DE102004037199A1

DE102004037199A1 - Schaltbare Freilaufeinheit

Info

Publication number: DE102004037199A1
Application number: DE102004037199A
Authority: DE
Inventors: Johann Dipl.-Ing. Stark; Jörg Schuh
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2006-03-23
Also published as: ITMI20051384A1; HUP0500713A3; HU0500713D0; HUP0500713A2

Abstract

Bei einer schaltbaren Freilaufeinheit mit Klemmkörpern, welche als Wälzkörper (6) ausgebildet und zwischen einem Träger (2) und Klemmrampen (5) eines den Träger (2) umgebenden Klemmringes (4) angeordnet sowie von Federn (7) in Umfangsrichtung des Trägers (2) an den Klemmrampen (5) angedrückt sind, ist erfindungsgemäß der Klemmring (4) in einem Gehäuse (1) drehbar gelagert, welches einen Kanal (16) für die Zufuhr eines auf den Klemmring (4) einwirkenden hydraulischen oder pneumatischen Hilfsenergiemediums aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine schaltbare Freilaufeinheit mit Klemmkörpern, welche als Wälzlager ausgebildet und zwischen einem Träger und Klemmrampen eines den Träger umgebenden Klemmringes angeordnet sowie von Federn in Umfangsrichtung des Trägers an den Klemmrampen angedrückt sind.
Hintergrund der Erfindung
Eine solche Freilaufeinheit soll dort eingesetzt werden, wo Massen an dem Träger linear oder in Umfangsrichtung oder in einer Kombination dieser Richtungen bewegt und gezielt positioniert werden müssen. Die Massenbewegung kann im Raum sowohl in vertikaler, als auch in horizontaler, als auch in einer sonstigen beliebigen Richtung erfolgen. Weiterhin kann die Erfindung benutzt werden, um einen Zwangsstillstand einer bewegten Masse bei Ausfall oder Abfall einer Steuerenergie herbeizuführen. Als Energieträger kann Luft verwendet werden. Ein solcher Zwangsstillstand tritt dann bei einer Not-Ausschaltung ein.
Es sind bereits derartige Freilaufeinheiten bekannt, die in linearen Endlagen genau positioniert werden können, z. B. durch Endanschläge. Derzeit vorhandene Positioniervorrichtungen sind zusätzliche Sonderkonstruktionen und auf die jeweilige Anwendung abgestimmt. Sie haben jedoch den Nachteil, dass Zwangsstopps und gezielte Zwischenstopps bzw. Zwischenpositionierungen nicht möglich sind.
Bisher war es sehr schwierig, in nicht horizontalen Bewegungsrichtungen bewegte Massen an beliebigen Punkten genau wiederkehrend zu positionieren und für eine bestimmte Zeit an diesen Punkten zu halten. Die Ansteuerung zur exakten Positionierung wurde meist in aufwendiger Weise elektrisch oder mit einem Primärenergiemedium, z. B. Luft, ausgeführt.
Bei plötzlichem Ausfall der Primär- oder Sekundärenergien, die zum Betrieb von allen Arten von Lineartrieben benötigt werden, bewegen sich trotzdem die Massen aufgrund der Massenträgheit in einer Endlage weiter, oder sie verringern ihre Geschwindigkeit bis zum Stillstand. Ein Zwangsstillstand der bewegten Massen innerhalb kürzester Zeit und nach Zurücklegung des kürzestmöglichen Weges ohne das Vorhandensein einer zusätzlichen Energieart, wie Strom oder Druckluft, ist nicht möglich.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schaltbare Freilaufeinheit zu schaffen, die es ermöglicht, einen sofortigen (augenblicklichen) Zwangsstillstand einer Masse, welche an einem Träger in beliebiger Richtung bewegt wird, zu beliebiger Zeit und an beliebiger Stelle des Trägers zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Klemmring in einem Gehäuse drehbar gelagert ist, welches einen Kanal für die Zufuhr eines auf den Klemmring einwirkenden Hilfsenergiemediums aufweist, welches hyd raulischer, pneumatischer, elektrischer, oder mechanischer Art oder eine Kombination daraus sein kann. Als Hilfsenergiemedium kann beispielsweise Druckluft verwendet werden.

