Drehverbindung Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Drehverbindung für Kräne, Windkraftanlagen, Solar Panels und dergleichen, mit einem Außenring und einem Innenring, die drehbar zueinander angeordnet sind, sowie mit einem Drehantrieb.

Hintergrund der Erfindung In der DE 103 47 328 AI ist eine Drehverbindung beschrieben, die aus zwei konzentrisch ineinander angeordneten Laufringen besteht, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen Wälzkörper abrollen, wobei der Außenring an seiner äußeren Mantelfläche eine Außenverzahnung aufweist, in die zur Kraftübertragung wenigstens ein Ritzel eingreift. Diese Drehverbindung hat sich in der Praxis bei hohen Ansprüchen an die Lauf- und Einstellungsgenauig- keit, starken auf die Drehverbindung wirkenden Kräften und langer, möglichst wartungsfreier Lebensdauer bewährt. Diese Drehverbindung ist jedoch aufwendig und daher kostspielig in der Herstellung. Der hohe Aufwand bei der Herstellung dieser Drehverbindung entsteht insbesondere durch die Herstellung der Verzahnung des umlaufenden, aus einer Kupfer-Zinn- Legierung hergestellten Zahnkranzes und auch bei der Herstellung der Verzahnung an dem Antriebsritzel.

Eine kostengünstigere Drehverbindung ist in der DE 201 15 350 U1 beschrieben. Bei dieser Drehverbindung erfolgt die Kraftübertragung auf einen Außenring durch ein Seilelement, das in eine Seilnut mit mehreren, schraubenlinienartig angeordneten Windungen am Außen- durchmesser des Außenrings eingelegt ist. Jedes Ende des von dem Außenring weggeführten Seils lässt sich auf eine Seilspindel auf- bzw. davon abwickeln, wobei die beiden Seilspindeln mit Synchrondrehzahl angetrieben werden. Diese Drehverbindung lässt sich kostengünstig herstellen, verursacht einen geringen Montage- und Wartungsaufwand und erlaubt eine größere Flexibilität hinsichtlich der Anordnung der drehmomenterzeugenden sowie drehmomentübertragenden Maschinenelemente. Da der Antrieb außerhalb des Außenrings angeordnet ist, bleibt der Innenraum des Innenrings frei, jedoch besteht außerhalb des Außenrings ein erhöhter Platzbedarf für die beiden mit Synchrondrehzahl antreibbaren Seilspindeln.

Aufgabe der Erfindung

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig her- stellbare Drehverbindung vorzuschlagen, deren Außenbereich frei von Antriebselementen ist und bei Bedarf einen größeren Teilbereich des Innenraums des Innenrings freizuhalten zulässt.

Zusammenfassung der Erfindung Die Erfindung betrifft demnach eine Drehverbindung für Kräne, Windkraftanlagen, Solar Panels und dergleichen, mit einem Außenring und einem Innenring, die drehbar zueinander angeordnet sind, sowie mit einem Drehantrieb. Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, dass der Drehantrieb innerhalb des Innenrings angeordnet ist und mittels eines Umschlin- gungselements am zu drehenden Innenring angreift.

Ohne dieses Konstruktionsprinzip zu verlassen kann auch vorgesehen sein, dass der Drehantrieb innerhalb des Außenrings angeordnet ist und mittels eines Umschlingungselements am zu drehenden Außenring angreift. Radial innerhalb des drehbaren Außenrings und des Drehantriebs wäre dann der Innenring drehfest angeordnet, auf dem der Außenring mit axialem Abstand zum Drehantrieb drehbar gelagert ist.

Das Umschlingungselement kann ein biegeweiches Zugelement, beispielsweise ein Seil, ein Flachband oder eine Kette sein, oder es kann ein in eine Querrichtung biegesteifes Schubelement, beispielsweise ein Schubband, eine Schubkette oder ein Schubgliederband sein.

