebwelle selbst kann beispielsweise durch den Flachriemen angetrieben werden, wobei durch die Auswahl geeigneter Übersetzungsverhältnisse zwischen der Triebwelle und jeder Spindel die erhöhten Spindeldrehzahlen erreicht werden. Ein weiterer bedeutender Vorteil der Erfindung besteht in der verbesserten Verteilung der Antriebsleistung. Im Stand der Technik treibt die von dem Flachriemen angetriebene Spindel über das Riemchen die beiden anderen Spindeln an. Das zur Leistungsübertragung vorgesehene Riemchen muß daher 2/3 der gesamten Antriebsleistung übernehmen. Im Gegensatz dazu übemehmen erfindungsgemäß die zur Leistungsübertragung vorgesehenen Mittel pro Spindel lediglich 1/3 der gesamten Antriebsleistung, da diese Mittel gemäß der Erfindung zwischen der Triebwelle und jeder Spindel vorgesehen sind.
Gemäß Anspruch 2 ist es zweckmäßig, daß jede Spindel mit ihrer ersten Stirnverzahnung mit einer an der Triebwelle vorgesehenen zweiten Stirnverzahnung kämmt. Ein derartiges Getriebe ermöglicht das Weglassen des aus dem Stand der Technik bekannten Riemchens.
Gemäß Anspruch 3 wälzt jede Spindel mit ihrem Reibrad an der Mantelfläche der Triebwelle ab. Für den Antrieb durch einen Flachriemen wird man die Triebwelle dort, wo sie von dem Flachriemen umfaßt ist, im Durchmesser klein ausbilden, und dort, wo die Reibräder angreifen, im Durchmesser groß ausbilden, wobei der Durchmesser der genannten Reibräder klein gewählt wird.
Bildet man gemäß Anspruch 4 die Triebwelle als Hohlwelle aus, in die die Spindeln eintauchen, lassen sich die geforderten Übersetzungsverhältnisse auf besonders günstige Art und Weise einstellen. Auch bei dieser Ausbildung wird man die Triebwelle dort, wo der Flachriemen angreift, vom Durchmesser her klein ausbilden. Dort, wo die Spindeln in die Hohlwelle eintauchen, ist der Innendurchmesser der Hohlwelle zweckmäßigerweise wesentlich größer als dort, wo der Flachriemen angreift. Die Spindeln können hier, wie oben bereits beschrieben, mit Stirnverzahnungen oder Reibrädern versehen sein, wobei die Hohlwelle an ihrem Innendurchmesser gegebenenfalls mit der zweiten Stirnverzahnung versehen ist.
Eine Anordnung, bei der die Triebwelle zwischen den Spindeln angeordnet ist, wird in Anspruch 5 vorgeschlagen. Diese Anordnung mag zweckmäßig sein, wenn die Spindeldrehzahlen nicht so hoch sein sollen, wie es bei Ausführungen gemäß Anspruch 4 möglich ist. Auch bei dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung lassen sich Stirnverzahnungen und Reibräder zur Leistungsübertragung in zweckmäßiger Weise analog zu der Weiterbildung gemäß Anspruch 4 einsetzen.
Gemäß Anspruch 6 ist es zweckmäßig, daß eine magnetische Kupplung zwischen jeder Spindel und der Triebwelle vorgesehen ist. Magnetische Kupplungen an sich sind seit einiger Zeit bekannt, die eine Leistungsübertragung zwischen zwei Wellen ermöglichen. Anwendungsbeispiele mit Beschreibung von Aufbau und Wirkung der Magnetkupplungen sind beispielsweise in dem Katalog "Magnetfabrik Bonn, Physikalische Grundlagen und Leistungsumfang" der gleichnamigen und in Bonn ansässigen Firma offenbart. Die erfindungsgemäße Anordnung der Triebwelle ermöglicht die Verwendung derartiger Magnetkupplungen, die die relativ kleinen Drehmomente problemlos übertragen können. Derartige Magnetkupplungen bieten beispielsweise den Vorteil, daß die Leistungsübertragung berührungslos, also geräusch- und vibrationsarm erfolgt. Auch bei diesem erfindungsgemäßen Friktionsspindelaggregat werden zweckmäßigerweise Übersetzungsverhältnisse gewählt, wie sie weiter oben beschrieben sind.
