DE69701797T2

DE69701797T2 - Führung für gliederkette

Info

Publication number: DE69701797T2
Application number: DE69701797T
Authority: DE
Inventors: Jones John Rees
Original assignee: Unilever PLC; Unilever NV
Current assignee: Unilever PLC; Unilever NV
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 2000-09-21
Anticipated expiration: 2017-02-20
Also published as: JPH11513960A; CN1216511A; EP0885159B1; DE69701797D1; WO1997031846A1; CN1154603C; BR9707705A; EP0885159A1; AU2092097A; ID15994A

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine Gliederkettenführung, typischerweise aber nicht notwendigerweise für einen Endloskettenförderer, und auch einen die Führung enthaltenden Kettenförderer.

Hintergrund der Erfindung

Wenn sich eine Gliederkette um den Teilkreis eines Kettenrades herumlegt, bilden die Glieder tatsächlich einen Teil eines regelmäßigen Polygons, mit einem unmittelbaren Übergang zu der von den ankommenden Gliedern gebildeten Geraden oder Kettenlinie.
Die Fig. 1a, b und c der begleitenden Zeichnungen zeigen eine Folge von Schritten beim Einschwenken einer Gliederkette auf ein Kettenrad. Drei aufeinanderfolgende Positionen der im Übergang befindlichen Kette sind dargestellt. Die ankommenden Kettenglieder werden von der Rolle oder von dem Bolzen gezogen, der als letzter mit einem Zahnlückenfuß des Kettenrades im Eingriff steht. Während sich die Kette dreht, bewirkt dies ein Anheben und dann ein Herabfallen der Kette während der steuernden Einwirkung jedes aufeinanderfolgenden Zahns.
Die Geschwindigkeit der sich nähernden Kettenglieder verändert sich zyklisch gemäß einem Gesetz, das durch die in Fig. 2 dargestellte Geschwindigkeitskurve typisiert wird, wo die Geschwindigkeit der ankommenden Kette, ausgedrückt als Länge/Zeiteinheit, gegen den Drehwinkel (α) der Kette in Grad aufgetragen ist. Die Größe der Veränderung hängt von der Anzahl der Zähne im aufnehmenden oder treibenden Kettenrad und dem Näherungswinkel der ankommenden Kette ab. Die in Fig. 2 dargestellte Geschwindigkeit ist die horizontale Komponente der ankommenden Rolle. Unter der gültigen Annahme, dass die letzte Kettenrolle, die mit dem Kettenradzahnlückenfuß im Eingriff steht, immer die steuernde Rolle ist, kommt es dann zu einer resultierenden stufenförmigen Änderung der Geschwindigkeit der ankommenden Kette. Dies wird durch eine Asymmetrie der Position der freigebenden und der aufnehmenden Steuerrolle verursacht. Sie zeigt sich in erster Linie als Impuls der Winkelgeschwindigkeit der Kettenglieder, wodurch Schwingungen entlang der ankommenden Kette ausgelöst werden.
Kettentrieb-Lieferanten empfehlen, dass nicht weniger als 19 Zähne verwendet werden sollten, um bei Hochgeschwindigkeits- Anforderungen Polygon-Effekte zu mildern. Wenn jedoch die betreffenden Kettenglieder lang sind, führt eine solche Empfehlung zu der Notwendigkeit von Kettenrädern mit großem Durchmesser.
In solchen Anwendungsfällen, wie bei der Präzisionsförderung, wo die Kettenräder einen kleinen Durchmesser aufweisen müssen, sind dann Polygon- oder Sehnen-Effekte sehr nachteilig.

Stand der Technik

Aus dem US-Patent Nr. 5306212 ist eine Übergangspfadführung bekannt, welche die Sehnen- oder Polygon-Effekte, die auftreten, wenn sich eine Gliederkette um ein, Kettenrad herum bewegt, wesentlich verringert, jedoch nicht beseitigt. Es wird ein Übergangspfad vorgeschlagen, bei dem zumindest an der Verbindungsstelle, wo der Übergangspfad in den kreisförmigen Drehpfad um das Kettenrad einschwenkt, diese beiden Pfade eine gemeinsame Tangente aufweisen. Es ist auch ein Erfordernis des bekannten Übergangspfades, dass sich die Krümmung dieses Pfades verändert, so dass die Differenz zwischen seinem Krümmungsradius und demjenigen des kreisförmigen Drehpfades von der besagten Verbindungsstelle aus kontinuierlich abnimmt. Ein bestimmter Übergangspfad, der dieses Erfordernis erfüllt, ist eine durch die Gleichung K = (LxR)1/&sub2; definierte Klothoide oder Cornu-Spirale.
In diesem Fall besitzen die Endpunkte der Übergangskurve eine Krümmung (die Null sein kann), welche mit derjenigen des geradlinigen oder gekrümmten Pfades der Kette jenseits der Enden des Übergangspfades stetig ist. Jedoch beseitigt die Klothoide Sehnen-Effekte nur teilweise. Gemessen als Geschwindigkeitsschwankung ist bei einem gegebenen Beispiel für ein Kettenrad mit 15 Zähnen (15/2 effektive Zähne) eine kleinste Schwankung von 2,6% das beste, was erreichbar ist.

