DE102007045371A1

DE102007045371A1 - Lastmomentsperre

Info

Publication number: DE102007045371A1
Application number: DE102007045371A
Authority: DE
Inventors: Daniel Dipl.-Ing. Wolf; Ulrich Mair
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-09-22
Filing date: 2007-09-22
Publication date: 2009-04-02

Abstract

Lastmomentsperre mit einem Eingangselement (10) und einem Ausgangselement (4), welche in einem Gehäuse (5) drehbar angeordnet sind, und einem ersten Bauteil (1) und einem zweiten Bauteil (2), welche jeweils um eine Drehachse drehbar sind und aus einer Neutrallage heraus einen Maximalwinkel (20) in eine erste Drehrichtung und einen weiteren Maximalwinkel (20) in eine zweite Drehrichtung relativ zueinander verdrehbar sind, wobei das zweite Bauteil (2) ortsfest ist und mit dem Eingangselement (10) in Wirkverbindung steht und das erste Bauteil (1) entlang seiner Drehachse beweglich ist und mit dem Ausgangselement (4) in Wirkverbindung steht und das zweite Bauteil (2) zudem mit einer Bremse in Wirkverbindung steht, welche ein an dem Ausgangselement (4) wirkendes Drehmoment auf das Gehäuse (5) überträgt, wenn sich das erste Bauteil (1) in seiner Grundposition befindet. An dem ersten oder zweiten Bauteil (1, 2) befinden sich hierbei mindestens zwei Steigungen (15), welche derart ausgestaltet sind, dass das erste Bauteil (1) bei einer Relativdrehung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil (1, 2) entlang seiner Drehachse bewegt wird, was die Bremse öffnet, wobei bei einer Weiterführung der Relativdrehung um den jeweiligen Maximalwinkel (20) eine formschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil (1, 2) hergestellt wird, über welche eine Drehmomentübertragung von dem Eingangselement (10) auf das Ausgangselement (4) möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lastmomentsperre zur Verhinderung einer Drehmomentübertragung von einem Ausgangselement der Lastmomentsperre auf ein Eingangselement gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des unabhängigen Patentanspruchs.
Stellantriebe, beispielsweise Aktoren von Fahrzeugen, übertragen meist ein von einem rotierenden Antrieb erzeugtes Drehmoment auf einen Abtrieb, an welchem eine rotatorische oder tranlatorische Bewegung abgegriffen werden kann. In der Regel geht die gewünschte Richtung des Kraftflusses von dem Antrieb des Stellelements zum Abtrieb. In ungünstigen Fällen, beispielsweise beim Senken einer Last, kann sich der Kraftfluss jedoch umkehren, d. h. der Kraftfluss geht von dem Abtrieb zum Antrieb. Hierdurch kann es zu einer Beschleunigung der Antriebsdrehzahl über die zulässige Höchstdrehzahl kommen, oder sich Lastzustände einstellen, für welche der Stellantrieb nicht ausgelegt ist. Um dies zu verhindern wird zwischen dem An- und Abtrieb eine Lastmomentsperre zwischengeschaltet, welche einen Kraftfluss von einem Eingangselement der Lastmomentsperre auf ein Ausgangselement gestattet, einen Kraftfluss von dem Ausgangselement auf das Eingangselement jedoch auf ein zulässiges Maß reduziert oder absperrt. Bevorzugt nutzen diese Lastmomentsperren die an dem Abtrieb oder Antrieb abgreifbare mechanische Energie, wodurch keine externe Energiequelle notwendig ist.
Die DE 36 03 307 A1 schlägt hierzu eine Lastmomentsperre vor, welche eine Drehmomentübertragung von einem rotatorisch bewegbaren Ausgangselement auf ein rotatorisch bewegbares Eingangselement mittels einer selbstschließenden Bremse verhindert. Hierzu ist das Ausgangselement als Welle ausgebildet, auf welcher sich zwei spindelförmige, nicht-selbsthemmende Steigungen mit einer einheitlichen Steigungshöhe und Steigungsrichtung befinden, sowie ein zwischen den Steigungen befindlicher ortsfester Anschlag. Auf jeder Steigung ist eine Bremsscheibe mit jeweils zwei kreisbogenförmigen, gegeneinander leicht versetzten Aussparungen drehbar und parallel zueinander angeordnet, wobei jede Bremsscheibe auf eine gegenüberliegende Seite des Gehäuses wirkt. Das Eingangselement weist eine Gabel mit zwei Zinken auf, welche in die Aussparungen der Bremsscheiben greifen und dabei eine geringe Drehung der Bremsscheiben im Bezug auf das Eingangselement gestattet, wobei die Bremsscheiben entlang der Zinken frei beweglich sind.
Im Falle, dass an dem Ausgangselement ein höheres Drehmoment anliegt, als an dem Eingangselement, tritt zwischen dem Eingangs- und Ausgangselement eine Relativdrehung auf. Da die Bremsscheiben durch die Formgebung der Aussparungen nur in einem kleinen Bereich gegenüber der Gabel des Eingangselements verdrehbar sind, werden sie durch die Relativdrehung des Ausgangselements mittels der Steigungen parallel zueinander entlang der Zinken der Gabel in dem Gehäuse der Lastmomentsperre bewegt, wobei die Bewegungsrichtung von der Drehrichtung der Relativdrehung abhängt. Sobald eine der Bremsscheiben an einer Seite des Gehäuses anliegt, entsteht eine Bremswirkung, welche das an dem Ausgangselement anliegende Drehmoment auf das Gehäuse überträgt und somit eine Drehmomentübertragung von dem Ausgangselement auf das Eingangselement sperrt.
