Volnoběžný mechanismus

Oblast techniky

Vynález se týká volnoběžného mechanismu, zejména oboustranně volnoběžného mechanismu rotačního spoje, například použitelného u ráčny pro povolování a utahování různých typů šroubových spojů, který obsahuje těleso, jedné části rotačního spoje, v jehož otvoru je uložen výstupní element, druhé části rotačního spoje.

Dosavadní stav techniky

V současné době je známa celá řada konstrukčních řešení volnoběžných mechanismů, které umožňují blokovat zpětný pohyb rotačních spojů, které jsou například použity u ráčen pro povolování a utahování různých typů šroubových spojů v celé oblasti strojírenství, například v automobilovém průmyslu.

Nej rozšířenější jsou ráčny obousměrné, u kterých lze přepínací páčkou měnit volbu pro utahování či povolování. Konstrukce je postavena na rozetě, do které zapadá západka ovládaná přepínací páčkou. Rozeta má po obvodu různý počet zubů, převážně pak od 36 do 72 zubů. To znamená, že minimální zdvih u ráčny s 36 zuby je 10° mrtvého chodu. Na páce ráčny 300 mm dlouhé, to je 58 mm. Když k tomu připočteme vůli mezi hlavou šroubu a nástavcem, který se nasazuje na hlavu šroubu volně, bude mrtvý chod daleko větší. Nevýhodou je to, že s takovouto ráčnou je možné pracovat jen na přístupných místech s dostatečným prostorem pro natažení ráčny minimálně o 1 zub. Přenos síly z páky na nástavce je pouze přes jednu západku, přičemž tím je omezen i maximální utahovací moment. S ohledem na výše uvedené dochází k rychlému opotřebení rozety a západky, a tím i k poruchám celé ráčny.

Ze stavu techniky jsou dále známé jednosměrné kluzné ráčny. Utažení a povolení se volí ručním přesouváním elementu na rukojeti. Tato ráčna nemá ozubenou rozetu, přičemž přenos síly zajišťují tělíska uložená v lůžku, převážně válečky, které se v jednom směru otáčejí a v druhém při utahování se zaseknou do klínovitého prostoru. Je to princip volnoběžky, či jednosměrného ložiska. Nevýhoda spočívá vtom, že pro změnu utažení či povolení se musí nejprve sundat nástavec, otočit rukojeť o 180°, přesunout čtyřhran na opačnou stranu a znovu nasadit nástavec a pak provést příslušný úkon. To lze provézt pouze u přímé rukojeti. V případě kdy je rukojeť přizpůsobená prostoru manipulace, například je prohnutá, se tento systém nedá použít. Tato ráčna se sice dá využívat pro práci v těsných prostorech, ale s ohledem a výše uvedené složité přestavování, je práce s ní složitá a velice zdlouhavá. Navíc má tento typ ráčen tělíska volně uložené do klínovitého prostoru, většinou bez přítlaku nebo s nuceným přítlakem pomocí pružin nebo gumiček, což opět znamená větší poruchovost.

Z patentu CS 99226 je znám hydraulicko-mechanický momentový klíč, s rohatku a západkou, u kterého má rohatka, vytvořena jako válcovité těleso uložené točně v tělesu klíče, středový průběžný profilový otvor pro nástrčkový klíč, přičemž její západka je složena ze dvou částí, uložených otočně na společném čepu, stýkajících se spolu plošně a tvořících tak proti tlaku pružiny dvouramennou páku, mezi zuby rohatky a pístem pracovního válce, v němž je pod pístem upravena pružina a přepouštěcí otvor, který je zároveň sedlem ventilu, spojujícího prostor pod pístem pracovního válce s prostorem pod pístem druhého válce, tvořícího zásobník i akumulátor, a opatřeného nad pístem tlačnou pružinou, přičemž pro zajištění části západky v poloze mimo záběr s rohatkou je upraven v tělesu klíče kolík posuvný proti tlaku své pružiny tlačítkem. Nevýhodou této konstrukce je její složitost a poruchovost.

Z patentového dokumentu US 2919000 je dále známa jednosměrná elektromagneticky ovládaná spojka. Její nevýhodou je robustní a poměrně složitá konstrukce.

- 1 CZ 307568 B6

Z dalšího patentového dokumentu US 5390773 je známa spojka jízdního kola, která obsahuje vnější rotor a vnitřní rotor, kde na vnitřním rotoru jsou uspořádána tři lůžka, přičemž vždy na dnu lůžka je uložen pouze jeden magnet. Jde v podstatě o klasickou volnoběžku, která je prakticky použitelná pouze v konstrukci jízdního kola.

