DE3902730A1

DE3902730A1 - Digital motor

Info

Publication number: DE3902730A1
Application number: DE19893902730
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dr Schilp; Uwe Zacher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1990-08-02

Abstract

The invention relates to a device for driving machines with a high torque and a low driving speed which is continuously variable. The drive has a small overall volume and a low weight relative to the torque produced. It can be of rotational symmetrical construction and be balanced, and this makes it suitable for use as a planetary drive with a rotating housing for the production of a differential speed of rotation. The drive comprises an oscillating motor, the rotary oscillating motion of which is converted by interaction with a freewheel or a ratchet mechanism to a stepwise rotary motion at the output shaft. Hydraulic rotary piston motors, radial reciprocating-piston motors with a toggle mechanism or tangentially articulated reciprocating-piston motors are preferably used as oscillating motors. The drive is preferably used for creeping rotary motion with a high torque, e.g. in machines, machine tools, process machines such as mills, reactors, rotary filters, drum-type driers, solid-bowl helical-conveyor centrifuges, screen-conveyor centrifuges, crystallisers and rotary cement kilns.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Antrieb von Maschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a device for Drive of machines according to the preamble of patent claim 1.

Der Zweck der Einrichtung ist ein Antrieb, dessen gleichförmige Drehbewegung sich aus digitalen Schritten zusammensetzt und der bei niedriger Drehgeschwindigkeit hohe Drehmomente erzeugt. Sol che schleichenden Drehbewegungen kommen in vielen Bereichen der Technik vor, wie beispielsweise bei Kränen, Fahrzeugen, Werkzeug maschinen, Arbeitsmaschinen, verfahrenstechnischen Maschinen und Apparaten etc. In der Verfahrenstechnik sind es beispielsweise große Mühlen, Reaktoren, Zementdrehrohröfen, Drehfilter, Trommel trockner, Kristallisatoren, Transporteinrichtungen wie Roste oder z. B. Schneckenantriebe von Vollmantelschneckenzentrifugen oder Siebschneckenzentrifugen.The purpose of the device is a drive, its uniform Rotary movement is composed of digital steps and the generates high torques at low rotational speed. Sol creeping rotary movements occur in many areas of Technology, such as for cranes, vehicles, tools machines, work machines, process engineering machines and Apparatus etc. In process engineering, for example large mills, reactors, cement rotary kilns, rotary filters, drum dryers, crystallizers, transport devices such as grates or e.g. B. worm drives of solid bowl centrifuges or Sieve screw centrifuges.

Sehr langsame Drehbewegungen von schweren Maschinen, für die meist sehr hohe Drehmomente erforderlich sind, werden bekannterweise mit schnellaufenden Motoren erzeugt, denen ein oder mehrere Unterset zungsgetriebe oder Riemen und Kettentriebe nachgeschaltet sind. Muß die Drehgeschwindigkeit variabel ausgeführt werden, sind zu sätzliche Einrichtung wie beispielsweise frequenzgesteuerte Elektromotore, drehzahlvariable Hydromotore, mechanische oder hy draulische Regelgetriebe, Schaltgetriebe o. ä. notwendig.Very slow rotary movements of heavy machinery, for the most part very high torques are required, as is known high-speed engines, which one or more subset gears or belts and chain drives are connected downstream. If the speed of rotation has to be carried out variably, are too additional device such as frequency controlled Electric motors, variable-speed hydraulic motors, mechanical or hy draulic control gear, manual gearbox or similar necessary.

