DE19936742A1 - Antrieb für ein Kettenrad, insbesondere einer Kettenziehvorrichtung - Google Patents

Abstract

Bei dem Antriebsstrang vorzugsweise einer Ziehvorrichtung zum kontinuierlichen Ziehen von Rohr- und Stangenmaterial ist vorgesehen, daß der Antriebsstrang zwischen Antriebsmotor und Kettenrad ein antriebsseitiges Unrundrad und ein abtriebsseitiges Unrundrad aufweist. Durch die Auswahl geeigneter Unrundräder wird am abtriebsseitigen Unrundrad eine resultierende, abgegebene Drehzahl erzeugt, mit der der beim Ziehen von Ketten auftretende Polygoneffekt vollständig kompensiert werden kann, so daß keine Geschwindigkeitsschwankungen im ziehenden Kettenstrang mehr auftreten und mithin eine gleichbleibende Qualität des gezogenen Materials gesichert ist. Mit den miteinander kämmenden Unrundrädern können bei konstanter Antriebsdrehzahl des Antriebsmotors die Abtriebsdrehzahlen des abtriebsseitigen Unrundzahnrades auf den Polygoneffekt eingestellt werden. Die Auswahl der Geometrien der Unrundräder erfolgt in Abhängigkeit von der Anzahl der Zähne des Kettenrades und der Gestalt der Kettenglieder.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein mehrere Kettenzähne auf­ weisendes Kettenrad. Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist ein Kettenrad einer Kettenziehvorrichtung zum Ziehen von Stangen -, Rohr-, Rund- und Profilmaterial mit einer endlos umlaufenden Kette. Die Erfindung ist aber auch vorteilhaft auf anderen technischen Gebieten einsetzbar, bei denen eine endlose umlaufende Kette mittels eines Kettenrades angetrieben wird.

Da die Einzelglieder bzw. Verbindungsglieder einer Kette starr sind, kann sich die Kette dem Teilkreis des Kettenrades nur polygonförmig anpassen. Der Hebelarm einer auf den Kettenstrang ausgeübten Kraft ändert sich dadurch mit dem Drehwinkel des Kettenrades, wodurch das Lastmoment und die in Kettenzugrichtung resultierende Vortriebs­ geschwindigkeit der Kette periodisch schwanken. Neben den Last- und Geschwindigkeitsschwankungen werden auch Schwankungen der Kette in der Laufhöhe angeregt, die insgesamt zu unerwünschten Schwingun­ gen in der Maschine und dadurch zu höherem Verschleiß des gesamten Kettenantriebs führen können. Bei der Auslegung des Antriebs für ein Kettenrad bzw. für einen Kettentrieb muß daher dieser sogenannte Polygoneffekt berücksichtigt werden.

Um dem Polygoneffekt entgegenzuwirken, sind im Stand der Technik bisher eine Vielzahl von technischen Lösungen vorgeschlagen worden. Eine Kompensation des Polygoneffektes kann z. B. dadurch erzielt werden, daß vergleichsweise große Kettenräder mit einer hohen Zähnezahl verwendet werden. Maschinen mit großen Kettenrädern zeigen zwar einen vergleichsweise ruhigen Lauf, dies wird allerdings mit einer Vergrößerung des für den Antrieb benötigten Bauraumes und mit einer Erhöhung der Anzahl der Kettenglieder erkauft, so daß auch das Gewicht der Kette und damit die zu installierende Antriebsleistung steigt.

Weiter ist es aus dem Stand der Technik bekannt, als Ausgleichsmittel zur Kompensation des Polygoneffektes eine spezielle Kettenführung vorzusehen, mit der die Kette derart an das Kettenrad herangeführt wird, daß sich der Effekt der starren Kettenglieder nur geringfügig auswirkt.

In Kettenziehvorrichtungen zum Ziehen von Stangen-, Rohr-, Rund- und Profilmaterial mit einer endlos umlaufenden Kette kann der Polygoneffekt erheblichen Einfluß auf die Qualität des gezogenen Materials haben, da sich Geschwindigkeitsschwankungen und Schwin­ gungen unmittelbar auf die Homogenität des Ziehprozesses und die Längentoleranzen des gezogenen Materials auswirken. In einem kontinuierlichen Ziehprozeß werden die zu ziehenden Rohren oder Stangen mit speziellen Greifwerkzeugen gegriffen und mit den um­ laufenden Treibkettenpaaren gezogen. Eine derartige kontinuierliche Ziehvorrichtung ist z. B. aus dem Patent EP 0 433 767 B1 bekannt. Bei dieser Kettenziehmaschine wurde keine Ausgleichsvorrichtung zum Ausgleich der durch den Polygoneffekt verursachten Geschwindigkeits­ schwankungen der Treibketten vorgesehen.