Die Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Gliederkettenführung für eine um mindestens ein Kettenrad herumtretende Gliederkette bereitgestellt, bei der jedes Kettenglied eine Führungseinrichtung trägt und im Bereich des Ineingrifftretens der Kette mit einem Kettenrad ein Steuerkurven- oder Kurvenkulissenprofil vorgesehen ist, mit dem die Führungseinrichtung zusammenwirkt, um zu bewirken, dass das mit dem Kettenrad in Eingriff tretende Kettenglied einem Übergangspfad folgt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beseitigung des normalerweise mit Gliederketten und Kettenrädern verbundenen Sehnen-Effekts der durch das Steuerkurvenprofil festgelegte Übergangspfad berechnet wird, um den Sehnen-Effekt zu beseitigen, aus dem Teilkreis (r) des Kettenrades, dem Parameterwinkel (α), der dem Kettenglied an seinem momentanen Mittelpunkt in der Ausgangsposition seines vorgesehenen Übergangspfades gegenüberliegt, und der Länge (L) des Kettengliedes, so dass das Geschwindigkeitsverhältnis von Verbindungen im Eingriff mit dem Kettenradteilkreis und vor dem Erreichen des vorgesehenen Übergangspfades auf dem Pfad der Gliederkette liegenden Verbindungen konstant ist.
Somit gestattet der berechnete Übergangspfad eine gleichförmige Geschwindigkeitsübertragung (null Beschleunigung), welche die Möglichkeit einer Einstellung einer konstanten Vorspannung unabhängig von der Position entlang der Kette gestattet.
Daraus folgt im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Übergangspfad, dass eine Geschwindigkeitsschwankung von Null erreicht wird. Obwohl sich die Kurven treffen müssen, ist außerdem eine Berührungskontinuität oder -stetigkeit, was die Krümmung an den Endpunkten des Übergangspfades angeht, nicht wesentlich, was einen Auslegungs-Freiheitsgrad gewährt, der mit dem bekannten Übergangspfad nicht verfügbar ist. Jedoch ist für praktische Zwecke eine Berührungskontinuität eine wünschenswerte Einschränkung.
Der Unterschied zu dem bekannten Übergangspfad wird unter Bezugnahme auf Fig. 2A weiter verdeutlicht, in der die Krümmung(C)/Bewegung(T)-Kurven für den erfindungsgemäßen Übergangspfad (JRJ-Pfad) in ausgezogenen Linien und für eine Klothoide in unterbrochenen Linien dargestellt sind. Die nichtlineare Beziehung der für die vorliegende Erfindung zutreffenden Krümmung/Bewegung-Kurve wird aus einem Paar simultaner Gleichungen zweiten Grades abgeleitet, die einer Geschwindigkeitsbeschränkung erster Ordnung unterliegen. Diese basieren auf sich schneidenden Kreisen, die sich bewegende Mittelpunkte aufweisen und deren Radien die Längen der Kettenglieder sind. Im Allgemeinen befindet sich nur eine Rolle im Übergang, obwohl der Übergangspfad, einmalig für jede Situation, für die Bedingung berechnet wird, wo sich an jedem Ende der Übergangspfades eine Rolle befindet. Dies bedeutet auch, dass anders als bei dem bekannten Übergangspfad der erfindungsgemäße Pfad eine aufspannende Sehne gleich der Länge eines Kettengliedes besitzt.
Bei einer typischen Ausführungsform tritt eine Endloskette um zwei oder mehr Kettenräder herum, jedoch ist die Erfindung zum Beispiel auch auf langkettige Hebe- und Förderzeuge anwendbar.
Die Erfindung betrifft auch einen Förderer, der die oben definierte Gliederführung enthält.
So ist die Führungseinrichtung auf jedem Kettenglied vorzugsweise eine Führungsrolle, die zweckmäßig am Glied befestigt ist und vorzugsweise mit einem Steuerkurvenprofil auf der Innenseite des Radius des Gliederkettenpfades in Eingriff tritt. Im Allgemeinen wird daher das Steuerkurvenprofil auf der Innenseite des Kettengliederpfades liegen, jedoch kann es sich von der Innenseite zur Außenseite bewegen, wenn an irgendeiner Stelle eine Veränderung der Krümmungsrichtung des Kettengliederpfades vorhanden ist.
Die Erfindung kann die Verwendung von weniger Gliedern zwischen Kettenräder ermöglichen, als dies bisher möglich gewesen ist, während sich trotzdem eine angemessene Leistungsfähigkeit ergibt.
