BESCHREIBUNG

VORRICHTUNG ZUM VARIABLEN ANTREIBEN EINER HOHLWELLE MIT EINER INNENLIEGENDEN SPINDEL

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum variablen Antreiben einer Hohlwelle und einer an dieser abgestützten und innenliegenden Welle oder Spindel, insbesondere zum Bewegen von Bestandteilen einer Reifenaufbaumaschine, unter Verwendung von Antriebsvorrichtungen.

Bei Maschinen zur Herstellung und zum Aufbau von Fahrzeugluftreifen ist es üblich, eine Hohlwelle mit innenliegender und an dieser abgestützten Spindel einzusetzen, um über eine Bewegung der Spindel beispielsweise Bombierköpfe positionieren zu können und um über die Hohlwelle die Reifenaufbaumaschine in eine Drehbewegung, beispielsweise zum Anrollen des Gürtelpakets eines

Fahrzeugluftreifens, zu versetzen. Dabei muss auch gewährleistet sein, dass die Welle betrieben werden kann, ohne dass die Spindel Bauteile betätigt. Welle und Spindel müssen daher auch synchron bewegbar sein. Bei einer bekannten Reifenaufbaumaschine werden die Welle und die Spindel mit einem oder jeweils mit einem Motor angetrieben und können mittels eines Zahnkupplung beim Drehen der Welle mechanisch aneinander gekoppelt werden. Dadurch ist es jedoch unmöglich, gleichzeitig die Spindel zu betätigen und die Welle zu drehen. Bei dieser bekannten Vorrichtung steht zudem nur ein inkrementales Messsystem für beide Achsen zur Verfügung. Beim Wechsel zwischen den Betriebsarten "Drehen" und "Verspindeln" müssen die Stellungen der Achsen in der Steuerung gesichert und bis zum nächsten Umschalten zwischengespeichert werden. In Folge von Fehlern können

Fehlpositionen der Achsen eintreten. Bei einem anderen Mechanismus werden Welle und Spindel jeweils mit einem eigenen Motor angetrieben. Soll nur die Welle verdreht werden, werden beide Motoren synchron betrieben. Bei diesem Synchronlauf ist jedoch ein Schleppfehler kaum vermeidbar und damit auch eine gegenseitige Verstellung der Welle und der Spindel zueinander. Dies hat beispielsweise ein ungewolltes Verschieben der Stellung der Bombierköpfe zur Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass ein exakter Synchronlauf aber auch ein gesondertes Betätigen der Hohlwelle und der Welle/Spindel möglich sind.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfmdungsgemäß dadurch, dass die Hohlwelle mit der Welle oder Spindel über ein Planetengetriebe oder ein Harmonic-Drive-Getriebe, welche jeweils als Differenzdrehzahlgetriebe aufgebaut sind, gekoppelt ist, sodass ein Synchronlauf von Hohlwelle und Welle oder Spindel über eine einzige Antriebseinrichtung erfolgt.

Die Koppelung der Hohlwelle mit der Welle oder Spindel über ein Planetengetriebe oder ein Harmonic-Drive-Getriebe ermöglicht es, für einen Synchronlauf von

Hohlwelle und Welle oder Spindel eine einzige Antriebseinrichtung zu verwenden, wobei durch die Auslegung der vorgesehenen übersetzungen Hohlwelle und Welle oder Spindel mit einer exakt übereinstimmenden Drehzahl in Drehung versetzbar sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebseinrichtung für einen Synchronlauf jene Antriebseinrichtung, welche die Hohlwelle, insbesondere über eine entsprechende übersetzung, antreibt. Die bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehene zweite Antriebseinrichtung wirkt auf das Sonnenrad des Planetengetriebes. Diese Maßnahmen erlauben es, die übersetzungsverhältnisse zu wählen und die Anzahl der für die übersetzung

notwendigen Getriebebestandteile, wie Zahnräder und Zahnriemen, gering zu halten sowie eine zuverlässige und langlebige Funktion der Vorrichtung zu gewährleisten.