Wenn das Zugelement ein Seil ist, kann dieses an einem Befestigungspunkt der Innenober- fläche des Innenrings befestigt sein, sowie über eine Mehrzahl von gleichmäßig über die Inne- noberfläche des Innenrings verteilten und diese tangierenden Führungsrollen sowie über eine zur Innenoberfläche radial beabstandete Antriebstrommel geführt sein.

Wenn demgegenüber das Umschlingungselement ein Schubelement ist, kann es aus wenig- stens einem in Querrichtung gewölbten Stahlband bestehen, das an einem Befestigungspunkt an der Innenoberfläche des Innenrings befestigt, durch eine Mehrzahl von gleichmäßig über die Innenoberfläche verteilten und diese tangierenden Führungsrollen flach an der Innenoberfläche geführt und auf eine zur Innenoberfläche radial beabstandete Antriebsrolle auf- und abwickelbar ist. Die Führungsrollen können federnd bzw. mit geringem Abstand zur Inneno- berfläche des Innenrings angeordnet sein.

Dadurch, dass sowohl das Zugelement als auch das Schubelement durch die Führungsrollen nahe bei oder direkt an der Innenoberfläche des Innenrings geführt sind und die Antriebstrommel im Verhältnis zum Innendurchmesser des Innenrings einen kleinen Durchmesser aufweist, bleibt ein großer Bereich des Innenraums des Innenrings frei zur Durchführung von beispielsweise Elektrik-, Pneumatik- und/oder Hydraulikleitungen.

Dieser freie Raum lässt sich vergrößern, wenn die Antriebsrolle desaxiert in Pachtung der Innenoberfläche des Innenrings versetzt angeordnet wird.

Der Antrieb mit dem Umschlingungselement lässt sich auf einfache Wiese innerhalb des Innenrings montieren und demontieren, erfordert keine hochgenaue Bearbeitung der Innenoberfläche des Innenrings und benötigt nur einen einfachen Getriebemotor zum Antrieb der Antriebstrommel.

Zum Aufbringen einer Vorspannung auf das als Seil ausgebildete Zugelement kann die Antriebstrommel radial verschiebbar und feststellbar sein.

Eine Befestigung des als Seil ausgebildeten Zugelements an der Antriebstrommel ist nicht nötig, wenn das Seil wenigstens einmal ganz um die Antriebstrommel herumgeschlungen wird. Durch die Vorspannung auf das Seil und die durch die Umschlingung um die Antriebstrommel bewirkte erhöhte Reibung ist ein sicherer Antrieb gewährleistet. Soll die aufgebrachte Vorspannung nicht allzu hoch sein, so lässt sich das Seil auch mehrfach um die Antriebstrommel herumschlingen, wodurch der selbsthemmende Effekt des Seils auf der Antriebstrommel erheblich vergrößert wird.

Das Zugelement kann auch aus einem biegeweichen Textil-, Kunststoff- oder Stahlband oder auch aus einer Kette bestehen. Bei als biegeweiche Zugelemente ausgebildeten Umschlin- gungselementen verlaufen die Bereiche des Zugelements zwischen den Führungsrollen als Sehnen und liegen dementsprechend nur im Bereich der Führungsrollen an der Innenober- fläche des Innenrings an.

Besteht das Umschlingungselement aus einem in eine Querrichtung biegesteifes Schubelement, beispielsweise ein Schubband, eine Schubkette oder ein Schubgliederband, liegt das Schubelement bei Aufbringung von Schub an der Innenoberfläche des Innenrings an. Nur die von benachbarten Führungsrollen zur Antriebsrolle geführten Schubelementbereiche verlaufen frei und müssen auf der eine Durchbiegung zulassenden Seite durch sich von den Führungsrollen zur Antriebsrolle erstreckenden Führungsschienen geführt sein. Führungsschienen sind übliche Bauelemente in Antrieben mit Umschlingungselementen, welche als Schubelemente ausgebildet sind.