Diese Magnetkupplung kann gemäß Anspruch 7 derart aufgebaut sein, daß ein am Umfang der Triebwelle angeordneter erster Dauermagnet vorgesehen ist, dem ein am Umfang jeder Spindel angeordneter zweiter Dauermagnet radial gegenüber liegt, wobei die Dauermagnete radial gepolt sind. Die Triebwelle kann dabei zwischen den Spindeln angeordnet sein, aber auch - wenn sie als Hohlwelle ausgebildet ist - die Spindeln umfassen. Der zwischen den ersten und zweiten Dauermagneten entstehende Ringspalt ist auf rechnerische Weise unter Zugrundelegung der Kenngrößen der Dauermagnete und der geometrischen Verhältnisse leicht zu ermitteln. Bei dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung ist es zweckmäßig, das aus dem obengenannten Stand der Technik bekannte und beschriebene Riemchen bzw. Zahnriemen zu übernehmen, der die drei Spindel synchronisiert. Nach einem Abreißen der magnetischen Kupplung müssen zur Synchronisierung beide Kupplungshälften - die Triebwelle und die betreffende Spindel - zuerst zum Stillstand gebracht werden. Dies ist jedoch im Betrieb unerwünscht. Zur Vermeidung dieses Stillsetzens wird das Drehmoment, wie oben bereits ausgeführt, mechanisch übertragen, und zwar solange, bis die betreffende Spindel und die Triebwelle wieder synchron laufen. In diesem Augenblick übernimmt wieder die Magnetkupplung die Leistungsübertragung, wobei die zur mechanischen Leistungsübertragung vorgesehenen Mittel lastfrei mitlaufen.
Gemäß Anspruch 8 ist es zweckmäßig, daß jede zweite Stirnverzahnung jeder Spindel mit einem im Zentrum des gleichschenkeligen Dreiecks drehbar gelagerten Stirnrad kämmt. Diese Anordnung bietet sich insbesondere dann an, wenn die Leistungsübertragung reibschlüssig oder mittels der beschriebenen Magnetkupplung erfolgt. Bei der beschriebenen Anordnung ist gewährleistet, daß die drei Spindeln immer sychron laufen.
Wenn die Triebwelle als Hohlwelle ausgebildet ist, ist diese in zweckmäßiger Weise gemäß Anspruch 9 topfförmig und insbesondere im Tiefziehverfahren hergestellt, wobei im Zentrum ihres Topfbodens eine axial aus der Ebene des Topfbodens herausgezogene Hülse vorgesehen ist, die auf einer im Zentrum des Grundelementes befestigten Achse drehbar gelagert ist. Am Außenumfang der Hülse greift dann beispielsweise der Flachriemen zum Antrieb der Triebwelle an.
Eine weitere erfinderische Weiterbildung des gattungsgemäßen Friktionsspindelaggregates besteht gemäß Anspruch 10 darin, daß jede Spindel von einem Elektromotor angetrieben wird. Bei einer derartigen Anordnung kann auf den bisher üblichen Flachriemen vollends verzichtet werden. Zur Synchronisierung können die drei Spindeln untereinander kraft- oder formschlüssig miteinander verbunden sein, wie es in den vorangegangenen Ansprüchen beschrieben ist.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von neun in insgesamt fünfzehn Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Friktionsspindelaggregat,
Figur 2
einen Längsschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Friktionsspindelaggregat,
Figur 3
einen Querschnitt des Ausführungsbeispieles nach Figur 2 entlang der Linie III-III,
Figur 4
einen Längsschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Friktionsspindelaggregat,
Figur 5
einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Figur 4 entlang der Linie V-V,
Figur 6
einen Längsschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Friktionsspindelaggregat,
Figur 7
einen Längsschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Friktionsspindelaggregat,
Figur 8
einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel aus Figur 7 entlang der Linie VIII-VIII,
Figur 9
einen Längsschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Friktionsspindelaggregat,
Figur 10
einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 9 entlang der Linie X-X
Figur 1 1
einen Längsschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Friktionsspindelaggregat,
Figur 12
einen Längsschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Friktionsspindelaggregat,
Figur 13
eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel aus Figur 12,
Figur 14
einen Längsschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Friktionsspindelaggregat,
Figur 15
einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel aus Figur 14 entlang der Linie XV-XV.