Die Glieder sind vorzugsweise durch gekapselte Nadelrollen miteinander verbunden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Endlosgliederkettenförderer zum Transport von Artikeln bereitgestellt, an denen ein Herstellungsprozess durchgeführt werden soll, mittels Prozesseinrichtungen, an denen die Gegenstände vorbeibewegt werden, wenn die Gliederkette angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gliederkette durch Gliederkettenführungseinrichtungen, wie zuvor durch den ersten Aspekt der Erfindung definiert, auf im Abstand angeordnete Kettenräder geführt wird, und die Kette mit einer Spannung vorgespannt wird, die infolge der Beseitigung von Sehnen-Effekten konstant bleibt, wodurch die Bewegung der Glieder an den Prozesseinrichtungen vorbei entlang eines unveränderlichen Pfades erfolgt.
Daraus ergeben sich verschiedene Vorteile, wie nachfolgend ersichtlich wird.
Erstens ist ersichtlich, dass weil infolge einer Beseitigung von Sehnen-Effekten eine unveränderliche Spannung in der Gliederkette vorhanden ist, die Gliederkette mit einer vorbestimmten Spannung vorbelastet werden kann. Wenn Sehnen- Effekte nicht beseitigt werden, wäre eine derartige Vorbelastung mit einer Zugspannung nicht ohne weiteres möglich, da das System dazu neigen würde, sich festzufressen, oder die Kette brechen würde.
Die Beseitigung von Sehnen-Effekten bedeutet auch, dass die Lager oder die Kette spielfrei gemacht werden können, und weil die Kette spielfrei in ihren Lagern läuft, die Bewegung der Kette vollständig präzise und unveränderlich gemacht werden kann.
Bei Transportvorrichtungen, in denen Gegenstände an Prozesseinrichtungen vorbeitransportiert werden, ist eine schrittweise Vorwärtsbewegung der Gegenstände, d. h. eine Indexierbewegung, zu bevorzugen, so dass die Prozesseinrichtung auf die Gegenstände einwirkt, während sie stationär sind. Wenn jedoch die Indexiergeschwindigkeit so schnell wie möglich gemacht wird, wie zu Zwecken der Fertigungsproduktivität bevorzugt, werden in der Kette Schwingungen erregt, was eine genaue Ausrichtung der Prozesseinrichtung mit den Gegenständen schwierig macht, weil sie durch die verursachten Schwingungen zittern oder wackeln. Eine Beseitigung des Spiels in den Lagern der Gliederkette verbunden mit der vorbestimmten Spannung, mit der die Kette vorbelastet wird, ermöglicht einer schnellere Indexierung, d. h. eine schnellere Beschleunigung und Abbremsung der Kettenbewegung, und ermöglicht dadurch eine größeren Durchsatz. Die Beschleunigung und Abbremsung zu Indexierzwecken steht in keinerlei Zusammenhang mit der Tatsache, dass der berechnete Übergangspfad für die Kette wegen der Beseitigung von Sehnen-Effekten eine gleichförmige Geschwindigkeitsübertragung gestattet.
Während ein herkömmlicher Kettentrieb normalerweise mindestens 18 Zähne pro Kettenrad erfordern würde, um Sehnen-Effekte zu minimieren, und selbst dann keine konstante Spannung gestatten würde, ist wiederum infolge der wesentlichen Beseitigung von Sehnen-Effekten bei der vorliegenden Erfindung nicht mehr eine Mindestzähnezahl für die Kettenräder erforderlich. Bei der vorliegenden Erfindung kann daher die Zähnezahl pro Kettenrad auf 10 oder weniger verringert werden und beträgt vorzugsweise nur 6. Folglich weist die Kette sehr viel längere Glieder auf, als dies für einen gegebenen Teilkreisdurchmesser der Kettenräder üblich ist. In der Tat wird bei der bevorzugten Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung die Anzahl von Gliedern in der Kette im Verhältnis zu einer herkömmlichen Kette mit vergleichbaren Abmessungen um einen Faktor von mindestens drei verringert, und die Kettenteilung, d. h. die Gliederlänge, wird um einen Faktor von mindestens drei vergrößert. Die Anzahl von Kettenlagern wird dadurch proportional verringert, und der für die Lager verfügbare Raum wird vergrößert.
Bei Transportvorrichtungen, in denen Gegenstände an Prozesseinrichtungen vorbeitransportiert werden, sind häufig Materialien und Substanzen involviert, die von schmutzender oder abrasiver Art sind, was zu Schäden und Verschleiß an den Lagern führt, wenn das Material oder die Substanz in sie eindringen kann. Weil jedoch infolge der Verwendung von längeren Gliedern mehr Platz für die Lager vorhanden ist, können die Abmessungen der Lager vergrößert werden, was es möglich macht, die Lager zu kapseln, womit die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Kettentriebs vergrößert wird.