Aus der EP 0 850 216 A1 ist ein dem Oberbegriff der vorliegenden Erfindung zugrundeliegender Antrieb für eine kontinuierliche Ziehvor­ richtung bekannt, bei dem dem Polygoneffekt bereits Rechnung getragen wurde. Bei dem gattungsgemäßen Antrieb ist in den Antriebsstrang zwischep dem Antriebsmotor und den angetriebenen Kettenrädern ein Übersetzungsgetriebe geschaltet. Die Antriebswelle des Übersetzungs­ getriebes ist mit der Motorwelle des Antriebsmotors über ein Kreuzkopf­ gelenk verbunden und um einen Winkel verschwenkt eingebaut. Durch das Kreuzkopfgelenk wird bei zueinander verschwenkter An- und Antriebswelle eine Unregelmäßigkeit der Umfangsgeschwindigkeiten erzielt, die zur Kompensation des Polygoneffektes ausgenutzt werden soll. Der Ausgleichseffekt dieses Antriebs hängt entscheidend von der Einstellung des Winkel zwischen der An- und Abtriebswelle ab. Ein derartiger Antrieb erfordert daher einerseits eine genaue Justage des Winkels, andererseits eine regelmäßige Überwachung der Einstellung, da bei einer ungünstigen Fehlstellung des Winkels statt einer Kom­ pensation eine Verstärkung des Polygoneffektes erzeugt wird. Für den praktischen Einsatz in einer Ziehvorrichtung ist der aus der EP 0 850 216 A1 bekannte Antrieb daher wenig geeignet.

Mit der Erfindung soll ein Antrieb geschaffen werden, der mit einfachen Mitteln eine betriebssichere Kompensation des Polygoneffektes bewirkt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Antriebs­ strang zwischen Antriebsmotor und Kettenrad ein antriebsseitiges Unrundrad und ein abtriebsseitiges Unrundrad aufweist. Durch die Auswahl geeigneter Unrundräder wird am abtriebsseitigen Unrundrad eine resultierende, abgegebene Drehzahl erzeugt, mit der der Polygon­ effekt vollständig kompensiert werden kann, so daß keine oder nur geringfügige Geschwindigkeitsschwankungen im ziehenden Kettenstrang mehr auftreten und mithin eine gleichbleibende Qualität des gezogenen Materials gesichert ist. Mit den miteinander wechselwirkenden Unrund­ rädern können bei konstanter Antriebsdrehzahl des Antriebsmotors die Abtriebsdrehzahlen des abtriebsseitigen Unrundzahnrades auf den Polygoneffekt eingestellt werden. Die Auswahl der Geometrien der Unrundräder erfolgt in Abhängigkeit von der Zähnezahl des Kettenrades und der Gestalt der Kettenglieder. Der erfindungsgemäße Antrieb bewirkt selbst bei Kettenräder mit nur wenigen Kettenzähnen eine nahezu vollständige Kompensation des Polygoneffektes.

Da der Polygoneffekt periodisch auftritt, erfolgt die Auslegung der Unrundräder vorzugsweise dergestalt, daß die Wälzkurve eines jeden Unrundrades jeweils aus mehreren Wälzkreissegmenten mit gleichförmi­ gen Wälzkurvenabschnitten zusammengesetzt ist. Die Wälzkurven­ abschnitte des antriebsseitigen und des abtriebsseitigen Unrundrades sollten gleiche Wälzkurvenlängen aufweisen, so daß die Wälzkurven­ abschnitte und mithin die Unrundräder gleichmäßig aufeinander abrollen und eine periodische Schwankung der Abtriebsdrehzahl des abtriebs­ seitigen Unrundrades ermöglichen.

Weiter vorteilhaft ist es, wenn das antriebsseitige Unrundrad weniger Wälzkreissegmente als das abtriebsseitige Unrundrad aufweist, so daß ein Antriebsmotor mit hohen Antriebsdrehzahlen eingesetzt werden kann. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das antriebsseitige Unrundrad ellipsenförmig.

