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EP0828872A1 - Antrieb für friktionsspindelaggregate - Google Patents

Antrieb für friktionsspindelaggregate

Info

Publication number
EP0828872A1
EP0828872A1 EP96914139A EP96914139A EP0828872A1 EP 0828872 A1 EP0828872 A1 EP 0828872A1 EP 96914139 A EP96914139 A EP 96914139A EP 96914139 A EP96914139 A EP 96914139A EP 0828872 A1 EP0828872 A1 EP 0828872A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spindle
friction
drive shaft
spindles
spindle unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP96914139A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0828872B1 (de
Inventor
Johann Egbers
Detlef GÖRGENS
Ralf GÖRGENS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INA Waelzlager Schaeffler OHG
Original Assignee
INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by INA Waelzlager Schaeffler OHG filed Critical INA Waelzlager Schaeffler OHG
Publication of EP0828872A1 publication Critical patent/EP0828872A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0828872B1 publication Critical patent/EP0828872B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G1/00—Producing crimped or curled fibres, filaments, yarns, or threads, giving them latent characteristics
    • D02G1/02—Producing crimped or curled fibres, filaments, yarns, or threads, giving them latent characteristics by twisting, fixing the twist and backtwisting, i.e. by imparting false twist
    • D02G1/04—Devices for imparting false twist
    • D02G1/08—Rollers or other friction causing elements
    • D02G1/082—Rollers or other friction causing elements with the periphery of at least one disc

Definitions

  • the present invention relates to a friction spindle unit with three shafts rotatably mounted on a base element in the corner points of an isosceles triangle, to which overlapping friction disks are fastened in the center of the isosceles triangle.
  • Such an assembly is known for example from DE-U 75 25 192.
  • a tangential belt which drives this spindle, engages on an axial extension of one of the three spindles.
  • Each spindle has a pulley with one strap engaging all of the pulleys. This ensures that all three spindles rotate at the same speed.
  • the flat belts are used at maximum speed up to 25 m / sec. driven to the previously usual spindle speed of approx. 20,000 revolutions / min. to reach. The higher spindle speeds desired by the users cannot be achieved with such a friction spindle unit.
  • the invention is based on the object of developing a generic friction spindle unit in such a way that higher spindle speeds are achieved or that, in particular when driving by means of a flat belt between the flat belt and the spindles, translations are possible which enable these increased spindle speeds.
  • this object is achieved in that a drive shaft which is rotatable about the center of the isosceles triangle and is arranged axially parallel to the shafts is provided between the and each spindle means are provided for power transmission.
  • the drive shaft is used as a transmission element to achieve a rapid translation from the drive to the output.
  • the drive shaft itself can be driven, for example, by the flat belt, the increased spindle speeds being achieved by the selection of suitable transmission ratios between the drive shaft and each spindle.
  • Another significant advantage of the invention is the improved distribution of drive power.
  • the spindle driven by the flat belt drives the other two spindles via the belt.
  • the apron intended for power transmission must therefore take up 2/3 of the total drive power.
  • the means provided for power transmission per spindle only take up 1/3 of the total drive power, since these means according to the invention are provided between the drive shaft and each spindle.
  • each spindle meshes with its first spur toothing with a second spur toothing provided on the drive shaft.
  • Such a transmission makes it possible to omit the apron known from the prior art.
  • each spindle rolls with its friction wheel on the outer surface of the drive shaft.
  • the drive shaft will be made small in diameter where it is encompassed by the flat belt, and large in diameter where the friction wheels engage, the diameter of said friction wheels being chosen to be small.
  • the drive shaft is formed as a hollow shaft into which the spindles are immersed, the required gear ratios can be set in a particularly favorable manner. With this design too, the diameter of the drive shaft will be small where the flat belt engages. Where the spindles immerse in the hollow shaft, the inside diameter of the hollow shaft is expediently much larger than where the flat belt engages.
  • the spindles can, as already described above, be provided with spur gears or friction wheels, the Hollow shaft is optionally provided on its inner diameter with the second spur toothing.
  • a magnetic coupling is provided between each spindle and the drive shaft.
  • Magnetic clutches per se have been known for some time, which enable power transmission between two shafts.
  • Application examples with a description of the structure and effect of the magnetic couplings are disclosed, for example, in the catalog "Magnetfabrik Bonn, Physikalischen Fundamentals and Range of Services" of the company of the same name and located in Bonn.
  • the arrangement of the drive shaft according to the invention enables the use of magnetic couplings of this type which can transmit the relatively small torques without problems.
  • Magnetic clutches of this type offer the advantage, for example, that the power transmission takes place without contact, that is to say with little noise and vibration.
  • gear ratios are also expediently selected, as described above.
  • This magnetic coupling can be constructed in accordance with claim 7 in such a way that a first permanent magnet arranged on the circumference of the drive shaft is provided, to which a second permanent magnet arranged on the circumference of each spindle lies radially opposite, the permanent magnets being poled radially.
  • the drive shaft can be arranged between the spindles, but also - if it is designed as a hollow shaft - the spindles.
  • the annular gap that arises between the first and second permanent magnets is calculated easy to determine on the basis of the parameters of the permanent magnets and the geometric conditions.
  • both coupling halves - the drive shaft and the relevant spindle - must first be brought to a standstill for synchronization. However, this is undesirable in operation. To avoid this stopping, the torque is mechanically transmitted, as already stated above, and until the spindle in question and the drive shaft run synchronously again. At this moment, the magnetic coupling again takes over the power transmission, the means provided for the mechanical power transmission running with no load.