Beschreibung einer Ausführungsform

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen weiter beschrieben, in denen:
Die Fig. 1 und 2 oben beschriebene erläuternde Schaubilder (Stand der Technik) sind;
Fig. 3 einige Gliederkettenausbildungen zeigt, bei denen die Erfindung anwendbar ist;
Die Fig. 4 bis 7 Schaubilder sind, um zum Verständnis der Berechnungen beizutragen, die zur Durchführung der Erfindung notwendig sind;
Die Fig. 8 bis 10 Kurven sind, welche die Anhänge zur vorliegenden Beschreibung begleiten;
Die Fig. 11a, b und c eine Gliederkettenförderer- Untersuchungseinrichtung zur Überprüfung der Erfindung in Seitenansicht, Draufsicht bzw. Stirnseitenansicht zeigen;
Fig. 12 eines der Kettenräder der Untersuchungseinrichtung zeigt; und
Die Fig. 13a bzw. 13b die linke und rechte Übergangskurve für die Untersuchungseinrichtung aus Fig. 11 in eine Führungsplatte eingebaut zeigen.
Bei der Präzisions-Kettenförderung bilden mehrere Konfigurationen ein Potential zur Anwendung der Gliederkettenführung der Erfindung. Diese basieren auf Kreisbögen und Geraden. Spurführungen oder Schienen würden verwendet, um die Kettenrollen durch die Gerade oder den Kreisbogen zu führen. Einige unterschiedliche mögliche Gestaltungen sind in den Fig. 3a bis 3d dargestellt.
Diese Figuren zeigen nur den Kettenradteilkreis und die Profilbezugslinie oder den Profilbezugsbogen, welche die Rollen der Kettenglieder zwangsführen. In jedem Fall ist ein Übergangsprofil gemäß der Erfindung an der Verbindungsstelle von Linie oder Bogen zum Kettenradteilkreis erforderlich.
Die in Fig. 3 dargestellten schematischen Ansichten stellen Varianten von etwas dar, was modulare Transportanordnungen sein könnten, die sich an andere Linear- oder Drehbewegungen schmiegen könnten. Zum Beispiel könnten die Bogenformen in b und c in Verbindung mit einer rotierenden Karussel- Füllvorrichtung verwendet werden, um Produkte zu entladen.
Zum Zweck der Entwicklung der grundlegenden Geometrie der Übergangskurven werden unten zwei Varianten getrennt behandelt. Die erste Form ist für die Verbindung von einer Geraden in den Teilkreis eines Kettenrades. Die zweite Form ist für einen Kreisbogen in den Teilkreis eines Kettenrades.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 4a bis 4c werden daher zuerst zwei Glieder einer Kette betrachtet, die bei B verbunden sind, und zwar AB Glied 1 und BC Glied 2. Die Verbindung C bewegt sich entlang einer Geraden, die zur x-Achse parallel und in y- Richtung um e versetzt ist. B befindet sich anfänglich ebenfalls auf der Geraden, steht jedoch unmittelbar vor dem Beginn der Bewegung entlang der Übergangskurve. A befindet sich im Teilkreis des Kettenrades. Dieser Zustand, Position 1, ist in Fig. 4a dargestellt.
Fig. 4b zeigt den Zustand, wo sich C noch immer auf seinem geradlinigen Pfad befindet. B befindet sich auf seiner Übergangskurve (in diesem Stadium der Entwicklung der Theorie nicht definiert), während sich A entlang des Teilkreises des Kettenrades vorwärts bewegt hat. Dies ist Position 2.
Die dritte interessante Position ist, wenn C an der Ausgangsposition von B angekommen ist. Hier befinden sich sowohl B und A auf dem Teilkreis des Kettenrades.
C bewegt sich über die Länge L eines Kettengliedes nach B. In derselben Zeit, τ, hat sich der Bolzen A über einen Bogen des Teilkreises des Kettenrades bewegt. Diesem Bogen liegt ein Winkel gegenüber
φ = 2π/n (1)
wobei n = Anzahl der Zähne auf dem Kettenrad.
Alternativ ist
φ = 2 arcsin (L/2r) (2)
wobei r = Teilkreisradius des Kettenrades.
In Position 1 hat das Glied 2 seinen momentanen Mittelpunkt bei ∞ in y-Richtung. Das Glied 1 hat seinen momentanen Mittelpunkt bei I&sub1;&sub2;, definiert durch den Schnittpunkt der Linie durch A und den Radmittelpunkt, im Ursprung der xy-Achsen, und der Linie durch B senkrecht zu der Strecke BC (oder dem geradlinigen Pfad von C). A, B und I&sub1;&sub2; bilden ein Dreieck, wobei eine seiner Seiten das Glied mit der Länge L ist. Die anderen beiden Seiten seien a und b und der von diesen eingeschlossene Winkel sei α.
Das Verhältnis a : b ist gleich dem Geschwindigkeitsverhältnis von A zu B bezüglich dem Boden und senkrecht zu a bzw. b. Für eine Berührungskontinuität muss dieses Verhältnis sein
wobei r = Teilkreisradius des Kettenrades.
Aus dem Dreieck ABI&sub1;&sub2;
b² - 2ab cosα - L² + a² = 0
Aufgelöst nach b haben wir:
Wenn a als unabhängige Auslegungsvariable betrachtet wird, dann kann b gefunden werden, und dann kann durch Substitution zurück in Gleichung (3) a gefunden werden. In der dritten Position wird der alte I&sub1;&sub2; zum neuen momentanen Mittelpunkt für das Glied 3, das heißt I&sub1;&sub3;. Kenn man α, dann können x&sub1;&sub3;, y&sub1;&sub3;, die Koordinaten des momentanen Mittelpunktes I&sub1;&sub3;, gefunden werden. Dann ist
x&sub1;&sub3; = (a - r) sin α
und y&sub1;&sub3; = -(a - r) cos α
Dann ist der Versatz der Geraden:
e = b + y&sub1;&sub3; (S)
Für einen gegebenen Wert von α wird die Geometrie bestimmt und der Übergangspfad von B kann berechnet werden.
