WO2009018793A2 - Actuator - Google Patents
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- WO2009018793A2 WO2009018793A2 PCT/DE2008/001098 DE2008001098W WO2009018793A2 WO 2009018793 A2 WO2009018793 A2 WO 2009018793A2 DE 2008001098 W DE2008001098 W DE 2008001098W WO 2009018793 A2 WO2009018793 A2 WO 2009018793A2
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- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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- B25J9/10—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16H19/00—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
- F16H19/02—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion
- F16H19/06—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising flexible members, e.g. an endless flexible member
Definitions
- the invention relates to an actuator with a shaft drive in rotation staggering shaft drive, about whose shaft at least one band or rope-like element, hereinafter referred to rope, up and / or unwindable, which has a rope length and has two cable ends, wherein the cable ends are each connectable to a cable mounting bearing, the cable mounting bearings are relatively diametrically opposed to the shaft, the rope connected to the shaft between two cable mounting bearings takes a taut state and the rope along its rope length in a localized rope area between the two cable ends at a cable attachment point connected to the shaft.
- Actuators for transmission primarily of tensile forces, for example between a mechanical fixed abutment and a relative to the abutment movably mounted object are known in manifold variety.
- a very simple embodiment of such an actuator is connected to a fixed counter bearing, motor-driven shaft around which a traction means, for example in the form of a rope, is wound with appropriate shaft rotation. Is the loose end of the rope, for example, with an otherwise loose stored Object firmly connected, so the object is pulled in the direction of the fixed abutment by the motor-assisted rope rewind.
- a disadvantage of such an actuator arrangement is the direct load action directly on the shaft, which applies to form suitable stable and / or stable storage.
- DE 2300104 B2 describes a device with which a chain link fence can be tensioned.
- a hollow post with radial bores is provided, in which a winding shaft is mounted.
- Individual wire mesh fence segments are interconnected by means of tension wires, which are guided by the radial holes in the post and by diametrical holes of the winding shaft.
- the chain link fence can be tensioned by turning the winding shaft manually.
- the tensioning wire winds on the winding shaft.
- the winding of the tension wire is completely uncontrolled, so that along the Winding shaft occurring tilting moments can lead to deflections of the winding shaft.
- this device is structurally and functionally not suitable for continuous winding and unwinding but only for one-time clamping and occasional retightening.
- the actuator described below which is intended to combine properties, for example with regard to a muscle-like function, combines a mechanically very simple design and action principle, and also has the highest degree of integration capability in mechanically complex systems and, moreover, its size can be scaled almost arbitrarily ,
- the actuator has a shaft drive which sets a shaft in rotation about whose shaft at least one band-shaped or rope-like element can be wound up and / or unwound, which has a length and two element or cable ends.
- the ribbon or rope-like element has a high tensile strength in the longitudinal direction and transverse elasticity to be wound on waves with the smallest possible radii.
- suitable for this purpose are commercially available steel cables or steel wire wires, as they are known in the form of strings of stringed instruments from the field of music.
- whole bundles of fine steel wire fibers can be used in a suitable manner, as used for example as a "leader” in fishing sport.
- Also made of plastic or nylon ropes, as they are available as a commercial fishing or kite cords are
- higher steel strips can be used instead of commercially available steel wire or plastic cords, by means of which both high tensile forces and also considerable thrust forces are transferable without the multiplicity of
- rope is used hereafter for the purpose of simplifying the description of possible embodiments for the formulation "band or rope-like element" chosen in the claim formulation.
- the rope is preferably formed in one piece and has a rope length limited by two rope ends. In a not necessarily central, located between the two cable ends, locally limited cable area, the rope is connected to the shaft.
- the connection of the cable to the shaft is preferably designed in the form of a fixed connection, so that the cable, for example, is fixed selectively along the length thereof to the shaft.
- the two cable ends are each connectable to a cable mounting bearing, which are substantially diametrically opposed to the shaft, so that the rope always assumes a tensioned state.
- the term "cable mounting bearing” is to be understood generally and is intended to describe a force application point at which a force generatable along the cable extension can be transmitted to an arbitrary area connected to the force application point or to any object connected to the force application point either tensile or shear forces transmitted and thus generate depending on the design of the bearing, for example. By attaching to a peripheral edge of a hub torque.
- the rope By rotation of the shaft, the rope begins to wind up on the shaft, whereby the cable ends connected to the cable fixing bearings are pulled in the direction of the shaft. If, however, the shaft is rotated by the shaft drive in the opposite direction to the winding direction oriented, so there is a corresponding development of the rope from the shaft. It would also be conceivable to connect two cable pieces with their respective ends to the shaft, as if the cable were formed in one piece as described above. It is also possible to attach more than one rope to a shaft of a shaft drive to the transferable along the cable strands tensile and possibly shear forces in the Sum to increase or rope ends coming from several opposite directions together.
- both cable mounting bearing are relatively loose relative to the shaft drive, which is spatially fixed, for example, to a mechanical support structure or a fixed mechanical abutment, the loosely mounted cable mounting bearings each move at the same speed on the shaft.
- the shaft drive including shaft and one of the two mounting bearings relative to the other mounting bearing, which is fixed, for example, to a mechanical counter-bearing or on a suitably shaped support structure, loosely so that when shaft rotation both the shaft drive and shaft as also the loosely guided rope mounting bearing in the case of a rope winding on the shaft to be moved in the direction of the fixed cable mounting bearing.
- an actuator with the features of the preamble of claim 1 is characterized in that in the region of the cable attachment point, a means is provided by which the rope forces acting along the cables attack each with respect to a shaft axis of the shaft diametrically opposed tangent points that at a Rotation of the shaft for the purpose of winding the rope on the shaft both spaced from the shaft shaft ends are movable relative to the shaft on the shaft at equal speeds, and that the ropes when winding by the means in one layer and in a helical arrangement about the shaft in abutment be brought or multilayer, with constant axial position relative to the shaft with increasing winding radius around the shaft.
- the advantage of the actuator according to the invention is to be seen in that provided by the provided in the region of the cable attachment means means that the rope ordered, ie positively guided to form a fixed by the means of the application pattern is guided around the shaft.
- the actuator according to the invention it is assumed that two cable strands are unwound or unwound around the shaft, although it is in principle possible to have more than two cable strands, ie 3, 4 and more cable strands in a correspondingly equivalent manner around the shaft , according to forcibly guided up or unwind.
- the means to be specified in more detail below ensure that the contact points of the cable strands are diametrically opposed along the peripheral edge of the shaft with respect to the shaft axis or are distributed equally at the peripheral edge, so that the tensile forces acting on the shaft via the individual cable strands Compensate largely completely at the location of the shaft, so that the shaft is exposed to no force moments.
- FIG. 4 showing a winding device with a longitudinal to
- Fig. 7 showing an orderly winding two cable strands along a shaft in the way spatially guided cable mounting bearing
- Fig. 8a, b actuator representation with fuse for tensioning the cable strands. Ways to carry out the invention, industrial usability
- FIG. 1 schematically shows an actuator which is described in DE 10 2006 012 431 A1 and provides a shaft drive 1 consisting of an electric motor, a motor-driven shaft 2 and a cable 3 connected to the shaft 2, wherein the cable 3 has two cable ends 3 ', which are each connected to cable mounting bearings 4, 5.
- the cable mounting bearings 4, 5 are located diametrically opposite relative to the shaft 2 and constitute fastening points for the cable ends 3 '.
- the shaft drive 1 designed as an electric motor is controlled via an electronic control unit 6 with respect to the rotational direction and rotational speed of the shaft 2.
- the motor 1 is supported with a corresponding support structure 7.
- the support structure 7 provides for receiving the dead weight of the motor 1 and the torque M. generated by the shaft rotation and the associated winding process.
- the cable 3 is fixed by means of a fixing ring 12 firmly fitting to the shaft 2, so that the stretched around the shaft 2 cable sections each have a rope longitudinal extension, with the shaft an angle ß with 90 ° ⁇ ß ⁇ 0 °, preferably 70th ° ⁇ ⁇ 20 ° (see FIG. 2a, top illustration).
- the shaft 2 For the orderly installation of the rope 3 in the single-layer, helical manner shown in Figure 2, it is advantageous to use cables that have a certain dimensional stability, so that when winding a respective réellewickelnder cable section along a side edge of an already wound on the shaft 2 piece of rope can slide off self-centering.