Z výše uvedeného stavu techniky je zřejmé, že hlavní nevýhodou známých volnoběžných mechanismů je to, že jejich blokování proti zpětnému chodu je s vůlí, přičemž přepínání směru volnoběžného pohybuje velice složité a časově náročné.

Cílem vynálezu je konstrukce volnoběžného mechanismu, který bude konstrukčně jednoduchý, bude bez vůle, a bude umožňovat jednoduchou a rychlou změnu směru volnoběžného pohybu.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje a cíle vynálezu naplňuje volnoběžný mechanismus, zejména oboustranně volnoběžný mechanismus rotačního spoje, který obsahuje těleso jedné části rotačního spoje, v jehož otvoru je uložen výstupní element druhé části rotačního spoje, podle vynálezu jehož podstata spočívá v tom, že na povrchu výstupního elementu je uspořádáno nejméně jedno lůžko s tím, že na každé straně lůžka je úložný prostor, ve kterém je uspořádán nejméně jeden magnet, přičemž v každém lůžku je současně uspořádán váleček. Výhodou je to, že je vytvořen s využitím magnetického pole bezvůlový spoj dvou rotačních součástí. Velikost přenášeného kroutícího momentu lze nastavit různou magnetickou silou magnetů, nebo jejich různým počtem.

S výhodou jsou na povrchu výstupního elementu uspořádána nejméně tři lůžka, která jsou pravidelně rozmístěna. Podstatou je to, že čím víc lůžek a v nich umístěných magnetů je na povrchu výstupního elementu umístěno, tím větší kroutící moment je takto vytvořený spoj schopen přenést.

Velice výhodné dále je, když je váleček uspořádán vklínovitém prostoru, který tvoří rovné dno lůžka a obloukovitý povrch otvoru tělesa. Výhodou je přesné vymezení polohy.

V nej výhodnějším provedení je pak váleček uspořádán v klínovitém prostoru tak, že minimální vzdálenost od některého z magnetů je 0,2 mm. Výhodou je optimalizace silových poměrů.

Dále je výhodné, když je na tělese dále uložen nosný kroužek, který obsahuje nejméně jeden otvor, ve kterém je uložen konec válečku, přičemž v nej výhodnějším provedení je nosný kroužek uspořádán jako pohyblivý, přičemž je přitlačován víkem, které je upevněno v otvoru výstupního elementu. Výhodou je to, že pomocí nosného kroužku je možné měnit směr blokace pohybu, přičemž pokud je například konstrukce použita u ráčny, tak je možná volba utahování nebo povolování, čehož je dosaženo tím, že pomocí nosného kroužku jsou válečky přesunuty do působení příslušného magnetického pole magnetu umístěného na jedné ze stran lůžka. Změnu této polohy lze variantně provést i bez použití nosného kroužku dálkově pomocí dalšího připojeného ovládacího mechanismu.

Velice výhodné je, když je nosný kroužek nemagnetický.

Z pohledu optimální funkčnosti je dále výhodné, když je otvor tělesa proveden s tolerancí ± 0,02 mm, a když je lůžko provedeno s tolerancí ± 0,02 mm. Výhodou je vysoká přesnost funkce a minimalizace poruch a opotřebení. Současně je velice výhodné, když všechny funkční části jsou vyrobeny s vysokou přesností.

-2CZ 307568 B6

Výhodné také je, když lůžko má dno, které je rovnoběžné s tečnou otvoru tělesa kolmou k ose lůžka. To umožňuje vytvoření velice přesného oboustranného klínovitého prostoru.

Dále je výhodné, když je váleček proveden z magnetického materiálu.

Velice výhodné dále je, když je váleček proveden jako kalený.

Z pohledu jednoduchosti celé konstrukce je také výhodné, když je víko upevněno v otvoru výstupního elementu lisováním.

Hlavní výhodou volnoběžného mechanismu, podle vynálezu, je to, že je bezvůlový. Magnety si přitahují válečky pomocí magnetického bezkontaktního pole a tím vymezují bez vůle klínovitý prostor mezi vstupním elementem a tělesem. Tím umožní jednostranný přenos kroutícího momentu. Na opačnou stranu je možné volné otáčení, protože magnety na opačné straně lůžka nepůsobí magnetickou silou a tím jsou, pokud nedojde ke změně nastavení, nefunkční. Další výhodou je, že volnoběžný mechanismus, podle vynálezu, umožňuje využít princip jednosměrného ložiska, ovšem možností volby směru otáčení, přičemž je možné jak otáčení doleva, tak i otáčení doprava. Pokud je tak volnoběžný mechanismus použit u ráčny, tak je možné při jednom nasazení na šroub bez vůle při minimálním zdvihu utahovat nebo povolovat, a při aretaci nosného kroužku například rozvolnit zalehlý šroub kývavým pohybem. Velice výhodné pak je použití volnoběžného mechanismu v ráčně užívané ve velmi stísněných prostorech, např. při seřizování geometrie zadních náprav automobilů, kde je navíc rukojeť ráčny několikrát zalomená tak, aby se dosáhlo na šroub umístěný ve velmi stísněném prostoru.

