DE2946966A1

DE2946966A1 - Maschine mit einem zahnrad zur fortbewegung

Info

Publication number: DE2946966A1
Application number: DE19792946966
Authority: DE
Inventors: Gilles Pelsy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-12-05
Filing date: 1979-11-21
Publication date: 1980-06-19
Also published as: AU525328B2; MA18649A1; OA06398A; IT7969299A0; GB2038905A; FR2443367B1; ES486623A1; BE880410A; FR2443367A1; GB2038905B; CA1127840A; US4290488A; AR226424A1; MX151131A; IT1119530B; EG14579A; NL7908730A; BR7907896A; AU5303079A

Description

23469

H 13409 Cas 2

Gilles Pelsy, Ferme de l'Epina, F-55400 Maucourt Sur Orne

Frankreich

Maschine mit einem Zahnrad zur Fortbewegung

ι ■ ι? 6 6 .

Die Erfindung betrifft eine fahrbare z.B. auf Bädern oder Ketten gelagerte Arbeitsmaschine. Im besonderen betrifft die Erfindung eine solche Maschine, die in neuartiger Weise mit einem Zahnrad ausgestattet ist, welches mehrere Aufgaben bat: Zunächst zur Fortbewegung, indem sich die Zähne dieses Hades in den Boden eingraben und zweitens zugleich zum Aushub des Erdreiches, etwa zur Bildung eines Grabens oder einer Künette. Die Maschine kann auch zugleich zur Verlegung eines Kabels ausgebildet sein.

Die Erfindung betrifft also eine Maschine mit einem Gestell, Einrichtungen zum Fortbewegen, wie Räder oder Ketten, welche auf dem Boden aufsitzen, Einrichtungen zum Antrieb der Fortbewegungseinrichtungen, einem mit Zähnen ausgestatten Rad zum Eindringen in den Boden, welches um eine im wesentlichen um eine horizontale und normal zur Fortbewegungsrichtung der Maschine angetriebene Achse befestigt ist und welches in Bezug auf das Gestell mit Hilfe eines Trägers in eine Stellung gebracht werden kann, in der der Abstand der angetriebenen Achse vom Erdboden kleiner ist als der Abstand der Achse vom freien Ende eines Zahnes, mit einer Einrichtung zum Konstanthalten der Drehzahl des Zahnrades in Bezug auf die Lineargeschwindigkeit der Fortbewegungseinrichtung, einen Zahnabschnitt, der eine lineare Geschwindigkeit besitzt und der von der Drehzahl des Zahnrades abhängt, die im ; wesentlichen der der Fortbewegungseinrichtung gleich ist.

Diese Maschine ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der aktiven Oberfläche jedes Zahnes einen Verlauf besitzt, der eine Druckausübung des Profils auf den Erdboden' während der Umdrehung des Rades ausschließt·

Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß das Profil einen Verlauf besitzt, der folgenden Polarkoordinaten entspricht:
r = a /sin t

S = S₀ - t - (a_o/a) χ ctg t ■ mit:

t zwischen t und7T/2;
R₀ = a_o/sin t_o

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a : Rollradius des Rades ohne Gleiten;

a : Tiefe der harten Oberflächenschicht des Erdbodens;

R : größter Radius des Rades;

r und S, polarer Radius und Winkel;

Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, daß der Träger r des Rades mit einer Einstelleinrichtung für seine Stellung bezüglich des Gestells versehen ist.

Es ist auch vorgesehen, daß der genannte Zahnabschnitt von der Spitze des Zahnes getrennt ist.

Schließlich besteht ein Erfindungsmerkmal noch darin, daß das Zahnrad auf wenigstens einer Scheibe befestigte einzelne Zähne und eine Verstärkungsplatte aufweist, die in ihrer Mitte eine Durchbrechung besitzt, um die Scheibe zum Aufspannen auf eine Antriebswelle freizuhalten.

An Hand der Zeichnung werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen Fig. 1 den Aufriß einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 einen Grundriß, gesehen in Richtung des Pfeiles F der Fig. 1, Fig. 3 einen Aufriß einer zweiten Ausführungsform, Fig. 4 einen Grundriß in Richtung des Pfeiles G der Fig. 3» Fig. 5 die hydraulische Einrichtung der Maschine nach den Fig. 3 und 4, Fig. 6 eine Seitenansicht des Rades für die Maschine nach den Fig. 1 bis 4, Fig. 7 eine Draufsicht auf dieses Rad, Fig. einen Schnitt nach der Ebene VIII - VIII der Fig. 7, Fig.9 einen einzelnen Zahn nach den Fig. 7 und 8, Fig. 10 einen Zahn gesebm nach dem Pfeil H der Fig. 9 und Fig. 11 einen Schnitt nach der Ebene XI - XI der Fig. 9.