- the shaft 2 it is possible to form the shaft 2 with a smooth shaft surface, however, an embodiment not shown is conceivable in which the shaft 2 provides groove-shaped recesses, which as it were helically rotate around the shaft 2, in which the ropes 3 when winding independently lay down.
- the shaft provides two recesses of double helical groove-shaped or concave shape, where, in the case of FIG. 2b, the shaft respectively provides four groove-shaped recess tracks.
- FIG. 3a left-hand illustration, illustrates that the cable 3 can not necessarily be fastened to the shaft 2 in a continuous manner but also in a split form.
- the loose cable ends 112 of the two cable sections are fixed with a secured by a locking screw 13 mounting ring 12 fixed to the shaft 2, the cable ends 112 are formed thickened advantageously, for example by means of a knot or by melting the rope ends, so that slipping the cable ends 112 can be excluded by the fastening ring 12.
- Figure 3a right illustration shows an alternative way of fastening the rope 3 longitudinally to the shaft 2 by the rope 3 in the region of the mounting ring 12 around the shaft 2, half wrapped around and pressed firmly against the shaft 2 with the mounting ring 12.
- the shaft 2 has a feedthrough channel 10, through which the cable 3 is threaded.
- the edge regions of the feedthrough channel 10 are rounded.
- FIG 3d in conjunction with Figure 3e a preferred embodiment for attaching the rope 3 at an end face of the shaft 2 is shown, which is releasably fixed at the same time with the drive shaft 113 of an electric motor 3.
- the drive shaft 113 as it were the schematic diagram in Figure 3c, a feedthrough channel 10, through which the cable 3 is threaded through in the manner shown in Figure 3e.
- the drive shaft 113 has a blind hole-like receiving opening for the front end of the shaft 2, which can be releasably fixed by means of a grub screw 13 to the drive shaft 113.
- a cover-like design fastening ring 12 is thereby slipped over the drive shaft 113 in the manner shown in Figure 3e and secured against the shaft 2 with the grub screw 13 described above. All edges over which the cable 3 runs within the fastening device shown in Figures 3 d and e are rounded, so that the cable 3 is not subject to any risk of buckling.
- the frontal opening 114 within the lid-like fastening ring 12 is formed rounded and ensures the largest possible bending or radius of curvature of the rope.
- the orthogonal oriented to the wavelength extension face of the mounting ring 12 causes the rope 3, starting at the location of the cable outlet at the front opening 114 along the shaft 2 in doppelhelikaler, single-layer arrangement conforms directly along the shaft surface.
- the shaft 2 is shown in a perspective view, along which a band-shaped cable 9 is fixed by means of a mounting ring 12 and is wound in a double-helical arrangement about the shaft 2 in the manner shown.
- the band-shaped cable 9 does not wrap over each other and meet the Bandanlege Schemee both diametrically opposed belt sections axially at the same height on the shaft 2 a loose, axially to the shaft 2 movably arranged guide sleeve or a guide ring 14 is provided which provides two diametrically opposite openings through which the band-shaped rope 9 passes.
- the band-shaped rope 9 shown in FIG. 4 is preferably designed as einêtndes steel strip with which when pulling on the shaft 2 high tensile and lower unwinding shear forces can be transmitted.
- the controlled cable guide is shown in the form of a double helical coil spring, which comprises the shaft 2 radially, preferably slightly spaced.
- the shaft 2 is connected in Figure 5 end to an electric motor 1 and as in the preceding embodiments, the mounting ring 12 provides for the fixation of the cable 3 along the shaft, which also serves to fix the doppelhelikalen formed as a spiral spring guide slot 104 at the same time.
- the left half of the rope is gray and the right half of the rope black, but it is the same type of rope or the same rope. With such a device causing the rope winding, it is not absolutely necessary that the rope 3 is always taut.
- the double-helical guide slot 104 preferably made of commercially available compression springs or of steel, ensures that the winding points come to rest uniformly and always diametrically opposite one another axially along the shaft 2.
- a simple helical guide slot 104 is shown in the embodiment shown in Figure 6, along which an additional sleeve-like guide ring 14 is axially slidably mounted, which has at least two diametrically opposite openings 101 each to the cable feedthrough.
- a peripheral edge of the guide ring 14 radially superior slide cam 102 which is in sliding engagement with the coil spring assembly, whereby this is moved during the winding and unwinding in a defined manner in the axial direction relative to the shaft 2.
- the shaft 2 may be provided in all described embodiments in the manner explained above, each with groove-shaped, the shaft helically circumferential depressions, in which the cable sections are able to nestle during winding.
- FIG. 7 shows a winding operation of a rope 3 along a shaft 2 in three different winding positions I, II and III.
- a drive motor 1 is shown with an attached shaft 2, to which a cable 3 is fixedly attached by means of a fixing ring 12.
- the left half of the rope is gray and the right half of the rope colored black, but this is the same type of rope or rope.
- the three different winding positions relate to the fully developed position in the position I, in the position III, the fully wound position and in the position Il a corresponding center position.
- d s is the shaft diameter and dc e is the height and d cc is the width of the rope resting under tension on the shaft 2.
- FIG. 8 shows an actuator which provides an additional device for a permanent cable pretension.
- the actuator provides, as in the embodiment of Figure 1 before an electric motor 1, at the shaft 2, a cable 3 is wound, which is fastened via a fastening ring 12 on the shaft 2.
- the connection between grinding wheel 115 and the shaft 117 is made either non-positively or via a friction clutch with a defined frictional torque.
- the spring 116 is tensioned. If the rope 3 slackens, the torque stored in the spring 116 rotates the shaft 2 until the rope 3 is tensioned and the cable force prevents further rotation.
Landscapes
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Abstract
Description
Aktor actuator
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf einen Aktor mit einem eine Welle in Rotation versetzenden Wellenantrieb, um dessen Welle wenigstens ein band- oder seilartiges Element, im folgenden Seil genannt, auf- und/oder abwickelbar ist, das über eine Seillänge verfügt und zwei Seilenden aufweist, wobei die Seilenden jeweils mit einem Seilbefestigungslager verbindbar sind, die Seilbefestigungslager relativ zu der Welle weitgehend diametral gegenüberliegen, das mit der Welle verbundene Seil zwischen beiden Seilbefestigungslagern einen straffen Zustand einnimmt und das Seil längs seiner Seillänge in einem lokal begrenzten Seilbereich zwischen beiden Seilenden an einer Seilbefestigungsstelle mit der Welle verbunden ist.The invention relates to an actuator with a shaft drive in rotation staggering shaft drive, about whose shaft at least one band or rope-like element, hereinafter referred to rope, up and / or unwindable, which has a rope length and has two cable ends, wherein the cable ends are each connectable to a cable mounting bearing, the cable mounting bearings are relatively diametrically opposed to the shaft, the rope connected to the shaft between two cable mounting bearings takes a taut state and the rope along its rope length in a localized rope area between the two cable ends at a cable attachment point connected to the shaft.
Stand der TechnikState of the art
Aktoren zur Übertragung in erster Linie von Zugkräften, beispielsweise zwischen einem mechanischen festen Gegenlager und einem gegenüber dem Gegenlager beweglich gelagerten Objekt, sind in mannigfaltiger Vielfalt bekannt. Eine sehr einfache Ausführungsform eines derartigen Aktors stellt eine mit einem festen Gegenlager verbundene, motorisch angetriebene Welle dar, um die ein Zugmittel, beispielsweise in Form eines Seils, bei entsprechender Wellendrehung aufgewickelt wird. Ist das lose Ende des Seils beispielsweise mit einem ansonsten lose gelagerten Objekt fest verbunden, so wird durch die motorunterstützte Seilaufwicklung das Objekt in Richtung des festen Gegenlagers gezogen. Nachteilhaft bei einer derartigen Aktoranordnung ist die direkte Lasteinwirkung unmittelbar auf die Welle, die es gilt, geeignet stabil auszubilden und/oder stabil zu lagern. Selbstverständlich sind darüber hinaus derartige Aktorsysteme aus dem Bereich der mechanischen Antriebstechnik sowie im Hinblick auf die Ausbildung mikromechanischer Aktorsysteme aus dem Bereich der Feinwerk- und Mikromechanik beliebig kompliziert aufgebaute, motorisch unterstützte Zugspannungen zwischen entsprechenden Gegenlagern erzeugende Aktoren bekannt, die dem Antrieb bzw. der Lokomotion kinematischer Systeme dienen.Actuators for transmission primarily of tensile forces, for example between a mechanical fixed abutment and a relative to the abutment movably mounted object, are known in manifold variety. A very simple embodiment of such an actuator is connected to a fixed counter bearing, motor-driven shaft around which a traction means, for example in the form of a rope, is wound with appropriate shaft rotation. Is the loose end of the rope, for example, with an otherwise loose stored Object firmly connected, so the object is pulled in the direction of the fixed abutment by the motor-assisted rope rewind. A disadvantage of such an actuator arrangement is the direct load action directly on the shaft, which applies to form suitable stable and / or stable storage. Of course, such actuator systems from the field of mechanical drive technology and with regard to the formation of micromechanical actuator systems in the field of precision mechanics and micromechanics arbitrarily complicated constructed, motor-assisted tensile stresses between corresponding abutment-generating actuators are known to the drive or the locomotion kinematic Serve systems.