Sobald das an dem Ausgangselement anliegende Drehmoment geringer ist, als das am Eingangselement Anliegende, löst sich die Bremsscheibe und somit die Sperre selbständig durch die nicht-selbsthemmenden Steigungen. Anschließend werden die Bremsscheiben so lange parallel zueinander in die entgegengesetzte Richtung verschoben, bis die zuvor an dem Gehäuse anliegende Bremsscheibe an dem Anschlag des Ausgangselement anliegt, wodurch das an dem Eingangselement anliegende Drehmoment über die Gabel, die Bremsscheibe und den Anschlag auf das Ausgangselements übertragen wird. Welche der beiden Bremsscheiben an dem Gehäuse oder dem Anschlag an liegt, hängt ebenfalls von der Drehrichtung der Relativdrehung zwischen dem Ausgangselement und Eingangselement ab. Durch den Versatz zwischen den Aussparungen in den Bremsscheiben wird sichergestellt, dass sich die Bremsscheiben nicht gegenseitig blockieren, d. h. dass nicht gleichzeitig die erste Bremsscheibe an dem Gehäuse und die zweite Bremsscheibe an dem Anschlag anliegen kann.
Die als Ausgangselement eingesetzte Welle setzt auf Grund der notwendigen Spindeln eine aufwändige Fertigung voraus. Da bei der vorgeschlagenen Lastmomentsperre jede Bremsscheibe ein an dem Ausgangselement anliegendes Drehmoment nur in eine Drehrichtung auf das Gehäuse übertragen kann, werden für eine richtungsunabhängige Lastmomentsperre immer mindestens zwei Bremsscheiben benötigt, was die Herstellung und Wartung verkompliziert und das Gewicht erhöht. Zudem kommt es je nach bevorzugter Wirkrichtung des am Ausgangs- und Eingangselement anliegenden Drehmoments zu einem unerwünschten unterschiedlichen Verschleiß der Bremsscheiben.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Lastmomentsperre zu schaffen, welche im Hinblick auf Fertigung und Wartung einfacher gestaltet ist, ein geringeres Gewicht aufweist und ein gleichmäßiges Verschleißverhalten zeigt.
Sie wird gemäß den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Hiernach umfasst die Lastmomentsperre ein Eingangselement sowie ein Ausgangselement, welche in einem Gehäuse drehbar angeordnet sind, sowie ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil, welche um jeweils eine Drehachse drehbar sind und welche ausgehend von einer Neutrallage um einen Maximalwinkel in eine erste Drehrichtung und einen weiteren Maximalwinkel in eine zweite Drehrichtung relativ zueinander drehbar sind. Dabei ist das zweite Bauteil ortsfest, wohingegen das erste Bauteil entlang seiner Drehachse aus einer Grundposition heraus beweg lich ist und in einer Wirkverbindung mit einer Bremse steht. Diese ist im Schließsinne betätigt, wenn sich das erste Bauteil in der Grundposition befindet, wodurch ein an der Bremse anliegendes Drehmoment auf das Gehäuse übertragbar ist.
Zur Öffnung der Bremse weist das erste oder das zweite Bauteil mindestens zwei Steigungen auf, oder das erste und das zweite Bauteil weisen jeweils mindestens eine Steigung auf, über welche die beiden Bauteile derart in einer Wirkverbindung miteinander stehen, dass bei einer Relativdrehung aus der Neutrallage in eine beliebige Drehrichtung das erste Bauteil aus seiner Grundposition entlang seiner Drehachse bewegt wird, wodurch die Bremse im Öffnungssinn betätigt wird und kein Drehmoment von der Bremse auf das Gehäuse übertragbar ist. Dabei ist das erste und das zweite Bauteil derart gestaltet, dass bei einer Relativdrehung in eine beliebige Drehrichtung, um den jeweiligen Maximalwinkel, eine Wirkverbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauteilen in die entsprechende Drehrichtung entsteht, wodurch ein auf das Eingangselement wirkendes Drehmoment in die Drehrichtung über das erste und zweite Bauteil auf das Ausgangselement übertragbar ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die Steigungen durch mindestens eine Ausformung an dem ersten oder zweiten Bauteil gebildet, beispielsweise durch ein Kurvenprofil. Dabei ist es zweckmäßig, dass jeweils zwei Steigungen unterschiedliche Steigungsrichtungen aufweisen, d. h. eine erste Steigung bildet beispielsweise in die erste Drehrichtung eine aufsteigende Rampe und eine zweite Steigung in die zweite Drehrichtung eine absteigende Rampe. Zudem ist es vorteilhaft, jedoch nicht zwingend notwendig, dass die Steigungen nicht-selbsthemmend sind. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn beide Steigungen Bestandteil einer gemeinsamen Ausformung sind, beispielsweise einer U- oder V-förmige Ausformung. Da das erste Bauteil entlang seiner Drehachse verschieblich ist, kann es sich bei einer Relativdrehung auf das ortsfeste zweite Bauteil abstützten und der Kontur der Ausformung durch eine Bewegung entlang seiner Drehachse folgen, wodurch die in der Grundposition des ersten Bauteils geschlossene Bremse geöffnet wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung stehen das erste und zweite Bauteil über die Steigungen in direktem Kontakt miteinander. Beispielsweise sind zwei Steigungen in dem ersten Bauteil als eine V-förmige Ausformung realisiert und eine an die Form der Ausformung angepasste V-förmige Erhebung des zweiten Bauteils ragt in diese hinein. Bei der Relativdrehung des ersten und zweiten Bauteils liegt die Erhebung auf einer Steigung der Ausformung gleitend auf, wodurch sich das erste Bauteil auf das zweite Bauteil aufstützt und das erste Bauteil der Kontur der Ausformung durch eine Verschiebung entlang seiner Drehachse folgt. In der Grundposition des ersten Bauteils befindet sich die Erhebung am Schnittpunkt der Steigungen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht zwischen dem ersten und zweiten Bauteil mindestens einen Wälzkörper, beispielsweise eine Kugel oder Rolle, vor, welcher bei einer Relativdrehung der Kontur der Steigungen durch eine vorwiegend rollende Bewegung folgt, wobei sich das erste Bauteil über den Wälzkörper und die Steigungen auf das zweite Bauteil abstützt und es somit eine Bewegung entlang seiner Drehachse durchführt.