  • every second spur toothing of each spindle meshes with a spur gear rotatably mounted in the center of the isosceles triangle.
  • This arrangement is particularly useful when the power transmission is frictional or by means of the magnetic clutch described. With the arrangement described it is ensured that the three spindles always run synchronously.
  • the drive shaft is designed as a hollow shaft, it is expediently made pot-shaped and in particular in the deep-drawing process, with a sleeve axially pulled out of the plane of the pot bottom being provided in the center of its pot base, which can be rotated on an axis fastened in the center of the base element is stored. Then, for example, the flat belt for driving the drive shaft engages on the outer circumference of the sleeve.
  • a further inventive development of the generic friction spindle unit consists, according to claim 10, in that each spindle is driven by an electric motor. With such an arrangement, the previously customary flat belts can be dispensed with entirely.
  • the three spindles can be connected to one another in a non-positive or positive manner, as described in the preceding claims.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a friction spindle unit according to the invention
  • Figure 2 shows a longitudinal section through a further inventive
  • FIG. 3 shows a cross section of the exemplary embodiment according to FIG. 2 along the line III-III
  • FIG. 4 shows a longitudinal section through a further friction spindle unit according to the invention
  • FIG. 5 shows a cross section through the exemplary embodiment according to FIG. 4 along the line V-V
  • FIG. 6 shows a longitudinal section through a further friction spindle unit according to the invention
  • FIG. 8 shows a cross section through the exemplary embodiment from FIG. 7 along the line VIII-VIII
  • FIG. 9 shows a longitudinal section through a further friction spindle unit according to the invention
  • Figure 10 shows a cross section through the embodiment of Figure 9 along the line XX
  • FIG. 11 shows a longitudinal section through a further friction spindle unit according to the invention
  • FIG. 12 shows a longitudinal section through a further friction spindle unit according to the invention
  • FIG. 13 shows a top view of the exemplary embodiment from FIG. 12,
  • FIG. 14 shows a longitudinal section through a further friction spindle unit according to the invention
  • Figure 15 shows a cross section through the embodiment of Figure
  • FIG. 1 shows in longitudinal section a first friction spindle unit according to the invention.
  • Spacers 2 and friction disks 3 are alternately arranged on three spindles 1 and braced axially with one another.
  • the spindles 1 are arranged in the corner points of an isosceles triangle and axially parallel to one another, as can be seen for example from FIG. 3.
  • the three spindles 1 are each rotatably supported in a base element 4 at two axially adjacent locations.
  • An upper deep groove ball bearing 5 and a lower deep groove ball bearing 6 are provided for mounting each spindle 1, the upper deep groove ball bearing 5 having a damping ring 7 which is arranged between the base element 4 and an outer race 8 of the upper deep groove ball bearing 5.
  • the spindles 1 With their lower ends, the spindles 1 are immersed in a hollow cylindrical, pot-shaped drive shaft 9, which is manufactured using the deep-drawing process.
  • a pot base 10 of the drive shaft 9 has a sleeve 11 drawn axially out of the plane of the pot base 10 and directed outwards, which is rotatably mounted on an axis 12 fastened in the center of the base element 4 by means of two axially adjacent deep groove ball bearings 13.
  • the spindles 1 wear their lower ends each have a friction disk 14, which are each pressed onto the inner circumference of the hollow cylindrical drive shaft 9.
  • On the outer circumference of the sleeve 1 1 engages a flat belt 15 for driving the drive shaft 9.
  • each spindle 1 additionally has a toothed pulley 16, a toothed belt 17 comprising the three spindles 1 being placed on each toothed pulley 16.
  • the sleeve 11 is directed inwards, the flat belt engaging on the outer circumference of the hollow cylindrical drive shaft 9.
  • FIG. 3 shows a cross section through the exemplary embodiment from FIG. 2, it being clearly evident that the three spindles 1 are arranged in the corner points of an isosceles triangle.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 4 differs from that from FIG. 2 only in that the friction disks 14 are not arranged at the lower end of the spindles 1 as in FIG. 2, but between the upper deep groove ball bearing 5 and the lower deep groove ball bearing 6.
  • the cross section according to FIG. 5 clearly shows the arrangement of the spindles 1, a part of the cross-sectioned basic element 4 being additionally visible here.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 6 differs from that from FIG. 2 essentially in that the drive shaft 9 is not rotatably mounted on an axis fastened to the base element 4. Instead, the sleeve 1 1 additionally has a shaft journal 18 which is fastened in the sleeve 1 1.
  • This shaft journal 18 can be driven, for example, by the flat belt, not shown, but also by an electric motor, also not shown.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 7 differs from that from FIG. 4 essentially by two features, only the lower deep groove ball bearing 6 being shown in FIG.
  • the sleeve 1 1 of the drive shaft 9 is unlike in FIG. 4, not pulled out axially inward, but axially outwardly, the flat belt 15 engaging the outer circumference of the sleeve 11.
  • the second essential difference from the exemplary embodiment according to FIG. 4 is that a magnetic clutch 19 is provided instead of power transmission by means of friction disks.
  • This magnetic coupling 19 consists essentially of outer and inner permanent magnets 20, 21.
  • the outer permanent magnets 20 are fastened to the drive shaft 9.
  • the inner permanent magnets 21 are arranged radially adjacent to each spindle.
  • the polarity of the outer and inner permanent magnets 20, 21 is aligned radially. There is an air gap between the permanent magnets 20, 21
  • the exemplary embodiment according to FIG. 9 differs from that from FIG. 7 essentially by two features.