Von besonderem Interesse für die Ansteuerung beweglicher Mechaniken und deren Betrieb im industriellen Umfeld, beispielsweise der Betätigung von Greifer, Hebel, Klappen, Schieber etc. aber insbesondere auch für die Realisierung beweglicher Prothesen zum Zwecke der Nachbildung beispielsweise einer menschlichen Hand, oder für die Realisierung beliebig artikulierter Roboterkinematiken, wie sie bei Industrieroboterarmen oder künstlichen Fortbewegungsmechanismen eingesetzt werden, sind so genannte muskelähnliche Aktoren, die in der Lage sind sich unter großer Kraftgenerierung zusammenzuziehen und lediglich nur geringe Rückstellkräfte zu erzeugen vermögen, so dass ein entsprechendes Auseinanderziehen derartiger muskelähnlicher, in den komprimierten Zustand überführter Aktoren lediglich durch äußere Krafteinwirkung in den elongierten Zustand erreicht werden kann.Of particular interest for the control of moving mechanisms and their operation in an industrial environment, such as the operation of grippers, levers, flaps, slides, etc. but especially for the realization of movable prostheses for the purpose of replication, for example, a human hand, or for the implementation of any articulated robot kinematics, as used in industrial robotic arms or artificial locomotion mechanisms are so-called muscle-like actuators, which are able to contract under large force generation and only able to generate low restoring forces, so that a corresponding pulling apart of such muscle-like, in the compressed state transferred actuators can be achieved only by external force in the elongated state.
In der DE 2300104 B2 wird eine Vorrichtung beschrieben, mit der ein Maschendrahtzaun gespannt werden kann. Dazu ist ein hohler Pfosten mit radialen Bohrungen vorgesehen, in dem eine Wickelwelle gelagert ist. Einzelne Maschendrahtzaunsegmente sind mittels Spanndrähten, die durch die radialen Bohrungen im Pfosten und durch diametrale Bohrungen der Wickelwelle geführt sind, miteinander verbunden. Der Maschendrahtzaun kann derart gespannt werden, indem die Wickelwelle manuell gedreht wird. Dabei wickelt sich der Spanndraht auf die Wickelwelle. Im Unterschied zum nachfolgend beschriebenen Aktor erfolgt die Aufwicklung des Spanndrahtes vollständig unkontrolliert, so dass längs zur Wickelwelle auftretende Kippmomente zu Durchbiegungen der Wickelwelle führen können. Dem wird dadurch begegnet, dass längs der Wickelwelle Stützscheiben vorgesehen sind und die Welle mit ihrem im Vergleich zum Draht großen Durchmesser mechanisch robust ist. Weiterhin ist diese Vorrichtung konstruktiv und funktional nicht für ständiges Auf- und Abwickeln geeignet sondern nur für einmaliges verspannen und gelegentliches Nachspannen.DE 2300104 B2 describes a device with which a chain link fence can be tensioned. For this purpose, a hollow post with radial bores is provided, in which a winding shaft is mounted. Individual wire mesh fence segments are interconnected by means of tension wires, which are guided by the radial holes in the post and by diametrical holes of the winding shaft. The chain link fence can be tensioned by turning the winding shaft manually. The tensioning wire winds on the winding shaft. In contrast to the actuator described below, the winding of the tension wire is completely uncontrolled, so that along the Winding shaft occurring tilting moments can lead to deflections of the winding shaft. This is counteracted by the fact that support disks are provided along the winding shaft and the shaft is mechanically robust with its large diameter compared to the wire. Furthermore, this device is structurally and functionally not suitable for continuous winding and unwinding but only for one-time clamping and occasional retightening.
Der im weiteren beschriebene Aktor, der Eigenschaften beispielsweise hinsichtlich einer muskelähnlichen Funktion in sich vereinen soll, vereint ein mechanisch sehr einfaches Konstruktions- und Wirkprinzip, und verfügt zudem über ein Höchstmaß an Integrationsfähigkeit in mechanisch komplexe Systeme und läßt sich überdies in seiner Größe nahezu beliebig skalieren.The actuator described below, which is intended to combine properties, for example with regard to a muscle-like function, combines a mechanically very simple design and action principle, and also has the highest degree of integration capability in mechanically complex systems and, moreover, its size can be scaled almost arbitrarily ,
Ein derartiger Aktor ist in der DE 10 2006 012 431 A1 beschrieben, auf deren Offenbarungsgehalt an dieser Stelle ausdrücklich hingewiesen wird. Der Aktor weist einen, eine Welle in Rotation versetzenden Wellenantrieb auf, um dessen Welle wenigstens ein band- oder seilartiges Element auf- und/oder abwickelbar ist, das über eine Länge sowie zwei Element- bzw. Seilenden verfügt. Das band- oder seilartige Element verfügt über eine hohe Zugfestigkeit in Längsrichtung sowie Querelastizität um auf Wellen mit möglichst engen Radien aufgewickelt werden zu können. Grundsätzlich eignen sich hierzu handelsübliche Stahlseile bzw. Stahlseildrähte, wie sie in Form von Saiten von Saiteninstrumenten aus dem Musikbereich her bekannt sind. Auch können ganze Bündel aus feinen Stahldrahtfasern in geeigneter Weise verwendet werden, wie sie beispielsweise als „Vorfach" im Angelsport eingesetzt werden. Auch eignen sich aus Kunststoff bzw. Nylon gefertigte Seile, wie sie als handelsübliche Angel- oder Drachenschnüre erhältlich sind. Diese weisen eine höhere Elastizität im Hinblick auf ein Aufwickeln der Seile um eine im Durchmesser kleindimensionierte Welle auf, vergleichbar zu Stahlseildrähten, verfügen jedoch ebenso über eine hohe Abriebfestigkeit und hohe Reißfestigkeit. Auch können anstelle handelsüblicher Stahlseildrähte oder Kunststoffschnüre dünne Stahlbänder eingesetzt werden, mittels derer sowohl hohe Zugkräfte als auch beträchtliche Schubkräfte übertragbar sind. Ohne die Vielzahl der vorstehend in nicht abschließender Form erläuterten möglichen Ausbildungsformen für die in der Anspruchsformulierung gewählte Formulierung „band- oder seilartiges Element" einschränken zu wollen, wird im weiteren aus Gründen einer einfacheren Beschreibung der Begriff „Seil" verwendet.Such an actuator is described in DE 10 2006 012 431 A1, the disclosure of which is expressly referred to here. The actuator has a shaft drive which sets a shaft in rotation about whose shaft at least one band-shaped or rope-like element can be wound up and / or unwound, which has a length and two element or cable ends. The ribbon or rope-like element has a high tensile strength in the longitudinal direction and transverse elasticity to be wound on waves with the smallest possible radii. Basically suitable for this purpose are commercially available steel cables or steel wire wires, as they are known in the form of strings of stringed instruments from the field of music. Also, whole bundles of fine steel wire fibers can be used in a suitable manner, as used for example as a "leader" in fishing sport.Also made of plastic or nylon ropes, as they are available as a commercial fishing or kite cords are However, higher steel strips can be used instead of commercially available steel wire or plastic cords, by means of which both high tensile forces and also considerable thrust forces are transferable without the multiplicity of The term "rope" is used hereafter for the purpose of simplifying the description of possible embodiments for the formulation "band or rope-like element" chosen in the claim formulation.