Objasnění výkresů

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, na kterém obr. 1 a obr. 2 znázorňují čelní pohled v řezu na uspořádání volnoběžného mechanismu v obou jeho krajních polohách, obr. 3 znázorňuje prostorový pohled na ráčnu s volnoběžným mechanismem a s výstupním elementem obsahujícím šestihranný prostor, obr. 4 znázorňuje prostorový boční pohled na nosný kroužek a víčko na ráčny s volnoběžným mechanismem, obr. 5 znázorňuje prostorový pohled v řezu na volnoběžný mechanismus použitý u ráčny, obr. 6 znázorňuje prostorový pohled na prostorový rozpad jednotlivých součástí volnoběžného mechanismu použitého u ráčny.

Příklady uskutečnění vynálezu

Oboustranně volnoběžný mechanismus (obr. 1, obr. 2) rotačního spoje je uspořádán na ráčně (obr. 3, obr. 4, obr. 5, obr. 6) pro utahování a povolování šroubových spojů.

Oboustranně volnoběžný mechanismus obsahuje těleso 1 jedné části rotačního spoje, v jehož otvoru 8 je uložen výstupní element 2 druhé části rotačního spoje.

Výstupní element 2 (obr. 3) obsahuje tvarový prostor 7, ve formě šestihranu, pro přijetí spojovacího prostředku, kterým je matice nebo hlava šroubu.

Na povrchu výstupního elementu 2 je uspořádáno pět frézovaných lůžek 9, které mají na obou svých stranách vytvořeny úložné prostory 10, ve kterých jsou uspořádány magnety 5, přičemž v každém lůžku 9 je současně hybně uspořádán váleček 4 provedený jako kalený z magnetického materiálu.

Otvor 8 tělesa 1 a lůžko 9 jsou provedeny s tolerancí ± 0,02 mm.

Každé lůžko 9 má dno 11, které je rovnoběžné s tečnou otvoru 8 tělesa 1 kolmou k ose lůžka 9.

-3 CZ 307568 B6

Každý z válečků 4 je uspořádán vklínovitém prostoru 13, který tvoří rovné dno 11 lůžka 9 a obloukovitý povrch 12 otvoru 8 tělesa J_.

Každý z válečků 4 je uspořádán v klínovitém prostoru 13 tak, že minimální vzdálenost od některého z magnetů 5 je 0,2 mm.

Na tělese 1 (obr. 4, obr. 6) je dále uložen nemagnetický nosný kroužek 3, který obsahuje pět otvorů 14, ve kterých jsou uloženy konce válečků 4.

Nosný kroužek 3 je opatřen vroubkováním 16, s tím, že je uspořádán jako pohyblivý, přičemž je přitlačován víkem 6, které je upevněno v otvoru 15 výstupního elementu 2. Víko 6 je upevněno v otvoru 15 výstupního elementu 2 lisováním.

Oboustranně volnoběžný mechanismus uspořádaný na ráčně pracuje tak, že nejprve se nosným kroužkem 3 natočí válečky 4 k příslušným stranám lůžek 9 a tím je přesune do vlivu příslušných magnetů 5. Magnety 5 přitahují válečky 4 pomocí magnetického bezkontaktního pole a tím vymezují bez vůle klínovitý prostor 13 mezi vstupním elementem 2 a tělesem L To umožní přenos kroutícího momentu, přičemž na opačnou stranu se ráčna pohybuje volně, protože magnety 5 na opačné straně lůžek 9 nepůsobí magnetickou silou a tím jsou do doby změny volby nefunkční.

Průmyslová využitelnost

Volnoběžný mechanismus, podle vynálezu lze využít jako oboustranně volnoběžný mechanismus rotačního spoje použitelného v jakýchkoliv průmyslových aplikacích, kde je potřeba jednosměrný krátkodobý nucený pohyb a zbytek dráhy volný setrvačný pohyb, a to samé po volbě i na druhou stranu, jako volnoběžný mechanismus rotačního spoje ráčny pro utahování a povolování šroubových spojů, a jako pravostranné a levostranné roztáčecí mechanismy, jako jsou startéry.