Kennt man die Ausgangsbedingung aus der früheren Geometrie, dann sind die Koordinaten von A und C bekannte Funktionen der Zeit t, das heißt
xC = -st + (L + x&sub1;&sub3;)
yC = e (6)
xA = r cos (ωt + α + 90)
yA = r sin (ωt + α + 90)
wobei s die Lineargeschwindigkeit der Kette entlang der Führung ist, und ω die Winkelgeschwindigkeit des Kettenrades ist.
B liegt auf dem Schnittpunkt von zwei Kreisen, einem mit seinem Mittelpunkt bei A und dem anderen mit seinem Mittelpunkt bei C. Der Schnittpunkt wird dargestellt durch das Gleichungssystem:
(x - xA)² + (y - yA)² - L² = 0 (7)
(x - xC)² + (y - yC)² - L² = 0 (3)
Bei Substitution aus Gleichung (6) werden diese Gleichungen (7) und (8) zu
(x - r cos (ωt + α + 90))² + (y - r sin (ωt + α + 90))² = L² (10)
(x + st - (L + x&sub1;&sub3;))² + (y - e)² = L²
Diese sind ein einfaches unentwickeltes Paar von Gleichungen in x, y, das die Übergangskurve von einer geradlinigen Führung zum Kettenradteilkreis als Zwangsfunktion darstellt. Ein beispielhafter Übergangspfad T ist in Fig. 5 für ein Kettenrad mit 4 Zähnen dargestellt.
Betrachtet man nun den Fall, wo Kettenrollen gezwungen werden, sich entlang eines Kreisbogens zu bewegen und dann auf ein Kettenrad überzutreten, wobei sich das Kettenrad entweder innerhalb oder außerhalb des Kreisbogens befindet, so wird wieder angenommen, dass der Übergang über den Zeitraum hinweg vollendet wird, in dem sich das Glied CB so bewegt, dass es den Platz von BA einnimmt. Die Geometrie für den Übergang ist in den Fig. 6a bis 6c in analoger Weise zu Fig. 4 dargestellt.
Das Koordinatensystem xy ist im Gestell ortsfest. Das Kettenrad wird gedreht, wobei sich sein Mittelpunkt im Ursprung des Koordinatensystems x&sub0;, y&sub0; befindet. Frei wählbare Parameter sind:
n = Zähnezahl
α = Winkel, der einem Glied an seinem momentanen Mittelpunkt gegenüberliegt, wenn es das Ende seines Übergangspfades erreicht
R = Radius des Zwangsbogens bei der Annäherung
L = Gliedlänge
Mit diesen vorbestimmten Parametern kann die Berechnung des Mittelpunkts des Zwangsbogens xR, yR durchgeführt werden.
Die Glieder AB und BC sind wieder mit 1 bzw. 2 bezeichnet. Der Beginn eines Übergangs ist dort, wo die beiden benachbarten Glieder derart liegen, dass sich die Verbindung A auf dem Kettenradteilkreis befindet, während die beiden anderen Verbindungen B und C auf dem Kreisbogen liegen. Der momentane Mittelpunkt von AB, I&sub1;&sub2; liegt auf dem Schnittpunkt der Durchmesser der Kreise, enthaltend das Kettenrad und den durch A bzw. B verlaufenden Zwangsbogen. Ein Dreieck I&sub1;&sub2;AB wird gebildet, dessen Seiten das Kettenglied 1 mit der Länge L und die Seiten a und b sind.
Für eine Berührungskontinuität muss das Verhältnis a : b ebenfalls gleich dem Verhältnis der Teilliniengeschwindigkeiten der Rolle im Näherungsbogen zur Geschwindigkeit der Rolle auf dem Kettenrad sein.
Somit
a/b = 2πr/nψR (11)
wobei ψ der Winkel ist, der einer Sehne gleich einer Gliedlänge L in der Mitte eines Kreisbogens mit dem Radius R gegenüberliegt. Er ist gegeben durch
ψ = 2aresin (L/2R)
wobei R = Radius des Zwangsbogens auf der ankommenden Seite.
Dann können die Seiten des Dreiecks I&sub1;&sub2;AB berechnet werden.
Und daraus
a = 2πbr/nψR (13)
Dann können die Koordinaten des momentanen Mittelpunkts I&sub1;&sub2; gefunden werden.
x&sub1;&sub2; = (a - r)sin(α + β)
y12 = -(a - r)cos(α + β)
Dies führt zur Ausgangsposition des Punktes B
xB = x&sub1;&sub2; - b sinβ
yB = y&sub1;&sub2; + b cosβ
und den Koordinaten des Mittelpunkts des Kreises
xR = xB + R sinβ
yR = yB + R cosβ
Die Gleichungen, welche die Übergangskurve definieren, schließen wieder Gleichungen (7) und (8) zusammen mit einer Geschwindigkeits-Zwangsbedingung für bogenförmige Führungen ein. Diese sind gemeinsam
(x - xA)² + (y - yA)² - L² = 0 (7)
(x - xC)² + (y - yC)² - L² = 0 (8)
und (xA² + yA²) = (G)²(xC² + yC²) (14)
wobei der Punkt eine Ableitung bezüglich einer unabhängigen Variable und G = (a/b), das Verhältnis der Geschwindigkeit eines Gliederbolzens um den Kettenradteilkreis zu derjenigen entlang der Führung bezeichnet.
Ein beispielhafter Übergangspfad T&sub1; ist in Fig. 7 für den Eintritt von einem kreisförmigen Pfad c auf das Kettenrad dargestellt.
Aus dem vorangehenden wird deutlich, wie das erforderliche Profil für die bei der vorliegenden Erfindung verwendete Steuerkurvenspur bestimmt werden kann. Es soll auch angemerkt werden, dass zusätzlich zu den dynamischen Vorteilen, die sich aus einer Verwendung des berechneten Übergangspfades gemäß der Erfindung ergeben, der Kettenantrieb vorbelastet werden kann, um Spiel-Effekte in der Kette zu beseitigen.
In der Praxis kann der erforderliche Übergangspfad und somit die erforderliche Krümmung für die Steuerkurvenspur unter Verwendung von zwei Computerprogrammen berechnet werden, von denen eines allgemein als MATHCAD 5+ (von Mathsoft Inc., USA) bekannt ist, und das andere hier als CAMLINKS (von Limacon, UK) bezeichnet wird.