Bei einer ersten Ausführungsalternative entspricht die Anzahl der Wälz­ kreissegmente des abtriebsseitigen Unrundrades der Anzahl der Kettenzähne. Bei einem derartigen Antrieb kann dann das abtriebsseitige Unrundrad wahlweise mit dem Kettenrad auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sein oder durch ein Zahnradgetriebe oder ein Transmissions­ mittel, wie z. B. einem Zahnriemen, mit dem Kettenrad gekoppelt sein.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist zwischen dem abtriebsseitigen Unrundrad und dem Kettenrad ein Übersetzungsgetriebe zwischenge­ schaltet, dessen Übersetzungsverhältnis I_K sich aus dem Verhältnis der Anzahl der Wälzkreissegmente des abtriebsseitigen Unrundrades und der Kettenzähne des Kettenrades bzw. aus dem Verhältnis des Winkels, über den sich die Wälzkreissegmente des abtriebsseitigen Unrundrades erstrecken, und dem Teilungswinkel des Kettenrades ergibt. Vor­ teilhafterweise ist das Übersetzungsverhältnis ganzzahlig. Bei dem Übersetzungsgetriebe kann es sich um ein ein- oder mehrstufiges Zwischengetriebe handeln.

Das abtriebsseitige Unrundrad ist vorzugsweise derart konstruiert, daß seine Wälzkurvenabschnitte zwei Wendepunkte haben. Jeder Wälzkur­ venabschnitt weist dann in der Mitte einen minimalen Radialabstand von der Drehachse des Unrundrades und an den Übergängen zu den nächsten Wälzkreissegmenten maximale Radialabstände von der Drehachse auf. Der Abstand zwischen den Drehachsen der Unrundräder ist vorzugs­ weise konstant.

Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Unrundräder als Zahnräder ausgebil­ det sind, da mit Zahnrädern ein sicherer Ablauf der Wälzkreissegmente aufeinander ohne die Gefahr von Gleiten zwischen den Unrundrädern ermöglicht wird.

Für Kettenziehvorrichtungen, mit denen Stangen und Rohre mit besonders hohen Qualitätsanforderungen an gleichbleibende Dicken gezogen werden sollen, kann als weiteres Ausgleichsmittel zur Kom­ pensation des Polygoneffektes eine spezielle Kettenführung der Kette an das Kettenrad heran vorgesehen sein.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer rein schematischen Darstellung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Antriebs für zwei verschiedene Aus­ führungsformen.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 schematisch einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang ohne Übersetzungsgetriebe; und

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang mit Übersetzungs­ getriebe zwischen den Unrundzahnrädern und dem Ketten­ rad.

In den Fig. 1 und 2 sind in einer rein schematischen Darstellung nur die zum Ausgleich des Polygoneffektes notwendigen Bauteile eines insgesamt mit 10 in Fig. 1 bzw. 20 in Fig. 2 bezeichneten Antriebs­ strangs dargestellt. Der Antriebsstrang dient zum Antreiben des Kettenrades 11 einer ansonsten nicht weiter dargestellten Ziehvor­ richtung. Mit dem Kettenrad 11 wird eine Kette 12 in Richtung des Pfeiles P gezogen. Die Ziehkette 12 besteht aus gelenkig miteinander verbundenen Kettengliedern 12a, 12b, in deren Zwischenräume die Zähne 13 des Kettenrades 11 eingreifen. An der Kette 12 sind die nicht dargestellten Greifvorrichtungen zum Ziehen der nicht gezeigten Stangen oder Rohren befestigt. In Ziehvorrichtungen erfolgt das Ziehen des Materials meist mit Triebkettenpaaren, d. h. mit mindestens zwei parallel zueinander laufenden Ketten.

Im Antriebsstrang 10 in Fig. 1 ist ein antriebsseitiges Unrundzahnrad 1 mit einem nicht gezeigten Antriebsmotor drehfest verbunden. Das antriebsseitige Unrundzahnrad 1 ist ellipsenförmig und aus zwei gleichförmigen Wälzkreissegmenten 2 zusammengesetzt, von denen eines schraffiert gezeigt ist. Das antriebsseitige Unrundzahnrad 1 ist über seine nicht näher dargestellte Verzahnung mit der Verzahnung des abtriebs­ seitigen Unrundzahnrades 3 in Eingriff. Dieses weist insgesamt 6 zueinander gleichförmige Wälzkreissegmenten 4 auf, von denen eines schraffiert dargestellt ist.

Es versteht sich, daß die einzelnen Unrundzahnräder aus einem Stück bestehen bzw. gefertigt sein können und sich die Bezeichnung Wälz­ kreissegmente nur auf den gleichförmigen Aufbau der einzelnen Unrundzahnräder bezieht.