In Querrichtung gewölbte Stahlbänder, ähnlich wie sie in aufrollbaren Stahlbandmetermaßen verwendet werden, sind in Richtung zur konvexen Oberfläche biegesteif, solange sie gewölbt bleiben. Sie sind in Richtung zur konkaven Oberfläche biegeweich und werden bei Biegung flach ausgebreitet. Dementsprechend liegt ein solches Stahlband mit seiner flach ausgebre- iteten, im geraden Zustand konvexen Oberfläche an der Innenoberfläche des Innenrings an und wird durch die Führungsrollen in dieser Anlage gehalten. Die Stahlbandbereiche von benachbarten Führungsrollen zur Antriebsrolle verlaufen frei und wölben sich auf, so dass sie in diesem Bereich zur konkaven Seite hin biegeweich und zur konvexen Seite hin biegesteif sind. Um bei Aufbringung einer Druckkraft durch die Antriebstrommel ein Ausknicken dieser Bandbereiche zu verhindern, sind die bereits erwähnten Führungsschienen auf der konvexen Seite des Stahlbandes angeordnet. Vorzugsweise können zwei in Querrichtung gewölbte Stahlbänder axial nebeneinander angeordnet sein, die nebeneinander an der Innenoberfläche des Innenrings und an der Außenoberfläche der Antriebsrolle befestigt sind sowie wechselweise auf die Antriebsrolle auf- und abwickelbar sind.

Zur Führung der Stahlbänder sind die Führungsrollen und die Antriebstrommel vorzugsweise mit Führungsborden versehen.

Der Antrieb der Antriebstrommel kann elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder manuell erfolgen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der beigefügten Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Drehverbindung mit einem als Zugelement ausgebildeten Umschlingungselement, Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1 ,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Drehverbindung mit einem als

Schubelement ausgebildeten Umschlingungselement, und Fig. 4 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Die Drehverbindung gemäß der Erfindung besteht aus einem drehfest angeordneten Außen- ring 1 und einem drehbaren Innenring 2, wobei der Außenring 1 Verbindungsbohrungen 3 und der Innenring 2 Verbindungsbohrungen 4 aufweist, um die Drehverbindung an benachbarten feststehenden oder drehbaren Bauteilen zu befestigen. Aus den Figuren 2 und 4 ist ersichtlich, dass es sich bei der Drehverbindung um ein Kreuzrollenlager mit Kreuzrollen 10 handelt. Zwischen dem Außenring 1 und dem Innenring 2 sind beiderseits der Kreuzrollen 10 Dichtungen 11, 12 angeordnet. Es kann auch jede andere sinn- volle Lagerung verwendet werden.

Das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 und 2 umfasst ein Umschlingungselement in Form eines biegeweichen Seils 7. Das Seil 7 ist an einem Befestigungspunkt 13 an einer Innenoberfläche 25 des Innenrings 2 befestigt. Gleichmäßig zueinander beabstandet sind Führungsrollen 6, die Innenoberfläche 25 des Innenrings 2 tangierend angeordnet, über die das Seil 7 bis zu einer Antriebstrommel 5 geführt ist. Die Innenoberfläche 25 des Innenrings 2 ist hier mit einer Führungsnut 8 versehen, in der das Seil 7 im Bereich der Führungsrollen 6 geführt ist. Die Führungsnut 8 ist zur Lösung der gestellten Aufgabe jedoch nicht unbedingt notwendig, sondern lediglich vorteilhaft.