Erfindungsgemäß sind das erste und zweite Bauteil derart gestaltet, dass sie bei der Relativdrehung um den jeweiligen Maximalwinkel miteinander eine formschlüssige Wirkverbindung in die entsprechende Drehrichtung eingehen, wodurch ein Drehmoment zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil übertragbar ist. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist hierzu sowohl das erste, als auch das zweite Bauteil mindestens eine Kontaktfläche in jede Drehrichtung auf, welche derart aufeinander und auf die Steigungen abgestimmt sind, dass sich bei der Relativdrehung des ersten und zweiten Bauteils die Kontaktflächen beider Bauteile zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung erst dann aneinander anlegen, wenn das erste Bauteil durch die Steigungen ausreichen weit aus der Grundposition heraus bewegt wird, um die Bremse im Öffnungssinne zu betätigen.
Vorzugsweise umfasst das erste Bauteil zumindest eine Ausformung einer zweiten Art, welche jeweils mindestens eine Kontaktfläche senkrecht zur ersten Drehrichtung und mindestens eine weitere Kontaktfläche senkrecht zur zweiten Drehrichtung aufweist, wobei das zweiten Bauteil je Ausformung der zweiten Art eine Erhebung umfasst, welche in diese hineinragt und welche ebenfalls mindestens eine Kontaktfläche senkrecht zur ersten Drehrichtung und mindestens eine weitere Kontaktfläche senkrecht zur zweiten Drehrichtung aufweist. Bei einer Relativdrehung der beiden Bauteile in die erste oder zweite Drehrichtung um den jeweiligen Maximalwinkel legt sich hierdurch mindestens eine der Kontaktflächen der Erhebung an mindestens eine der Kontaktflächen der Aussparung der zweiten Art an, wodurch die formschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil in die jeweilige Drehrichtung hergestellt wird. Alternativ kann sich die Erhebung an dem ersten Bauteil befinden und die Ausformung der zweiten Art in dem zweiten Bauteil.
Erfindungsgemäß ist es jedoch auch möglich, sowohl die Kontaktflächen als auch die Steigungen in einer gemeinsamen Ausformung zusammenzufassen, wozu beispielsweise jede Steigung in eine Kontaktfläche im Sinne eines Anschlags übergeht. An diese legt sich bei einer Relativdrehung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil eine weitere Kontaktfläche an, welche Teil der genannten Erhebung ist, über welche sich das erste Bauteil auf das zweite Bauteil abstützt. Erfindungsgemäß können hierbei sowohl das erste Bauteil als auch das zweite Bauteil die Erhebung oder die Ausformung umfassen.
Alternativ kann eine in die erste Drehrichtung wirkende Steigung und eine in die erste oder zweite Drehrichtung wirkende Kontaktfläche in einer ersten Ausformung und eine in die zweite Drehrichtung wirkende Steigung und eine in die erste oder zweite Drehrichtung wirkende Kontaktfläche in einer zweiten Ausformung integriert sein. In jede der beiden Ausformungen ragt eine Erhebung mit mindestens einer weiteren Kontaktfläche, wobei bei einer Relativdrehung des ersten und zweiten Bauteils in Abhängigkeit der Drehrichtung eine der beiden Erhebungen auf einer der Steigungen aufliegt, wodurch das erste auf das zweite Bauteil abgestützt wird. Bei einer Weiterführung der Relativdrehung um den jeweiligen Maximalwinkel legt sich eine der Kontaktflächen der ersten oder zweiten Ausformung an eine der weiteren Kontaktfläche der Erhebungen an, wodurch die formschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil hergestellt wird.
Zur Sperrung einer Drehmomentübertragung von dem Ausgangselement auf das Eingangselement, steht das Ausgangselement in Wirkverbindung mit der Bremse, welche mittels des ersten Bauteils geöffnet oder geschlossen wird. Befindet sich das erste Bauteil in der Grundposition, ist die Bremse geschlossen, was ein an der Bremse anliegendes Drehmoment auf das Gehäuse überträgt. Wird das erste Bauteil entlang seiner Drehachse aus der Grundposition bewegt, öffnet sich die Bremse und die Drehmomentübertragung auf das Gehäuse ist unterbrochen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht hierbei vor, dass die Bremse das an ihr anliegende Drehmoment mittels Reibung oder Formschluss auf das Gehäuse zu überträgt, wobei es erfindungsgemäß möglich ist mehrere gleiche oder unterschiedliche Arten von Bremsen zu kombinieren, beispielsweise durch Hintereinanderschaltung mehrerer Reibungsbremsen. Geeignete Arten von Reibungsbremsen sind beispielsweise Einscheibenbremsen oder Lamellenbremsen. Eine zweckmäßige formschlüssig wirkende Bremse überträgt zunächst einen Teil des an dem Ausgangselement anliegenden Drehmoments mittels Reibung an das Gehäuse, wodurch eine gegebenenfalls vorliegende Drehgeschwindigkeit des Ausgangselements auf eine Minimalrotation reduziert wird. Sobald diese erreicht ist, verrastet die Bremse das Ausgangselement formschlüssig mit dem Gehäuse, was es abrupt abbremst und eine Drehmomentübertragung von dem Ausgangselement auf das Gehäuse ermöglicht.