  • the magnetic coupling 19 is provided at the lower ends of the spindles 1, in contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 7.
  • FIG. 10 shows the arrangement of the radially polarized permanent magnets 20, 21.
  • the embodiment of Figure 1 1 differs from that of Figure 2 essentially by two features.
  • the drive shaft 9 is tubular, the tubular drive shaft 9 being arranged between the three spindles 1.
  • the friction disks 14 of the spindles 1 are pressed against the outer circumference of the tubular drive shaft 9.
  • the second The distinguishing feature relates to the modified additional positive coupling between the three spindles 1.
  • the three spindles 1 each have a spur gear 25 which is connected to the spindle 1 in a rotationally fixed manner.
  • Another spur gear 26 arranged in the center of the isosceles triangle is rotatably mounted on the axis 12 via a slide bearing 27. All three spur gears 25 mesh with the spur gear 26.
  • the embodiment according to FIG. 12 differs from that shown in FIG. 6 essentially by the following features:
  • the drive shaft 9 also represents the output shaft of an electric motor 25.
  • the drive shaft here 9 a spur gear 29 engaging between the three spindles 1, with which spur gears 30 mesh, one of which is attached to each spindle 1.
  • an additional synchronization device as is provided in the exemplary embodiment according to FIG. 6, is omitted because of the positive power transmission.
  • FIG. 13 shows the top view of the friction spindle unit according to the invention according to FIG. 12.
  • three spindles 32 rotatably mounted on a base element 31 in the corner points of an isosceles triangle are provided.
  • one upper and one axially adjacent lower deep groove ball bearing 33, 34 are provided per spindle 1, which are supported on the base element 31.
  • a damping ring 36 for vibration damping is provided between an outer ring 35 of the upper deep groove ball bearing 33 and the base element 31.
  • the spindles 32 are each connected to a small electric motor 37.
  • the three electric motors have a common stator housing 38 which - as can be seen better in FIG. 15 - has a stator bore 39 for each spindle 1.
  • Each stator bore 39 is with Excitation windings and pole shoes provided, which are symbolically represented in Figure 15 by the annulus with the position number 40.
  • Runners formed from radially polarized permanent magnets are fastened to the lower ends of the spindles 32 and are symbolically represented in FIGS. 14, 15 by a circular ring with the position number 41.
  • the structure described here is typical for DC machines. The electrical connections are not dealt with here.
  • each spindle 32 has a spur gear 42, a toothed belt 43 being placed on the three spur gears 42.
  • the drive has the same structure.
  • the drive shaft 9 is driven either by means of a flat belt 15 or an electric motor 28, the rotation of the drive shaft 9 being transmitted to each of the three spindles 1.
  • a friction wheel 14 is attached to each spindle 1, which rolls on the outer surface of the drive shaft 9 in frictional contact.
  • the spindles 1 are additionally synchronized.
  • the drive shaft according to FIGS. 1, 7 to 10 is particularly expedient in terms of its diameter ratio. In the area where the flat belt 15 engages, the drive shaft 9 is kept small in diameter. In contrast, the drive shaft 9 is very large in diameter in the area of the outer permanent magnets 20 or the friction disks 14, 24. This design of the drive shaft 9 has the result that very high peripheral speeds are achieved which are transmitted to each spindle 1.
  • the rubber ring 23 only grips until the spindle 1 in question again runs synchronously with the drive shaft 9; the permanent magnets 20, 21 align themselves again in such a way that the magnetic coupling 19 engages again. From this point on, the rubber ring 23 only rotates without load.
  • the variant according to FIG. 12 has the particular advantage that the power transmission between the drive shaft 9 and the spindles 1 is ensured via the intermeshing spur gears 29, 30. In this embodiment, further means for synchronizing the three spindles 1 are omitted.
  • each spindle 32 is driven by its own electric motor 37.
  • the electric motor 37 can be made relatively small because of the low power transmission, and at the same time very high speeds can be driven with appropriately designed electric motors 37.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
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Abstract

Ein Friktionsspindelaggregat besteht aus einem Grundelement (4), in dem Spindeln (1) in den Eckpunkten eines gleichschenkeligen Dreiecks drehbar gelagert sind. Die Spindeln (1) weisen sich im Zentrum des gleichschenkeligen Dreiecks einander überlappende Friktionsscheiben (3) auf. Zur Erreichung höherer Drehzahlen wird vorgeschlagen, daß eine um dans Zentrum des gleichschenkeligen Dreiecks drehbar und zu den Spindeln (1) achsparallel angeordnete Triebwelle (9) vorgesehen ist, zwischen der und jeder Spindel (1) Mittel (19) zur Drehmomentenübertragung vorgesehen sind.

Description

Beschreibung
Antrieb für Friktionsspindelaggregate
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Friktionsspindelaggregat, mit drei auf einem Grundelement in den Eckpunkten eines gleichschenkeligen Dreiecks drehbar gelagerten Wellen, an denen sich im Zentrum des gleichschenkeligen Dreiecks überlappende Friktionsscheiben befestigt sind.