Das Seil ist vorzugsweise einstückig ausgebildet und weist eine von zwei Seilenden begrenzte Seillänge auf. In einem nicht notwendigerweise mittigen, zwischen den zwei Seilenden befindlichen, lokal begrenzten Seilbereich ist das Seil mit der Welle verbunden. Die Verbindung des Seils mit der Welle ist vorzugsweise in Form einer festen Verbindung ausgebildet, so dass das Seil bspw. längs seiner Erstreckung punktuell an der Welle fixiert ist.The rope is preferably formed in one piece and has a rope length limited by two rope ends. In a not necessarily central, located between the two cable ends, locally limited cable area, the rope is connected to the shaft. The connection of the cable to the shaft is preferably designed in the form of a fixed connection, so that the cable, for example, is fixed selectively along the length thereof to the shaft.
Die beiden Seilenden sind jeweils mit einem Seilbefestigungslager verbindbar, die der Welle weitgehend diametral gegenüberliegen, so dass das Seil stets einen gespannten Zustand einnimmt. Der Begriff „Seilbefestigungslager" ist allgemein zu verstehen und soll einen Kraftangriffspunkt beschreiben, an dem eine längs zur Seilerstreckung generierbare Kraft auf einen mit dem Kraftangriffspunkt verbundenen beliebigen Bereich oder auf ein mit dem Kraftangriffspunkt verbundenes beliebiges Objekt übertragen werden kann. So kann die Seilkraft am Seilbefestigungslager entweder Zug- oder Schubkräfte übertragen und somit in Abhängigkeit der Ausbildung des Lagers bspw. durch Anbringen an einem peripheren Rand einer Drehscheibe ein Drehmoment erzeugen.The two cable ends are each connectable to a cable mounting bearing, which are substantially diametrically opposed to the shaft, so that the rope always assumes a tensioned state. The term "cable mounting bearing" is to be understood generally and is intended to describe a force application point at which a force generatable along the cable extension can be transmitted to an arbitrary area connected to the force application point or to any object connected to the force application point either tensile or shear forces transmitted and thus generate depending on the design of the bearing, for example. By attaching to a peripheral edge of a hub torque.
Durch Rotation der Welle beginnt sich das Seil auf die Welle aufzuwickeln, wodurch die mit dem Seilbefestigungslagern verbundenen Seilenden in Richtung der Welle gezogen werden. Wird hingegen die Welle durch den Wellenantrieb in die entgegengesetzt zur Aufwickelrichtung orientierte Richtung gedreht, so erfolgt eine entsprechende Abwicklung des Seils von der Welle. Denkbar wäre es auch zwei Seilstücke mit ihren jeweiligen Enden an der Welle zu verbinden, derart, als würde das Seil einstückig, wie vorstehend beschrieben ausgebildet sein. Auch ist es möglich mehr als ein Seil an einer Welle eines Wellenantriebes anzubringen, um die längs der Seilstränge übertragbaren Zug- und gegebenenfalls Schubkräfte in der Summe zu erhöhen oder Seilenden aus mehreren jeweils gegenüberliegenden Richtungen kommend zusammenzuziehen.By rotation of the shaft, the rope begins to wind up on the shaft, whereby the cable ends connected to the cable fixing bearings are pulled in the direction of the shaft. If, however, the shaft is rotated by the shaft drive in the opposite direction to the winding direction oriented, so there is a corresponding development of the rope from the shaft. It would also be conceivable to connect two cable pieces with their respective ends to the shaft, as if the cable were formed in one piece as described above. It is also possible to attach more than one rope to a shaft of a shaft drive to the transferable along the cable strands tensile and possibly shear forces in the Sum to increase or rope ends coming from several opposite directions together.
Sei beispielsweise angenommen, dass beide Seilbefestigungslager relativ zum Wellenantrieb, der beispielsweise an einer mechanischen Tragstruktur oder einem festem mechanischen Gegenlager räumlich fixiert ist, lose gelagert sind, so bewegen sich die lose gelagerten Seilbefestigungslager jeweils mit gleicher Geschwindigkeit auf die Welle zu.For example, assume that both cable mounting bearing are relatively loose relative to the shaft drive, which is spatially fixed, for example, to a mechanical support structure or a fixed mechanical abutment, the loosely mounted cable mounting bearings each move at the same speed on the shaft.
Ebenso ist es möglich, den Wellenantrieb samt Welle sowie eines der beiden Befestigungslager relativ zu dem anderen Befestigungslager, das beispielsweise an einem mechanischen Gegenlager bzw. auf einer geeignet ausgebildeten Tragstruktur fixiert ist, lose zu führen, so dass bei Wellenrotation sowohl der Wellenantrieb samt Welle als auch das lose geführte Seilbefestigungslager im Falle einer Seilaufwicklung auf die Welle in Richtung des fixierten Seilbefestigungslagers bewegt werden.Likewise, it is possible, the shaft drive including shaft and one of the two mounting bearings relative to the other mounting bearing, which is fixed, for example, to a mechanical counter-bearing or on a suitably shaped support structure, loosely so that when shaft rotation both the shaft drive and shaft as also the loosely guided rope mounting bearing in the case of a rope winding on the shaft to be moved in the direction of the fixed cable mounting bearing.
Unabhängig von den vorstehend beschriebenen Lagerungsmöglichkeiten des Wellenantriebes relativ zu den zwei Seilbefestigungslagern wird das durch den Wellenantrieb längs der Welle auf das Seil wirkende Kraftmoment nahezu verlustfrei in eine auf die beiden Seilbefestigungslager wirkende Kraft umgewandelt, wobei, und dies ist der besondere Vorteil des Aktorprinzips, die längs der Seile auftretenden Seilkräfte F nicht von der Welle des Wellenantriebes aufgenommen werden. Aus diesem Grunde kann die Welle überaus kleine Durchmesser aufweisen und selbst leistungsschwache Wellenantriebe vermögen auf diese Weise große Seilkräfte zu erzeugen. Dies ist letztlich auch der Grund dafür, dass der Aktor selbst klein- und leichtbauend ausgebildet werden kann und sich hierdurch ideal zu Zwecken der Miniaturisierung eignet.Regardless of the above-described storage possibilities of the shaft drive relative to the two cable mounting bearings acting through the shaft drive along the shaft on the rope force moment is almost lossless converted into a force acting on the two cable mounting bearing force, and, and this is the particular advantage of Aktorprinzips that along the ropes occurring rope forces F are not absorbed by the shaft of the shaft drive. For this reason, the shaft can have extremely small diameters and even low-power shaft drives are able to generate large rope forces in this way. This is ultimately the reason that the actuator itself can be made small and lightweight and thus ideal for purposes of miniaturization.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Einsatz des vorstehenden Aktorprinzips hat gezeigt, dass der wesentliche Erfolg des Aktors davon abhängt, wie gleichmäßig das Seil bzw. die wenigstens zwei der Welle diametral gegenüberliegenden Seilstränge auf die Welle auf- und von dieser wieder abgewickelt werden. So können nur dann auf die Welle wirkende Kraftmomente ausgeschlossen werden, wenn die Seilstränge stets in Bezug zur Wellenachse an zwei diametral gegenüberliegenden Berührpunkten zur Anlage gebracht werden. Hierfür gilt es besondere Vorsorge zu treffen, insbesondere in Fällen, in denen bereits eine beträchtliche Seillänge auf die Welle aufgewickelt ist.The use of the above actuator principle has shown that the essential success of the actuator depends on how evenly the rope or the at least two diametrically opposite cable strands on the shaft and from this be settled again. Thus, force moments acting on the shaft can only be excluded if the cable strands are always brought into contact relative to the shaft axis at two diametrically opposite points of contact. For this purpose, special precautions should be taken, especially in cases where a considerable rope length has already been wound onto the shaft.