Der Innenring 2 befindet sich in der in Fig. 1 dargestellten Stellung in einer Mittelstellung bezüglich des Außenrings 1, welches bedeutet, dass sich der Befestigungspunkt 13 für das Seil 7 gegenüber einer Führungsrolle 6 symmetrisch zu den weiteren vier Führungsrollen 6 befindet. Von benachbarten, zu dem Befestigungspunkt 13 gegenüberliegenden Führungsrol- len 6 ist das Seil 7 zu der Antriebstrommel 5 geführt, die mit einer Führungsnut 9 für das Seil versehen ist. Die Führungsnut 9 weist beim dargestellten Ausführungsbeispiel die doppelte Breite des Seildurchmessers auf, so dass sich das Seil 7 einmal ganz um die Antriebstrommel 5 herum winden lässt. Die Antriebstrommel 5 ist in einer das Seil 7 mit einer Vorspannung versehenden Stellung dargestellt und befindet sich im Wesentlichen koaxial zum Innenring 2. Durch das Aufbringen der Vorspannung durch Verschieben der Antriebstrommel 5 weg von einer gestrichelt dargestellten Position wird das Seil 7 so gestrafft, dass die Bereiche zwischen den Führungsrollen 6 als Sehnen verlaufen.

Mittels eines geeigneten, nicht dargestellten Antriebs lässt sich die Antriebstrommel 5 in die eine oder die andere Drehrichtung drehen und bewirkt dadurch ein Drehen des Innenrings 2 gegenüber dem Außenring 1. Der Drehwinkel des Innenrings 2 ist dabei nach beiden Seiten bis zum Erreichen derjenigen Antriebsrollen 6 durch den Befestigungspunkt 13 am Innenring begrenzt, von denen das Seil 7 zur Antriebstrommel 5 geführt ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit fünf gleichmäßig beabstandeten Führungsrollen 6 entspricht der Drehwinkel 144° in jede Richtung, d. h. insgesamt 288°, so dass sich die erfindungsgemäße Drehverbindung bei Anwendungen einsetzen lässt, die keine vollständige Drehung um 360° oder mehr erfordern. Dies gilt in geringerem Maße für Kräne, ist bei der Anstellwinkelverstellung der Rotorblätter von Windkraftanlagen oder Solar Panels aber ohne weiteres gegeben. Bei zwei oder mehr Umschlingungen können auch mehr als 360° realisiert werden, beispielsweise 648°.

Das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 3 und 4 zeigt ein als Schubelement 17, 18 ausgebildetes Umschlingungselement in einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung. Die in den Figuren 3 und 4 dargestellte Drehverbindung besteht wie beim Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 und 2 aus einem drehfest angeordneten Außenring 1 und einem drehbaren Innenring 2, in denen Verbindungsbohrungen 3, 4 zur Durchführung von Befestigungselementen, wie Schrauben, angeordnet sind. Auch in diesem Fall sind beispielhaft zwischen dem Außenring 1 und dem Innenring 2 Kreuzrollen 10 und beiderseits davon Dichtungen i l, 12 angeordnet. Das Schubelement besteht aus zwei, in gestreckter Form gewölbten Stahlbändern 17, 18, ähnlich wie es in aufwickelbaren Maßbändem vorhanden ist. Im gebogenen Zustand sind die Stahlbänder 17, 18 flach und nur im gestreckten Zustand gewölbt sowie in diesem Zustand biegesteif in Richtung der konvexen Seite der Stahlbänder 17, 18 und biegeweich in Richtung der konkaven Seite.

Zwei gewölbte Stahlbänder 17, 18 sind nebeneinander und benachbart angeordnet und mit ihren Enden an Befestigungspunkten 20, 21 am Innenring 2 und in Befestigungspunkten 22, 23 an der Außenoberfläche 26 der Antriebstrommel 5 befestigt. An der Innenoberfläche 25 des Innenrings 2 liegen die Stahlbänder 17, 18 im gebogenen Zustand flach an und sind dort durch Führungsrollen 14 mit Führungsborden 15 geführt. Von den benachbarten Führungsrollen 14, die der Führungsrolle 14, wo sich die Befestigungspunkte 20, 21 der Stahlbänder 17, 18 an der Innenoberfläche 25 des Innenrings 2 befinden, im Wesentlichen gegenüberliegen, sind Stahlbandbereiche 27 geradlinig zur Antriebstrommel 5 geführt. Nach der Umlenkung durch die Führungsrollen 14 wölben sich diese Stahlbandbereiche 27 auf und werden in Richtung der konvexen Seite biegesteif. Um ein Ausknicken der Stahlbandbereiche 27 bei Aufbringung von Schub mittels der Antriebstrommel 5 zu vermeiden, sind auf der konvexen Seite der Stahlbandbereiche 27 gerade Führungsschienen 19 angeordnet.