Zur Übertragung eines am Ausgangselement anliegenden Drehmoments auf das Gehäuse mittels Reibung muss die Bremse ein dem Drehmoment entgegengesetztes Bremsmoment aufbringen, was vorzugsweise durch Anpressen mindestens einer Reibscheibe gegen mindestens eine mit dem Gehäuse ortsfest in Verbindung stehender Bremsoberfläche erfolgt. Die Bremsoberfläche kann bei der erfindungsgemäßen Lastmomentsperre ein Teil des Gehäuses oder ein Teil einer ortsfest mit dem Gehäuse verbundene Scheibe oder Platte sein. Dabei sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, eine zur Erzeugung des Bremsmoments benötigte Anpresskraft mittels eines vorgespannten elastischen Elements, vorzugsweise einer als Spiral-, Ring- oder Tellerfeder ausgeführten Druckfeder aufzubringen. Das elastische Element stützt sich vorzugsweise auf das Ausgangselement oder drehbar gelagert auf das Gehäuse ab und liegt derart an dem ersten Bauteil an oder ist mit ihm verbunden, dass das erste Bauteil die Vorspannkraft auf die Bremse im Sinne der Anpresskraft überträgt. Idealerweise ist hierbei das erste Bauteil verschieblich und ortsfest auf dem Ausgangselement befestigt und das elastische Element koaxial um das Ausgangselement angeordnet. Zur Befestigung des ersten Bauteils auf dem Ausgangselement eignet sich vorzugsweise eine axial verschiebliche, formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung, wie eine Passfeder oder ein Keilwellenprofil.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine Bremsscheibe, auf dem ersten Bauteil ortsfest angeordnet, welche das an dem Ausgangselement anliegendes Drehmoment mittels Formschluss oder Reibung auf das Gehäuse überträgt. Erfindungsgemäß kann die Bremsscheibe stoff- oder formschlüssig auf dem ersten Bauteil angeordnet sein, wobei es ebenso möglich ist, dass das erste Bauteil integraler Bestandteil der Bremsscheibe ist. Darüber hinaus ist es vorteilhaft das zweite Bauteil drehbar, ortsfest und koaxial auf dem Ausgangselement anzuordnen, wobei das zweite Bauteil vorzugsweise als Bestandteil des Eingangselements ausgestaltet sein kann. Ebenso kann das erste Bauteil ortsfest und drehsteif auf oder in dem Eingangselement befestigt sein, wozu sich stoff-, form oder kraftschlüssige Verbindungen eignen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und Zeichnungen näher erläutert, aus welchen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen entnommen werden können. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung,
1 eine erfindungsgemäße Lastmomentsperre mit einer Bremse, welche ein an dem Ausgangselement anliegende Drehmoment mittels einer Reibscheibe auf das Gehäuse überträgt, wobei das erste Bauteil vier Ausformungen aufweist und das zweite Bauteil vier Erhebungen, welche in die Ausformungen hineinragen.
2 einen Schnitt durch die Lastmomentsperre entlang der mit A-A in 1 gekennzeichneten Ebene, welcher die Ausformungen des ersten Bauteils in der Draufsicht zeigt.
3 einen weiteren Schnitt durch die Lastmomentsperre entlang der mit B-B in 2 gekennzeichneten Ebene, welcher eine der Ausformungen in der Seitenansicht zeigt.
4 eine weitere erfindungsgemäße Lastmomentsperre, bei welcher das erste Bauteil vier Ausformungen aufweist und das zweite Bauteil zwei Kegelrollen und zwei Zapfen, welche in die Ausformungen hineinragen.
5 einen Schnitt durch die Lastmomentsperre aus 4 entlang der mit C-C gekennzeichneten Ebene, welcher die Ausformungen und die Kegelrollen in der Draufsicht zeigt.
6 einen Schnitt durch die Lastmomentsperre aus 4 entlang der mit D-D in 5 gekennzeichneten Ebene, welcher eine Ausformung und eine der Kegelrollen in der Seitenansicht zeigt.
7 einen weiteren Schnitt durch die Lastmomentsperre aus 4 entlang der mit E-E in 5 gekennzeichneten Ebene, welcher eine weitere Ausformung und einen Zapfen zeigt.
