DE102011078080A1 - Drehverbindung - Google Patents
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Abstract
Description
- 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 A1 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 Einstellungsgenauigkeit, 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 Außendurchmesser 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 herstellbare 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 Umschlingungselements 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 Innenoberfläche des Innenrings befestigt sein, sowie über eine Mehrzahl von gleichmäßig über die Innenoberfläche 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 wenigstens 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 Innenoberfläche 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 Richtung 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 Umschlingungselementen verlaufen die Bereiche des Zugelements zwischen den Führungsrollen als Sehnen und liegen dementsprechend nur im Bereich der Führungsrollen an der Innenoberfläche 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 ausgebreiteten, 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
-
1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Drehverbindung mit einem als Zugelement ausgebildeten Umschlingungselement, -
2 eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie II-II in1 ,3 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Drehverbindung mit einem als Schubelement ausgebildeten Umschlingungselement, und -
4 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie IV-IV in3 . - Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
- Die Drehverbindung gemäß der Erfindung besteht aus einem drehfest angeordneten Außenring
1 und einem drehbaren Innenring2 , wobei der Außenring1 Verbindungsbohrungen3 und der Innenring2 Verbindungsbohrungen4 aufweist, um die Drehverbindung an benachbarten feststehenden oder drehbaren Bauteilen zu befestigen. - Aus den
2 und4 ist ersichtlich, dass es sich bei der Drehverbindung um ein Kreuzrollenlager mit Kreuzrollen10 handelt. Zwischen dem Außenring1 und dem Innenring2 sind beiderseits der Kreuzrollen10 Dichtungen11 ,12 angeordnet. Es kann auch jede andere sinnvolle Lagerung verwendet werden. - Das Ausführungsbeispiel gemäß den
1 und2 umfasst ein Umschlingungselement in Form eines biegeweichen Seils7 . Das Seil7 ist an einem Befestigungspunkt13 an einer Innenoberfläche25 des Innenrings2 befestigt. Gleichmäßig zueinander beabstandet sind Führungsrollen6 , die Innenoberfläche25 des Innenrings2 tangierend angeordnet, über die das Seil7 bis zu einer Antriebstrommel5 geführt ist. Die Innenoberfläche25 des Innenrings2 ist hier mit einer Führungsnut8 versehen, in der das Seil7 im Bereich der Führungsrollen6 geführt ist. Die Führungsnut8 ist zur Lösung der gestellten Aufgabe jedoch nicht unbedingt notwendig, sondern lediglich vorteilhaft. - Der Innenring
2 befindet sich in der in1 dargestellten Stellung in einer Mittelstellung bezüglich des Außenrings1 , welches bedeutet, dass sich der Befestigungspunkt13 für das Seil7 gegenüber einer Führungsrolle6 symmetrisch zu den weiteren vier Führungsrollen6 befindet. Von benachbarten, zu dem Befestigungspunkt13 gegenüberliegenden Führungsrollen6 ist das Seil7 zu der Antriebstrommel5 geführt, die mit einer Führungsnut9 für das Seil versehen ist. Die Führungsnut9 weist beim dargestellten Ausführungsbeispiel die doppelte Breite des Seildurchmessers auf, so dass sich das Seil7 einmal ganz um die Antriebstrommel5 herum winden lässt. - Die Antriebstrommel