Ein derartiges Aggregat ist beispielsweise aus dem DE-U 75 25 192 bekannt. An einer axialen Verlängerung einer der drei Spindeln greift ein Tangentialriemen an, der diese Spindel antreibt. Jede Spindel weist eine Riemenscheibe auf, wobei ein Riemchen mit allen Riemenscheiben in Eingriff steht. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß alle drei Spindeln mit gleicher Drehzahl umlaufen. Die verwendeten Flachriemen werden mit maximaler Geschwindigkeit bis zu 25 m/sec. gefahren, um die bisher übliche Spindeldrehzahl von ca. 20 000 Um¬ drehungen/min. zu erreichen. Die von den Anwendern gewünschten höheren Spindeldrehzahlen sind mit derartig aufgebauten Friktionsspindelaggregaten nicht zu erreichen.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Friktionsspindelaggregat derart weiterzubilden, daß höhere Spindeldrehzahlen erreicht werden bzw. daß insbesondere bei Antrieb mittels eines Flachriemens zwischen dem Flachriemen und den Spindeln Übersetzungen möglich sind, die diese erhöhten Spindeldrehzahlen ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine um das Zentrum des gleichschenkeligen Dreiecks drehbar und zu den Wellen achsparallel angeordnete Triebwelle vorgesehen ist, zwischen der und jeder Spindel Mittel zur Leistungsübertragung vorgesehen sind. Die Triebwelle wird als Getriebe¬ glied zur Erzielung einer Übersetzung ins Schnelle vom Antrieb auf den Abtrieb eingesetzt. Die Triebwelle selbst kann beispielsweise durch den Flachriemen angetrieben werden, wobei durch die Auswahl geeigneter Übersetzungsverhält- nisse zwischen der Triebwelle und jeder Spindel die erhöhten Spindeldrehzah¬ len erreicht werden. Ein weiterer bedeutender Vorteil der Erfindung besteht in der verbesserten Verteilung der Antriebsleistung. Im Stand der Technik treibt die von dem Flachriemen angetriebene Spindel über das Riemchen die beiden anderen Spindeln an. Das zur Leistungsübertragung vorgesehene Riemchen muß daher 2/3 der gesamten Antriebsleistung übernehmen. Im Gegensatz dazu übernehmen erfindungsgemäß die zur Leistungsübertragung vorgesehenen Mittel pro Spindel lediglich 1/3 der gesamten Antriebsleistung, da diese Mittel gemäß der Erfindung zwischen der Triebwelle und jeder Spindel vorgesehen sind.
Gemäß Anspruch 2 ist es zweckmäßig, daß jede Spindel mit ihrer ersten Stirn¬ verzahnung mit einer an der Triebwelle vorgesehenen zweiten Stirnverzahnung kämmt. Ein derartiges Getriebe ermöglicht das Weglassen des aus dem Stand der Technik bekannten Riemchens.
Gemäß Anspruch 3 wälzt jede Spindel mit ihrem Reibrad an der Mantelfläche der Triebwelle ab. Für den Antrieb durch einen Flachriemen wird man die Triebwelle dort, wo sie von dem Flachriemen umfaßt ist, im Durchmesser klein ausbilden, und dort, wo die Reibräder angreifen, im Durchmesser groß aus¬ bilden, wobei der Durchmesser der genannten Reibräder klein gewählt wird.
Bildet man gemäß Anspruch 4 die Triebwelle als Hohlwelle aus, in die die Spindeln eintauchen, lassen sich die geforderten Übersetzungsverhältnisse auf besonders günstige Art und Weise einstellen. Auch bei dieser Ausbildung wird man die Triebwelle dort, wo der Flachriemen angreift, vom Durchmesser her klein ausbilden. Dort, wo die Spindeln in die Hohlwelle eintauchen, ist der Innendurchmesser der Hohlwelle zweckmäßigerweise wesentlich größer als dort, wo der Flachriemen angreift. Die Spindeln können hier, wie oben bereits beschrieben, mit Stirnverzahnungen oder Reibrädern versehen sein, wobei die Hohlwelle an ihrem Innendurchmesser gegebenenfalls mit der zweiten Stirn¬ verzahnung versehen ist.
Eine Anordnung, bei der die Triebwelle zwischen den Spindeln angeordnet ist, wird in Anspruch 5 vorgeschlagen. Diese Anordnung mag zweckmäßig sein, wenn die Spindeldrehzahlen nicht so hoch sein sollen, wie es bei Ausführungen gemäß Anspruch 4 möglich ist. Auch bei dieser erfindungsgemäßen Weiterbil¬ dung lassen sich Stirnverzahnungen und Reibräder zur Leistungsübertragung in zweckmäßiger Weise analog zu der Weiterbildung gemäß Anspruch 4 ein- setzen.
Gemäß Anspruch 6 ist es zweckmäßig, daß eine magnetische Kupplung zwi¬ schen jeder Spindel und der Triebwelle vorgesehen ist. Magnetische Kupp¬ lungen an sich sind seit einiger Zeit bekannt, die eine Leistungsübertragung zwischen zwei Wellen ermöglichen. Anwendungsbeispiele mit Beschreibung von Aufbau und Wirkung der Magnetkupplungen sind beispielsweise in dem Katalog "Magnetfabrik Bonn, Physikalische Grundlagen und Leistungsumfang" der gleichnamigen und in Bonn ansässigen Firma offenbart. Die erfindungs¬ gemäße Anordnung der Triebwelle ermöglicht die Verwendung derartiger Magnetkupplungen, die die relativ kleinen Drehmomente problemlos übertragen können. Derartige Magnetkupplungen bieten beispielsweise den Vorteil, daß die Leistungsübertragung berührungslos, also geräusch- und vibrationsarm erfolgt. Auch bei diesem erfindungsgemäßen Friktionsspindelaggregat werden zweckmä¬ ßigerweise Übersetzungsverhältnisse gewählt, wie sie weiter oben beschrieben sind.