Lösungsgemäß zeichnet sich somit ein Aktor mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch aus, dass im Bereich der Seilbefestigungsstelle ein Mittel vorgesehen ist, durch das die längs der Seile wirkenden Seilkräfte jeweils an bezüglich einer Wellenachse der Welle diametral gegenüberliegenden Tangentenpunkten angreifen, dass bei einer Rotation der Welle zum Zwecke des Aufwickeins des Seils auf die Welle beide von der Welle beabstandete Seilenden relativ zur Welle auf die Welle mit gleichen Geschwindigkeiten zu bewegbar sind, und dass die Seile beim Aufwickeln durch das Mittel einlagig und in helikaler Anordnung um die Welle in Anlage gebracht werden oder mehrlagig, bei gleich bleibender axialer Lage relativ zur Welle mit zunehmenden Wickelradius um die Welle.According to the solution, therefore, an actuator with the features of the preamble of claim 1 is characterized in that in the region of the cable attachment point, a means is provided by which the rope forces acting along the cables attack each with respect to a shaft axis of the shaft diametrically opposed tangent points that at a Rotation of the shaft for the purpose of winding the rope on the shaft both spaced from the shaft shaft ends are movable relative to the shaft on the shaft at equal speeds, and that the ropes when winding by the means in one layer and in a helical arrangement about the shaft in abutment be brought or multilayer, with constant axial position relative to the shaft with increasing winding radius around the shaft.
Der Vorteil des lösungsgemäßen Aktors ist darin zu sehen, dass durch das im Bereich der Seilbefestigungsstelle vorgesehene Mittel dafür gesorgt wird, dass das Seil geordnet, d.h. zwangsgeführt unter Ausbildung eines durch das Mittel festgelegtes Anlegemuster um die Welle geführt wird. Im Weiteren sei zur vereinfachten Erläuterung des lösungsgemäßen Aktors davon ausgegangen, dass um die Welle jeweils zwei Seilstränge auf bzw. abgewickelt werden, gleichwohl es grundsätzlich möglich ist, mehr als zwei Seilstränge, d.h. 3, 4 und mehr Seilstränge in entsprechend äquivalenter Weise um die Welle, entsprechend zwangsgeführt auf- bzw. abzuwickeln. In allen Fällen sorgt das im Weiteren näher zu spezifizierende Mittel dafür, dass die Anlagepunkte der Seilstränge längs des Umfangsrandes der Welle bezüglich der Wellenachse diametral gegenüberliegen bzw. am Umfangsrand jeweils gleich verteilt sind, so dass sich die über die einzelnen Seilstränge auf die Welle wirkenden Zugkräfte am Ort der Welle weitgehend vollständig kompensieren, so dass die Welle keinerlei Kraftmomenten ausgesetzt ist. Zur erleichterten Erläuterung des lösungsgemäßen Aktors sei im Weiteren auf konkrete Ausführungsbeispiele verwiesen, die in den nachfolgenden Figuren illustriert sind. Der dem Aktor zugrunde liegende allgemeine Erfindungsgedanke soll jedoch durch die konkreten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt sein.The advantage of the actuator according to the invention is to be seen in that provided by the provided in the region of the cable attachment means means that the rope ordered, ie positively guided to form a fixed by the means of the application pattern is guided around the shaft. In addition, to simplify the explanation of the actuator according to the invention, it is assumed that two cable strands are unwound or unwound around the shaft, although it is in principle possible to have more than two cable strands, ie 3, 4 and more cable strands in a correspondingly equivalent manner around the shaft , according to forcibly guided up or unwind. In all cases, the means to be specified in more detail below ensure that the contact points of the cable strands are diametrically opposed along the peripheral edge of the shaft with respect to the shaft axis or are distributed equally at the peripheral edge, so that the tensile forces acting on the shaft via the individual cable strands Compensate largely completely at the location of the shaft, so that the shaft is exposed to no force moments. To facilitate Explanation of the actuator according to the invention will be made in the following to specific embodiments, which are illustrated in the following figures. However, the general inventive concept underlying the actuator should not be limited by the specific embodiments.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The invention will now be described by way of example without limitation of the general inventive idea by means of embodiments with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 Aktor mit Welle und Seilzug (allgemeine Prinziperläuterung),1 actuator with shaft and cable (general principle explanation),
Fig. 2a, b Darstellung bevorzugter Aufwickelmethoden längs der Welle mit a) zwei Seilsträngen und b) vier Seilsträngen,2a, b show preferred winding methods along the shaft with a) two cable strands and b) four cable strands,
Fig. 3a-e Ausführungsformen zur Seilbefestigung an bzw. längs einer Welle,3a-e embodiments for cable attachment to or along a shaft,
Fig. 4 Darstellung einer Aufwickelvorrichtung mit einem längs zurFig. 4 showing a winding device with a longitudinal to
Welle beweglich angeordneten Führungsring,Shaft movably arranged guide ring,
Fig. 5 Ausführungsbeispiel mit einer doppelhelikalen Führungskontur längs der Welle,5 embodiment with a doppelhelikalen guide contour along the shaft,
Fig. 6 Ausführungsbeispiel mit spiralfederartig ausgebildeter Führungs-6 embodiment with helical spring-like trained leadership
Kulisse,Backstage,
Fig. 7 Darstellung einer geordneten Aufwicklung zweier Seilstränge längs einer Welle im Wege räumlich geführter Seilbefestigungslager sowieFig. 7 showing an orderly winding two cable strands along a shaft in the way spatially guided cable mounting bearing and
Fig. 8a, b Aktordarstellung mit Sicherung zum Spannen der Seilstränge. Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitFig. 8a, b actuator representation with fuse for tensioning the cable strands. Ways to carry out the invention, industrial usability
Figur 1 zeigt schematisiert einen Aktor, der in der DE 10 2006 012 431 A1 beschrieben ist und einen aus einem Elektromotor bestehenden Wellenantrieb 1 , eine motorisch angetriebene Welle 2 und ein mit der Welle 2 verbundenes Seil 3 vorsieht, wobei das Seil 3 zwei Seilenden 3' aufweist, die jeweils mit Seilbefestigungslagern 4, 5 verbunden sind. Die Seilbefestigungslager 4, 5 befinden sich relativ zur Welle 2 diametral gegenüberliegend und stellen Befestigungspunkte für die Seilenden 3' dar. Der als Elektromotor ausgebildete Wellenantrieb 1 wird über ein elektronisches Steuergerät 6 bezüglich Drehsinn und Drehgeschwindigkeit der Welle 2 angesteuert. Zur Befestigung und Aufnahme des Eigengewichtes des Wellenantriebes 1 , im Folgenden kurz Motor bezeichnet, ist der Motor 1 mit einer entsprechenden Tragstruktur 7 abgestützt.FIG. 1 schematically shows an actuator which is described in DE 10 2006 012 431 A1 and provides a shaft drive 1 consisting of an electric motor, a motor-driven shaft 2 and a cable 3 connected to the shaft 2, wherein the cable 3 has two cable ends 3 ', which are each connected to cable mounting bearings 4, 5. The cable mounting bearings 4, 5 are located diametrically opposite relative to the shaft 2 and constitute fastening points for the cable ends 3 '. The shaft drive 1 designed as an electric motor is controlled via an electronic control unit 6 with respect to the rotational direction and rotational speed of the shaft 2. For fastening and receiving the dead weight of the shaft drive 1, hereinafter referred to as motor, the motor 1 is supported with a corresponding support structure 7.