MATHCAD 5+ wird benutzt, um die Ausgangskoordinaten xA, yA und XC, yC sowie den Versatz e oder xR, yR zu berechnen, auf die zuvor verwiesen worden ist. Dann wird CAMLINKS verwendet, um die kinematische Geometrie und die Profilkoordinaten des Übergangspfades zu erzeugen, entweder von einem geradlinigen Fördererpfad aus auf das Kettenrad oder von einem gekrümmten Fördererpfad aus auf das Kettenrad, wobei die vorangehenden Gleichungen (7), (8) und (14) verwendet werden.
Die beiden MATHCAD 5+ Verfahren sind in Anlage 1 bzw. Anlage 2 für den Übergang von einem geradlinigen Pfad auf das Kettenrad und für den Übergang von einem gekrümmten Pfad auf das Kettenrad aufgeführt. Anhang 1 bezieht sich auf Fig. 8 der begleitenden Zeichnung, und Anhang 2 bezieht sich auf die Fig. 9 und 10.
Der die Kettenführung der Erfindung enthaltende Förderer findet Anwendung bei einer breiten Vielfalt von Einrichtungen und ist besonders nützlich, wo ein Transport mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit erforderlich ist. Ein besonders nützlicher Anwendungsfall, der in Betracht gezogen wird, ist bei Hochgeschwindigkeits-Zahnpasta-Abfülleinrichtungen.
Die Fig. 11a, b und c zeigen eine Untersuchungseinrichtung, die einen erfindungsgemäßen Endlosgliederkettenförderer einschließt. Bei dieser Untersuchungseinrichtung ist der Förderer mittels eines Kurbelgriffs betätigbar.
Bei der dargestellten Untersuchungseinrichtung bewegt sich der Endlosgliederkettenförderer 12 um zwei ähnliche Kettenräder 14, 14A herum, von denen eines in Fig. 12 ausführlich dargestellt ist. Die Kettenglieder sind durch gekapselte Nadelrollen 16 miteinander verbunden, die kein freies Spiel für eine Veränderung der relativen Momentangeschwindigkeiten von benachbarten Gliedern bereitstellen brauchen.
Die Glieder laufen, zum Beispiel mit Hilfe von Führungsrollen, auf einer Führungsplatte 18, die am linken und rechten Ende Übergangssteuerkurvenprofile einschließt, welche die Kettenglieder entlang von Pfaden auf das Kettenrad lenken, die Sehnen-Effekte vollständig eliminieren. Diese in den Fig. 13a und 13b angezeigten Übergangspfade 20, 20A werden in der hier zuvor beschriebenen Weise erfindungsgemäß berechnet.
Es sind Einrichtungen enthalten, um die Kette unter Zugspannung vorzubelasten. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet einen Vorbelastungs-Schraubenklotz, das Bezugszeichen 24 eine Vorbelastungs-Einstellvorrichtung und das Bezugszeichen 26 einen Vorbelastungs-Schiebeklotz für diesen Zweck. Aufgrund der Bereitstellung der Übergangssteuerkurvenprofile bleibt die Zugspannung in der Kette völlig unveränderlich und dies trägt zu einem konstanten Bewegungspfad der Kette bei, selbst wenn die Glieder mit den Kettenrädern in Eingriff treten.
Daraus folgt, dass von der Kette mitgeführte Gegenstände (nicht dargestellt) während des Betriebs des Förderers für ein Zusammenwirken mit Prozesseinrichtungen (nicht dargestellt), an denen die Gegenstände in Prozessstationen (nicht dargestellt) vorbeitransportiert werden, genau positioniert werden können.
Zwecks Vollständigkeit bezeichnet in den Fig. 11a bis 11c das Bezugszeichen 28 allgemein die Turmkonstruktion, auf welcher der Gliederkettenförderer abgestützt ist, 30 bezeichnet die Fördererantriebswelle und 32 die angetriebene Welle.
Aus Fig. 12 sieht man, dass jedes Kettenrad 14, 14a nur sechs Zähne aufweist, während bei einem herkömmlichen Förderer für Kettenglieder derselben Länge normalerweise mindestens 18 Zähne erforderlich wären, nur um Sehnen-Effekte auf ein annehmbares Niveau zu reduzieren.
In den Fig. 13a und 13b bezeichnen die Bezugszeichen 34 bzw. 34a die Bereiche der inneren Führungsplatte 18, an denen der berechnete Übergangspfad das Steuerkurvenprofil 20, 20A bildet, das die Gliederkette auf die Kettenräder lenkt, um gemäß der Erfindung die vollständige Beseitigung von Sehnen-Effekten zu ermöglichen.
Bei praktischen Vorrichtungen, bei denen die lange Gliederkette motorgetrieben ist, kann die Kette jeweils schrittweise um ein Glied an einer Prozesseinrichtung vorbei bewegt werden, die auf Gegenstände einwirkt, welche von Haltern auf den Kettengliedern mitgeführt werden, so dass an den Gegenständen Prozesse oder Aufgaben durchgeführt werden können, während sie entlang ihres genau definierten, durch die Beseitigung von Sehnen-Effekten erreichten Bewegungspfades stationär angeordnet sind. Ein Beispiel ist ein Kettenförderer, der Halter für Zahnpastatuben trägt, die durch geeignete Prozesseinrichtungen gefüllt und verschlossen werden sollen. Da Zahnpasta abrasiv ist, ist die Tatsache, dass die Erfindung die Verwendung von gekapselten Lagern zwischen den Kettengliedern erleichtert, besonders vorteilhaft. Außerdem erleichtert die konstante Zugspannung in der Gliederkette eine Hochgeschwindigkeits-Indexierung mit minimalem Risiko, dass entlang der Länge der Kette Schwingungen verursacht werden, während die Verwendung von langen Gliedern, die um Kettenräder mit nur wenigen Zähnen herumlaufen, dazu beiträgt, eine Kompaktheit der Maschine zu erzielen.