Auf diese Weise kann beim Vorhandensein der Hilfsenergie eine Klemmung zwischen der Freilaufeinheit und dem von ihr umgebenen Träger verhindert werden. Durch eine gezielte Zu- oder Abfuhr (Dosierung) des Hilfsenergiemediums ist es mit der vorgeschlagenen Lösung möglich, dass die Freilaufeinheit wiederkehrend an dem Träger in einer bestimmten Position angehalten, geklemmt und wieder gelöst werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Freilaufeinheit im Querschnitt;
2 die Freilaufeinheit im Längsschnitt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Bei der dargestellten schaltbaren Klemmfreilaufeinheit handelt es sich um eine kompakte Baueinheit, die mittels einer Energieform, beispielsweise Druckluft, einen schaltbaren Freilauf betätigt. Die Baueinheit kann an einer nicht dargestellten Gehäuseeinheit angebaut, z. B. über Durchgangsbohrungen angeschraubt werden. Die Freilaufeinheit besteht aus einem topfförmigen Gehäuse 1 mit einer zentralen Bohrung, durch welche ein als Welle mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildeter Träger 2 teilweise hindurchgesteckt ist. Der Träger kann als Abtriebsglied auch eine Profilgeometrie aufweisen. Mit einem Gleitla ger 3 ist die Welle dort drehbar gelagert. Sie ist von einem Klemmring 4 umgeben, der sich in dem Gehäuse 1 befindet. Im Querschnitt sind der Innenraum des Gehäuses 1 und der Klemmring 4 jeweils kreisförmig ausgebildet, wobei die Kreisdurchmesser so gewählt sind, dass sich eine drehbare Lagerung des Klemmringes 4 in dem Gehäuse 1 ergibt.
Der Klemmring 4 weist mehrere von seiner inneren kreisförmigen Oberfläche ausgehende Ausnehmungen auf, welche in Umfangsrichtung in Abständen hintereinander angeordnet und jeweils von Klemmrampen 5 begrenzt sind. An jeder Klemmrampe 5 ist ein als Wälzkörper 6 ausgebildeter Klemmkörper abgestützt und von einem Federsystem mit einer Feder 7 in Umfangsrichtung an die jeweilige Klemmrampe 5 angedrückt. Die Wälzkörper 6 stützen sich radial zum Träger 2 hin an diesem über Flansche 8 ab, welche jeweils Teil eines gemeinsamen Gehäusedeckels 9 sind. Sie können aus der Ebene des Gehäusedeckels 9 rechtwinklig abgebogen sein und liegen federnd zur Oberfläche des Trägers 2. Der Klemmring 4 ist in dem Gehäuse 1 über ein Axiallager 10, welches sich am Boden des topfförmigen Gehäuses 1 abstützt, und über ein Axiallager 11, welches sich an dem Gehäusedeckel 9 abstützt, axial gelagert. Der Gehäusedeckel 9 ist an dem Gehäuse 1 befestigt.
An seiner äußeren Oberfläche weist der Klemmring 4 im Ausführungsbeispiel vier in Umfangsrichtung in Abständen hintereinander angeordnete Vorsprünge 12 auf. Jeder Vorsprung 12 ist in einer Ausnehmung des Gehäuses 1 bewegbar angeordnet. Von zwei um 180° versetzten Vorsprüngen 12 dient jeweils einer als Anschlag für eine in der Ausnehmung befindliche Druckfeder 13, welche auf den Klemmring 4 in einer Drehrichtung einwirkt. An zwei weiteren um 180° versetzt angeordneten Stellen des Klemmringes 4 wirken Schaltstifte 14 auf die dortigen Vorsprünge 12 in der anderen, entgegengesetzten Drehrichtung ein. Sie sind in Bohrungen 15 des Gehäuses 1 axial verschieblich gelagert. An ihren von den Vorsprüngen 12 abgewandten Stirnseiten liegt der Druck eines Hllfsenergiemediums an, welches den Bohrungen 15 über Kanäle 16 des Gehäuses 1 zugeführt wird. Nach außen sind die Bohrungen 15 mit Ver schlussstopfen 17 verschlossen. Als Hilfsenergiemedium kann Druckluft verwendet werden.
Für diesen schaltbaren Freilauf gibt es zwei mögliche Schaltstellungen:
Stellung 1: Druckluft als Hilfsenergiemedium liegt am Schaltstift 14 an. Der Schaltstift 14 dreht den Klemmring 4 gegen die Vorspannung der Druckfeder 13 in einer Drehrichtung, so dass die Wälzkörper 6 an den Klemmrampen 5 des Klemmringes 4 anliegen, jedoch keine radialen Kräfte auf die federnden Flansche 8 ausüben. Der als Welle ausgeführte Träger 2 ist frei beweglich.
Stellung 2: Druckluft liegt nicht am Schaltstift 14 an. Über den angefederten Klemmring 4 werden die Wälzkörper 6 in Umfangsrichtung eingerollt, so dass die federnden Flansche 8 eine reibschlüssige Verbindung mit der Welle erzeugen. Die Welle (Träger 2) ist mit dem Klemmring 4 verklemmt und kann keine Drehbewegungen und axialen Bewegungen ausführen, weil der Klemmring 4 in dem Gehäuse 1 gehalten ist.
Im betriebsbereiten Zustand liegt Druckluft am Schaltstift 14 an. Der Klemmring 4 wird von dem Schaltstift 14 gegen die Druckfeder 13 gedreht. Die Wälzkörper 6 befinden sich nicht in der Klemmfunktion, somit ist die Welle frei beweglich. Fällt der Luftdruck beim Übergang von Stellung 1 in Stellung 2 ab, so wird der Klemmring 4 von der Druckfeder 13 zurückgedreht und die Wälzkörper 6 drücken infolge der Klemmrampen 5 auf die Flansche 8. Hierdurch wird ein Reibschluss zwischen den Flanschen 8 und der Welle erzeugt. Dies bedeutet, dass die Klemmfreilaufeinheit mittels des Reibschlusses zur Welle positioniert wird.
