Statischer Kraftausgleich mit Bandgetrieben und Federn

Ebert, Falk GND; Berger, Maik GND

Ausgleichsmechanismen mit Federn werden sehr oft zur Reduzierung von Bedienkräften genutzt. Bekannte Beispiele sind im Umfeld der Möbelindustrie bei der Betätigung von Schranktüren, Sesseln oder Tischen zu finden. Ebenso kann ein Kraftausgleich durch Federn auch zur Kompensation statischer Kräften aus parasitären Steifigkeiten auf einfache Weise dienen. Um eine passende und i. d. R. nichtlineare Ausgleichskraft zu generieren, ist es erforderlich, die im Allgemeinen linear mit dem Federweg ansteigende Federkraft in einen zur Kompensation erforderlichen Kraft- bzw. Drehmomentverlauf umzuwandeln. Dies ist z. B. durch Getriebe mit nichtlinearer Charakteristik möglich. Jedoch sind die Anpassungsmöglichkeiten bei Verwendung einfacher Koppelgetriebe begrenzt. Ausgehend von der Darstellung der klassischen Synthese für ein Feder-Bandgetriebe nach HAIN wird in diesem Beitrag ein einfaches Bandgetriebe der Struktur DB~SD zum vollständigen Kraftausgleich beschrieben. Im Gegensatz zum zeichnerisch geprägten Lösungsansatz für Bandgetriebe mit Federn nach HAIN, das von Anbeginn die Getriebestruktur in den Syntheseprozess einbezieht, wird bei der nun vorgestellten Synthese zunächst eine Übertragungsfunktion in Abhängigkeit der Federparameter durch einen speziellen Optimierungsansatz bestimmt. Im Anschluss erfolgt für eine ausgewählte Bandgetriebestruktur die Maßsynthese der gesuchten und stetig konvex gekrümmten Bandkurvenscheibe. Die zur Generierung der Bandkurvenkontur erforderliche Evolvente wird unter Einbeziehung der Momentanpollagen neu hergeleitet. Zur Anwendung dieser Methodik im Umfeld der antriebstechnischen Systemsimulation wurden die neu geschaffenen Funktionen in die Software SimulationX integriert. Abschließend wird für eine Oberschranktür die Funktionsweise des Gewichtskraftausgleichs beispielhaft berechnet und experimentell verifiziert.

Compensation mechanisms with springs are often used to reduce operating forces. Well-known examples are in the vicinity of the furniture industry in the operation of cabinet doors, tables or chairs. Similarly, a force balance by springs also serves to compensate for static forces from parasitic stiffness in a simple way. To generate an appropriate and usually non-linear compensating force, it is necessary to convert the generally linear with the travel rising spring force into a force or torque curve required for compensation. This is possible, for example, by gear with non-linear characteristic. However, the customization options are limited when using simple linkage. Starting from the presentation of the classical synthesis of a spring-band transmission of HAIN a simple band structure of transmission DB~SD to the full force balance is described in this paper. In marked contrast to the approach to the drawing band transmission with springs that includes transmission structure from the outset in the synthesis process, wherein the synthesis is first of all now presented a transfer function. It’s determined in dependence on the parameters of the spring by a specific optimization approach. After the determination of the transfer function is a selection of the transmission band structure. Here, the synthesis of this and continuously convexly curved band cam is performed. The required to generate the band contour curve involute is derived taking into account the new instantaneous location. The newly created functions were integrated into the system simulation for the application of this methodology in the field of drive engineering system simulation. Finally, the function of the weight balance is exemplified calculated and experimentally verified by upper cabinet door.

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Ebert, Falk / Berger, Maik: Statischer Kraftausgleich mit Bandgetrieben und Federn. Ilmenau 2013.

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