Die bekannten regelbaren Antriebe für sehr hohe Drehmomente und geringer Abtriebsdrehzahl haben ein relativ hohes Gewicht und bauen voluminös. Insbesonders bei Antrieben, bei denen es auf ein geringes Leistungsgewicht ankommt, oder bei Antrieben, bei denen das Gehäuse selbst rasch umläuft, wie das beispielsweise bei Schneckenzentrifugen der Fall ist, sind viele der bekannten Lö sungen wegen zu großer Masse mangelnder Rotationssysmmetrie, fehlender Auswuchtung oder aus anderen Gründen nicht einsetzbar.The well-known adjustable drives for very high torques and low output speed have a relatively high weight and build voluminous. Especially for drives where there is a low power-to-weight ratio arrives, or in drives where the case itself rotates quickly, as for example in Screw centrifuges are the case, many of the well-known Lö solutions due to a lack of rotational symmetry, missing balance or not usable for other reasons.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen regelbaren Antrieb für niedrige Drehzahlen bereitzustellen, der sehr hohe Drehmomente liefert und der rotationssymmetrisch ausgewuchtet gebaut werden kann, damit er auch als Umlaufgetriebe mit rotierendem Gehäuse ein gesetzt werden kann.The invention has for its object a controllable drive to provide for low speeds, the very high torques supplies and the rotationally symmetrically balanced are built can so that it can also be used as a planetary gear with a rotating housing can be set.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Kraft- bzw. Drehmoment er zeugender Motor ein Schwenkmotor mit großem Drehmoment verwendet wird, der mit einem Freilauf, einem Klinkensperrgetriebe oder ei ner anderen bekannten einseitig wirkenden Mitnahmeeinrichtung in der Weise kombiniert ist, daß aus der hin- und hergehenden Dreh schwenkbewegung des Motors am Antrieb eine schrittweise Drehbewe gung, Rast-Drehbewegung oder voll kontinuierliche langsame Dreh bewegung entsteht, die sich aus Einzelschritten zusammensetzt. Für den Fall, daß das Antriebsgehäuse selbst rotiert und eine lang same Relativbewegung erzeugen muß, besteht die Antriebslösung aus 3 wichtigen Elementen, nämlich Energiedrehdurchführung, Schwenkmo tor und Mitnahmeeinrichtung.The object is achieved in that he as a force or torque convincing motor uses a large torque swivel motor is that with a freewheel, a ratchet lock gear or egg ner other known unidirectional driving device in the way is combined that from the back and forth rotation pivoting movement of the motor on the drive a gradual rotation movement, rest / rotation or fully continuous slow rotation movement arises, which is composed of individual steps. In the event that the drive housing itself rotates and a long must generate the same relative movement, the drive solution consists 3 important elements, namely energy rotary feedthrough, swivel mo gate and driving device.

Neben pneumatischen und magnetischen können vorzugsweise hydrauli sche Schwenkmotoren Verwendung finden.In addition to pneumatic and magnetic hydraulic cal swivel motors are used.

Mit Hochdrucköl beaufschlagte Drehkolben-Schwenkmotore erzeugen ein großes Drehmoment und eine Drehbewegung mit begrenztem Winkel weg. Anstelle von Drehkolben können auch tangential angelenkte Hubkolben verwendet werden. Radiale Hubkolben, deren Bewegung über Kniehebelgestänge in tangentiale Richtung umgelenkt wird oder ra diale Hubkolben, die auf eine schräge Bahn einwirken und dadurch Umfangskräfte erzeugen, eignen sich ebenso zur Erzeugung begrenz ter Winkelbewegungen. Schließlich können auch axial wirkende Hub kolben, die eine Stellgewindemutter vorwärts und rückwärts drehen, oder die auf Spiralnutenbahnen über Rollen einwirken, zum Erzeugen der Schwenkbewegung eingesetzt werden. Um das erzeugte Drehmoment zu vergrößern, können die Umfangskraft erzeugenden Wirkflächen und Hubkolben mehrfach angeordnet sein und gleichzeitig wirksam sein. Generate rotary lobe swing motors loaded with high pressure oil a large torque and a rotary movement with a limited angle path. Instead of rotary pistons, tangentially articulated ones can also be used Reciprocating pistons can be used. Radial pistons, their movement over Toggle linkage is deflected in the tangential direction or ra reciprocating pistons that act on an inclined path and thereby Generating circumferential forces are also suitable for limited production ter angular movements. Finally, axially acting stroke pistons that turn an adjusting nut back and forth, or which act on spiral groove tracks via rollers, to generate the swivel movement can be used. To the torque generated to enlarge, the circumferential force-generating active surfaces and Reciprocating piston can be arranged several times and be effective at the same time.

