Die Erfindung bezieht sich auf einem Antrieb für langsame Bewegungen mit grossen Kräften.

Solche, an sich bekannte Einrichtungen setzen in der Regel einen Motor und ein Getriebe ein. Um niedrige Geschwindig¬ keiten zu erreichen ist im allgemeinen ein grosses Ueberset- zungsverhältnis notwendig, drehen doch die Motoren meist re¬ lativ schnell. Viele Elektromotoren erlauben auch niedrige Drehzahlen, doch das abgegebene Drehmoment nimmt dabei im Vergleich zur Situation bei nominaler Drehzahl kaum zu. Bei grossen Kräften muss auch in diesen Fällen noch eine Ueber- setzung eingesetzt werden.

Auf der anderen Seite sind auch mit hydraulischen Zylindern oder Schraubtrieben grosse Kräfte und langsame Bewegungen möglich, aber gleichförmige rotierende Bewegungen sind mit diesen Linearelementen nicht ohne weiteres realisierbar. Bei linearen Bewegungen mit grossen Hüben ist eine gleichförmige Bewegung über den ganzen Hub ebenfalls problematisch. Durch den beschränkten Hub der einzelne Linearelemente sind zu¬ sätzliche Blockiereinrichtungen, zum Beispiel mit dem Dorn- /Lochsystem, siehe Patentnummer 137187, nötig. Diese Blok- kiereinrichtungen verhindern die gleichförmige Bewegung.

In Patentanmeldung NL8006276 wird ein System beschrieben, das mit hydraulischen Zylindern und zwei hin- und her- ge¬ henden Hebeln mit einer partiellen Zahnstange eine gleich- förmige Geschwindigkeit ermöglicht. Dieses System hat aber mehrere Nachteile. Bei Kraftumkehr (zum Beispiel vom Zustand 'Bein senken' zum Zustand 'Insel heben') ist ein relativ kompliziertes Umschaltsystem notwendig. Auch aus Sicher¬ heitsgründen ist es notwendig ein separates Blockiersystem zu installieren, um im Falle von Störungen unkontrollierbare Bewegungen zwischen Insel und Beine zu verhindern. Die Erfindung versucht oben erwähnte Nachteile zu verhin¬ dern. Die Erfindung wird erläutert anhand der Bilder.

Fig. 1 bis und mit 5 zeigen sehr schematisch eine Ausfüh-

rungsart für einen linearen Abtrieb, z.B. ein Hebesystem. Nacheinander sind hier mehrere Stadien des Antriebsprozesses abgebildet. Fig.6 und 7 zeigen die Ausführungen von Fig.l bis und mit Fig.5 für zwei Kraftrichtungen.

Fig.8 und 9 zeigen zwei diametral gelegene Ritzelzähne mit dazu passenden AntriebsZylindern.

Fig.10 und 11 zeigen eine Ausführungsform wo der Angriffs¬ punkt eines Zylinders Zk mit Ritzeldrehpunkt A und Krüm- mungsmittelpunkt von Zahnflanke Dl einen Winkel ß ein- εchliesst. Fig. 10 zeigt die horizontale Lage (α=0°). Fig.

11 zeigt die Situation für eine Ritzelverdrehung α. In Fig.

12 und 13 sind zwei mögliche Positionen für Drehpunkt Z des Zylinderfusses angegeben. Fig. 14 und 15 zeigen zwei Ausführungen mit linearem Ab¬ trieb.

Fig. 16 bis und mit 18 zeigen drei Ausführungen mit rotie¬ rendem Abtrieb.

In Fig. 1 bis und mit 5 ist ein Ritzel mit 4 Zähnen abgebil¬ det, das von zwei Zylindern angetrieben wird und als Dreh¬ punkt A hat. Die Drehrichtung des Ritzels und die Bewegungs¬ richtung der Zahnstange sind wie mit den Pfeilen angegeben. Nacheinander kommen zum Eingriff Zahnflanke 1 bis und mit 4 der vier Ritzelzähne mit den Zahnflanken 1' bis und mit 4' der Zahnstange. Die Zahnflanken 1 bis und mit 4 der Ritzel¬ zähne sind Kreisbögen und haben als Krümmungsmittelpunkt Dl bis und mit D4. Die Zahnflanken der Zahnstange haben eigent¬ lich einen horizontalen Teil, das mit der kreisförmigen Rit- zelflanke zusammenarbeitet. In Fig. 1 ist die Zusammenarbeit zwischen den Zahnflanken 1 und 1' fast beendet und die Zu¬ sammenarbeit zwischen 2 und 2' fängt an.