Durch die räumliche Anordnung der relativ zur Welle 2 diametral gegenüberliegenden Seilbefestigungslager 4, 5 wird das Seil 3 bei Rotation der Welle 2 in der in Figur 1 dargestellten Wicklungsweise auf die Welle 2 aufgewickelt. Hierbei ist darauf zu achten, dass das Seil 3 stets einen zumindest leicht gespannten Zustand zwischen den entsprechenden Seilbefestigungslagern 4, 5 einnimmt. Das mit der Welle 2 erzeugte Abtriebsmoment M wird jeweils in eine auf die Seilbefestigungslager 4, 5 wirkende Kraft F nahezu verlustfrei umgewandelt. Aufgrund der auf die Welle 2 jeweils aus entgegen gesetzten Richtungen einwirkenden und gleichgroßen Kräfte F verbleibt die Welle 2 nahezu kraftlos, so dass sie mit sehr kleinem Durchmesser ausgebildet und mittels leistungsschwacher Motoren angetrieben werden kann, obgleich sie dennoch große Seilkräfte zu erzeugen in der Lage ist.Due to the spatial arrangement of the relative to the shaft 2 diametrically opposite cable mounting bearings 4, 5, the cable 3 is wound on rotation of the shaft 2 in the manner shown in Figure 1 on the shaft 2. It is important to ensure that the cable 3 always assumes an at least slightly tensioned state between the corresponding cable mounting bearings 4, 5. The output torque M generated with the shaft 2 is in each case converted into a force F acting on the cable mounting bearings 4, 5 virtually loss-free. Due to acting on the shaft 2 respectively from opposite directions and equal forces F shaft 2 remains almost powerless, so that it can be designed with very small diameter and driven by low-power motors, although it is still able to generate high rope forces ,
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 sorgt die Tragstruktur 7 zur Aufnahme des Eigengewichtes des Motors 1 sowie des durch die Wellenrotation und den damit verbundenen Aufwickelvorgang erzeugten Drehmomentes M. Um zu gewährleisten, dass das Seil 3 mit seinen zwei zur Welle 2 diametral gegenüberliegenden Seilabschnitten möglichst einlagig um die Welle 2 gewickelt wird und dies in einer Weise, bei der die zwei Seilabschnitte des Seils 3 stets an jeweils zwei zur Wellenachse gegenüberliegenden Tangentialpunkten der Welle 2 anliegen, wird das Seil 3 mit Hilfe eines Befestigungsringes 12 fest anliegend an der Welle 2 fixiert, so dass die um die Welle 2 gespannten Seilabschnitte jeweils eine Seillängserstreckung aufweisen, die mit der Welle einen Winkel ß mit 90° < ß < 0° vorzugsweise 70° < ß < 20° einschließen (siehe hierzu Figur 2a, obere Darstellung). In Figur 2a, untere Darstellung, ist eine Sicht in Wellenlängsrichtung gezeigt, anhand der die diametral zur Welle 2 gegenüberliegenden Anlagepunkte P1 und P2 der Seilabschnitte 3 illustriert werden. Es liegt auf der Hand, dass bei einer im Durchmesser genügend gering dimensionierten Welle 2 sich die auf die Welle 2 einwirkenden Kräfte bzw. Kraftmomente gegenseitig aufheben bzw. vernachlässigbar klein sind.In the embodiment according to Figure 1, the support structure 7 provides for receiving the dead weight of the motor 1 and the torque M. generated by the shaft rotation and the associated winding process. In order to ensure that the cable 3 with its two cable sections diametrically opposite the shaft 2 is wound as single as possible around the shaft 2 in a manner in which the two cable sections of the cable 3 are always connected to two respective tangential points of the shaft 2 opposite the shaft axis abutment, the cable 3 is fixed by means of a fixing ring 12 firmly fitting to the shaft 2, so that the stretched around the shaft 2 cable sections each have a rope longitudinal extension, with the shaft an angle ß with 90 ° <ß <0 °, preferably 70th ° <β <20 ° (see FIG. 2a, top illustration). In Figure 2a, bottom view, a view in the wavelength direction is shown, based on the diametrically opposite to the shaft 2 contact points P1 and P2 of the cable sections 3 are illustrated. It is obvious that with a sufficiently dimensioned diameter small shaft 2, the force acting on the shaft 2 forces or moments of force cancel each other or are negligible.
Entsprechend der Ausführung und Anordnung mit zwei Seilabschnitten zur Umwicklung um die Welle 2 ist es gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 2 b auch möglich, jeweils vier Seilstränge in entsprechender Anordnung um die Welle 2 anzuordnen und aufzuwickeln, wobei auch in diesem Fall die Längserstreckungen der einzelnen Seilstränge relativ zur Wellenlängsachse der Welle 2 einen Winkel ß in der vorstehend beschriebenen Größenordnung einschließen. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Seilabschnitte entsprechend helikal um die Welle 2 in einlagiger Abfolge in Anlage gebracht werden können. Auch in Figur 2b, untere Darstellung, kann ersehen werden, dass die jeweils vier Anlagepunkte P1 bis P4 paarweise in diametraler Gegenüberstellung zu einer vollständigen Kraftkompensation am Ort der Welle 2 beitragen.According to the embodiment and arrangement with two cable sections for wrapping around the shaft 2, it is also possible according to the embodiment in Figure 2 b to arrange four cable strands in a corresponding arrangement around the shaft 2 and wind up, in which case the longitudinal extents of the individual cable strands relative to the shaft longitudinal axis of the shaft 2 include an angle ß in the order described above. In this way it can be ensured that the cable sections can be brought into contact helically around the shaft 2 in a single-layer sequence. Also in Figure 2b, bottom view, it can be seen that the respective four contact points P1 to P4 contribute in pairs in diametrical comparison to a complete force compensation at the location of the shaft 2.
Zur geordneten Anlage des Seils 3 in der in Figur 2 dargestellten einlagig, helikalen Weise ist es vorteilhaft, Seile zu verwenden, die über eine gewisse Formstabilität verfügen, so dass beim Aufwickeln ein jeweils aufzuwickelnder Seilabschnitt längs einer Seitenflanke eines bereits auf die Welle 2 aufgewickelten Seilstückes selbstzentrierend abgleiten kann. Grundsätzlich ist es möglich, die Welle 2 mit einer glatten Wellenoberfläche auszubilden, gleichwohl ist eine nicht weiter dargestellte Ausführungsform denkbar, bei der die Welle 2 nutförmige Vertiefungen vorsieht, die gleichsam helikal um die Welle 2 umlaufen, in die sich die Seile 3 beim Aufwickeln selbstständig ablegen. Im Falle einer Anordnung gemäß Figur 2a sieht die Welle zwei doppelhelikal nutförmig oder konkav ausgeformte Ausnehmungen vor, wohin im Falle der Figur 2b die Welle jeweils vier nutförmig ausgeformte Ausnehmungsbahnen vorsieht.For the orderly installation of the rope 3 in the single-layer, helical manner shown in Figure 2, it is advantageous to use cables that have a certain dimensional stability, so that when winding a respective aufzuwickelnder cable section along a side edge of an already wound on the shaft 2 piece of rope can slide off self-centering. In principle, it is possible to form the shaft 2 with a smooth shaft surface, however, an embodiment not shown is conceivable in which the shaft 2 provides groove-shaped recesses, which as it were helically rotate around the shaft 2, in which the ropes 3 when winding independently lay down. In the case of an arrangement according to FIG. 2a, the shaft provides two recesses of double helical groove-shaped or concave shape, where, in the case of FIG. 2b, the shaft respectively provides four groove-shaped recess tracks.
In den Figuren 3a bis e sind unterschiedliche Ausbildungsformen für eine Fixierung des Seils 3 an der Welle 2 dargestellt. Figur 3a, linke Darstellung verdeutlicht, dass das Seil 3 nicht notwendigerweise durchgängig sondern auch in geteilter Form an der der Welle 2 befestigt werden kann. So sind die losen Seilenden 112 der beiden Seilabschnitte mit einem durch eine Arretierschraube 13 gesicherten Befestigungsring 12 fest an der Welle 2 fixiert, wobei die Seilenden 112 in vorteilhafter weise verdickt ausgebildet sind, beispielsweise mittels eines Knotens oder durch Aufschmelzen der Seilenden, so dass ein Durchrutschen der Seilenden 112 durch den Befestigungsring 12 ausgeschlossen werden kann. Figur 3a rechte Darstellung zeigt eine alternative Befestigungsweise des Seils 3 längs zur Welle 2, indem das Seil 3 einstückig im Bereich des Befestigungsringes 12 um die Welle 2, halb umschlingend herumgeführt und mit dem Befestigungsring 12 fest gegen die Welle 2 verpresst wird.In the figures 3a to e different embodiments for a fixation of the rope 3 on the shaft 2 are shown. FIG. 3a, left-hand illustration, illustrates that the cable 3 can not necessarily be fastened to the shaft 2 in a continuous manner but also in a split form. Thus, the loose cable ends 112 of the two cable sections are fixed with a secured by a locking screw 13 mounting ring 12 fixed to the shaft 2, the cable ends 112 are formed thickened advantageously, for example by means of a knot or by melting the rope ends, so that slipping the cable ends 112 can be excluded by the fastening ring 12. Figure 3a right illustration shows an alternative way of fastening the rope 3 longitudinally to the shaft 2 by the rope 3 in the region of the mounting ring 12 around the shaft 2, half wrapped around and pressed firmly against the shaft 2 with the mounting ring 12.