ANHANG 1

Übergang von einer Geraden auf einen Kettenradteilkreis

Hier trifft die Kette von einer Spurführung, die eine Gerade ist, auf das Kettenrad. Die Auslegung kann mit einer Gruppe von grundlegenden Maschinenabmessungen beginnen, wodurch dem Entwickler die Auswahl aus einer anderen Gruppe von Parametern bleibt.
Die Maschinenabmessungen können sein
L = Kettenteilungslänge
Die Parameter, die der freien Auswahl der Entwickler überlassen werden können, sind:
n = Anzahl von Zähnen auf dem Kettenrad
α = ein beliebiger Winkel für den Anfang
m = ist der Zählwert einer endlichen Anzahl von Werten von einem ausgewählten α.
Wenn diese ausgewählten Auslegungsparameter vorgegeben sind, besteht das Ziel darin, den Versatz der Geraden gegenüber dem Mittelpunkt des Rades zu berechnen. Dies würde dann die geometrischen Informationen vervollständigen, aus denen die Übergangskurve unter Verwendung der im Haupttext angegebenen Gleichungen, oder leichter unmittelbar mittels CAMLINKS, berechnet werden kann.
Die folgenden Werte werden verwendet, um die zum Erhalt des Versatzes beteiligten Berechnungen zu veranschaulichen.
L = 100
n = 3..8
m = 1..4
Die Werte von α werden in Grad (deg) eingegeben.
αdegm =
45
54
60
64.2857
αm = αdegm/180 π
Der Winkel, der in der Mitte des Kettenrades benachbarten Zahn- (oder Rollen-)Lücken gegenüberliegt
φn = 2π/n
Das Verhältnis a : b (vgl. Haupttext) ist dann gegeben durch
Der Kettenteilkreisradius ist
aoverbn ra
1.209 57.735
1.111 70.711
1.069 83.063
1.047 100
1.034 115.238
1.026 130.636
an,m =aoverbnbn,m
xnm = (an,m - rn).sin(αm)
yn,m = -[(an,m - rn)cos(αm)]
Versatzn,m = bn,m + ynm
Die Werte dieser Parameter für die m = 1..4 Auswahl von α und die n = 3..8 Zähne sind in den jeweiligen Spalten und Zeilen der unten dargestellten Untermatrizen angegeben.
Untermatrix (a,3,8,1,4) =
Untermatrix (b,3,8,1,4) =
Untermatrix (x,3,8,1,4) =
Untermatrix (y,3,8,1,4) =
Untermatrix (Versatz 3,8,1,4) =
Die Kurven des momentanen Mittelpunkts 12 bei x, y jeweils für ein anderes α sind in Fig. 8 dargestellt.

ANHANG 2

Übergang von einem Kreisbogen auf einen Kettenradteilkreis

Hier trifft die Kette von einer Spurführung, die ein Kreisbogen ist, auf das Kettenrad. Die Auslegung kann mit einer Gruppe von grundlegenden Maschinenabmessungen beginnen, wodurch dem Entwickler die Auswahl aus einer anderen Gruppe von Parametern bleibt.
Die gegebenen Maschinenabmessungen können sein
L = Kettenteilungslänge
R = Radius des Kreisbogens
Die Parameter, die der freien Auswahl der Entwickler überlassen werden können, sind:
n = Anzahl von Zähnen auf dem Kettenrad
α = ein beliebiger Winkel für den Anfang
m = ist der Zählwert einer endlichen Anzahl von Werten von einem ausgewählten α
β = vom Radius von B zur y-Achse eingeschlossener Winkel
Die folgenden Werte werden bei einem Beispiel der beteiligten Rechnungen verwendet:
L = 100
n = 3..8
m = 1..4
β = 30/180 π rads
R = 1000
Die Werte von α werden in Grad (deg) eingegeben.
αdegm =
25
30
35
40
αm = αdegm/180 π rads
Der Winkel φ, welcher in der Mitte des Kettenrades benachbarten Zahn-(oder Rollen-)Lücken gegenüberliegt
φn = 2π/n
n
Der Winkel ψ, welcher der Teilungslänge gegenüberliegt wenn eine Kettenglied auf dem Zwangsbogen in der Mitte des Bogens liegt
ψ = 2arcsin(L/2R)
Der Kettenteilkreisradius ist
Das Verhältnis a : b (vgl. Haupttext) ist dann gegeben durch aoverbn = φnrn/ψR
1.209 57.735
1.11 70.711
1.06 985.065
1.047 100
1.034 115.238
1.026 130.656
und die Werte, wenn a und b so berechnet werden
an,m = aoverbn.bn,m
aus welchen die Koordinaten, welche die Auslegungsgeometrie festlegen sind:
x12n,m = (an,m - rn.)sin(αm + β) y12n,m = -(an,m - rn.)cos(αm + β)]
xBn,m = x12n,m - bn,m sin(β) yBn,m = y12n,m + bn,m cos(β)
xRn,m = xBn,m + Rsin(β) yRn,m = -yBn,m - Rcos(β)
Tabellen der Werte dieser Parameter sind unten für den m-Wert von α (Spalten) und die Anzahl der Kettenradzähne (Zeilen) angegeben
Untermatrix (xR,3,8,1,4) =
Untermatrix (yR,3,8,1,4) =
Untermatrix (x12,3,8,1,4) =
Untermatrix (y12,3,8,1,4) =
Untermatrix (xB,3,8,1,4) =
Untermatrix (yB,3,8,1,4) =
Kurven der Koordinaten des Bogenmittelpunkts bei R und der Auslegungsposition der Verbindung B sind in den Fig. 9 und 10 dargestellt.