Eine hinsichtlich der übersetzung der Vorrichtung sehr günstige Konstruktion ergibt sich, wenn die Antriebseinrichtung, welche die Hohlwelle antreibt, auch auf dem Planetenradträger wirkt und diesen antreibt.

Bei einer bevorzugten Auslegung der zur erfϊndungsgemäßen Vorrichtung gehörenden Getriebeanordnung ist vorgesehen, dass für einen Synchronlauf von Hohlwelle und Welle oder Spindel bei feststehendem Sonnenrad des

Planetengetriebes die Drehbewegung der Hohlwelle über das Hohlrad auf dem Planetenradträger und von diesem auf die Welle oder Spindel mit entsprechender übersetzung übertragen wird. Bei dieser Ausführungsform ist für eine Drehbewegung der Welle oder Spindel bei feststehender Hohlwelle und feststehendem Hohlrad des Planetengetriebes vorgesehen, dass das Sonnenrad angetrieben wird, sodass dessen Drehbewegung über den Planetenradträger auf die Welle oder Spindel übertragen wird.

Besonders gering ist die Anzahl der vorgesehenen Getriebebestandteile bei einer Ausführung, bei der für einen Synchronlauf von Hohlwelle und Welle oder Spindel bei feststehendem Sonnenrad des Planetengetriebes eine Drehbewegung des angetriebenen Planetenradträgers über das Hohlrad und das Gehäuse des Planetengetriebes auf die Welle oder Spindel, mit entsprechender übersetzung, übertragen wird. Bei dieser Ausführungsvariante ist für eine Drehbewegung der Welle oder Spindel bei feststehender Hohlwelle und feststehendem Planetenradträger des Planetengetriebes vorgesehen, das Sonnenrad anzutreiben, dessen Drehbewegung über das Planetenrad auf das Hohlrad und das Gehäuse des Planetengetriebes und über diese Teile auf die Welle oder Spindel übertragen wird.

Als Antriebseinrichtungen eignen sich insbesondere Motoren, wobei auch vorgesehen sein kann, als Antriebseinrichtung für das Sonnenrad des

Planetengetriebes einen pneumatischen Drehzylinder einzusetzen. Diese Antriebseinrichtung eignet sich insbesondere für den Fall, dass nur kleine Drehwinkel für die Welle oder Spindel erforderlich sind.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher beschrieben. Dabei zeigen,

Fig.l eine Prinzipskizze einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 2 eine Prinzipskizze einer anderen Ausführungsvariante.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet auf besonders zuverlässige und zweckmäßige Weise einen synchronen Antrieb einer Hohlwelle und einer in dieser befindlichen an der Hohlwelle abgestützten Welle oder Spindel. Ein bevorzugter

Einsatz der Vorrichtung ist daher bei Reifenaufbaumaschinen, wobei beispielsweise die Hohlwelle die Reifenaufbaumaschine in Drehung versetzt, um etwa das Gürtelpaket eines Fahrzeugluftreifens anzurollen, und wobei die Spindel in bekannter Weise beispielsweise Bombierköpfe in axialer Richtung gegeneinander verstellt.

In der in Fig. 1 gezeigten Prinzipskizze sind mit 1 eine Hohlwelle, mit 2 eine innenliegende Spindel und mit 3 die Lagerung für die Hohlwelle 1 bezeichnet. Die Spindel 2 ist auf nicht gezeigte Weise an der Hohlwelle 1 abgestützt, sodass bei einer Drehbewegung der Welle 1 gleichzeitig die Spindel 2 in Drehung versetzt wird. Mit der Welle 1 ist ein Zahnrad 4 fest verbunden, welches mit einem weiteren Zahnrad 5 in Eingriff steht, welches von einem Motor M ₂ in Rotation versetzbar ist. Ein weiteres, mit der Welle 1 fest verbundenes Zahnrad 6 ist über einen Zahnriemen 7 mit einem Zahnrad 8 gekoppelt, welches auf einem Gehäuse 10 eines Planetengetriebes 11 sitzt und mit diesem fest verbunden ist. Mit 9 ist die Lagerung für das Gehäuse 10 des Planetengetriebes 11 bezeichnet. Ein an der Innenseite des

Gehäuses 10 umlaufendes und mit diesem fest verbundenes Hohlrad 12 steht in Eingriff mit zumindest einem Planetenrad 14, welches an einem Planetenradträger 15 angeordnet ist, welcher aus dem Gehäuse 10, mit der Achse des Planetengetriebes 11 fluchtend, nach außen geführt ist und hier ein Zahnrad 16 trägt. Das Zahnrad 16 ist über einen Zahnriemen 17 an ein Zahnrad 18 gekoppelt, welches mit der Spindel 2 fest verbunden ist.