In Fig.2 hat Zylinder 10 gegenüber Fig.l eine ausfahrende Bewegung gemacht. Die Zusammenarbeit zwischen den Zahnflan- ken 2 und 2' ist voll im Gange und die Ritzelbewegung treibt Linearelement 11 durch seinen untersten toten Punkt. In Fig.3 hat Linearelement 10 gegenüber Fig.2 seine ausfah¬ rende Bewegung fortgesetzt. Die Zusammenarbeit zwischen den Zahnflanken 2 und -2' ist fast beendet und die Zusammenarbeit zwischen den Zahnflanken 3 und 3' fängt an.

In Fig.4 hat Zylinder 11 gegenüber Fig.3 eine ausfahrende Bewegung gemacht. Dabei ist Zylinder 10 durch seinen oberen toten Punkt getrieben. Die Zusammenarbeit zwischen den Zahn¬ flanken 3 und 3' ist fast beendet und die Zusammenarbeit zwischen den Zahnflanken 4 und 4' beginnt.

In Fig.5 hat Zylinder 10 gegenüber Fig.4 eine einfahrende Bewegung gemacht. Dabei ist Zylinder 11 durch seinen oberen toten Punkt getrieben. Die Zusammenarbeit zwischen den Zahn¬ flanken 1 und 1'' beginnt.

Die Zahnflanken 1 bis und mit 4 kommen mit den Zahnflanken 1' bis und mit 4' etc. zum Eingriff wenn die Kraft Fab, die auf der Zahnstange wirkt, nach der in Fig. 6 angegeben Rich¬ tung verläuft. Bei einer Kraftrichtung wie in Fig.7 kommen hingegen die Zahnflanken 5 bis und mit 8 vom Ritzel zum Eingriff mit den übereinstimmenden Zahnflanken 5' bis und mit 8' der Zahn¬ stange. Die Krümmungsmittelpunkte der Zahnflanken 5 bis und mit 8 sind die gleichen wie diejenigen der Zahnflanken 1 bis und mit 4 in Fig. 6 nämlich Dl bis und mit D4.

Dass mit dem System von Fig.l bis und mit 7 eine nahezu gleichförmige Hebebewegung möglich ist, macht Fig.8 klar. Hier sind die Zahnflanke 1 des Ritzels und die Zahnflanke 1' der Zahnstange abgebildet. Der Angriffspunkt des Kolbens Zk befindet■ sich im Krümmungsmittelpunkt des Ritzelflankes Dl. Wir denken uns eine Y-Axe durch Punkt A parallel zur Zahn¬ stangenbewegung und eine X-Axe durch Punkt A senkrecht da¬ rauf. Der Punkt Zk=Dl schliesst mit Punkt A und mit der X- Axe einen Winkel α ein. Zahnflanke 1 ist ein Teil eines Kreises und Zahnflanke 1' eine Gerade parallel zur X-Axe. Mit einer ausfahrenden Geschwindigkeit Vz des Linearelemen¬ tes ist einfach ersichtlich, dass:

Vh=Vz (1) mit Vh=Geschwindigkeit des Linearelementes

Offenbar gilt Gleichung(l) unabhängig von α, d.h. bei einer konstanten, vertikalen Geschwindigkeit Vz des Linearelemen- tes ist auch die Geschindigkeit Vh der Zahnstangen konstant!

Fig.9 entsteht aus Fig.8 indem wir das Ritzel gedanklich 180° weiter drehen. Das antreibende Linearelement macht jetzt gegenüber Fig.8 eine umgekehrte Bewegung mit Geschwin¬ digkeit Vz. Punkt D3 liegt auf der Verlängerung einer Linie durch Punkt A und Punkt Dl. Die Abstände von Punkt A bis Punkt D3 und von Punkt A bis Punkt Dl sind gleich. Ausserdem sind die Krümmungsradien von Zahnflanke 3 und Zahnflanke 1 gleich. Auch jetzt ist Gleichung (1) gültig.

Die Zahnflanken des Ritzels in Fig.l bis und mit Fig.9 sind im Wesen kreisförmig. Klar ist, dass diese Zahnflanken auch als Rollen ausgeführt werden können.