Sie können aber auch nacheinander so in Eingriff gebracht werden, daß eine quasi kontinuierliche Drehbewegung ohne zwischenliegende Halte- oder Rastphasen am Abtrieb entsteht. Die Umsteuerung der Energieströme für die hin- und hergehenden Kolben oder Drehkolben können extern von außen alternierend umgeschaltet werden oder im Schwenktrieb selbst in bekannter Weise selbststeuernd umgeschaltet werden. Die Umsteuerung kann auch mit einer Endlagendämpfung ausge rüstet sein. Für Einsatzfälle, bei denen ein selbst mitdrehender Antrieb zur Erzeugung einer Differenzdrehzahl erforderlich ist, wie beispielsweise bei Schneckenzentrifugen, kann die Energie zur Erzeugung der Differenzbewegung auch dem Hauptantrieb für die Gehäusedrehung entnommen werden, indem durch einen umlaufenden Ölmotor- oder durch einen mechanischen Exzenterantrieb mit still stehender Welle die Voraussetzungen für die Relativbewegungser zeugung geschaffen werden.But they can also be engaged one after the other in such a way that a quasi-continuous rotary motion without intermediate Hold or rest phases occur on the output. The reversal of the Energy flows for the reciprocating pistons or rotary pistons can be alternately switched externally from outside or in Swivel drive itself switched over in a known manner will. The reversal can also be done with end position damping be prepared. For applications where a self-rotating Drive for generating a differential speed is required As with, for example, screw centrifuges, the energy to generate the differential movement also the main drive for the Housing rotation can be removed by a rotating Oil motor or through a mechanical eccentric drive with silent standing wave the prerequisites for the relative movement be created.

Zur Umwandlung der hin- und hergehenden Dreh-Schwenkbewegung in eine Drehbewegung, die sich aus einzelnen Schritten zusammensetzt, ist eine einseitig wirksame Mitnahmeeinrichtung erforderlich. Hierfür können bekannte Freiläufe, wie z. B. Morse-Klemmkörper freiläufe, Rollen-, Kugeln-, Spreizplatten-, oder andere bekann te Freiläufe für hohe Drehmomente verwendet werden, deren Klemm körper durch Federn oder wirksame Fliehkräfte selbsthemmend kraft schlüssig geschaltet werden. Es können aber auch bekannte form schlüssige Klinkengesperre oder Ratschen für das schrittweise Wei terdrehen eingesetz werden. Die Klinkensperre können auch für wechselnde Drehrichtungen umschaltbar ausgeführt werden. Durch Verwendung von angedrückten Blattfedern lassen sich die kraftüber tragenden Klinken zum Ein- und Ausrasten beim Vor- und Rückhub auch im Fliehkraftfeld sicher senken und heben.To convert the back and forth rotary swivel movement in a rotary movement composed of individual steps, a unilaterally effective entrainment device is required. Known freewheels, such as. B. Morse sprags freewheels, rollers, balls, spreading plates, or other known te freewheels are used for high torques, their clamping body self-locking due to springs or effective centrifugal forces be switched conclusively. But it can also be known form conclusive ratchet or ratchet for the gradual Wei can be used. The latch lock can also be used for changing directions of rotation can be made switchable. By The use of pressed leaf springs allows the force to be transferred load-bearing pawls for engaging and disengaging during forward and return strokes Lower and lift safely even in the centrifugal force field.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß sehr hohe Drehmomen te bei geringen Abtriebsdrehzahlen mit geringem Bauaufwand kosten günstig erzeugt werden können. Durch die großen aktiven hydrauli schen Wirkflächen ist das Gewicht pro Drehmoment und das Bauvolu men sehr gering. Für selbst umlaufende Antriebe kann die Antriebs vorrichtung völlig rotationssymmetrisch ausgewuchtet hergestellt werden. The advantages of the invention are that very high torques te at low output speeds with low construction costs can be generated cheaply. Due to the large active hydrauli The effective area is the weight per torque and the volume very low. The drive can be used for self-rotating drives device manufactured completely rotationally symmetrically balanced will.