Das Sonnenrad 13 des Planetengetriebes 11 ist mittels eines außerhalb des Planetengetriebes 11 befindlichen Motors Mi antreibbar und greift in das Planetenrad 14 ein.

Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten des Betriebes der Vorrichtung, insbesondere durch ein gesondertes oder ein gemeinsames Betreiben der Motoren Mi und M ₂ . Im Folgenden werden beispielhaft drei wesentliche Betriebsarten näher erläutert. Nachdem sich die in der Hohlwelle 1 befindliche Spindel 2 gegen die Hohlwelle 1 abstützt ist eine wichtige Betriebsart jene, bei welcher die Hohlwelle 1 und die Spindel 2 synchron in Drehung versetzt werden, um beispielsweise über die Hohlwelle 1 eine Reifenaufbautrommel in Rotation zu versetzen, wobei jedoch die Spindel 2 ihre Stellung gegenüber der Hohlwelle 1, beispielsweise zum Beibehalten der Position von Bombierköpfen, nicht ändern soll. Für diese Betriebsart wird der Motor M ₂ in Betrieb genommen und setzt über die Zahnräder 4 und 5 die Welle 1 mit der Drehzahl nw in Drehung. Das mit der Welle 1 verbundene Zahnrad 6 überträgt die Drehbewegung der Welle 1 über den Zahnriemen 7 auf das Zahnrad 9 und somit auf das Gehäuse 10, welches mit einer Drehzahl n ₃ in eine Drehbewegung versetzt wird. Das mit dem Gehäuse 10 fest verbundene Hohlrad 12 versetzt das mit ihm in Eingriff stehende Planetenrad 14 in Drehbewegung, welches dabei gegenüber dem feststehenden Sonnenrad 13 entlang des Hohlrades 12 und zwischen dem Hohlrad 12 und dem Sonnenrad 13 umläuft. Dadurch wird der Planetenradträger 15 in Drehbewegung versetzt, sein mit der Achse des Sonnenrades 13 fluchtender Kurbelteil versetzt mit einer Drehzahl n ₂ das Zahnrad 16 in Drehbewegung, welches diese Drehbewegung über den Zahnriemen 17 auf das Zahnrad 18 überträgt, welches

mit der Spindel 2 fest verbunden ist und diese mit der Drehzahl ns in Rotation versetzt.

Mit i: übersetzung des Planetengetriebes 11 ii: übersetzung der Welle 1 zum Gehäuse 10 des Planetengetriebes 11 i ₂ : übersetzung der Spindel 2 zum Planetenradträger 15 des Planetengetriebes 11

gilt für das Planetengetriebe 11 folgende Beziehung:

(1) n] - i x n ₂ - (1 - i) x n ₃ = 0

Die Drehzahl ni des Sonnenrades 13 des Planetengetriebes 11 ist beim Stillstand des Motors M ₁ , wenn nur der Motor M ₂ betrieben wird, Null und es gelten:

Für die übersetzungen i _{l s} i ₂ zwischen Welle 1 und Spindel 2 einerseits und dem Planetengetriebe 11 andererseits gilt die Beziehung

Aus den übersetzungen ergibt sich für den Motor Mi folgendes übersetzungsverhältnis zur Spindel 2:

Für den oben erwähnten Fall, dass bei einem alleinigen Betrieb des Motors M ₂ Welle 1 und Spindel 2 synchron in Drehung versetzt sein sollen ist n _w (Drehzahl der Welle) gleich n _s (Drehzahl der Spindel 2). Die übersetzungsverhältnisse der beteiligten Zahnräder und -riemen werden entsprechend aufeinander abgestellt.