Auf die Antriebstrommel 5 sind so viele Windungen der Stahlbänder 17, 18 aufgewickelt, wie es dem Abstand von den beiden unteren Führungsrollen 14 bis zur oberen Führungsrolle 14 in Fig. 3 entspricht.

Wird die Antriebstrommel 5 durch einen nicht dargestellten, elektrischen, hydraulischen, pneumatischen oder mechanischen Antrieb in Drehung versetzt, wickelt sich das eine Stahlband 17 auf die Antriebstrommel 5 auf, und das andere Stahlband 18 wickelt sich von der Antriebstrommel 5 ab, erzeugt Schub über den aufgewölbten Stahlbandbereich 27 und ver- setzt den Innenring 2 in eine Rechtsdrehung. Wird die Antriebstrommel 5 in umgekehrter Drehrichtung angetrieben, erfolgt auch die Drehung des Innenrings 2 in umgekehrter Richtung.

Um ein Abheben der Stahlbandwindungen von der Antriebstrommel 5 zu verhindern, ist eine entsprechend kreissegmentförmig geformte Führungsschiene 28 vorgesehen, die sich in bekannter Weise dem Durchmesser der Windungen auf der Antriebstrommel 5 anpasst. Dies kann durch eine gelenkige Ausbildung der Führungsschiene 28 geschehen, deren eines Ende fest liegt und deren anderes Ende in geeigneter Weise gegen die Windungen auf der Antriebsrolle 5 gezogen wird. Außerdem weist die Antriebstrommel 5 radial ausgerichtete Führungsborde 24 seitlich zu sowie zwischen den Stahlbändern 17, 18 auf.

Anstelle der gewölbten Stahlbänder 17, 18 lassen sich auch Schubketten oder Schubgliederbänder verwenden, insbesondere wenn hohe Schubkräfte auftreten. Die drehbare Lagerung des Innenrings 2 relativ zum Außenring 1 ist nicht auf eine Kreuzrollenlagerung beschränkt. Ebenso ist auch eine Gleitlagerung möglich, wie sie beispielsweise in der DE 201 15 350 Ul dargestellt ist. Bei den Ausfuhrungsformen gemäß den Figuren 3 und 4 muss die Antriebstrommel 5 nicht koaxial zum Außenring 1 und Innenring 2 angeordnet sein, sondern sie kann auch desaxiert in Richtung der unteren Führungsrollen 14 angeordnet sein, um mehr Freiraum innerhalb des Innenrings 2 zu schaffen.

Bezugszeichenliste

1 Außenring

2 Innenring

3 Verbindungsbohrung

4 Verbindungsbohrung

5 Antriebstrommel

6 Führungsrollen

7 Seil

8 Führungsnut

9 Führungsnut

10 Kreuzrolle

11 Dichtung

12 Dichtung

13 Befestigungsstelle am Innenring

14 Führungsrolle

15 Führungsbord

17 Stahlband

18 Stahlband

19 Führungsschiene

20 Befestigungsstelle am Innenring

21 Befestigungsstelle am Innenring

22 Befestigungsstelle an der Antriebstrommel

23 Befestigungsstelle an der Antriebstrommel 24 Führungsbord an der Antriebstrommel

25 Innenoberfläche des Innenrings

26 Außenoberfläche der Antriebstrommel

27 Aufgewölbte Stahlbandbereiche

28 Führungsschiene