1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Lastmomentsperre, wobei sich das erste Bauteil 1 und das zweite Bauteil 2 in der Neutrallage zueinander befinden und das erste Bauteil 1 in der Grundposition ist. Das erste Bauteil 1 ist hierbei mittels einer Passfeder 3 koaxial und verschieblich auf dem als Welle ausgebildeten Ausgangselement 4 angeordnet, wobei das Ausgangselement 4 drehbar und ortsfest in dem dreiteiligen Gehäuse 5 gelagert ist. Als elastisches Element 6 befindet sich koaxial auf dem Ausgangselement 4 eine vorgespannte Spiralfeder, welche sich auf das Ausgangselement 4 abstützt und das erste Bauteil 1 und eine daran befestigte Bremsscheibe 7 in der gezeigten Grundposition gegen eine an dem Gehäuse 5 befindliche Bremsoberfläche 8 drückt. Da das Ausgangselement 4 hierdurch ebenfalls in Richtung des Gehäuses 5 gedrückt wird, ist es unter anderem mittels eines Axiallagers 9 in dem Gehäuse 5 gelagert. Koaxial zu dem Ausgangselement 4 ist ein Eingangselement 10 in dem Gehäuse 5 ortsfest und drehbar angeordnet. Um bei einer Relativdrehung zwischen dem Eingangs- und Ausgangselement 4, 10 die Vorspannkraft des elastischen Elements 6 aufzunehmen, ist es ebenfalls mittels eines weiteren Axiallagers 11 gegen das Gehäuse 5 abgestützt. Das zweite Bauteil 2 ist koaxial und ortsfest über eine weitere Passfeder 12 auf dem Eingangselement 10 befestigt und ragt mittels vier Erhebungen 13 jeweils in eine Ausformung 14 des ersten Bauteils 1. Erfindungsgemäß kann die Verbindung zwischen dem zweiten Bauteil 2 und dem Eingangselement 10 auch mittels weiterer formschlüssiger Verbindungsarten, wie einem Keilprofil oder einem Polygonprofil, oder stoff- oder kraftschlüssig hergestellt werden, wobei das zweite Bauteil 2 ebenso integraler Bestandteil des Eingangselements 10 sein kann. In den Ausformungen 14 sind jeweils zwei rampenförmige, in 2 und 3 sichtbare Steigungen 15 vorgesehen, auf welchen die Erhebungen 13 bei einer Relativdrehung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil 1, 2 gleiten, sowie zwei ebenfalls in 2 und 3 sichtbare Kontaktflächen 16, welche zusammen mit weiteren Kontaktflächen 17 eine formschlüssige Verbindung herstellen können. Dabei wirkt ausgehend von der Neutrallage des ersten und zweiten Bauteils 1, 2 je Ausformung 14 eine Steigung 15 in die erste Drehrichtung und eine weitere Steigung 15 in die zweite Drehrichtung.
Um sicherzustellen, dass die Bremsscheibe 7 trotz Verschleiß und Bauteiltoleranzen immer dann auf der Bremsoberfläche 8 aufliegt, wenn sich das erste Bauteil 1 in der Grundposition befindet, ist zwischen den Erhebungen 13 und den Ausformungen 14 ein Spalt 18 vorgesehen. Er bedingt auch, dass das erste und zweite Bauteil 1, 2 ausgehend von der Neutrallage um einen von der Drehrichtung abhängigen, in 2 dargestellten Minimalwinkel 19 gegeneinander verdreht werden müssen, ehe sich das erste Bauteil 1 auf das zweite Bauteil 2 abstützt.
Bei Anlegen eines Drehmoments an das Eingangselement 10 in die erste Drehrichtung, erfolgt eine Relativdrehung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil 1, 2 in diese Drehrichtung, was eine Bewegung der Erhebungen 13 in den Ausformungen 14 bewirkt. Sobald das erste und zweite Bauteil 1, 2 dabei über den in 2 dargestellten Minimalwinkel 19 hinaus gegeneinander verdreht werden, beginnen die Erhebungen 13 auf den in die erste Drehrichtung wirkenden Steigungen 15 zu gleiten, wodurch sich das erste Bauteil 1 auf das zweite Bauteil 2 abstützt und durch die Steigungen 15 gegen die Vorspannkraft aus seiner Grundposition heraus entlang der Drehachse des Ausgangselements 4 bewegt wird, was die Bremsscheibe 7 im Öffnungssinne von der Bremsoberfläche 8 löst. Bei Verdrehung des ersten und zweiten Bauteils 1, 2 in die erste Drehrichtung um einen ebenfalls in 2 dargestellten Maximalwinkel 20, entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil 1, 2 in die erste Drehrichtung, indem sich jeweils eine erste Kontaktfläche 17 jeder Erhebung 13 an einer ersten Kontaktfläche 16 jeder Ausformung 14 anlegt, was eine Übertragung des an dem Eingangselement 10 anliegenden Drehmoments auf das Ausgangselement 4 in die erste Drehrichtung ermöglicht.
Falls das an dem Eingangselement 10 anliegende Drehmoment in die zweite Drehrichtung wirkt, folgt eine Relativdrehung des ersten und zweiten Bauteils 1, 2 in die zweite Drehrichtung, wodurch die Erhebungen 13 auf den in die zweite Drehrichtung wirkenden Steigungen 15 gleiten, was ebenso eine Bewegung des ersten Bauteils 1 entlang der Drehachse des Ausgangselements 4 und damit das öffnen der Bremse bewirkt. Bei Weiterführung der Relativdrehung des ersten und zweiten Bauteils 1, 2 um einen weiteren Maximalwinkel 20, kommt es schließlich zum Anlegen einer zweiten Kontaktfläche 17 jeder Erhebung 13 an eine zweite Kontaktfläche 16 jeder Ausformung 14, wodurch ein Formschluss zwischen dem ersten und zweiten Bauteil 1, 2 entsteht, der das an dem Eingangselement 10 anliegende Drehmoment in die zweite Drehrichtung auf das Ausgangselement 4 überträgt.