In der in Figur 3c dargestellten Ausführungsform weist die Welle 2 einen Durchführungskanal 10 auf, durch den das Seil 3 hindurchgefädelt ist. Um zu vermeiden, dass das Seil 3 Quetschungen, insbesondere in Randbereichen der Welle 2 erfährt und somit Schaden erleiden könnte, sind die Randbereiche des Durchführungskanals 10 verrundet.In the embodiment shown in Figure 3c, the shaft 2 has a feedthrough channel 10, through which the cable 3 is threaded. In order to avoid that the cable 3 suffers bruising, in particular in edge regions of the shaft 2 and thus could suffer damage, the edge regions of the feedthrough channel 10 are rounded.
In Figur 3d in Verbindung mit Figur 3e ist eine bevorzugte Ausführungsform zur Befestigung des Seils 3 an einem stirnseitigen Ende der Welle 2 dargestellt, die zugleich mit der Antriebswelle 113 eines Elektromotors 3 lösbar fest verbunden wird. So weist die Antriebswelle 113 gleichsam der Prinzipsskizze in Figur 3c einen Durchführungskanal 10 auf, durch den das Seil 3 in der in Figur 3e dargestellten Weise hindurchgefädelt ist. Zusätzlich weist die Antriebswelle 113 eine sacklochartig ausgebildete Aufnahmeöffnung für das stirnseitige Ende der Welle 2 auf, die mit Hilfe einer Madenschraube 13 zur Antriebswelle 113 lösbar fest fixiert werden kann. Ein deckelartig ausgebildeter Befestigungsring 12 wird dabei in der in Figur 3e dargestellten Weise über die Antriebswelle 113 gestülpt und mit der vorstehend beschriebenen Madenschraube 13 gegen die Welle 2 gesichert. Sämtliche Kanten, über die das Seil 3 innerhalb der in den Figuren 3 d und e dargestellten Befestigungsvorrichtung verläuft, sind verrundet ausgebildet, so dass das Seil 3 keinerlei Knickgefahr unterliegt. Auch die stirnseitige Öffnung 114 innerhalb des deckelartig ausgebildeten Befestigungsringes 12 ist verrundet ausgebildet und sorgt für einen möglichst großen Biege- bzw. Krümmungsradius des Seils. Auch dient die orthogonal zur Wellenlängserstreckung orientierte Stirnfläche des Befestigungsringes 12 dazu, dass sich das Seil 3 beginnend am Ort des Seilaustrittes an der stirnseitigen Öffnung 114 längs der Welle 2 in doppelhelikaler, einlagiger Anordnung sich unmittelbar längs der Wellenoberfläche anschmiegt.In Figure 3d in conjunction with Figure 3e, a preferred embodiment for attaching the rope 3 at an end face of the shaft 2 is shown, which is releasably fixed at the same time with the drive shaft 113 of an electric motor 3. Thus, the drive shaft 113, as it were the schematic diagram in Figure 3c, a feedthrough channel 10, through which the cable 3 is threaded through in the manner shown in Figure 3e. In addition, the drive shaft 113 has a blind hole-like receiving opening for the front end of the shaft 2, which can be releasably fixed by means of a grub screw 13 to the drive shaft 113. A cover-like design fastening ring 12 is thereby slipped over the drive shaft 113 in the manner shown in Figure 3e and secured against the shaft 2 with the grub screw 13 described above. All edges over which the cable 3 runs within the fastening device shown in Figures 3 d and e are rounded, so that the cable 3 is not subject to any risk of buckling. The frontal opening 114 within the lid-like fastening ring 12 is formed rounded and ensures the largest possible bending or radius of curvature of the rope. Also, the orthogonal oriented to the wavelength extension face of the mounting ring 12 causes the rope 3, starting at the location of the cable outlet at the front opening 114 along the shaft 2 in doppelhelikaler, single-layer arrangement conforms directly along the shaft surface.
In Figur 4 ist in perspektivischer Sichtweise die Welle 2 dargestellt, längs der ein bandförmiges Seil 9 mittels eines Befestigungsrings 12 fixiert ist und in doppelhelikaler Anordnung um die Welle 2 in der dargestellten Weise aufgewickelt wird. Damit sich das bandförmige Seil 9 nicht übereinander wickelt und die Bandanlegebereiche beider diametral gegenüberstehender Bandabschnitte axial in gleicher Höhe auf die Welle 2 treffen ist eine lose, axial zur Welle 2 beweglich angeordnete Führungshülse bzw. ein Führungsring 14 vorgesehen, der jeweils zwei diametral gegenüberliegende Öffnungen vorsieht, durch die das bandförmige Seil 9 hindurchläuft.In Figure 4, the shaft 2 is shown in a perspective view, along which a band-shaped cable 9 is fixed by means of a mounting ring 12 and is wound in a double-helical arrangement about the shaft 2 in the manner shown. Thus, the band-shaped cable 9 does not wrap over each other and meet the Bandanlegebereiche both diametrically opposed belt sections axially at the same height on the shaft 2 a loose, axially to the shaft 2 movably arranged guide sleeve or a guide ring 14 is provided which provides two diametrically opposite openings through which the band-shaped rope 9 passes.
Selbstverständlich ist es möglich den in Figur 4 dargestellten axial beweglichen Führungsring 14 für drei, vier und mehr Seilzuführungen entsprechend mit Öffnungen zu versehen, deren Form und Größe jeweils an das auf die Welle 2 aufzuwickelnde Seil angepasst sind. Das in der Figur 4 dargestellte bandförmige Seil 9 ist vorzugsweise als einrundendes Stahlband ausgeführt, mit dem beim Aufwickeln auf die Welle 2 hohe Zug- und beim Abwickeln kleinere Schubkräfte übertragen werden können.Of course, it is possible to provide the axially movable guide ring 14 shown in FIG. 4 for three, four or more cable feeds correspondingly with openings whose shape and size are respectively adapted to the cable to be wound onto the shaft 2. The band-shaped rope 9 shown in FIG. 4 is preferably designed as einrundendes steel strip with which when pulling on the shaft 2 high tensile and lower unwinding shear forces can be transmitted.
In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel zur kontrollierten Seilführung in Form einer doppelhelikal ausgebildeten Spiralfeder dargestellt, die die Welle 2 radial, vorzugsweise leicht beabstandet umfasst. Die Welle 2 ist in Figur 5 endseitig mit einem Elektromotor 1 verbunden und wie in den vorstehenden Ausführungsbeispielen sorgt der Befestigungsring 12 für die Fixierung des Seils 3 längs zur Welle, die zugleich auch zur Fixierung der doppelhelikalen als Spiralfeder ausgebildeten Führungskulisse 104 dient. Zur besseren Unterscheidung der Seilführungen sind die linke Seilhälfte grau und die rechte Seilhälfte schwarz eingefärbt, es handelt sich jedoch um denselben Seiltyp bzw. um dasselbe Seil. Mit einer derartigen die Seilaufwicklung zwangsführenden Vorrichtung ist es nicht zwingend erforderlich, dass das Seil 3 immer straff ist. So gewährleistet die vorzugsweise aus handelsüblichen Druckfedern bzw. aus Stahl herstellbare doppelhelikale Führungskulisse 104, dass die Aufwickelpunkte gleichmäßig und immer diametral gegenüberliegend axial entlang der Welle 2 zu liegen kommen.5 shows an embodiment of the controlled cable guide is shown in the form of a double helical coil spring, which comprises the shaft 2 radially, preferably slightly spaced. The shaft 2 is connected in Figure 5 end to an electric motor 1 and as in the preceding embodiments, the mounting ring 12 provides for the fixation of the cable 3 along the shaft, which also serves to fix the doppelhelikalen formed as a spiral spring guide slot 104 at the same time. To better distinguish the rope guides, the left half of the rope is gray and the right half of the rope black, but it is the same type of rope or the same rope. With such a device causing the rope winding, it is not absolutely necessary that the rope 3 is always taut. Thus, the double-helical guide slot 104, preferably made of commercially available compression springs or of steel, ensures that the winding points come to rest uniformly and always diametrically opposite one another axially along the shaft 2.