In Fig.10 ist eine allgemeinere AusführungsVariante abgebil- det. Der Drehpunkt des Zylinderkopfes Zk liegt dieses Mal nicht in Dl, doch Zk εchliesst mit A und Dl einen Winkel ß ein. Ausserdem befindet sich Punkt Zk auf einer willkür¬ lichen Distanz AZk von Drehpunkt A. In Fig.10 liegt Zk auf der X-Axe durch A oder Winkel α=0. In Fig.11 ist das Ritzel um einen Winkel α gedreht, und Punkt Zk, Punkt A und der X- Axe schliessen einen Winkel α ein. Punkt Zk hat eine verti¬ kale Geschwindigkeit Vz und eine tangentiale Geschwindigkeit Vt. Punkt Dl hat eine tangentiale Geschwindigkeit Vt' und eine Geschwindigkeit Vn senkrecht auf der Zahnεtangenflanke. Es gilt:

Vt=Vz/cos

Vt'=AD1/AZk.Vt=ADl/AZk.Vz/cosα Vn=Vt' .cosα=ADl/AZk.Vz mit: AZk=Distanz von A bis Zk

ADl=Diεtanz von A bis Dl

Wenn also eine kreisförmige Ritzelflanke, mit dem Krümmungs¬ mittelpunkt in Dl, zusammenarbeitet mit einer geraden Rit- zelflanke, die senkrecht auf Vn läuft, dann wird die Zahn¬ stange eine vertikale Geschwindigkeit bekommen:

Vh=Vn/cosß=ADl/AZk.Vz/cosß=Konstante.Vz (2) mit: Konstante=ADl/AZk/coεß

Diese Ergebnis ist offenbar unabhängig von α! Auch jetzt gilt, wenn Vz konstant ist, ist auch Vh konstant.

Bei den Betrachtungen von Fig.8 bis und mit 11 wird immer angenommen, dasε Vz parallel mit der Y-Axe verläuft. Bei der Ausführung von Fig.l bis und mit Fig.7 macht Vz mit der Y- Axe aber im allgemeinen einen kleinen Winkel θ, abhängig vom Verdrehungswinkel α des Ritzels. In Fig.12 ist dieser Winkel θ angegeben für α=0. Diese Abweichung verursacht auch bei konstanter Geschwindigkeit des Linearelementes einen Fehler in der Zahnstangengeεchwindigkeit, die gröεεer iεt wenn θ grösser ist.

In Fig.l bis und mit Fig.7 liegt der Zylinderdrehpunkt Z auf der Y-Axe durch Punkt A. In Fig.12 ist diese 'zentrische' Position nochmals abgebildet. Bei dieser Anordnung können von Linearelement 11 sowohl die Zahnflanken 1 und 5 als auch die Zahnflanken 3 und 7 angetrieben werden, da der maximale Winkel θ für beide Fälle gleich ist. Bei der Anordnung von Fig.13 gibt es eine Distanz a zwischen der Y-Axe durch Punkt A und eine Linie durch Punkt Z paral¬ lel an dieser Y-Axe. Die Position des Linearelementes 11 ist für die Zahnflanken 1 und 5 optimaler gewählt als in Fig.12, da der Winkel θ kleiner bleibt. Würden auch hier die Zahn¬ flanken 3 und 7 mit Linearelement 11 angetrieben, würde Win- kel θ extrem grosε werden. Deεwegen iεt für Zahnflanken 3 und 7 ein eigener Antriebszylinder angebracht, der für diese beiden Zahnflanken ebenfalls optimal angeordnet ist. Es spricht für sich, dass Drehpunkt Z ebenfalls an der anderen Seite der Y-Axe gesetzt werden kann. Im Vergleich zu Fig.13 sollte dann Linearelement 12 die Zahnflanken 1 und 5, und Linearelement 11 die Zahnflanken 3 und 7 antreiben. Zur Bestimmung der Grosse des maximal auftretenden Winkels θ ist das Verhältnis der Distanz von A bis Z : AZ und der Distanz von A biε Dl: AD1 maεεgebend. Bei der Aufstellung von Fig.12 ist der maximale Fehler bei AZ/AD1=5 etwa 15% und bei AZ/AD1=25 etwa 3%. In Fig.13 iεt bei AZ/AD1=5 der maxi¬ male Fehler bereits kleiner als 1%!

Fig.14 und 15 -zeigen zwei andere AusführungsVarianten des Ritzel/Zahnstangensyεtemε. Beide Varianten sind abgebildet

für α=0. Die Anzahl Ritzelzähne beträgt 3 bzw. 8. Die Rit¬ zelflanken sind immer Kreisbögen und die Zahnεtangenflanken εind Geraden. In Fig. 14 iεt wie in Fig.l biε und mit Fig.9 der Winkel ß=0°. Die Anzahl antreibende Linearelemente wird drei betragen: eineε für jeden Zahn.