Die Maschine nach den Fig. 1 und 2 besteht aus einem Gestell 1, zwei Wellen 2,3 mit Rädern 4, mit denen das Gestell 1 auf dem Boden 5 aufsitzt. Ein Dieselmotor 6 ist auf dem Gestell 1 montiert und besitzt einen Getriebekasten 7· Die Ausgangswelle des Getriebes 7 trägt ein Ritzel 9, das mit einem Ritzel auf einem Teil 11 der Welle 2 kämmt.

Der Wellenteil11 nimmt die Räder auf Drehung mit. Ein bezüglich des Gestells 1 um eine horizontale Welle 13 schwenkbarer und mittels einer Winde 14 einstellbarer Arm

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trägt an einem Ende eine Einrichtung 21 zur Übertragung der Drehung zwischen der Eingangswelle 15 und einer Ausgangswelle 16. Ein Rad 17 mit Zähnen 18 zum Eindringen in den Erdboden 5 ist mit der Welle 16 gekuppelt, während die Welle 15 mittels einer Zwischenwelle 19 niit einer weiteren Ausgangswelle 20 des Getriebes gekuppelt ist.

Sie Drehzahlen der Welle 8 und 20 des Getriebes 7 sind zueinander proportional, ebenso die Drehzahlen der Wellen 15» und 21, so daß auch die Drehzahlen der Hader 4 mit den Wellen und des Zahnrades 17 untereinander proportional sind. Die Wahl der Drehzahl des Rades 17 wird später noch besprochen.

Die Maschine nach den Fig. 3*4 weist ebenfalls ein Gestell 1, den Dieselmotor 6, den Arm 12,1? und die Bauteile 14, 17 und 22 auf, das Gestell 1 fährt auf Ketten 23 und ihr Antrieb wie auch der des Rades 17 ist hydraulisch. Der Antrieb für die Ketten 23 besteht aus einem hydraulischen Motor 24 und der für das Rad 17 aus dem hydraulischen Motor 25» die beide von volumetrischem Typ sind und über die Druckleitungen 26 bis 29 gespeist werden. Der Motor 6 betreibt eine oder mehrere Pumpen 30.

Der hydraulische Kreis (Fig. 5) besteht aus Leitungen 26 bis 29, die in einen Flüssigkeitsverteiler 31 mit drei Stellungen münden. Je eine Ausgabeverteiler 32 bzw. befindet sich in den Leitungen 26,28 bzw. den Leitungen 27»29· Die Ansaugleitung 35 der Pumpe 30 beginnt bei einem Behälter 34, ihre Ausgangsleitung 36 teilt sich in zwei parallele Zweige 37»38, die in den Verteiler 31 münden. Zwei vom Verteiler ausgehende Parallelleitungen vereinen sich zu einer in den Behälter 34 rückführenden Leitung 41. Eine Leitung 42 führt von der Leitung 36 über ein Entladeventil 43 zu einer ebenfalls in den Behälter 34 mündenden Ableitungsleitung Leitungen 44 bis 47 führen zu Leitungen 26 bis 29, die zwischen die Verteiler 32,33 und die Motoren 24,25 geschaltet sind und diese Leitungen unmittelbar mit dem Verteiler 31 verbinden. In Fig. 5 ist nur ein Motor dargestellt. Es ist aber einleuchtend, daß auch mehrere Motoren 24 parallel angespeist werden können.

Q 3 U Ü 2 b / 0 5 6 6

294696-

Die drei Stellungen des Verteilers 31 sind folgende:

1) Verbunden sind die Leitungen 37 und 26,38 und 28,45 und und die Leitungen 47 und 40; verschlossen sind die Leitungen 44 und 46.

2) Verschlossen sind die Leitungen 26 bis 29, 44 bis 47; verbunden sind die Leitungen 37 "bis 40.

3) Verbunden sind die Leitungen 73 und 27, 38 und 29, 39

und 44 und 40 und 46; verschlossen sind die Leitungen 45 und 47·

Das Rad 17 (Fig. 7,8) besteht aus mehreren einzelnen Zähnen 18, von denen Jeder mit einem Befestigungsflügel 48 an einer ebenen Scheibe 49 mit Schrauben 50 befestigt ist. Eine Verstärkungsplatte 51 ist mit den selben Schrauben 50 befestigt und befindet sich an der anderen Seite der Zähne 18,48. Diese Platte enthält eine zentrale Durchbrechung 52, die den zentralen Teil der Scheibe 49 frei läßt, so daß die Bohrungen für Schrauben zum Befestigen der ganzen Zahnanordnung an einem Flansch einen Antriebswelle 61 zugänglich lassen.