Figur 1 zeigt im Längsschnitt ein erstes erfindungsgemäßes Friktionsspindelaggregat. Auf drei Spindeln 1 sind abwechselnd Distanzstücke 2 und Friktionsscheiben 3 angeordnet und axial miteinander verspannt. Die Spindeln 1 sind in den Eckpunkten eines gleichschenkeligen Dreiecks und zueinander achsparallel angeordnet, wie beispielsweise aus der Figur 3 ersichtlich ist. Die drei Spindeln 1 sind in einem Grundelement 4 jeweils an zwei axial benachbarten Stellen drehbar gelagert. Ein oberes Rillenkugellager 5 und ein unteres Rillenkugellager 6 sind zur Lagerung jeder Spindel 1 vorgesehen, wobei das obere Rillenkugellager 5 einen Dämpfungsring 7 aufweist, der zwischen dem Grundelement 4 und einem äußeren Laufring 8 des oberen Rillenkugellagers 5 angeordnet ist. Mit ihren unteren Enden tauchen die Spindeln 1 in eine hohlzylindrische, topfförmige Triebwelle 9 ein, die im Tiefziehverfahren hergestellt ist. Ein Topfboden 10 der Triebwelle 9 weist eine axial aus der Ebene des Topfbodens 10 herausgezogene und nach außen gerichtete Hülse 11 auf, die auf einer im Zentrum des Grundelementes 4 befestigten Achse 12 mittels zweier axial benachbarten Rillenkugellager 13 drehbar gelagert ist. Die Spindeln 1 tragen an ihren unteren Enden je eine Reibscheibe 14, die jeweils an den Innenumfang der hohlzylindrischen Triebwelle 9 angedrückt sind. Am Außenumfang der Hülse 11 greift ein Flachriemen 15 zum Antrieb der Triebwelle 9 an.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 unterscheidet sich von dem aus der Figur 1 im wesentlichen dadurch, daß jede Spindel 1 zusätzlich je eine Zahnscheibe 16 aufweist, wobei ein die drei Spindeln 1 umfassender Zahnriemen 17 auf jede Zahnscheibe 16 aufgelegt ist. Auf diese Weise ist ein synchroner Lauf der drei Spindeln 1 gewährleistet. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist die Hülse 11 nach innen gerichtet, wobei der Flachriemen am Außenumfang der hohlzylindrischen Triebwelle 9 angreift. Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel aus Figur 2, wobei deutlich zu erkennen ist, daß die drei Spindeln 1 in den Eckpunkten eines gleichschenkeligen Dreiecks angeordnet sind.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 unterscheidet sich von dem aus der Figur 2 lediglich dadurch, daß die Reibscheiben 14 nicht wie bei Figur 2 am unteren Ende der Spindeln 1, sondern zwischen dem oberen Rillenkugellager 5 und dem unteren Rillenkugellager 6 angeordnet sind. Der Querschnitt gemäß Figur 5 zeigt deutlich die Anordnung der Spindeln 1, wobei hier zusätzlich ein Teil des quergeschnittenen Grundelementes 4 sichtbar ist.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 unterscheidet sich von dem aus der Figur 2 im wesentlichen dadurch, daß die Triebwelle 9 nicht über eine an dem Grundelement 4 befestigte Achse drehbar gelagert ist. Statt dessen weist die Hülse 11 zusätzlich einen Wellenzapfen 18 auf, der in der Hülse 11 befestigt ist. Dieser Wellenzapfen 18 kann beispielsweise durch den nicht dargestellten Flachriemen, aber auch von einem ebenfalls nicht dargestellten Elektromotor angetrieben sein.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 unterscheidet sich von dem aus der Figur 4 im wesentlichen durch zwei Merkmale, wobei in Figur 7 lediglich das untere Rillenkugellager 6 abgebildet ist. Die Hülse 11 der Triebwelle 9 ist anders als bei der Figur 4, nicht axial nach innen, sondern axial nach außen herausgezogen, wobei der Flachriemen 15 am Außenumfang der Hülse 11 angreift. Der zweite wesentliche Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 besteht darin, daß anstelle einer Leistungsübertragung mittels Reibscheiben eine magnetische Kupplung 19 vorgesehen ist. Diese magnetische Kupplung 19 besteht im wesentlichen aus äußeren und inneren Dauermagnete 20, 21. Die äußeren Dauermagnete 20 sind an der Triebwelle 9 befestigt. In derselben Ebene sind radial benachbart auf jeder Spindel die inneren Dauermagnete 21 angeordnet. Die Polung der äußeren und inneren Dauermagnete 20, 21 ist radial ausgerichtet. Zwischen den Dauermagneten 20, 21 ist ein Luftspalt 22 gebildet. In dem Querschnitt gemäß Figur 8 ist die Anordnung der Dauermagnete 20, 21 schematisch dargestellt.
Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel gemäß Figur 9 unterscheidet sich von dem aus der Figur 7 im wesentlichen durch zwei Merkmale. Zunächst ist die magnetische Kupplung 19 anders als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 an den unteren Enden der Spindeln 1 vorgesehen.
Schließlich ist anstelle der in Figur 7 dargestellten formschlüssigen Kupplung der drei Spindeln 1 untereinander mittels Zahnscheiben 16 und Zahnriemen 17 ein Gummiring 23 vorgesehen, der an der Triebwelle 9 befestigt ist, wobei jede Spindel 1 mit einer Reibscheibe 24 versehen ist, die alle gegen den Gummiring 23 angedrückt sind. Die formschlüssige Kupplung der drei Spindeln 1 mittels Zahnscheiben und Zahnriemen kann selbstverständlich zusätzlich vorgesehen sein.
Figur 10 zeigt die Anordnung der radial gepolten Dauermagnete 20, 21.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 11 unterscheidet sich von dem aus der Figur 2 im wesentlichen durch zwei Merkmale. Zunächst ist die Triebwelle 9 rohrförmig ausgebildet, wobei die rohrförmige Triebwelle 9 zwischen den drei Spindeln 1 angeordnet ist. Die Reibscheiben 14 der Spindeln 1 sind gegen den Außenumfang der rohrförmigen Triebwelle 9 angedrückt. Das zweite unterscheidende Merkmal bezieht sich auf die modifizierte zusätzliche formschlüssige Kupplung zwischen den drei Spindeln 1. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 11 weisen die drei Spindeln 1 jeweils ein Stirnrad 25 auf, das drehfest mit der Spindel 1 verbunden ist. Ein weiteres im Zentrum des gleichschenkeligen Dreiecks angeordnetes Stirnrad 26 ist über ein Gleitlager 27 drehbeweglich auf der Achse 12 gelagert. Alle drei Stirnräder 25 kämmen mit dem Stirnrad 26.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 12 unterscheidet sich von dem in der Figur 6 dargestellten im wesentlichen durch die folgenden Merkmale: Die Triebwelle 9 stellt zugleich die Abtriebswelle eines Elektromotors 25 dar. Anstelle einer reibschlüssigen Leistungsübertragung wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 weist hier die Triebwelle 9 ein zwischen die drei Spindeln 1 eingreifendes Stirnrad 29 auf, mit dem Stirnräder 30 kämmen, von denen je eins auf jeder Spindel 1 befestigt ist. Bei diesem Friktionsspindelaggregat entfällt wegen der formschlüssigen Leistungsübertragung eine zusätzliche Synchronisationseinrichtung wie sie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 vorgesehen ist. Figur 13 zeigt die Draufsicht auf das erfindungsgemäße Friktionsspindelaggregat gemäß Figur 12.
Bei dem weiteren in Figur 14 dargestellten erfindungsgemäßen Friktionsspindelaggregat sind drei auf einem Grundelement 31 in den Eckpunkten eines gleichschenkeligen Dreiecks drehbar gelagerte Spindeln 32 vorgesehen. Für die Lagerung der Spindeln 32 gegenüber dem Grundelement 31 sind pro Spindel 1 ein oberes und ein axial benachbartes unteres Rillenkugellager 33, 34 vorgesehen, die an dem Grundelement 31 gestützt sind. Zwischen einem Außenring 35 des oberen Rillenkugellagers 33 und dem Grundelement 31 ist jeweils ein Dämpfungsring 36 zur Schwingungsdämpfung vorgesehen.