In Fig.15 iεt eine Lösung mit ß=25° angegeben. Der Krüm¬ mungsmittelpunkt von Zahnflanke 1 ist Punkt Dl. Die Anzahl antreibende Linearelernente beträgt hier vier oder acht. Vier Linearelemente εind möglich, wenn wie in Fig.12 diametral gelegene Zähne mit dem gleichen Linearelement angetrieben werden. Acht Linearelemente sind notwendig, wenn dies nicht realisiert wird. Bei dem Ritzel sind wie in Fig.l bis und mit Fig.7 immer die Zahnflanken für beide Kraftrichtungen, hier zum Beispiel 1 und 9, in einem Zahn kombiniert. Bei der Zahnstange sind ebenfalls wie in Fig.l bis und mit 7 immer die Zahnflanken für beide Kraftrichtungen, hier zum Beispiel 1' und 10', in einem Zahn kombiniert.

Fig.16 bis und mit Fig.18 zeigen drei Ausführungε arianten mit rotierender Abtriebsbewegung. Die Ritzelflanken bewegen sich wie bei der Ausführung von Fig.l bis und mit Fig.15 um Drehpunkt A. Das grosse Zahnrad hat als Drehpunkt B. Die drei Varianten sind angegeben für α=0. Der Winkel ß, einge- εchlossen zwiεchen den Punkten Dl, A und B, gleicht abermalε dem Eingriffswinkel für α=0. In Fig.16 und Fig.17 ist ß=45°, in Fig.18 ist ß=20°. Anders als bei der Ausführung von Fig.l bis und mit Fig.15 verändert sich bei den Ausführungen von Fig.16 bis und mit Fig.18 der Eingriffswinkel, abhängig von Winkel α.

Analog Gleichung (2) können wir für die rotierende Abtriebs¬ bewegung folgende Gleichung ableiten:

ωb=k.Vz ( 3 ) mit: ωb=Winkelgeschwindigkeit abtriebendes Zahnrad k =Faktor

Die Zahnformen werden jetzt derart konstruiert, dass k eine Konstante iεt.

Die Zahnflankenformen bei der linearen Abtriebεbewegung von Fig.l bis und mit Fig.15 haben einen einfachen Form. Deεhalb iεt es naheliegend, für rotierende Abtriebsbewegungen von einem dieser einfachen Zahnflankenformen auszugehen und die andere Zahnflanke dazu zu konstruieren. Am besten geschieht dies mit einem Computerprogramm, in dem von der unbekannten Zahnflankenform mit Gleichung (3) eine genügende Anzahl Punkte berechnet werden. Je nachdem, ob der Durchmesεer des groεsen Zahnrades grösser wird, werden die gefundenen Zahn- formen mehr denjenigen von Fig.10 und 11 gleichen.

Die Entwürfe von Fig.16 biε und mit Fig.18 εind mit diesen Computerberechnungen entstanden. Bei den Ausführungen von Fig.16 und 17 wurde von kreisförmigen Ritzelflanken ausge¬ gangen und die Zahnflanken vom grossen Zahnrad wurden dazu konstruiert.

Mit Hilfe der Berechnungen des Computerprogrammes ist ab¬ leitbar, dass in Fig.16 und 17 zwei zusammenarbeitende Zahn¬ radpaare nur über eine maximale Ritzelverdrehung von 45° zum Eingriff sein können. Dies aus geometriεchen Gründen. Für einen kontinuierlichen Eingriff mit dem grossen Zahnrad sind also bei einer völligen Ritzelumdrehung von 360° minimal 8 Ritzelzähne notwendig. Im Falle von Fig.16 εollten dazu min- deεtenε 4 Ebenen mit Verzahnung angebracht werden. Diese Ebenen liegen parallel, haben jede die Verzahnung von Fig.16 und εind in der Wirkung derart gegenüber einander verdreht, daεs ein kontinuierlicher Abtrieb entsteht.

Die verschiedenen parallelen, Teilritzel können natürlich auf der gleichen Welle durch A befestigt werden. Das Gleiche gilt für die grossen Zahnräder mit einer gemeinsamen Welle durch B.

Beim System von Fig.17 müssen für einen kontinuierlichen Ab¬ trieb auf die gleiche Weise mindestens 2 Ebenen mit der Zu¬ sammensetzung von Fig.17 parallel angeordnet werden. Bei der Ausführung von Fig.18 wird von geraden Zahnflanken des grossen Zahnrades auεgegangen. Die Form der Ritzelflan¬ ken wurde dazu konεtruiert, auch jetzt wieder derart, dass Gleichung (3) erfüllt ist. Bei dieser Konstruktion kann ein Paar zusammenarbeitender Zahnflanken über eine maximale Rit¬ zelverdrehung von 60° wirksam sein. Das heiεεt, dass ein kontinuierlicher Abtrieb in einer Ebene nach Fig.18, mit 6

Zähnen, möglich ist.