Diese Magnetkupplung kann gemäß Anspruch 7 derart aufgebaut sein, daß ein am Umfang der Triebwelle angeordneter erster Dauermagnet vorgesehen ist, dem ein am Umfang jeder Spindel angeordneter zweiter Dauermagnet radial gegenüber liegt, wobei die Dauermagnete radial gepolt sind. Die Triebwelle kann dabei zwischen den Spindeln angeordnet sein, aber auch - wenn sie als Hohlwelle ausgebildet ist - die Spindeln umfassen. Der zwischen den ersten und zweiten Dauermagneten entstehende Ringspalt ist auf rechnerische Weise unter Zugrundelegung der Kenngrößen der Dauermagnete und der geome¬ trischen Verhältnisse leicht zu ermitteln. Bei dieser erfindungsgemäßen Weiter¬ bildung ist es zweckmäßig, das aus dem obengenannten Stand der Technik bekannte und beschriebene Riemchen bzw. Zahnriemen zu übernehmen, der die drei Spindel synchronisiert. Nach einem Abreißen der magnetischen Kupp¬ lung müssen zur Synchronisierung beide Kupplungshälften - die Triebwelle und die betreffende Spindel - zuerst zum Stillstand gebracht werden. Dies ist jedoch im Betrieb unerwünscht. Zur Vermeidung dieses Stillsetzens wird das Drehmo¬ ment, wie oben bereits ausgeführt, mechanisch übertragen, und zwar solange, bis die betreffende Spindel und die Triebwelle wieder synchron laufen. In diesem Augenblick übernimmt wieder die Magnetkupplung die Leistungsüber¬ tragung, wobei die zur mechanischen Leistungsübertragung vorgesehenen Mittel lastfrei mitlaufen.
Gemäß Anspruch 8 ist es zweckmäßig, daß jede zweite Stirnverzahnung jeder Spindel mit einem im Zentrum des gleichschenkeligen Dreiecks drehbar gela¬ gerten Stirnrad kämmt. Diese Anordnung bietet sich insbesondere dann an, wenn die Leistungsübertragung reibschlüssig oder mittels der beschriebenen Magnetkupplung erfolgt. Bei der beschriebenen Anordnung ist gewährleistet, daß die drei Spindeln immer sychron laufen.
Wenn die Triebwelle als Hohlwelle ausgebildet ist, ist diese in zweckmäßiger Weise gemäß Anspruch 9 topfförmig und insbesondere im Tiefziehverfahren hergestellt, wobei im Zentrum ihres Topfbodens eine axial aus der Ebene des Topfbodens herausgezogene Hülse vorgesehen ist, die auf einer im Zentrum des Grundelementes befestigten Achse drehbar gelagert ist. Am Außenumfang der Hülse greift dann beispielsweise der Flachriemen zum Antrieb der Triebwelle an.
Eine weitere erfinderische Weiterbildung des gattungsgemäßen Friktionsspindel¬ aggregates besteht gemäß Anspruch 10 darin, daß jede Spindel von einem Elektromotor angetrieben wird. Bei einer derartigen Anordnung kann auf den bisher üblichen Flachriemen vollends verzichtet werden. Zur Synchronisierung können die drei Spindeln untereinander kraft- oder formschlüssig miteinander verbunden sein, wie es in den vorangegangenen Ansprüchen beschrieben ibt.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von neun in insgesamt fünfzehn Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Friktions¬ spindelaggregat,
Figur 2 einen Längsschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes
Friktionsspindelaggregat,
Figur 3 einen Querschnitt des Ausführungsbeispieles nach Figur 2 entlang der Linie lll-lll,
Figur 4 einen Längsschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Friktionsspindelaggregat,
Figur 5 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Figur 4 entlang der Linie V-V,
Figur 6 einen Längsschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Friktionsspindelaggregat,
Figur 7 einen Längsschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes
Friktionsspindelaggregat,
Figur 8 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel aus Figur 7 entlang der Linie Vlll-Vlll,
Figur 9 einen Längsschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Friktionsspindelaggregat, Figur 10 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 9 entlang der Linie X-X
Figur 1 1 einen Längsschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Friktionsspindelaggregat,
Figur 12 einen Längsschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Friktionsspindelaggregat,
Figur 13 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel aus Figur 12,
Figur 14 einen Längsschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Friktionsspindelaggregat,
Figur 15 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel aus Figur
14 entlang der Linie XV-XV.