Mit ihren unteren Enden sind die Spindeln 32 jeweils mit einem kleinen Elektromotor 37 verbunden. Die drei Elektromotore weisen ein gemeinsames Statorgehäuse 38 auf, das - wie besser in Figur 15 ersichtlich ist - für jede Spindel 1 eine Ständerbohrung 39 aufweist. Jede Ständerbohrung 39 ist mit Erregerwicklungen und Polschuhen versehen, die in der Figur 15 durch den Kreisring mit der Positionszahl 40 symbolhaft dargestellt sind. Auf den unteren Enden der Spindeln 32 sind aus radial gepolten Dauermagneten gebildete Läufer befestigt, die in den Figuren 14, 15 durch einen Kreisring mit der Positionszahl 41 symbolhaft dargestellt sind. Der hier beschriebene Aufbau ist typisch für Gleichstrommaschinen. Die elektrischen Anschlüsse sind hier nicht weiter behandelt.
Zur Synchronisation der drei Spindeln 32 ist jede Spindel 32 mit einem Stirnrad 42, wobei ein Zahnriemen 43 auf die drei Stirnräder 42 aufgelegt ist.
Nachstehend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Friktionsspindelaggregate näher erläutert. Für die Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 1 bis 13 weist der Antrieb dieselbe Struktur auf. Die Triebwelle 9 wird entweder mittels eines Flachriemens 15 oder eines Elektromotors 28 angetrieben, wobei die Rotation der Triebwelle 9 auf jede der drei Spindeln 1 übertragen wird. Für die Leistungsübertragung sind in den Ausführungsbeispielen mehrere unterschiedliche Mittel vorgeschlagen worden. Gemäß den Figuren 1 bis 5 und 11 ist an jeder Spindel 1 ein Reibrad 14 befestigt, das an der Mantelfläche der Triebwelle 9 im Reibkontakt abwälzt. Die Spindeln 1 sind im Falle der Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 2 bis 5 und 11 zusätzlich synchronisiert. Die Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 7 bis 10 sind mit Magnetkupplungen 19 versehen, die zwischen der Triebwelle 9 und jeder Spindel 1 angeordnet sind. Die äußeren Dauermagnete 20 rotieren mit der Triebwelle 9, wobei infolge der magnetischen Kräfte zwischen den äußeren und inneren Dauermagneten 20, 21 jede Spindel 1 berührungslos mitgenommen wird. Die Triebwelle gemäß den Figuren 1, 7 bis 10 ist hinsichtlich ihrer Durchmesserverhältnisse besonders zweckmäßig ausgebildet. In dem Bereich, wo der Flachriemen 1 5 angreift, ist die Triebwelle 9 im Durchmesser kleingehalten. Dagegen ist die Triebwelle 9 im Bereich der äußeren Dauermagnete 20 bzw. der Reibscheiben 14, 24 im Durchmesser sehr groß ausgebildet. Diese Ausbildung der Triebwelle 9 hat zur Folge, daß sehr hohe Umfangsgeschwindigkeiten erzielt werden, die auf jede Spindel 1 übertragen werden. Selbstverständlich können anstelle der Magnetkupplung 19 die in den anderen Ausführungsbeispielen beschriebenen reib- oder formschlüssigen Verbindungen zwischen der Triebwelle 9 und den Spindeln 1 alternativ vorgesehen werden. Das Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 9 ist besonders hervorzuheben, da hier der Antrieb redundant ist. Zum einen sind zwischen der Triebspindel 9 und jeder Spindel 1 Magnetkupplungen 19 vorgesehen. Zum anderen wälzen die an jeder Spindel 1 befestigten Reibscheiben 24 an dem Gummiring 23 ab. Die Leistungsübertragung erfolgt im Normalfall allerdings ausschließlich über die Magnetkupplungen 19. Lediglich für den Fall, daß eine der Magnetkupplungen 19 nicht mehr greift, wird das Drehmoment über den Gummiring 23 übertragen. Der Gummiring 23 greift jedoch nur solange, bis die betreffende Spindel 1 wieder synchron mit der Triebwelle 9 läuft; dabei richten sich die Dauermagnete 20, 21 wieder derart aus, daß die Magnetkupplung 19 wieder greift. Ab diesem Zeitpunkt dreht der Gummiring 23 lediglich lastfrei mit. Die Variante gemäß Figur 12 weist den besonderen Vorzug auf, daß die Leistungsübertragung zwischen der Triebwelle 9 und den Spindeln 1 über die miteinander kämmenden Stirnräder 29, 30 gewährleistet ist. Bei dieser Ausbildung entfallen weitere Mittel zur Synchronisation der drei Spindeln 1.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 14, 15 wird jede Spindel 32 mittels eines eigenen Elektromotors 37 angetrieben. Der Elektromotor 37 kann wegen der geringen Leistungsübertragung relativ klein ausgebildet sein, wobei gleichzeitig mit entsprechend ausgelegten Elektromotore 37 sehr hohe Drehzahlen gefahren werden können.