Claims

1. Gliederkettenführung für eine um mindestens ein Kettenrad herumtretende Gliederkette, bei der jedes Kettenglied eine Führungseinrichtung trägt und im Bereich des Ineingrifftretens der Kette mit einem Kettenrad ein Steuerkurvenprofil vorgesehen ist, mit dem die Führungseinrichtung zusammenwirkt, um zu bewirken, dass das mit dem Kettenrad in Eingriff tretende Kettenglied einem Übergangspfad folgt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beseitigung des normalerweise mit Gliederketten und Kettenrädern verbundenen Sehnen-Effekts der durch das Steuerkurvenprofil definierte Übergangspfad berechnet wird, um den Sehnen-Effekt zu beseitigen, aus dem Teilkreis (r) des Kettenrades, dem Parameterwinkel (α), der dem Kettenglied an seinem momentanen Mittelpunkt in der Ausgangsposition seines vorgesehenen Übergangspfades gegenüberliegt, und der Länge (L) des Kettengliedes, so dass das Geschwindigkeitsverhältnis von Verbindungen im Eingriff mit dem Kettenradteilkreis und vor dem Erreichen des vorgesehenen Übergangspfades auf dem Pfad der Gliederkette liegenden Verbindungen konstant ist.

2. Gliederkettenführung nach Anspruch 1, bei welcher für ein Glied, das von einem geradlinigen Bewegungspfad auf das Kettenrad geführt werden soll, der Übergangspfad in kartesischen Koordinaten gemäß den Gleichungen

(x - rcos (ωt + α + 90))² + (y - rsin (ωt + α + 90))² = L²

(x + st - (L + x&sub1;&sub3;))² + (y - e)² = L²

berechnet wird.

3. Gliederkettenführung nach Anspruch 1, bei welcher der Übergangspfad für ein Glied, das von einem geradlinigen Bewegungspfad auf das Kettenrad geführt werden soll, gemäß dem Verfahren berechnet wird, das in dem vorgenannten Anhang 1 angegeben ist.

4. Gliederkettenführung nach Anspruch 1, bei welcher der Übergangspfad für ein Glied, das von einem gekrümmten Bewegungspfad auf das Kettenrad geführt werden soll, gemäß dem Verfahren berechnet wird, das in dem vorgenannten Anhang- 2 angegeben ist, oder mit den gleichzeitigen einschränkenden Gleichungen

(x - xA)² +(y - yA)² - L² = 0

(x - xC)² + (y - yC)² - L² = 0

und (xA² + yA²) = (G)²(xC² + yC²)

wobei der Punkt eine Ableitung bezüglich einer unabhängigen Variablen bezeichnet.

5. Gliederkettenförderer, enthaltend die Gliederkettenführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Führungseinrichtung auf jedem Kettenglied eine Führungsrolle ist.

6. Gliederkettenförderer nach Anspruch 5, bei welchem die Führungsrolle fest auf jedem Kettenglied angebracht ist.

7. Gliederkettenförderer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem das Steuerkurvenprofil auf der Innenseite des Bewegungspfades der Kette angeordnet ist.

8. Gliederkettenförderer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit Gliedern, die durch gekapselte Nadelrollen miteinander verbunden sind.

9. Gliederkettenförderer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die Kette vorgespannt ist.

10. Endlosgliederkettenförderer zum Mitführen von Gegenständen, an denen ein Herstellungsprozess mittels Prozesseinrichtungen durchgeführt werden soll, an denen die Gegenstände vorbeibewegt werden, wenn die Gliederkette angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gliederkette durch eine Gliederkettenführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf im Abstand angeordnete Kettenräder geführt wird, um Sehnen-Effekte zu beseitigen, und die Kette vorgespannt ist, wodurch eine Bewegung der Glieder an den Prozesseinrichtungen vorbei entlang eines unveränderlichen Pfades erfolgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher mindestens ein Kettenrad ein Antriebskettenrad zum Antreiben der Gliederkette ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei welcher jedes Kettenrad weniger als zehn Zähne aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher jedes Kettenrad sechs Zähne aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei welcher die Glieder der Kette ausreichend lang sind, so dass die maximale Anzahl von Kettengliedern, die zu einem beliebigen Zeitpunkt mit einem Kettenrad in Eingriff stehen, vier ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei welcher die langen Glieder der Gliederkette durch gekapselte Lager miteinander verbunden sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei welcher die Gliederkette in Schritten von einer Kettengliedlänge schrittweise an den Prozesseinrichtungen vorbei bewegt wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher die Prozesseinrichtung auf den von der Gliederkette mitgeführten Gegenstand einwirkt, während das Kettenglied zwischen Vorwärtsbewegungsschritten stationär ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, bei welcher die Gliederkette Führungseinrichtungen trägt, die von Rollen gebildet werden, welche auf dem Steuerkurvenprofil laufen.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, bei welcher eine Steuerkurvenplatte einen allgemein geraden Abschnitt, einen kreisförmigen Abschnitt an jedem Kettenrad und einen gekrümmten Übergangsabschnitt aufweist, der den geraden Abschnitt mit dem kreisförmigen Abschnitt an jedem Kettenrad verbindet, wobei der gekrümmte Übergangsabschnitt das besagte Steuerkurvenprofil bildet.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, bei welcher das Steuerkurvenprofil auf der Innenseite des Endlosgliederkettenpfades liegt.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, bei welcher die Kettenglieder Halter für Tuben zum Befüllen mit Zahnpasta und zum anschließenden Verschließen durch die Prozesseinrichtungen tragen.