Figur 1 zeigt im Längsschnitt ein erstes erfindungsgemäßes Friktionsspindel¬ aggregat. Auf drei Spindeln 1 sind abwechselnd Distanzstücke 2 und Friktions- Scheiben 3 angeordnet und axial miteinander verspannt. Die Spindeln 1 sind in den Eckpunkten eines gleichschenkeligen Dreiecks und zueinander achsparallel angeordnet, wie beispielsweise aus der Figur 3 ersichtlich ist. Die drei Spindeln 1 sind in einem Grundelement 4 jeweils an zwei axial benachbarten Stellen drehbar gelagert. Ein oberes Rillenkugellager 5 und ein unteres Rillenkugellager 6 sind zur Lagerung jeder Spindel 1 vorgesehen, wobei das obere Rillenkugel¬ lager 5 einen Dämpfungsring 7 aufweist, der zwischen dem Grundelement 4 und einem äußeren Laufring 8 des oberen Rillenkugellagers 5 angeordnet ist. Mit ihren unteren Enden tauchen die Spindeln 1 in eine hohlzylindrische, topfförmige Triebwelle 9 ein, die im Tiefziehverfahren hergestellt ist. Ein Topf- boden 10 der Triebwelle 9. weist eine axial aus der Ebene des Topfbodens 10 herausgezogene und nach außen gerichtete Hülse 1 1 auf, die auf einer im Zentrum des Grundelementes 4 befestigten Achse 12 mittels zweier axial benachbarten Rillenkugellager 13 drehbar gelagert ist. Die Spindeln 1 tragen an ihren unteren Enden je eine Reibscheibe 14, die jeweils an den Innenumfang der hohlzylindrischen Triebwelle 9 angedrückt sind. Am Außenumfang der Hülse 1 1 greift ein Flachriemen 15 zum Antrieb der Triebwelle 9 an.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 unterscheidet sich von dem aus der Figur 1 im wesentlichen dadurch, daß jede Spindel 1 zusätzlich je eine Zahn¬ scheibe 16 aufweist, wobei ein die drei Spindeln 1 umfassender Zahnriemen 17 auf jede Zahnscheibe 16 aufgelegt ist. Auf diese Weise ist ein synchroner Lauf der drei Spindeln 1 gewährleistet. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist die Hülse 1 1 nach innen gerichtet, wobei der Flachriemen am Außenumfang der hohlzylindrischen Triebwelle 9 angreift. Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel aus Figur 2, wobei deutlich zu erkennen ist, daß die drei Spindeln 1 in den Eckpunkten eines gleichschenkeli¬ gen Dreiecks angeordnet sind.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 unterscheidet sich von dem aus der Figur 2 lediglich dadurch, daß die Reibscheiben 14 nicht wie bei Figur 2 am unteren Ende der Spindeln 1 , sondern zwischen dem oberen Rillenkugellager 5 und dem unteren Rillenkugellager 6 angeordnet sind. Der Querschnitt gemäß Figur 5 zeigt deutlich die Anordnung der Spindeln 1, wobei hier zusätzlich ein Teil des quergeschnittenen Grundelementes 4 sichtbar ist.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 unterscheidet sich von dem aus der Figur 2 im wesentlichen dadurch, daß die Triebwelle 9 nicht über eine an dem Grundelement 4 befestigte Achse drehbar gelagert ist. Statt dessen weist die Hülse 1 1 zusätzlich einen Wellenzapfen 18 auf, der in der Hülse 1 1 befestigt ist. Dieser Wellenzapfen 18 kann beispielsweise durch den nicht dargestellten Flachriemen, aber auch von einem ebenfalls nicht dargestellten Elektromotor angetrieben sein.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 unterscheidet sich von dem aus der Figur 4 im wesentlichen durch zwei Merkmale, wobei in Figur 7 lediglich das untere Rillenkugellager 6 abgebildet ist. Die Hülse 1 1 der Triebwelle 9 ist anders als bei der Figur 4, nicht axial nach innen, sondern axial nach außen herausgezogen, wobei der Flachriemen 15 am Außenumfang der Hülse 1 1 angreift. Der zweite wesentliche Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 besteht darin, daß anstelle einer Leistungsübertragung mittels Reibscheiben eine magnetische Kupplung 19 vorgesehen ist. Diese magnetische Kupplung 19 besteht im wesentlichen aus äußeren und inneren Dauermagnete 20, 21. Die äußeren Dauermagnete 20 sind an der Triebwelle 9 befestigt. In derselben Ebene sind radial benachbart auf jeder Spindel die inneren Dauerma¬ gnete 21 angeordnet. Die Polung der äußeren und inneren Dauermagnete 20, 21 ist radial ausgerichtet. Zwischen den Dauermagneten 20, 21 ist ein Luftspalt
22 gebildet. In dem Querschnitt gemäß Figur 8 ist die Anordnung der Dauerma¬ gnete 20, 21 schematisch dargestellt.
Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel gemäß Figur 9 unterscheidet sich von dem aus der Figur 7 im wesentlichen durch zwei Merkmale. Zunächst ist die magnetische Kupplung 19 anders als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 an den unteren Enden der Spindeln 1 vorgesehen.
Schließlich ist anstelle der in Figur 7 dargestellten formschlüssigen Kupplung der drei Spindeln 1 untereinander mittels Zahnscheiben 16 und Zahnriemen 17 ein Gummiring 23 vorgesehen, der an der Triebwelle 9 befestigt ist, wobei jede
Spindel 1 mit einer Reibscheibe 24 versehen ist, die alle gegen den Gummiring
23 angedrückt sind. Die formschlüssige Kupplung der drei Spindeln 1 mittels Zahnscheiben und Zahnriemen kann selbstverständlich zusätzlich vorgesehen sein.