Bei einer weiteren möglichen Betriebsart wird lediglich die Spindel 2 gegenüber der Hohlwelle 1 in Drehbewegung versetzt. In diesem Fall betreibt der Motor Mi das Sonnenrad 13 des Planetengetriebes 11, das Hohlrad 12 ist der feststehende Bestandteil des Planetengetriebes 11. Das Planetenrad 14, welches sowohl mit dem Sonnenrad 13 als auch mit dem Hohlrad 12 in Eingriff steht, läuft zwischen Sonnenrad 13 und Hohlrad 12 ab und setzt dadurch den kurbelartigen Planetenradträger 15 mit der Drehzahl n ₂ in Drehbewegung. Der Planetenradträger 15 betreibt das Zahnrad 16, welches über den Zahnriemen 14 das Zahnrad 18 in Drehbewegung versetzt, welches die Spindel 2 dreht. Möglich ist auch ein gemeinsamer Betrieb der Motoren Mi und M ₂ ,um die Welle 1 gegenüber der innenliegenden Spindel 2 nicht synchron in Bewegung zu versetzen. Je nach Drehrichtung der Servomotoren Mi und M ₂ gibt es eine Vielzahl möglicher Betriebsarten der Getriebeanordnung, insbesondere durch die Wahl der Drehzahl n _w der Welle 1, und der Drehzahl ni des Sonnenrades 13, der Drehzahl n ₂ des Planetenträgers 15 und der Drehzahl n _s der Spindel 2.

Auch in der in Fig. 2 gezeigten Prinzipskizze einer weiteren Ausführungsform sind mit 1 die Hohlwelle, mit 2 die innenliegende Spindel, welche an der Hohlwelle 1 auf nicht gezeigte Weise abgestützt ist, und mit 3 die Lagerung für die Hohlwelle 1 bezeichnet. Mit der Welle 1 ist ein Zahnrad 22 fest verbunden, welches über einen Zahnriemen 23 mit einem weiteren Zahnrad 24 gekoppelt ist, welches von einem Motor M ₂ in Rotation versetzbar ist. Der Motor M ₂ treibt gleichzeitig den Planetenradträger 15 des auch bei dieser Ausführungsform vorhandenen Planetengetriebes 11 an. Der Planetenradträger 15 versetzt zumindest das eine Planetenrad 14 zwischen dem Hohlrad 12, welches mit dem Gehäuse 10 des

Planetengetriebes 11 fest verbunden ist, und dem Sonnenrad 13 in Bewegung. Ein

am Gehäuse außen angeordnetes Zahnrad 19 ist unter Zwischenschaltung eines Zahnriemens 20 mit einem Zahnrad 21 in Verbindung, welches mit der Spindel 2 fest verbunden ist. Der zweite Motor, der Motor M ₁ , ist dafür vorgesehen, das Sonnenrad 13 des Planetengetriebes 11 anzutreiben. Mit n _w ist die Drehzahl der Hohlwelle 1, mit n _s die Drehzahl der Spindel 2, mit ni die Drehzahl des Sonnenrades 13 des Planetengetriebes 11, mit n ₂ die Drehzahl des Planetenradträger 15 des Planetengetriebes 11 und mit n ₃ die Drehzahl des Gehäuses 10 des Planetengetriebes 11 bezeichnet.

Auch bei dieser Ausführungsvariante gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten des Betriebes der Vorrichtung durch gesondertes oder gemeinsames Betreiben der Motoren Mi und M ₂ . Im Folgenden werden dabei nur der alleinige Betrieb des Motors M ₂ und der alleinige Betrieb des Motors Mi kurz beschrieben. Der alleinige Betrieb des Motors M ₂ bewirkt bei entsprechender Einstellung der übersetzungsverhältnisse der beteiligten Zahnräder- und riemen eine

Synchronbewegung der Hohlwelle 1 und der Spindel 2 mit übereinstimmenden Drehzahlen n _w und n _s . Der Motor M ₂ setzt über das Zahnrad 24, den Zahnriemen 23 und das Zahnrad 22 die Hohlwelle 1 mit der Drehzahl n _w in Drehung. Bei feststehendem Sonnenrad 13, der Motor Mi ist nicht in Betrieb, versetzt der Motor M ₂ gleichzeitig mit der Drehzahl n ₂ den Planetenradträger 15 und damit das

Planetenrad 14 in Bewegung. Dadurch wird über das Gehäuse 10 das Zahnrad 19 in Drehbewegung versetzt, wobei diese Drehbewegung über den Zahnriemen 20 auf das Zahnrad 21 und von dort auf die Spindel 2 übertragen wird.