5 ist in einer das Seil7 mit einer Vorspannung versehenden Stellung dargestellt und befindet sich im Wesentlichen koaxial zum Innenring2 . Durch das Aufbringen der Vorspannung durch Verschieben der Antriebstrommel5 weg von einer gestrichelt dargestellten Position wird das Seil7 so gestrafft, dass die Bereiche zwischen den Führungsrollen6 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 Innenrings2 gegenüber dem Außenring1 . Der Drehwinkel des Innenrings2 ist dabei nach beiden Seiten bis zum Erreichen derjenigen Antriebsrollen6 durch den Befestigungspunkt13 am Innenring begrenzt, von denen das Seil7 zur Antriebstrommel5 geführt ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit fünf gleichmäßig beabstandeten Führungsrollen6 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
3 und4 zeigt ein als Schubelement17 ,18 ausgebildetes Umschlingungselement in einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung. - Die in den
3 und4 dargestellte Drehverbindung besteht wie beim Ausführungsbeispiel gemäß den1 und2 aus einem drehfest angeordneten Außenring1 und einem drehbaren Innenring2 , in denen Verbindungsbohrungen3 ,4 zur Durchführung von Befestigungselementen, wie Schrauben, angeordnet sind. Auch in diesem Fall sind beispielhaft zwischen dem Außenring1 und dem Innenring2 Kreuzrollen10 und beiderseits davon Dichtungen11 ,12 angeordnet. Das Schubelement besteht aus zwei, in gestreckter Form gewölbten Stahlbändern17 ,18 , ähnlich wie es in aufwickelbaren Maßbändern vorhanden ist. Im gebogenen Zustand sind die Stahlbänder17 ,18 flach und nur im gestreckten Zustand gewölbt sowie in diesem Zustand biegesteif in Richtung der konvexen Seite der Stahlbänder17 ,18 und biegeweich in Richtung der konkaven Seite. - Zwei gewölbte Stahlbänder
17 ,18 sind nebeneinander und benachbart angeordnet und mit ihren Enden an Befestigungspunkten20 ,21 am Innenring2 und in Befestigungspunkten22 ,23 an der Außenoberfläche26 der Antriebstrommel5 befestigt. An der Innenoberfläche25 des Innenrings2 liegen die Stahlbänder17 ,18 im gebogenen Zustand flach an und sind dort durch Führungsrollen14 mit Führungsborden15 geführt. Von den benachbarten Führungsrollen14 , die der Führungsrolle14 , wo sich die Befestigungspunkte20 ,21 der Stahlbänder17 ,18 an der Innenoberfläche25 des Innenrings2 befinden, im Wesentlichen gegenüberliegen, sind Stahlbandbereiche27 geradlinig zur Antriebstrommel5 geführt. Nach der Umlenkung durch die Führungsrollen14 wölben sich diese Stahlbandbereiche27 auf und werden in Richtung der konvexen Seite biegesteif. Um ein Ausknicken der Stahlbandbereiche27 bei Aufbringung von Schub mittels der Antriebstrommel5 zu vermeiden, sind auf der konvexen Seite der Stahlbandbereiche27 gerade Führungsschienen19 angeordnet. - Auf die Antriebstrommel
5 sind so viele Windungen der Stahlbänder17 ,18 aufgewickelt, wie es dem Abstand von den beiden unteren Führungsrollen14 bis zur oberen Führungsrolle14 in3 entspricht. - Wird die Antriebstrommel
5 durch einen nicht dargestellten, elektrischen, hydraulischen, pneumatischen oder mechanischen Antrieb in Drehung versetzt, wickelt sich das eine Stahlband17 auf die Antriebstrommel5 auf, und das andere Stahlband18 wickelt sich von der Antriebstrommel5 ab, erzeugt Schub über den aufgewölbten Stahlbandbereich27 und versetzt den Innenring2 in eine Rechtsdrehung. Wird die Antriebstrommel5 in umgekehrter Drehrichtung angetrieben, erfolgt auch die Drehung des Innenrings2 in umgekehrter Richtung. - Um ein Abheben der Stahlbandwindungen von der Antriebstrommel
5 zu verhindern, ist eine entsprechend kreissegmentförmig geformte Führungsschiene28 vorgesehen, die sich in bekannter Weise dem Durchmesser der Windungen auf der Antriebstrommel5 anpasst. Dies kann durch eine gelenkige Ausbildung der Führungsschiene28 geschehen, deren eines Ende fest liegt und deren anderes Ende in geeigneter Weise gegen die Windungen auf der Antriebsrolle5 gezogen wird. Außerdem weist die Antriebstrommel5 radial ausgerichtete Führungsborde24 seitlich zu sowie zwischen den Stahlbändern17 ,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 Außenring1 ist nicht auf eine Kreuzrollenlagerung beschränkt. Ebenso ist auch eine Gleitlagerung möglich, wie sie beispielsweise in derDE 201 15 350 U1 dargestellt ist. - Bei den Ausführungsformen gemäß den