Die Vorrichtung ist für höchste Drehzahlen geeignet und hat auch bei hohen Gehäusedrehzahlen keinen Drehmomentabfall sowie einen hohen Wirkungsgrad. Für die Abstufung einer Baureihe läßt sich die Antriebs einrichtung in Modulbauweise herstellen. Der Antrieb neigt nicht zu Drehschwingungen wegen der niederfrequenten periodischen Rastphasen. Die Drehzahlregelung ist einfach über den Volumenstrom zu steuern.The device is suitable for the highest speeds and also has high housing speeds no torque drop as well as a high Efficiency. The drive can be used for the gradation of a series Manufacture a modular construction. The drive does not incline Torsional vibrations due to the low-frequency periodic rest phases. The speed control is easy to control via the volume flow.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines mechanisch-hydraulischen Digitalmotors dargestellt. Über eine Zuführungseinrichtung (1) wird das Drucköl (2) in die Druckräume (3) des Drehkolbens (4) gepreßt, wodurch dieser eine langsame Drehung in Richtung (5) durchführt und über die eingerasteten Klinken (6) den mit der Abtriebswelle (7) ver bundenen Zahnkranz (8) um einen Winkelwegschritt (9) weiterdreht. Anschließend wird die Bewegung des Drehkolbens (4) umgesteuert in Richtung (11), die Klinken (6) rasten aus und der Vorgang wieder holt sich von Neuem.In Fig. 1, an embodiment is shown a mechanical-hydraulic Digital engine. The pressure oil ( 2 ) is pressed into the pressure chambers ( 3 ) of the rotary piston ( 4 ) via a feed device ( 1 ), causing it to rotate slowly in the direction ( 5 ) and via the latched pawls ( 6 ) the one with the output shaft ( 7 ) connected sprocket ( 8 ) by an angular path step ( 9 ). Then the movement of the rotary piston ( 4 ) is reversed in the direction ( 11 ), the pawls ( 6 ) disengage and the process is repeated.

In Fig. 2 ist die Modulbauweise eines solchen Antriebes schematisch dargestellt. Auf einer Drehschwenkwelle sind mehrere Rotoren (13) befestigt. In die Hohlräume (14) zwischen den Rotorflügeln (15) greifen ähnliche Gebilde-Statoren (16) ein, die mit dem Gehäuse (17) fest verbunden sind.In Fig. 2 the modular design of such a drive is shown schematically. Several rotors ( 13 ) are attached to a swivel shaft. Similar structure stators ( 16 ) engage in the cavities ( 14 ) between the rotor blades ( 15 ) and are firmly connected to the housing ( 17 ).

In Fig. 3 ist ein modular aufgebauter rotationssymmetrischer Digital motor im Halbschnitt dargestellt. Über eine bekannte Drehdurchfüh rung (1) wird das Drucköl (2) in die Druckräume (14) zwischen den Rotorflügeln (16) gepumpt. Die Schwenkbewegung der Rotor-Hohlwelle (12) wird über einen Freilauf oder ein Klinkengesperre (6) auf den Zahnkranz (18) der Abtriebswelle (7) übertragen.In Fig. 3, a modular rotationally symmetrical digital motor is shown in half section. Via a known rotary union ( 1 ), the pressure oil ( 2 ) is pumped into the pressure chambers ( 14 ) between the rotor blades ( 16 ). The pivoting movement of the hollow rotor shaft ( 12 ) is transmitted to the ring gear ( 18 ) of the output shaft ( 7 ) via a freewheel or a ratchet mechanism ( 6 ).

In Fig. 4 ist schematisch ein Modul eines Digitalmotors dargestellt, das aus z. B. 4 Kolben (20) bekannter Bauart besteht, die alle auf die Welle (12) arbeiten. Die einzelnen Module (21) sind über die Wel le (12) mit dem Freilauf (6) und dem Abtrieb (7) verbunden. In Fig. 4, a module of a digital motor is shown schematically, the z. B. 4 pistons ( 20 ) of known design, all of which work on the shaft ( 12 ). The individual modules ( 21 ) are connected via the Wel le ( 12 ) with the freewheel ( 6 ) and the output ( 7 ).

In Fig. 5 ist ein Beispiel für eine Digitalmotor mit radialem Hub kolben (22) dargestellt, deren Bewegung über Kniehebelgestänge (23) und Zahnkranz (8) in tangentiale Richtung (24) umgelenkt wird. Ein Teil der Hubkolben (22) ist unter Druck, während ein anderer Teil ge rade die Rückhubbewegung ausführt. In diesem Fall ist kein zusätzli cher Freilauf erforderlich.In Fig. 5 an example of a digital motor with a radial stroke piston ( 22 ) is shown, the movement of which is deflected via the toggle linkage ( 23 ) and ring gear ( 8 ) in the tangential direction ( 24 ). Part of the reciprocating piston ( 22 ) is under pressure, while another part is performing the return stroke movement. In this case, no additional freewheel is required.