Zur Erzielung einer optimalen Reibschlussverbindung zwischen der Welle und den Flanschen 8 kann ggf. entweder ein Reibpartner oder es können beide Reibpartner aus Werkstoffen mit günstigem Reibverhalten hergestellt oder mit einer geeigneten Oberflächenbeschichtung versehen werden. Die auftretenden Kräfte, resultierend aus dem Reibschluss zwischen der Welle und den Flan schen 8, werden einerseits über die Wälzkörper 6, den Klemmring 4 und die Axiallager 10 und 11 axial zum Gehäuse 1 und andererseits über die Flansche 8 zum Gehäuse 1 bzw. zu einem nicht dargestellten Anschlussteils übertragen.
Die radiale Zentrierung der Einheit erfolgt über die Gehäusebohrung, die ggf. als separates Gleitlager 3 wie dargestellt ausgeführt werden kann. Um eine Verschmutzung der Einheit bzw. den Austritt von Schmierstoff zu verhindern, können zusätzlich jeweils axiale Dichtungen vorgesehen werden. Aufgrund der geringen Relativbewegungen der Einzelteile zueinander in der Einheit kann eine Minimalschmierung angewandt werden. Im Extremfall kann aus Korrosionsschutzgründen die Minimalschmierung durch eine Oberflächenbeschichtung, beispielsweise eine Phosphatierung, ersetzt werden.
Die Welle kann auch als Profilschiene mit beliebigem Querschnitt ausgeführt werden. Die dargestellte Ausführung mit einer runden Welle ist geeignet für axiale und in einer Umfangsrichtung wirkende Bewegungen. Um für eine runde Welle in beiden Umfangsrichtungen eine Klemmung zu erzielen, ist ein wechselseitiger Einsatz von zwei Klemmfreilaufeinheiten nebeneinander möglich. Die Berührungsfläche am federnden Flansch für den Wälzkörper kann jeweils ballig ausgeführt sein.
Die Freilaufeinheit kann segmentartig ausgeführt und/oder in sich abgedichtet sein. Die Zwischenelemente, wie Wälzkörper, können auch direkt auf das Abtriebsglied oder indirekt über Blechelemente auf das Abtriebsglied, z. B. die Welle, wirken. Der Klemmring ist im Ausführungsbeispiel angefedert. Die Wälzkörper können einzeln und ein abstützender Käfig kann einzeln oder zentral angefedert sein. Gegenüber dem Gehäuse kann der Klemmring z. B. durch Kugellager oder Gleitlager axial angefedert und/oder abgestützt sein.
Die Energieumsetzung von dem Hilfsenergiemedium auf den Klemmring kann direkt und/oder indirekt über weitere Elemente erfolgen. Das Gehäuse kann aus Leichtmetall oder Kunststoff bestehen, wobei die Axialkraftübertragung vom Axiallager zum Gehäuse jeweils über separate Scheiben erfolgt. Die Freilaufeinheit stellt eine verliersichere Einheit dar und ist radial zentriert. Sie kann eine dauerhafte Verbindung zu einem Anschlussteil, z. B. einer Kugelhülse, ermöglichen. In der Freilaufeinheit kann das Minimalschmierungsprinzip angewandt werden, wobei die bewegten Einzelteile nur mit einer geringst möglichen Schmierstoffmenge geschmiert werden. Die Freilaufeinheit kann auch ohne Schmierstoff betrieben werden, jedoch sind dann die verschleißanfälligen Teile aus verschleißarmen Werkstoffen hergestellt oder mit einer den Verschleiß reduzierenden Beschichtung und/oder Behandlung, z. B. Wärmebehandlung, versehen.
Die eingesetzten Wälzkörper oder die entsprechenden Elemente können ballig ausgeführt sein. Die Klemmkontur im Klemmring und/oder die Berührungsflächen des jeweiligen Flansches zum Wälzkörper und/oder die Fläche zum Abtriebsglied können ebenfalls ballig ausgeführt sein. An der Freilaufeinrichtung kann ein- und/oder beidseitig in Lastabstützrichtung zusätzlich ein Dämpfungselement angebracht sein.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist der Käfig für die Wälzkörper im Klemmring geführt. Die Lagerabstützung kann mit dem Gehäuse einteilig ausgeführt sein. Der Klemmring kann direkt auf dem Abtriebsglied, z. B. der Welle, gelagert/zentriert sein.
Der Flansch kann jeweils im Klemmring zentriert/abgestützt sein. Es ist möglich, dass der Flansch nicht nur einteilig, sondern aus mehreren, und zwar mindestens zwei Einzelteilen gefertigt und gefügt, z. B. geschweißt ist.
Sämtliche Einzelteile können aus korrosionsbeständigen Werkstoffen hergestellt sein oder mit korrosionsbeständiger Beschichtung/Behandlung versehen sein. Mit Hilfe gezielt vorgegebener begrenzter Hilfsenergie und/oder gezielter Voreinstellung am Schaltstift 14 und am Verschlussstopfen 17 kann eine bestimmte gewünschte Verschiebekraft vom Antriebsglied zum Abtriebsglied er zeugt werden (Rutschkupplung). Um eine Klemmung in beiden Richtungen zu erzielen, kann ein Einsatz von wechselseitig verbauten Freilaufeinheiten nebeneinander erfolgen.