Die Fig. 9,10 und 11 zeigen einen einzelnen Zahn. Sein Querschnitt (Fig.11) ist T-förmig. Das Haupt 54 des "T" trägt die aktive Oberfläche 55 des Zahnes, sein Fluß wirkt als rückwärtige Verstärkung derselben. In üblicher Weise weist der Zahn austauschbare Abnützungsteile auf: eine Schutzplatte 57 für die aktive Zahnoberfläche 55» die mit Schrauben 58 befestigt ist und eine mit einem Niet 60 befestigte Spitze 59· Der Befestigungsflügel 48 ist nur eine Verlängerung des Fußes 56. Die Oberfläche eines geraden Querschnittes eines Zahnes ist proportional dem Faktor (1/VR - r), worin R und r der maximale Radius des Zahnes bezüglich der Achse 61 des Rades 17, bzw. der polare Radius eines Punktes dieses Querschnittes sind. Es ist einfach die Breite "1" des Zahnes konstant zu.halten und die Stärke "e" des Querschnittes entsprechend dem vorstehenden Faktor auszuwählen. Die Auswahl erfolgt entsprechend der Beanspruchbarkeit des Materials.

Die Fig. 6 zeigt die Verhältnisse für die Bestimmung des aktiven Profils 55 eines Zahnes. M sei ein Punkt des idealen Profils, dessen polare Koordinanten Radius r und Polarwinkel S

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29469Gd

--τα

im beweglichen System O-x-y seien.
Es bedeuten:

a : gewünschter Rollradius des Rades, a, ■ R, : größter Radius des Rades, (-a ) : Ordinate der Bodenoberfläche 5ι

(-a,.) : Ordinate der unteren Grenzfläche der ersten harten Erdschicht,

(-ag) : Ordinate der Erdschicht, über der die ganze Erde weggeräumt werden soll,

W : Drehwinkel des Rades.

Im festen System O'x'y¹ sind die Koordinaten des Punktes M folgende:

x¹ « r cos (S + W) - a W y' = r sin (S + W).

Wie immer auch das Profil P ist, bildet die Kurve, die die Spitze des Zahnes beschreibt (r = R_Q)t eine unveränderliche Größe. Der Ursprung der Winkel ist so gewählt, daß das Polarwinkel der Zahnspitze stets Null ist. Die Koordinaten des Punktes Π werden:

x'o - τ cos W - aW,

y'o = r sin W.

Man muß nun dem Zahn Wirkungen aufgeben. Die erste ist, einen Antrieb auszuüben, und die Folge dieser Wirkung ist die Verhinderung, daß der Abschnitt des Zahnes in der Abzissenzone -x auf den Erdboden einen Druck ausübt und die, daß für steigende Werte von x¹ W ebenfalls steigt. Die mathematischen Verhältnisse sind dann folgende:

r cos (W + S) - aW^ R_Q cos W_Q - aW_Q

für alle Sund W, CR_q sin W_Q = r sin (W + S)

wie auch =1Ε_Λ sin W₁ \ a

l_ ο f- Off ->

vobei : W + S = Are sin [(R_o/r) χ sin Vl und : aS«^ R cos W = aW + a Arc sin

((R_o/r) χ sin W₀] - ^r² - R₀ ² sin² W_Q für ein konstantes r, für alle W , S ergibt sich die Funktion:
F (r, W_n) = E_n cos W_n - a W^ + a Arc sin /(RVr) χ sin

O O O O I»

- Vr² - K_o^ Ü30025/OS66

^₀ *

2 9 4 G 9 Γ,

man stellt fest : F (^R ₀»W₀) = ο daher : Jf (R_q,V_o . _o

Dv ο

oder : - D² F (r, V)

DV ^r ο

bedenkt man, daß r ^R_Q> 3 ^{F (r}» ^Vo⁾ ^ ο mit -T/2 ζ V₀ / ο

so gilt für alle V_Q; V_Q =

wobei : F (r, W_Q) / F (e, W_q1)

ist minimal gewählt für ein gegebenes R₀;

JV -I oder das geringste IV I entspricht dem Beginn des Eintretens im Boden und ist daher definiert durch die Gleichung:

^Ro ^sin Vl ⁼ -^ao·

S wird daher zu:

S = S_Q- Are sin (a_Q/r) - (Vr- a_Q )/a.

Setzt man r = a /sin t, mit t /" t^/(/2, erhält man: S = S₀ - t - (a_Q/a) τ ctg t.

Die Polargleichung des Profils P ist demnach:

{r = a /sin t
S = S - t - (a_Q/a) χ ctg t

^{mit rt}o< H~~

R_o = a_o/sin t_o.

Es handelt sich um das aktive Profil zwischen den Ordinaten - a_Q und - a, (= - ^R _o)·

Ü 3(102 5/0566

29469G

ΛΌ

Was den Zahnbereich zwischen den Ordinaten -a,. und -a anbelangt, ist es der einzige, der von den Gesetzen des Naterialwiderstandes beeinflußt wird. Das einfachste Profil ist dabei das beste und es gilt

S = S₀ -%/2 (konstant)

für a^ r } a_Q.