Bezugszahlenliste
1
Spindel
2
Distanzstück
3
Friktionsscheibe
4
Grundelement
5
oberes Rillenkugellager
6
unteres Rillenkugellager
7
Dämpfungsring
8
äußerer Laufring
9
Triebwelle
10
Topfboden
11
Hülse
12
Achse
13
Rillenkugellager
14
Reibscheibe
15
Flach riemen
16
Zahnscheibe
17
Zahnriemen
18
Wellenzapfen
19
magnetische Kupplung
20
äußerer Dauermagnet
21
innerer Dauermagnet
22
Luftspalt
23
Gummiring
24
Reibscheibe
25
Stirnrad
26
Stirnrad
27
Gleitlager
28
Elektromotor
29
Stirnrad
30
Stirnrad
31
Grundelement
32
Spindel
33
Rillenkugellager
34
Rillenkugellager
35
äußerer Laufring
36
Dämpfungsring
37
Elektromotor
38
Ständergehäuse
39
Ständerbohrung
40
Kreisring
41
Kreisring
42
Stirnrad
43
Zahnriemen

Claims (10)

  1. Friktionsspindelaggregat mit drei auf einem Grundelement (4) in den Eckpunkten eines gleichschenkligen Dreiecks drehbar gelagerten Spindeln (1), an denen sich im Zentrum des gleichschenkligen Dreiecks überlappende Friktionsscheiben (3) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine um das Zentrum des gleichschenkligen Dreiecks drehbar und zu den Spindeln (1) achsparallel angeordnete Triebwelle (9) vorgesehen ist, zwischen der und jeder Spindel (1) Mittel (14, 19, 29, 30) zur Leistungsübertragung vorgesehen sind.
  2. Friktionsspindelaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spindel (1) mit ihrer ersten Stirnverzahnung (30) mit einer an der Triebwelle (9) vorgesehenen zweiten Stirnverzahnung (29) kämmt.
  3. Friktionsspindelaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spindel (1) mit ihrem Reibrad (14) an der Mantelfläche der Triebwelle (9) abwälzt.
  4. Friktionsspindelaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Triebwelle als Hohlwelle (9) ausgebildet ist, in die die Spindeln (1) eintauchen.
  5. Friktionsspindelaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Triebwelle (9) zwischen den Spindeln (1) angeordnet ist.
  6. Friktionsspindelaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine magnetische Kupplung (19) zwischen jeder Spindel (1) und der Triebwelle (9) vorgesehen ist.
  7. Friktionsspindelaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein am Umfang der Triebwelle (9) angeordneter erster Dauermagnet (21) vorgesehen ist, dem ein am Umfang jeder Spindel (1) angeordneter zweiter Dauermagnet (20) radial gegenüberliegt.
  8. Friktionsspindelaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede zweite Stirnverzahnung (25) jeder Spindel (1) mit einem im Zentrum des gleichschenkligen Dreiecks drehbar gelagerten Stirnrad (26) kämmt.
  9. Friktionsspindelaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Blech insbesondere im Tiefziehverfahren hergestellte topfförmige Hohlwelle (9) im Zentrum ihres Topfbodens (10) eine axial aus der Ebene des Topfbodens (10) herausgezogene Hülse (11) aufweist, die auf einer im Zentrum des Grundelementes (4) befestigten Achse (1 2) drehbar gelagert ist.
  10. Friktionsspindelaggregat mit drei auf einem Grundelement (31) in den Eckpunkten eines gleichschenkligen Dreiecks drehbar gelagerten Spindeln (32), an denen sich im Zentrum des gleichschenkligen Dreiecks überlappende Friktionsscheiben (3) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spindel (32) von einem Elektromotor (37) angetrieben wird.
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