Das Wälzkreissegment 2 des Unrundzahnrades 1 hat einen Wälzkurven­ abschnitt 2', der die gleiche Bogenlänge beziehungsweise Wälzkurven­ länge wie der Wälzkurvenabschnitt 4' des Wälzkreissegmentes 4 des abtriebsseitigen Unrundzahnrades 3 aufweist. Weiterhin ist der Abstand zwischen der Drehachse 5 des Unrundrades 1 und der Drehachse 6 des Unrundrades 3 konstant. Die Wälzkurve bzw. der Umfang des Unrund­ rades 3 kann daher aus der konstanten Summe des Erzeugendenradius R des Unrundrades 3 und des Erzeugendenradius U des Unrundrades 1 ermittelt werden.

Um den im Betrieb des Antriebsstrangs 10 am Kettenrad 11 auftretenden Polygoneffekt auszugleichen, hat der Wälzkurvenabschnitt 4' des Wälz­ kreissegmentes 4 des abtriebsseitigen Unrundzahnrades 3 zwei Wende­ punkte 9, 9', sowie einen Wälzkurvenpunkt mit minimalem Radialab­ stand R_min in der Mitte des Wälzkurvenabschnitts 4' und zwei Wälzkur­ venpunkte mit maximalem Radialabstand R_max. Das elliptische Unrund­ zahnrad 1 ist derart mit dem Unrundzahnrad 3 in Eingriff gesetzt, daß sich die Wälzkurven einerseits berühren, wenn die kürzere Nebenachse der Ellipse mit dem maximalen Radialabstand R_max des Unrundzahnrades 3 zusammentrifft, andererseits berühren, wenn die längere Hauptachse des ellipsenförmigen Unrundrades 1 auf den minimalen Radialabstand R_min trifft. Die Abtriebsdrehzahl cles abtriebsseitigen Unrundrades 3 ist dann minimal, wenn, wie in Fig. 1 gezeigt, Nebenachse und maximaler Radialabstand R_max zusammentreffen bzw. maximal, wenn Hauptachse und minimaler Radialabstand zusammentreffen. Die Kopplung des abtriebsseitigen Unrundzahnrades 3 mit dem Kettenrad 11 ist zur Kompensation nun derart ausgeführt, daß die Drehzahl des abtriebs­ seitigen Unrundzahnrades 3 einen minimalen Wert hat, wenn sich das Kettenrad 1, wie in Fig. 1 gezeigt, in einer Winkelstellung befindet, in der bei theoretisch konstanter Antriebsdrehzahl des Kettenrades 11 aufgrund des Polygoneffektes eine maximale Kettenvorschubgeschwin­ digkeit resultieren würde. Tatsächlich ist aber aufgrund der miteinander kämmenden Unrundräder 1, 3 die Abtriebsdrehzahl des abtriebsseitigen Unrundzahnrades 3 gerade minimal, so daß sich insgesamt der Polygon­ effekt und die mit den Unrundzahnrädern 1, 3 erzeugten Drehzahl­ schwankungen gegeneinander aufheben, so daß eine absolut gleichförnii­ ge Kettenzuggeschwindigkeit resultiert.

Für den Fachmann ist nun ersichtlich, welche Erzeugendenradien und Krümmungsradien die Maximalradien, Minimalradien und Wendepunkte der Wälzkurven bzw. Unrundzahnräder 1, 3 haben müssen, damit eine optimale Kompensation des Polygoneffektes bei einem bestimmten Kettenrad erzielt wird.

In Fig. 1 ist das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Unrundzahnrad 3 und dem Unrundzahnrad 1 i_u = 3 : 1. Das abtriebsseitige Unrundzahnrad 3 ist mit dem Kettenrad 11 über ein Transmissionsmittel 8 verbunden. Daher muß der Winkel τ_i, über den sich das Wälzkreissegment 4 des zweiten Unrundzahnrades 3 erstreckt, genau so groß wie der Winkel α₁ zwischen zwei Zähnen 13 des Kettenrades 11 sein. Anstelle des Transmissionsmittels kann aber auch ein Zahnradgetriebe verwendet werden oder das Unrundzahnrad und das Kettenrad sind auf einer gemeinsamen Welle angeordnet.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Antriebsstrangs 20. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auch hier wird die Kette 12 mittels der Zähne 13 des Kettenrades 11 in Transportrich­ tung P bewegt. Abweichend von der Ausführungsform nach Fig. 1 ist das abtriebsseitige Unrundzahnrad 23 über ein insgesamt mit 15 bezeichnetes Übersetzungsgetriebe mit dem Kettenrad 11 gekoppelt. Das Übersetzungsgetriebe 15 besteht in an sich bekannter Weise aus Zahnrä­ dern und kann ein- oder mehrstufig ausgeführt sein. Das abtriebsseitige Unrundzahnrad 23 hat hier nur 3 Wälzkreissegmente 24 mit Wälzkur­ venabschnitten 24', die sich über den Winkelbereich τ₂ erstrecken. Das Übersetzungsgetriebe hat ein Übersetzungsverhältnis von i_K = τ₂/α₂ Insgesamt dreht sich daher das Kettenrad 11 um den Winkel α₂, wenn sich das abtriebsseitige Unrundrad 23 um den Winkel τ₂ dreht. Das mit dem nicht gezeigten Antriebsmotor gekoppelte antriebsseitige Unrund­ zahnrad 21 ist zwar wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ellipsen­ förmig und aus zwei Wälzkreissegmenten 22 aufgebaut, die Abmessun­ gen der Haupt- und Nebenachse bzw. des Erzeugendenradius U des Unrundrades 21 sind aber an die veränderte Kurvengeometrie des Wälzkreissegmentes 24 angepaßt.