Figur 10 zeigt die Anordnung der radial gepolten Dauermagnete 20, 21.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 1 unterscheidet sich von dem aus der Figur 2 im wesentlichen durch zwei Merkmale. Zunächst ist die Triebwelle 9 rohrförmig ausgebildet, wobei die rohrförmige Triebwelle 9 zwischen den drei Spindeln 1 angeordnet ist. Die Reibscheiben 14 der Spindeln 1 sind gegen den Außenumfang der rohrförmigen Triebwelle 9 angedrückt. Das zweite unter- scheidende Merkmal bezieht sich auf die modifizierte zusätzliche formschlüssi¬ ge Kupplung zwischen den drei Spindeln 1 . Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 1 weisen die drei Spindeln 1 jeweils ein Stirnrad 25 auf, das drehfest mit der Spindel 1 verbunden ist. Ein weiteres im Zentrum des gleich- schenkeligen Dreiecks angeordnetes Stirnrad 26 ist über ein Gleitlager 27 drehbeweglich auf der Achse 12 gelagert. Alle drei Stirnräder 25 kämmen mit dem Stirnrad 26.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 12 unterscheidet sich von dem in der Figur 6 dargestellten im wesentlichen durch die folgenden Merkmale: Die Triebwelle 9 stellt zugleich die Abtriebswelle eines Elektromotors 25 dar. Anstelle einer reibschlüssigen Leistungsübertragung wie bei dem Ausführungs¬ beispiel gemäß Figur 6 weist hier die Triebwelle 9 ein zwischen die drei Spin¬ deln 1 eingreifendes Stirnrad 29 auf, mit dem Stirnräder 30 kämmen, von denen je eins auf jeder Spindel 1 befestigt ist. Bei diesem Friktionsspindelaggregat entfällt wegen der formschlüssigen Leistungsübertragung eine zusätzliche Synchronisationseinrichtung wie sie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 vorgesehen ist. Figur 13 zeigt die Draufsicht auf das erfindungsgemäße Friktionsspindelaggregat gemäß Figur 12.
Bei dem weiteren in Figur 14 dargestellten erfindungsgemäßen Friktionsspindel¬ aggregat sind drei auf einem Grundelement 31 in den Eckpunkten eines gleich¬ schenkeligen Dreiecks drehbar gelagerte Spindeln 32 vorgesehen. Für die Lagerung der Spindeln 32 gegenüber dem Grundelement 31 sind pro Spindel 1 ein oberes und ein axial benachbartes unteres Rillenkugellager 33, 34 vor¬ gesehen, die an dem Grundelement 31 gestützt sind. Zwischen einem Außen¬ ring 35 des oberen Rillenkugellagers 33 und dem Grundelement 31 ist jeweils ein Dämpfungsring 36 zur Schwingungsdämpfung vorgesehen.
Mit ihren unteren Enden sind die Spindeln 32 jeweils mit einem kleinen Elek¬ tromotor 37 verbunden. Die drei Elektromotore weisen ein gemeinsames Statorgehäuse 38 auf, das - wie besser in Figur 15 ersichtlich ist - für jede Spindel 1 eine Ständerbohrung 39 aufweist. Jede Ständerbohrung 39 ist mit Erregerwicklungen und Polschuhen versehen, die in der Figur 15 durch den Kreisring mit der Positionszahl 40 symbolhaft dargestellt sind. Auf den unteren Enden der Spindeln 32 sind aus radial gepolten Dauermagneten gebildete Läufer befestigt, die in den Figuren 14, 15 durch einen Kreisring mit der Positionszahl 41 symbolhaft dargestellt sind. Der hier beschriebene Aufbau ist typisch für Gleichstrommaschinen. Die elektrischen Anschlüsse sind hier nicht weiter behandelt.
Zur Synchronisation der drei Spindeln 32 ist jede Spindel 32 mit einem Stirnrad 42, wobei ein Zahnriemen 43 auf die drei Stirnräder 42 aufgelegt ist.
Nachstehend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Friktionsspindel¬ aggregate näher erläutert. Für die Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 1 bis 13 weist der Antrieb dieselbe Struktur auf. Die Triebwelle 9 wird entweder mittels eines Flachriemens 15 oder eines Elektromotors 28 angetrieben, wobei die Rotation der Triebwelle 9 auf jede der drei Spindeln 1 übertragen wird. Für die Leistungsübertragung sind in den Ausführungsbeispielen mehrere unter¬ schiedliche Mittel vorgeschlagen worden. Gemäß den Figuren 1 bis 5 und 1 1 ist an jeder Spindel 1 ein Reibrad 14 befestigt, das an der Mantelfläche der Triebwelle 9 im Reibkontakt abwälzt. Die Spindeln 1 sind im Falle der Aus¬ führungsbeispiele gemäß den Figuren 2 bis 5 und 1 1 zusätzlich synchronisiert. Die Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 7 bis 10 sind mit Magnetkupp¬ lungen 19 versehen, die zwischen der Triebwelle 9 und jeder Spindel 1 an¬ geordnet sind. Die äußeren Dauermagnete 20 rotieren mit der Triebwelle 9, wobei infolge der magnetischen Kräfte zwischen den äußeren und inneren Dauermagneten 20, 21 jede Spindel 1 berührungslos mitgenommen wird. Die Triebwelle gemäß den Figuren 1, 7 bis 10 ist hinsichtlich ihrer Durchmesser¬ verhältnisse besonders zweckmäßig ausgebildet. In dem Bereich, wo der Flach¬ riemen 15 angreift, ist die Triebwelle 9 im Durchmesser kleingehalten. Dagegen ist die Triebwelle 9 im Bereich der äußeren Dauermagnete 20 bzw. der Reib¬ scheiben 14, 24 im Durchmesser sehr groß ausgebildet. Diese Ausbildung der Triebwelle 9 hat zur Folge, daß sehr hohe Umfangsgeschwindigkeiten erzielt werden, die auf jede Spindel 1 übertragen werden. Selbstverständlich können anstelle der Magnetkupplung 19 die in den anderen Ausführungsbeispielen beschriebenen reib- oder formschlüssigen Verbindungen zwischen der Triebwel¬ le 9 und den Spindeln 1 alternativ vorgesehen werden. Das Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 9 ist besonders hervorzuheben, da hier der Antrieb redundant ist. Zum einen sind zwischen der Triebspindel 9 und jeder Spindel 1 Magnet¬ kupplungen 19 vorgesehen. Zum anderen wälzen die an jeder Spindel 1 befe¬ stigten Reibscheiben 24 an dem Gummiring 23 ab. Die Leistungsübertragung erfolgt im Normalfall allerdings ausschließlich über die Magnetkupplungen 19. Lediglich für den Fall, daß eine der Magnetkupplungen 19 nicht mehr greift, wird das Drehmoment über den Gummiring 23 übertragen. Der Gummiring 23 greift jedoch nur solange, bis die betreffende Spindel 1 wieder synchron mit der Triebwelle 9 läuft; dabei richten sich die Dauermagnete 20, 21 wieder derart aus, daß die Magnetkupplung 19 wieder greift. Ab diesem Zeitpunkt dreht der Gummiring 23 lediglich lastfrei mit. Die Variante gemäß Figur 12 weist den besonderen Vorzug auf, daß die Leistungsübertragung zwischen der Triebwelle 9 und den Spindeln 1 über die miteinander kämmenden Stirnräder 29, 30 gewährleistet ist. Bei dieser Ausbildung entfallen weitere Mittel zur Synchronisa¬ tion der drei Spindeln 1.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 14, 15 wird jede Spindel 32 mittels eines eigenen Elektromotors 37 angetrieben. Der Elektromotor 37 kann wegen der geringen Leistungsübertragung relativ klein ausgebildet sein, wobei gleichzeitig mit entsprechend ausgelegten Elektromotore 37 sehr hohe Drehzah¬ len gefahren werden können.