Die erfindungsgemäBe Maschine bietet gegenüber bekannten Maschinen interessante Vorteile. Keine bekannte Maschine besitzt ein Antriebsrad, welches als solches bestimmt ist, d.h. welches zunächst mit einem Antrieb gekuppelt ist, der ihm eine mit den Hauptantriebselementen synchrone Geschwindigkeit erteilt. Es wurde festgestellt, daß das Rad 17 am Boden "abrollt" mit einem Radius "a". Die Geschwindigkeiten der Räder 4 oder der Ketten 23 und des Rades 17 sind mit einem Faktor proportional, der eine genaue Synchronizitat sichert. Diese kann übrigens bis 10% angenähert werden, ohne den Effekt zu beeinträchtigen, anderseits ist durch den hydraulischen Mechanismus ein gewisser Schlupf erlaubt.

Die Geschwindigkeitsverhältnisse werden auf übliche Weise eingestellt, z.B. durch Änderung der Ritzel 9»10 oder des Getriebes 21 (Fig. 1,2) oder der Verteiler 32,33 für die Motoren 24,25_t ohne den hydraulischen Kreislauf zu stören. Bisherige Maschinen waren nur mit Becherwerken u.dgl. ausgestattet, deren einzige Aufgabe die des Erdaushubes war.

Diese Aufgabe des Aushubes ist erfindungsgemäß auch dem Bad 17 zugeordnet. Die Wahl der Ordinate -ag ist für die Eindringtiefe der Zähne maßgebend, die den Aushub der Erde darstellt.

Die Auswahl des Profiles P der aktiven Oberfläche 55 jedes Zahnes 18 ist vorteilhaft, denn neben dem "Abrollen" bewirkt es das Eindrigen der Zähne in den Erdboden. Das Profil P erleichtert das Eindringen der Zähne in den Boden und ihre Verstellung und hebt den Wirkungsgrad an. Die notwendige Antriebsleistung wird daher geringer. Außerdem handelt es sich um eine billige Konstruktion des Rades 17· Die Erfindung ist auf das Ausführungsbeispiel nicht beschränkt.

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Claims

29469 CC; Patentansprüche:

1.)Maschine mit einem Gestell, Einrichtungen zum Fortbewegen, wie Räder oder Ketten, welche auf dem Boden aufsitzen, Einrichtungen zum Antrieb der Fortbewegungseinrichtungen, einem mit Zähnen ausgestatteten Rad zum Eindringen in den Boden, welches um eine im wesentlichen um eine horizontale und normal zur Fortbewegungsrichtung der Maschine angetriebene Achse befestigt ist und welches in Bezug auf das Gestell mit Hilfe eines Trägers in eine Stellung gebracht werden kann, in der der Abstand der angetriebenen Achse vom Erdboden kleiner ist als der Abstand der Achse vom freien Ende eines Zahnes, mit einer Einrichtung zum Konstanthalten der Drehzahl des Zahnrades in Bezug auf die Lineargeschwindigkeit der Fortbewegungseinrichtung, einen Zahnabschnitt, der eine lineare Geschwindigkeit besitzt und der von der Drehzahl des Zahnrades abhängt, die im wesentlichen der der Fortbewegungseinrichtung gleich ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der aktiven Oberfläche jedes Zahnes einen Verlauf besitzt, der eine Druckausübung des Profils auf den Erdboden während der Umdrehung des Rades ausschließt.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil einen Verlauf besitzt, der folgenden Polarkoordinaten entspricht:

r = a/_osin t

S = S₀ - t - (a_o/a) χ ctg t

mit:

t zwischen t_Q und 7Γ/2; - R₀ = a_o/sin t_o

a : Rollradius des Rades ohne Gleiten;

a : Tiefe der harten Oberflächenschicht des ο

Erdbodens;

R : größter Radius des Rades; r und S, polarer Radius und Winkel;

3- Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger des Rades mit einer Einstelleinrichtung für

!) 3 0 0 2 S I (I Ij G θ

29469Gi: - sr-

seine Stellung bezüglich des Gestells versehen ist.

4. Maschine nach Anspruch 1,2 oder 3» dadurch gekenn zeichnet, daß der genannte Zahnabschnitt von der Spitze des Zahnes getrennt ist.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (17) auf wenigstens einer Scheibe (49) befestigte einzelne Zähne (18) und eine Verstärkungsplatte (51) aufweist, die in ihrer Mitte eine Durchbrechung (52) besitzt, um die Scheibe (49) zum Aufspannen auf eine Antriebswelle (61) freizuhalten.

f! Λ Il {> ..' h / u ... 6 6