1: Gehäuse
2: Träger
3: Gleitlager
4: Klemmring
5: Klemmrampe
6: Wälzkörper
7: Feder
8: Flansch
9: Gehäusedeckel
10: Axiallager
11: Axiallager
12: Vorsprung
13: Druckfeder
14: Schaltstift
15: Bohrung
16: Kanal
17: Verschlussstift

Claims

Schaltbare Freilaufeinheit mit Klemmkörpern, welche als Wälzkörper ausgebildet und zwischen einem Träger und Klemmrampen eines den Träger umgebenden Klemmringes angeordnet sowie von Federn in Umfangsrichtung des Trägers an den Klemmrampen angedrückt sind, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Energieart (z.B. Luft oder Strom) ein Schaltelement in eine Lage oder mehrere Lagen gezielt bewegt werden kann, so dass eine Kraft- und Momentenübertragung mittels einer reibschlüssigen Mitnahme von einem Antriebsglied über eines oder mehrere Zwischenelemente (z. B. Wälzkörper oder Formstücke) zu einem Abtriebsglied erfolgt oder eine reibungsarme bzw. reibungslose Freigängigkeit zwischen dem Abtriebsglied und dem Antriebsglied vorhanden ist.
Schaltbare Freilaufeinheit mit Klemmkörpern, welche als Wälzkörper (6) ausgebildet und zwischen einem Träger (2) und Klemmrampen (5) eines den Träger (2) umgebenden Klemmringes (4) angeordnet sowie von Federn (7) in Umfangsrichtung des Trägers (2) an den Klemmrampen (5) angedrückt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (4) in einem Gehäuse (1) drehbar gelagert ist, welches konstruktive Elemente aufweist, die eine Zufuhr eines auf den Klemmring direkt oder indirekt einwirkenden Hilfsenergiemediums gewährleisten.
Schaltbare Freilaufeinheit mit Klemmkörpern, welche als Wälzkörper (6) ausgebildet und zwischen einem Träger (2) und Klemmrampen (5) eines den Träger (2) umgebenden Klemmringes (4) angeordnet sowie von Federn (7) in Umfangsrichtung des Trägers (2) an den Klemmrampen (5) angedrückt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (4) in einem Gehäuse (1) drehbar gelagert ist, welches einen Kanal (16) für die Zufuhr eines auf den Klemmring (4) einwirkenden, hydraulischen oder pneumatischen Hilfsenergiemediums aufweist.
Freilaufeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsenergiemedium Druckluft ist.
Freilaufeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) als Abtriebsglied in der Form einer Welle mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführt ist.
Freilaufeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das konstruktive Element im/am Gehäuse als Kanal (16), Schaltstift (14) und Abdichtung ausgeführt ist.