Soll lediglich die Spindel 2 gegenüber der Hohlwelle 1 in Drehbewegung versetzt werden, wird bei stillstehendem Motor M ₂ der Motor Mi in Betrieb genommen, welcher das Sonnenrad 13 des Planetengetriebes 11 antreibt, wobei der Planetenradträger 15 nun der feststehende Bestandteil des Planetengetriebes 11 ist. Das Sonnenrad 13 setzt das Planetenrad 14 in Drehbewegung, welches seine Bewegung auf das Hohlrad 12 und somit auf das Gehäuse 10 und das Zahnrad 19

überträgt. Das Zahnrad 19 ist über den Zahnriemen 20 mit dem Zahnrad 21 gekoppelt, welches die Spindel 2 in Drehbewegung versetzt.

Mit i' : übersetzung des Planetengetriebes 11 ii': übersetzung der Welle 1 zum Planetenradträger 15 des Planetengetriebes 11 i ₂ ': übersetzung der Spindel 2 zum Gehäuse 10 des Planetengetriebes 11

gilt für das Planetengetriebe 11 folgende Beziehung:

(5) m - i' x n ₂ - (l - i') x n ₃ = 0

Damit sich beim Stillstand des Motors Mi die Welle 1 und die Spindel 2 zueinander nicht bewegen ist ni gleich Null und es gelten

i'-l n ₂ n ₃ n ₂ n _w

(6) = und ii ' = und i ₂ ' = und 1 = n ₃ n _w n _s n

Für die übersetzungen ii ', i ₂ ' zwischen Welle 1 und Spindel 2 einerseits und dem Planetengetriebe 11 andererseits gilt

Auch bei dieser Ausführungsvariante ist eine Anzahl weiterer möglicher Betriebsarten je nach Drehrichtung der Motoren Mi und M ₂ und je nach Wahl der Drehzahlen möglich.

Für bestimmte Anwendungsfälle sind lediglich kleine Drehwinkel der Spindel 2, beispielsweise um einen Winkel von 30° bis 45°, erforderlich. Für den Fall, dass

keine ganzen Umdrehungen der Spindel 2 veranlasst werden müssen, kann der Motor Mi auch durch einen pneumatischen Drehzylinder ersetzt werden.

Sind große übersetzungsverhältnisse erforderlich, so kann das gezeigte Planetenradgetriebe durch ein sogenanntes Harmonic-Drive-Getriebe ersetzt werden.

Es gibt eine Anzahl weiterer vorteilhafter Anwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Reifenaufbaumaschinen. Dazu gehört beispielsweise das Durchführen des Einfallens einer sogenannten Klapptrommel auf der ersten Stufe von Reifenaufbaumaschinen. Bei einer Klapptrommel wird zwischen dem

Wickeldurchmesser und dem Durchmesser zur Entnahme der Karkasse umgeschaltet. Dies geschieht durch ein Verdrehen einer inneren und einer äußeren Welle, der Antrieb der Wellen kann gemäß der Erfindung erfolgen. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht bei der Durchmesserverstellung an Aufbautrommeln von Reifenaufbaumaschinen. In diesem Fall kann auf die innere Welle eine Spindel aufgebracht werden, welche sich an der äußeren Welle abstützt, sodass über einen Konus oder Hebel, welcher um die äußere Welle angeordnet ist, der äußere Durchmesser einer segmentierten Trommel verstellt werden kann, um Reifen unterschiedlicher Größe fertigen zu können. Die Breite von Aufbautrommeln bei Reifenaufbaumaschinen lässt sich verstellen, indem man auf die innere Welle eine Spindel aufbringt, welche sich an der äußeren Welle abstützt.