Ausgehend von einem belastungsfreien Zuεtand werden beim Be¬ lasten des Antriebs Gleichungen (1) bis und mit (3) in die¬ ser Uebergangsphase nicht genau erfüllt werden. Das wird verursacht durch Elastizitäten und Spiele im System, zum Beispiel Lagerspiel, elastische Deformation der Konstruk¬ tion, elastische Deformation der Oelsäule bei hydraulischen Linearelementen etc.. Bei der Uebernahme der Bewegung des einen Linearelementes durch seinen Nachfolger, hat man die- εen Erscheinungen Rechnung zu tragen. Deshalb soll das über¬ nehmende Linearelement mit einer gewiεεen Vorsteuerung zum Eingriff gebracht werden. Beim hydraulischen Antrieb des Systemε geεchieht dieε am beεtem mit getrennten hydrau¬ lischen Kreisläufen der verschiedenen Linearelemente.

Die Herstellung der Zahnformen ist bei der linearen Ab¬ triebsbewegung sehr einfach möglich durch die getrennte Her- εtellung der kreiεförmigen Ritzelflanke und der geraden Zahnεtangenflanke. Auch bei der rotierenden Abtriebεbewegung iεt eine einfache Herstellung möglich, wenn das Hüllschnittverfahren angewen¬ det wird. Dieses System wird auch bei der evolventen Verzah¬ nungen oft angewendet. Man macht dazu daε eine Zahnrad mit Hilfe eines Werkzeuges, das die Form deε anderen Zahnrades hat. Bei der evolventen Verzahnung können εo durch das Ab¬ wickeln einer Zahnstange alle Verzahnungen mit dem gleichen Modul geschnitten werden _^ .

Eine wichtige Bedingung für eine genaue Herstellung nach dem Hüllschnittverfahren ist, dass der als Schneidewerkzeug aus- geführte Zahn genau herstellbar ist.

Bei der Verzahnung von Fig.16 und 17 bekommt das Schneide¬ werkzeug die Form des kreisförmigen Ritzelzahns. Dieses Schneidewerkzeug sollte in der Ebene von Fig. 16 und 17 (senkrecht auf den Axen durch die Drehpunkte A und B) die gleiche Bewegung ausführen wie die Ritzelflanke. Das kann erreicht werden durch Antrieb von einem Linearelement, das die gleiche Bewegung ausführt wie dasjenige bei dem schluss¬ endlichen Abtrieb. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des Linearelementes und der Winkelgeschwindigkeit des grossen Zahnrades soll Glei-

chung (3) erfüllen. Das runde Schneidewerkzeug kann natür¬ lich ebenfalls noch eine drehende Bewegung ausführen, wobei der Mittelpunkt der zukünftige Krümmungsmittelpunkt der Rit¬ zelflanke ist. Ausserdem iεt eine schneidende Bewegung mög- lieh in einer Richtung senkrecht auf der Ebene von Fig.16 und 17.

Bei der Verzahnung von Fig.18 machen wir das Schneidewerk¬ zeug in der Form des grossen Zahnrades in dieser Figur, das heisst mit geraden Zahnflanken. Auch jetzt müssen die Bewe- gungen des Ritzels und des grossen Zahnrades in der Ebene von Fig.18 bei der Herstellung Gleichung (3) erfüllen. Auch nun ist wieder eine schneidende Bewegung möglich in eine Richtung senkrecht auf der Ebene von Fig.18. Es spricht für sich, dasε die Herstellung der Ausführungen von Fig.16 bis und mit 18 auch möglich ist durch die ge¬ trennte Herstellung der Flanken des Ritzels und des grossen Zahnrades.

Andere, hier nicht abgebildete Ausführungsformen, z.B. mit Teilritzeln, wo die Teilritzel nicht alle auf der gleichen Welle arbeiten, sind ebenfalls Teil der Erfindung. Die Bewe¬ gung durch die toten Punkte der Linearelemente kann dabei anders als in Fig.l bis und mit Fig.7 auch aus der antrei¬ benden Wirkung der anderen Teilritzel entstehen.

Ausserdem ist der Ritzelantrieb ausεer mit hydraulischen Li¬ nearelementen natürlich auch mit anderen Linearelementen möglich.

Klar ist, dass noch andere Veränderungen und Verbesserungen angebracht werden können ohne ausserhalb des Kaders der Er¬ findung zu fallen.