Falls ein an dem Ausgangselement 4 anliegendes Drehmoment ein an dem Eingangselement 10 Anliegendes übersteigt, überträgt die Lastmomentsperre die Differenz der Momente auf das Gehäuse 5 mittels der Bremse. Falls dabei vorhergehend das an dem Eingangselement 10 anliegende Drehmoment größer war als das an dem Ausgangselement 4 Anliegende, erfolgt zunächst eine Relativdrehung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil 1, 2 in Richtung ihrer Neutrallage, bei welcher sich die Kontaktflächen 17 der Erhebungen 13 von den jeweiligen Kontaktflächen 16 der Ausformungen 14 lösen, wodurch die formschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil 1, 2 getrennt wird. Gleichzeitig gleiten die Erhebungen 13 auf den Stei gungen 15 zurück in Richtung der Neutrallage, wodurch die Bremsscheibe 7 ab der Relativdrehung um den jeweiligen Minimalwinkel an der Bremsoberfläche 8 des Gehäuses 5 anliegt und somit mindestens einen Teil des am Ausgangselement 4 anliegenden Drehmoments auf das Gehäuse 5 überträgt.
In 2 ist ein Querschnitt des ersten und zweiten Bauteils 1, 2, sowie des Ausgangselements 4 entlang der in 1 mit A-A gekennzeichneten Schnittebene dargestellt, wobei sich das erste und zweite Bauteil 1, 2 in der Neutrallage befinden. Das erste Bauteil 1 weist vier jeweils um 90° versetzte Ausformungen 14 auf, welche jeweils zwei Steigungen 15 unterschiedlicher Steigungsrichtung und zwei Kontaktflächen 16 umfassen. Das zweite Bauteil 2 ragt mit vier um 90° versetzte Erhebungen 13 in die Ausformungen 14 hinein. Jede Erhebung 13 weist zwei den Kontaktflächen 16 der Ausformung 14 zugewandte weitere Kontaktflächen 17 auf, welche bei einer Relativdrehung des ersten und zweiten Bauteils 1, 2 um den jeweiligen Maximalwinkel 20 die formschlüssige Verbindung bilden.
3 zeigt einen Schnitt durch eine der Ausformungen 14 des ersten Bauteils 1 und eine der Erhebungen 13 des zweiten Bauteils 2 entlang der in 2 mit B-B gekennzeichneten Schnittebene. Durch die zwei Konturen 21, 22 der Erhebung 13 soll eine Bewegung der Erhebung 13 in der Ausformung 14 bei einer Relativdrehung des zweiten Bauteils 2 im Uhrzeigersinn gegenüber dem ersten Bauteil 1 verdeutlicht werden. In der Neutrallage sind das erste und zweite Bauteil 1, 2 zum Ausgleich von Verschleiß und Toleranzen voneinander durch den Spalt 18 getrennt. Erst wenn sie um den Minimalwinkel 19 gegeneinander verdreht werden, liegt die Erhebung 13, wie die erste Kontur 21 zeigt, auf einer der Steigungen 15 auf, wodurch sich das erste Bauteil 1 gegen das zweite Bauteil 2 abstützt. Bei Weiterführung der Relativdrehung gleitet die Erhebung 13 entlang der Steigung 15 und drückt das entlang seiner Drehachse bewegliche erste Bauteil 1 von dem zweiten Bauteil 2 weg, was zum Lösen der Bremsscheibe 7 von der Bremsoberfläche 8 führt. Da hierbei die Erhebun gen 13 auf den Steigungen 15 aufliegen und die gesamte Vorspannkraft aufnehmen, weisen sie, zur Reduzierung der Oberflächenbelastung, zwei den Steigungen 15 komplementäre Auflagefläche auf. In der gezeigten Ausgestaltung ist die Spitze der Erhebung 13 daher entsprechend den Steigungswinkeln V-förmig ausgebildet. Sobald das erste und zweite Bauteil 1, 2 um den Maximalwinkel 20 gegeneinander verdreht sind, ist die Bremsscheibe 7 um den Weg 32 von der Bremsoberfläche 8 angehoben und die in Drehrichtung liegende Kontaktfläche 17 der Erhebung 13 hat sich, wie es die zweite Kontur 22 darstellt, an die gegenüberliegende Kontaktfläche 16 der Ausformung 14 angelegt, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung in die Drehrichtung hergestellt wurde und ein an dem Eingangselement 10 anliegendes Drehmoment auf das Ausgangselement 4 übertragbar ist.