In Fig. 6 ist ein Beispiel eines Digitalmotors dargestellt, der aus einem Drehkolbenzylinder (25) und einem Freilauf (6) besteht. Die hin- und hergehende Bewegung (26) des Kolben (25) wird durch gleich läufig angeordnete Differential-Steilgewinde mit unterschiedlichen Steigungen zwischen Zylinder und Kolben (27) bzw. Kolben und Innen welle (28) in eine Drehschwenkbewegung (29) umgewandelt. Durch den Freilauf (6) wird daraus eine schrittweise Drehbewegung (9). Anstel le der unterschiedlichen Stellgewinde können auch zick-zack-förmige Nutenbahnen mit Überlappung an den Umkehrpunkten vorhanden sein, in denen am Kolben angebrachte Rollen eingreifen (Fig. 7). Sowohl auf dem Hin- wie auch auf dem Rückweg des axialen Kolbens (26) wird die Abtriebswelle (7) einen kleinen Winkelweg weitergedreht.In Fig. 6 an example of a digital motor is shown, which consists of a rotary piston cylinder ( 25 ) and a freewheel ( 6 ). The reciprocating movement ( 26 ) of the piston ( 25 ) is converted into a rotary swivel movement ( 29 ) by a differential helical thread with the same pitch and with different pitches between the cylinder and piston ( 27 ) or piston and inner shaft ( 28 ). The freewheel ( 6 ) turns it into a gradual rotary movement ( 9 ). Instead of the different setting threads, there may also be zigzag-shaped groove tracks with overlap at the reversal points, in which rollers attached to the piston engage ( FIG. 7). The output shaft ( 7 ) is rotated a small angular path both on the outward and return path of the axial piston ( 26 ).

Claims

1. Device for driving machines with high torque and very low drive speeds, characterized in that the rotary movement is generated by the interaction of a rotary-swivel motor with a freewheel or a ratchet locking mechanism in such a way that from the reciprocating rotary swivel movement of the Mo. torsion on the output creates a gradual rotary movement with the rest phases in between.

2. Drive according to claim 1, characterized in that the drive is constructed rotationally symmetrical, the housing itself rotates and which consists of three assemblies: rotary feedthrough for the energy supply drove into the rotating drive, swivel motor for torque generation, Driving device such as freewheel or ratchet lock gear for generation difference speed to the housing.

3. Drive according to claim 1, characterized in that the drive speed is infinitely variable.

4. Drive according to claim 1 to 3, characterized in that as Swing motor is a rotary piston motor with 1 or more at the same time acting pressure rooms is used.

5. Drive according to claim 1 to 3, characterized in that the Swing motor one or more tangential or radial pistons Reciprocating piston has, whose movement over toggle linkage or oblique ge webs is diverted in the tangential direction.

6. Drive according to claim 1 to 2, characterized in that the Swivel motor consists of at least one axially acting reciprocating piston, through a high-helix nut or spiral groove tracks with rollers the output shaft is rotated.

7. Drive according to claim 1 to 3, characterized in that two or more swivel motors are arranged which simultaneously or be engaged one after the other.

8. Drive according to claim 1 to 7, characterized in that the order control of the energy flows for the reciprocating pistons or Rotary pistons are made externally or internally self-controlled.

9. Drive according to claim 1 to 8, characterized in that the Energy for generating the differential movement with rotating rotation drive housing through a built-in rotating oil pump or through an eccentric drive with a stationary shaft is generated.

10. Drive according to claim 1 to 9, characterized in that the Swing motors are equipped with end position damping.

11. Drive according to claim 1 to 3, characterized in that the Driving device from a sprag, roller, ball, spread plate or other known frictional freewheel exists.

12. Drive according to claim 1 to 3, characterized in that the Driving device from a known positive latch lock gear or consists of a ratchet that is used to change the direction of rotation sel are also switchable.