3 und4 muss die Antriebstrommel5 nicht koaxial zum Außenring1 und Innenring2 angeordnet sein, sondern sie kann auch desaxiert in Richtung der unteren Führungsrollen14 angeordnet sein, um mehr Freiraum innerhalb des Innenrings2 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
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10347328 A1 [0002]
- DE 20115350 U1 [0003, 0039]
Claims (11)
- Drehverbindung für Kräne, Windkraftanlagen, Solar Panels und dergleichen, mit einem Außenring (
1 ) und einem Innenring (2 ), die drehbar zueinander angeordnet sind, sowie mit einem Drehantrieb (5 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (5 ) innerhalb des Innenrings (2 ) angeordnet ist und mittels eines Umschlingungselements (7 ;17 ,18 ) am Innenring (2 ) angreift. - Drehverbindung für Kräne, Windkraftanlagen, Solar Panels und dergleichen, mit einem Außenring (
1 ) und einem Innenring (2 ), die drehbar zueinander angeordnet sind, sowie mit einem Drehantrieb (5 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (5 ) innerhalb des Außenrings (1 ) angeordnet ist und mittels eines Umschlingungselements am Außenring (1 ) angreift. - Drehverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschlingungselement ein biegeweiches Zugelement (
7 ), beispielsweise ein Seil, ein Flachband oder eine Kette ist. - Drehverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschlingungselement ein in eine Querrichtung biegesteifes Schubelement (
17 ,18 ), beispielsweise ein Schubband, eine Schubkette oder ein Schubgliederband ist. - Drehverbindung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement ein Seil (
7 ) ist, das an einer Befestigungsstelle (13 ) an der Innenoberfläche (25 ) des Innenrings (2 ) befestigt ist, über eine Mehrzahl von gleichmäßig über die Innenoberfläche (25 ) verteilten und diese tangierenden Führungsrollen (6 ) sowie über eine zur Innenoberfläche (25 ) radial beabstandete Antriebstrommel (5 ) geführt ist. - Drehverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Seil (
7 ) wenigstens einmal ganz um die Antriebstrommel (5 ) herumgeschlungen ist. - Drehverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubelement aus wenigstens einem in Querrichtung gewölbten Stahlband (
17 ,18 ) besteht, das an einer Befestigungsstelle (20 ,21 ) an der Innenoberfläche (25 ) des Innenrings (2 ) befestigt ist, durch eine Mehrzahl von gleichmäßig über die Innenoberfläche (25 ) verteilten und diese tangierenden Führungsrollen (14 ) flach an der Innenoberfläche (25 ) geführt und auf eine zur Innenoberfläche (25 ) radial beabstandete Antriebstrommel (5 ) aufund abwickelbar ist. - Drehverbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die von benachbarten Führungsrollen (
14 ) zur Antriebsrolle (5 ) geführten aufgewölbten Stahlbandbereiche (27 ) auf der konvexen Stahlbandseite durch sich von den Führungsrollen (14 ) zur Antriebsrolle (5 ) erstreckende Führungsschienen (19 ) geführt sind. - Drehverbindung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in Querrichtung gewölbte Stahlbänder (
17 ,18 ) axial nebeneinander angeordnet sind, nebeneinander an der Innenoberfläche (25 ) des Innenrings (2 ) und der Außenoberfläche (26 ) der Antriebstrommel (5 ) befestigt und wechselweise auf die Antriebstrommel (5 ) auf- und abwickelbar sind. - Drehverbindung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrollen (
14 ) und die Antriebstrommel (5 ) mit Führungsborden (15 ,24 ) versehen sind. - Drehverbindung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebstrommel (
5 ) zum Aufbringen einer Vorspannung auf das Zugelement (7 ) und/oder das Schubelement (17 ,18 ) radial verschiebbar und feststellbar ist.
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