Demgegenüber ist im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 lediglich eine einfache spiralförmig ausgebildete Führungskulisse 104 dargestellt, längs der zusätzlich ein hülsenartiger Führungsring 14 axial gleitend gelagert ist, das wenigstens zwei diametral gegenüberliegende Öffnungen 101 jeweils zur Seildurchführung aufweist. Zur gleitenden Auflage des hülsenartigen Führungsringes 14 dient ein den Umfangsrand des Führungsringes 14 radial überragender Gleitnocken 102, der im gleitenden Eingriff mit der Spiralfederanordnung steht, wodurch diese beim Auf- und Abwickelvorgang in definierter Weise in axialer Richtung relativ zur Welle 2 verschoben wird. Zusätzlich dienen zwei stegartige Fortsätze 103, die in Anlage mit den jeweiligen Seilabschnitten geraten, wodurch verhindert wird, dass sich einerseits das hülsenartige Führungsringes 14 verklemmt und andererseits das Seil 3 um die Hülse wickelt. Selbstverständlich ist es möglich, die vorstehend beschriebenen Maßnahmen zur kontrollierten Aufwicklung des Seils 3 längs der Welle 2 in geeigneter Form zu kombinieren. So kann die Welle 2 in allen beschriebenen Ausführungsbeispielen in der eingangs erläuterten Weise mit jeweils nutförmigen, die Welle helikal umlaufenden Vertiefungen versehen sein, in die sich die Seilabschnitte beim Aufwickeln zu schmiegen vermögen.In contrast, only a simple helical guide slot 104 is shown in the embodiment shown in Figure 6, along which an additional sleeve-like guide ring 14 is axially slidably mounted, which has at least two diametrically opposite openings 101 each to the cable feedthrough. For sliding support of the sleeve-like guide ring 14 is a peripheral edge of the guide ring 14 radially superior slide cam 102 which is in sliding engagement with the coil spring assembly, whereby this is moved during the winding and unwinding in a defined manner in the axial direction relative to the shaft 2. In addition, two web-like projections 103, which come into contact with the respective cable sections, thereby preventing that on the one hand, the sleeve-like guide ring 14 jammed and on the other hand, the cable 3 wound around the sleeve. Of course, it is possible to combine the measures described above for the controlled winding of the rope 3 along the shaft 2 in a suitable form. Thus, the shaft 2 may be provided in all described embodiments in the manner explained above, each with groove-shaped, the shaft helically circumferential depressions, in which the cable sections are able to nestle during winding.
Einen alternativen Ansatz für ein kontrolliertes Aufwickeln des Seils 3 längs der Welle 2 verfolgt das in Figur 7 dargestellte Ausführungsbeispiel, das einen Aufwickelvorgang eines Seils 3 längs einer Welle 2 in jeweils drei unterschiedlichen Aufwickelpositionen I, Il und III zeigt. So ist hier ein Antriebsmotor 1 mit einer daran angebrachten Welle 2 dargestellt, an der ein Seil 3 mittels eines Befestigungsringes 12 fest angebracht ist. Zur besseren Unterscheidung der jeweiligen Aufwickelpositionen sind die linke Seilhälfte grau und die rechte Seilhälfte schwarz eingefärbt, wobei es sich jedoch um denselben Seiltyp bzw. Seil handelt. Die jeweils drei unterschiedlichen Aufwickelpositionen betreffen in der Position I die vollständig abgewickelte Stellung, in der Position III die vollständig aufgewickelte Stellung sowie in der Position Il eine entsprechende Mittelposition. Ein geordnetes Aufwickeln des Seils 3 längs der Welle 2 kann dadurch gewährleistet werden, indem der Seilzug stets unter einem Winkel α relativ zur Orthogonalen bezüglich der Wellenlängserstreckung angeordnet bleibt. Dies setzt voraus, dass das Seilbefestigungslager, an dem die jeweiligen Seilenden geführt sind, während des Aufwickelvorganges längs der strichliert eingezeichneten Geraden G geführt werden. Der Winkel α ist zugleich der Steigungswinkel, der die Welle 2 umlaufenden doppelten Helix des Aufwickelmusters. Idealerweise berechnet sich dieser Winkel durch Vorgabe des Wellendurchmessers sowie der Querschnittsmaße des unter Last aufgewickelten Seils auf der Welle in der nachstehenden Form:An alternative approach for a controlled winding of the cable 3 along the shaft 2 follows the embodiment shown in Figure 7, which shows a winding operation of a rope 3 along a shaft 2 in three different winding positions I, II and III. Thus, here a drive motor 1 is shown with an attached shaft 2, to which a cable 3 is fixedly attached by means of a fixing ring 12. For better differentiation of the respective winding positions, the left half of the rope is gray and the right half of the rope colored black, but this is the same type of rope or rope. The three different winding positions relate to the fully developed position in the position I, in the position III, the fully wound position and in the position Il a corresponding center position. An orderly winding of the cable 3 along the shaft 2 can be ensured by the cable always remains at an angle α relative to the orthogonal with respect to the wavelength extension is arranged. This requires that the cable fixing bearing, on which the respective cable ends are guided, are guided during the winding process along the straight line G drawn in dashed lines. The angle α is at the same time the pitch angle of the shaft 2 rotating double helix of Aufwickelmusters. Ideally, this angle is calculated by specifying the shaft diameter and the cross-sectional dimensions of the rope wound on load on the shaft in the following form:
wobei ds der Wellendurchmesser und dce die Höhe und dCc die Breite des unter Spannung auf der Welle 2 aufliegenden Seils sind. where d s is the shaft diameter and dc e is the height and d cc is the width of the rope resting under tension on the shaft 2.
In Figur 8 ist ein Aktor dargestellt, der eine Zusatzvorrichtung für eine dauerhafte Seilvorspannung vorsieht. Der Aktor sieht, wie im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 einen Elektromotor 1 vor, an dessen Welle 2 ein Seil 3 aufgewickelt wird, das über einen Befestigungsring 12 an der Welle 2 befestigt ist. Die Welle 2 durchragt den Elektromotor 1 rückseitig, siehe hierzu Bezugsziffer 117. Anhand der rechten Darstellung in Figur 8 ist eine Draufsicht in Wellenrichtung dargestellt, die eine Feder 116 zeigt, deren Enden einerseits fest mit dem Gehäuse des Elektromotors 1 und andererseits an einer Schleifscheibe 115 fixiert sind, die ihrerseits an der Welle 117 befestigt ist. Die Verbindung zwischen Schleifscheibe 115 und der Welle 117 ist entweder kraftschlüssig oder über eine Reibkupplung mit definiertem Reibmoment vorgenommen. Durch Abwickeln des Seils 3 wird die Feder 116 gespannt. Erschlafft das Seil 3, dreht das in der Feder 116 gespeicherte Moment die Welle 2 solange, bis das Seil 3 gespannt ist und die Seilkraft ein Weiterdrehen verhindert. FIG. 8 shows an actuator which provides an additional device for a permanent cable pretension. The actuator provides, as in the embodiment of Figure 1 before an electric motor 1, at the shaft 2, a cable 3 is wound, which is fastened via a fastening ring 12 on the shaft 2. Reference is made to the right-hand illustration in FIG. 8 for a plan view in the shaft direction, which shows a spring 116, the ends of which are fixed on the one hand to the housing of the electric motor 1 and on the other hand to a grinding wheel 115 are fixed, which in turn is attached to the shaft 117. The connection between grinding wheel 115 and the shaft 117 is made either non-positively or via a friction clutch with a defined frictional torque. By unwinding the rope 3, the spring 116 is tensioned. If the rope 3 slackens, the torque stored in the spring 116 rotates the shaft 2 until the rope 3 is tensioned and the cable force prevents further rotation.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Wellenantπeb, MotorShaft angle, motor
Wellewave
Seil ' Seilende , 5 Seilbefestigungslager elektronisches SteuergerätRope 'rope end, 5 rope mounting bearing electronic control unit
Tragstruktur bandförmiges Seil, Stahlband 0 Durchführungskanal 2 Befestigungsring 3 MadenschraubeSupporting structure band-shaped rope, steel band 0 Feed-through channel 2 Fixing ring 3 Grub screw
Führungsring 01 Öffnung 2 Gleitnocken 3 stegartiger Fortsatz 4 Führungskulisse 12 Seilende 13 Antriebswelle 14 stirnseitige Öffnung 15 Schleifscheibe 16 Feder 17 Welle Guide ring 01 Opening 2 Sliding cam 3 Web-like extension 4 Guide slot 12 Cable end 13 Drive shaft 14 Frontal opening 15 Grinding wheel 16 Spring 17 Shaft
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