Bezugszahlenliste
1 Spindel 23 Gummiring
2 Distanzstück 24 Reibscheibe
3 Friktionsscheibe 25 Stirnrad
4 Grundelement 26 Stirnrad 5 oberes Rillenkugellager 27 Gleitlager
6 unteres Rillenkugellager 28 Elektromotor
7 Dämpfungsring 29 Stirnrad
8 äußerer Laufring 30 Stirnrad
9 Triebwelle 31 Grundelement 10 Topfboden 32 Spindel
1 1 Hülse 33 Rillenkugellager
12 Achse 34 Rillenkugellager
13 Rillenkugellager 35 äußerer Laufring
14 Reibscheibe 36 Dämpfungsring 15 Flachriemen 37 Elektromotor
16 Zahnscheibe 38 Ständergehäuse
1 7 Zahnriemen 39 Ständerbohrung
18 Wellenzapfen 40 Kreisring
19 magnetische Kupplung 41 Kreisring 20 äußerer Dauermagnet 42 Stirnrad
21 innerer Dauermagnet 43 Zahnriemen
22 Luftspalt

Claims

Ansprüche
1. Friktionsspindelaggregat mit drei auf einem Grundelement (4) in den Eck¬ punkten eines gleichschenkligen Dreiecks drehbar gelagerten Spindeln (1 ), an denen sich im Zentrum des gleichschenkligen Dreiecks überlappende Friktions¬ scheiben (3) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine um das Zentrum des gleichschenkligen Dreiecks drehbar und zu den Spindeln (1) achsparallel angeordnete Triebwelle (9) vorgesehen ist, zwischen der und jeder Spindel (1) Mittel (14, 19, 29, 30) zur Leistungsübertragung vorgesehen sind.
2. Friktionsspindelaggregat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß jede Spindel (1) mit ihrer ersten Stirnverzahnung (30) mit einer an der Triebwelle (9) vorgesehenen zweiten Stirnverzahnung (29) kämmt.
3. Friktionsspindelaggregat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß jede Spindel (1 ) mit ihrem Reibrad (14) an der Mantelfläche der Triebwelle (9) ab- wälzt.
4. Friktionsspindelaggregat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Triebwelle als Hohlwelle (9) ausgebildet ist, in die die Spindeln (1 ) eintauchen.
5. Friktionsspindelaggregat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Triebwelle (9) zwischen den Spindeln (1 ) angeordnet ist.
6. Friktionsspindelaggregat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß eine magnetische Kupplung (19) zwischen jeder Spindel (1 ) und der Triebwelle (9) vorgesehen ist.
7. Friktionsspindelaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein am Umfang der Triebwelle (9) angeordneter erster Dauermagnet (21 ) vorgese- hen ist, dem ein am Umfang jeder Spindel (1 ) angeordneter zweiter Dauerma¬ gnet (20) radial gegenüberliegt.
8. Friktionsspindelaggregat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß jede zweite Stirnverzahnung (25) jeder Spindel (1 ) mit einem im Zentrum des gleich¬ schenkligen Dreiecks drehbar gelagerten Stirnrad (26) kämmt.
9. Friktionsspindelaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Blech insbesondere im Tiefziehverfahren hergestellte topfförmige Hohlwelle (9) im Zentrum ihres Topfbodens (10) eine axial aus der Ebene des Topfbodens (10) herausgezogene Hülse (1 1) aufweist, die auf einer im Zentrum des Grund¬ elementes (4) befestigten Achse (12) drehbar gelagert ist.
10. Friktionsspindelaggregat mit drei auf einem Grundelement (31) in den Eck- punkten eines gleichschenkligen Dreiecks drehbar gelagerten Spindeln (32), an denen sich im Zentrum des gleichschenkligen Dreiecks überlappende Frik¬ tionsscheiben (3) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spindel (32) von einem Elektromotor (37) angetrieben wird.
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