In 4 ist eine weitere erfindungsgemäße Lastmomentsperre dargestellt, bei welcher sich das erste Bauteil 1 bei einer Relativdrehung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil 1, 2 über zwei Kegelrollen 23 auf das zweite Bauteil 2 abstützt und das zweite Bauteil 2 ein gemeinsames Bauteil mit dem Eingangselement 10 bildet. Hierzu ist es mittels zweier Radiallager 24, 25 ortsfest und drehbar auf dem Ausgangselement 4 angeordnet und weist eine am Umfang eingearbeitete Verzahnung 26 auf, über welche das zweite Bauteil 2 mit einem nicht dargestellten Antriebszahnrad mit einem Drehmoment beaufschlagt werden kann. Um die bei einer Relativdrehung von dem ersten Bauteil 1 auf das zweite Bauteil 2 übertragene Vorspannkraft des elastischen Elements 6 auf das Ausgangselement 4 abzustützen, ist das in Richtung der Vorspannkraft wirkende Radiallager 25 ein Kegelrollenlager. Das erste Bauteil 1 ist durch die Passfeder 3 verschieblich und drehsteif auf dem Ausgangselement 4 angeordnet und mit einem Reibbelag 28 versehen, wodurch eine zusätzliche Bremsscheibe entfallen kann. In der gezeigten Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Bauteil 1 zwei unterschiedliche, in 5, 6 und 7 dargestellte Arten von Ausformungen 29, 30 auf. Die erste Art 29 umfasst zwei Steigungen 15, welchen die drehbar an dem ersten Bauteil 1 befestigten Kegelrol len 23 bei einer Relativdrehung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil 1, 2 folgen, wodurch das erste Bauteil 1 entlang seiner Drehachse von dem zweiten Bauteil 2 weggedrückt wird und dabei den Bremsbelag 28 von der Bremsoberfläche 8 löst. Die Ausformung der zweiten Art 30 weist die zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil 1, 2 notwendigen Kontaktflächen 16 auf, welche bei einer Relativdrehung des ersten und zweiten Bauteils 1, 2 um den jeweiligen Maximalwinkel 20 an einem in 5 und 7 dargestellten Zapfen 31 anliegen. In dem ersten Bauteil 1 sind hierbei zwei Ausformungen der ersten Art 29 und zwei Ausformungen der zweiten Art 30 eingearbeitet, in welche zwei Kegelrollen 23 und zwei Zapfen 31 des zweiten Bauteils 2 hineinragen, wobei die Kegelrollen 23 mittels Bolzen 27 drehbar mit dem zweiten Bauteil 2 verbunden sind und die Zapfen 31 in Bohrungen des zweiten Bauteils 2 eingepresst sind. In der gezeigten Grundposition drückt das vorgespannte elastische Element 6 das erste Bauteil 1 und damit den Bremsbelag 28 gegen die Bremsoberfläche 8 des Gehäuses 5, was ein an dem ersten Bauteil 1 anliegendes Drehmoment auf das Gehäuse 5 überträgt. Da sich bei einer Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil 1, 2 das erste Bauteil 1 vorwiegend durch eine Rollbewegung auf dem zweiten Bauteil 2 abstützt, kann der Verschleiß um Gegensatz zu der in 1–3 gezeigten Ausgestaltung der Erfindung reduziert werden.
Die 5 stellt einen Schnitt durch die Ausformungen der ersten und zweiten Art 29, 30 und die Kegelrollen 23 und Zapfen 31 entlang der in 4 mit C-C gekennzeichneten Schnittebene dar. Die Ausformungen erster und zweiter Art 29, 30, sowie die in sie hineinragenden Zapfen 31 und Kegelrollen 23 sind jeweils um 180° zueinander versetzt. Erfindungsgemäß können beide Arten der Ausformungen 29, 30 in beliebigen Winkeln zueinander sowohl in dem ersten oder dem zweiten Bauteil 1, 2 angeordnet sein. Von dem in 5 gezeigten Beispiel abweichend, ist ein Winkel von 120° zwischen den Ausformungen der ersten Art 29 jedoch als besonders vorteilhaft anzusehen, da sich hierdurch das erste Bauteil 1 bei einer Relativdrehung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil 1, 2 statisch bestimmt auf das zweite Bauteil 2 abstützt und sich somit die Vorspannkraft des elastischen Elements 6 gleichmäßig auf die Kegelrollen 23 verteilt. Bei einer Verwendung der in 1 bis 3 gezeigten Erhebungen 13 zur Abstützen des ersten Bauteils 1 auf das zweite Bauteil 2 gilt der gleiche Sachverhalt.
6 zeigt einen Schnitt durch eine der Kegelrollen 23 und eine der Ausformungen der ersten Art 29 entlang der in 5 mit D-D gekennzeichneten Schnittebene. Die Ausformungen der ersten Art 29, in welche die Kegelrollen 23 hineinragen, weisen zwei gegeneinander gerichtete Steigungen 15 auf. Bei einer Relativdrehung des ersten und zweiten Bauteils 1, 2 wird die Kegelrolle 23 entlang der Kontur der jeweiligen Steigung 15 bewegt, was das erste Bauteils 1 aus der Grundposition heraus entlang seiner Drehachse bewegt und den Bremsbelag 28 von der Bremsoberfläche 8 löst. Durch den Spalt 18 wird sichergestellt, dass sich das erste Bauteil 1 trotz Bauteiltoleranzen und Bremsbelagsverschleiß in der Grundposition nicht auf das zweite Bauteil 2 abstützt.
Die 7 stellt einen Schnitt durch den Zapfen 31 und eine der Aussparung der zweiten Art 30 in dem ersten Bauteil entlang der in 5 mit E-E gekennzeichneten Schnittebene dar. Die Ausformung der zweiten Art 20 weist hierbei zwei Kontaktflächen 16 in Form von Anschlägen auf, an welchen sich Kontaktflächen 17 der Zapfen 31 bei einer Relativdrehung des ersten und zweiten Bauteils 1, 2 um den jeweiligen Maximalwinkel 20 anlegen, was die formschlüssige Verbindung in die jeweilige Drehrichtung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil 1, 2 herstellt. In den Ausformungen der zweiten Art 30 sind keine Steigungen vorgesehen.