Bei beiden Ausführungsformen versteht es sich, daß das Übersetzungs­ verhältnis i_u zwischen den Unrundzahnrädern vergleichsweise frei gewählt werden kann, so daß insgesamt der Antrieb sehr flexibel an die optimale Motordrehzahl des Antriebsmotors angepaßt werden kann. Für ein Kettenrad mit veränderter Zähnezahl oder verändertem Durchmesser sind andere Wälzkurven und Erzeugendenradien für die Unrund­ zahnräder zum Ausgleich des Polygoneffektes erforderlich.

Claims (14)

1. Antrieb für ein mehrere Kettenzähne aufweisendes Kettenrad, insbesondere für ein Kettenrad einer Kettenziehvorrichtung zum Ziehen von Stangen-, Rohr-, Rund- und Profilmaterial mit einer endlos umlaufenden Kette, mit einem das Kettenrad über einen Antriebsstrang antreibenden Antriebsmotor, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Antriebsstrang (10; 20) ein antriebsseitiges Unrundrad (1; 21) und ein abtriebsseitiges Unrundrad (3; 23) aufweist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkurve eines jeden Unrundrades (1, 21; 3, 23) jeweils aus mehreren Wälzkreissegmenten (2, 4; 22, 24) mit gleichförmigen Wälzkurvenabschnitten (2', 4'; 22', 24') zusammengesetzt ist.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkurvenabschnitte (2', 4'; 22', 24') des antriebsseitigen und des abtriebsseitigen Unrundrades (1, 3; 21, 23) gleiche Wälzkurvenlän­ gen aufweisen.

4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das antriebsseitige Unrundrad (1; 21) weniger Wälz­ kreissegmente (2; 22) als das abtriebsseitige Unrundrad (3; 23) aufweist.

5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das antriebsseitige Unrundrad (1; 21) ellipsenförmig.

6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anzahl der Wälzkreissegmente (4; 24) des abtriebs­ seitigen Unrundrades (3; 23) der Anzahl der Kettenzähne (13) entspricht.

7. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das ab­ triebsseitige Unrundrad (3) und das Kettenrad (11) auf einer gemeinsamen Welle angeordnet oder durch ein Zahnradgetriebe oder ein Transmissionsmittel (14), wie einen Riemen, miteinander gekoppelt sind.

8. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen dem abtriebsseitigen Unrundrad (3; 23) und dem Kettenrad (13) ein Übersetzungsgetriebe (15) mit einem Überset­ zungsverhältnis von (i_K) zwischengeschaltet ist, wobei das Ubersetzungsverhältnis aus dem Winkelbereich (τ₂) der Wälz­ kreissegmente (4; 24) des abtriebsseitigen Unrundrades (3; 23) und dem Teilungswinkel (α₂) des Kettenrades (13) festgelegt ist.

9. Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis (i_K) ganzzahlig ist.

10. Antrieb nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsgetriebe (15) ein ein- oder mehrstufiges Zwischenge­ triebe ist.

11. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wälzkurvenabschnitte (4'; 24') der Wälzkreissegmente (4; 24) des abiriebsseitigen Unrundrades (3; 23) zwei Wendepunkte (9, 9') aufweisen.

12. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der Abstand zwischen den Drehachsen (5; 6) der Unrund­ räder (1, 3; 21, 23) konstant ist.

13. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Unrundräder (1, 3; 21, 23) Zahnräder sind.

14. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kette mit einer speziellen Kettenführung an das Kettenrad herangeführt ist.