1: erstes Bauteil
2: zweites Bauteil
3: Passfeder
4: Ausgangselement
5: Gehäuse
6: elastisches Element
7: Bremsscheibe
8: Bremsoberfläche
9: Axiallager
10: Eingangselement
11: Axiallager
12: Passfeder
13: Erhebung
14: Ausformung
15: Steigung
16: Kontaktfläche
17: Kontaktfläche
18: Spalt
19: Minimalwinkel
20: Maximalwinkel
21: Kontur der Erhebung
22: Kontur der Erhebung
23: Kegelrolle
24: Radiallager
25: Radiallager
26: Verzahnung
27: Bolzen
28: Bremsbelag
29: Ausformung erster Art
30: Ausformung zweiter Art
31: Zapfen
32: Weg, um welchen die Bremsscheibe 7 von der Bremsoberfläche 8 angehoben wird

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3603307 A1 [0003]

Claims

Lastmomentsperre zur Verhinderung einer Drehmomentübertragung von einem Ausgangselement (4) auf ein Eingangselement (10), wobei sowohl das Eingangselement (10) als auch das Ausgangselement (4) in einem Gehäuse (5) der Lastmomentsperre drehbar angeordnet sind und die Lastmomentsperre ein erstes und eine zweiten Bauteil (1, 2) aufweist, welche – jeweils um eine Drehachse drehbar sind und welche – ausgehend von einer Neutrallage um einen Maximalwinkel (20) in eine erste Drehrichtung relativ zueinander verdrehbar sind und das erste Bauteil (1) – entlang seiner Drehachse aus einer Grundposition heraus beweglich ist, wobei in der Grundposition eine mit dem ersten Bauteil (1) in Wirkverbindung stehende Bremse geschlossen ist, welche ein auf das Ausgangselement wirkendes Drehmoment auf das Gehäuse (5) überträgt und das zweite Bauteil (2) – entlang seiner Drehachse ortsfest ist und das erste oder das zweite Bauteil (1, 2) – zumindest eine Steigung (15) aufweist über welche das erste und zweite Bauteil (1, 2) derart in Wirkverbindung stehen, dass bei der Relativdrehung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil (1, 2) in die erste Drehrichtung aus der Neutrallage heraus, sich das erste Bauteil (1) aus der Grundposition entlang seiner Drehachse bewegt, wodurch sich die Bremse löst und kein Drehmoment auf das Gehäuse (5) übertragbar ist und das erste und das zweite Bauteil (1, 2) – derart gestaltet sind, dass bei einer Relativdrehung in die erste Drehrichtung um den Maximalwinkel eine Wirkverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil (1, 2) in die erste Drehrichtung entsteht, wo durch ein auf das Eingangselement (10) in die erste Drehrichtung wirkendes Drehmoment über das erste und zweite Bauteil (1, 2) auf das Ausgangselement (4) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Bauteil (1, 2) – derart gestaltet sind, dass sie ausgehend von der Neutrallage um einen weiteren Maximalwinkel (20) in eine zweite Drehrichtung relativ zueinander drehbar sind, wobei das erste oder das zweite Bauteil (1, 2) – zumindest eine weitere Steigung (15) aufweist über welche das erste und zweite Bauteil (1, 2) derart in einer Wirkverbindung stehen, dass bei einer Relativdrehung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil (1, 2) in die zweite Drehrichtung aus der Neutrallage heraus, sich das erste Bauteil (1) aus der Grundposition entlang seiner Drehachse bewegt, wodurch sich die Bremse löst und kein Drehmoment auf das Gehäuse (5) übertragbar ist und das erste und das zweite Bauteil (1, 2) – derart gestaltet sind, dass bei einer Relativdrehung in die zweite Drehrichtung um den weiteren Maximalwinkel (20) eine Wirkverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil (1, 2) in die zweite Drehrichtung entsteht, wodurch ein auf das Eingangselement (10) in die zweite Drehrichtung wirkendes Drehmoment über das erste und zweite Bauteil (1, 2) auf das Ausgangselement (4) übertragbar ist.
Lastmomentsperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigungen (15) durch mindestens eine Ausformung (14, 29, 30) an oder in dem ersten oder zweiten Bauteil (1, 2) gebildet werden.
Lastmomentsperre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste oder das zweite Bauteil (1, 2) mindestens eine Erhebung (13) aufweist, welche bei einer Relativdrehung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil (1, 2) in einem gleitenden Kontakt mit einer der Steigungen (15) steht, wodurch sich bei einer Relativdrehung das erste Bauteil (1) auf das zweite Bauteil (2) abstützt.
Lastmomentsperre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausformung (14, 29) oder auf den Steigungen (15) mindestens ein Wälzkörper (23) angeordnet ist, mittels dessen sich das erste Bauteil (1) bei einer Relativdrehung zwischen dem ersten und zweiten Bauteils (1, 2) auf das zweite Bauteil (2) abstützt.
Lastmomentsperre nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Bauteil (1, 2) in der Neutrallage durch einen Spalt (18) voneinander getrennt sind.
Lastmomentsperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkverbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil (1, 2) bei der Relativdrehung um den Maximalwinkel (20) in die erste Drehrichtung oder um den weiteren Maximalwinkel (20) in die zweite Drehrichtung, durch mindestens eine erste Kontaktfläche (16) an dem ersten Bauteil (1) und mindestens eine zweite Kontaktfläche (16) an dem zweiten Bauteil (2) formschlüssig gebildet wird, welche bei einer Relativdrehung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil (1, 2) um den jeweiligen Maximalwinkel (20) aneinander anliegen.
Lastmomentsperre nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (16) im Sinne eines Anschlags am Ende der Ausformung (14, 30) oder der Steigungen (15) angeordnet sind.
Lastmomentsperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse ein an ihr anliegendes Drehmoment mittels Reibung oder Formschluss auf das Gehäuse (5) überträgt.
Lastmomentsperre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) mit einem vorgespannten elastischen Element (6) verbunden ist oder an einem vorgespannten elastischen Element (6) anliegt, welches auf dem Ausgangselement (4) oder dem Gehäuse (5) abgestützt ist und welches auf das erste Bauteil (1) eine Vorspannkraft ausübt, wobei das erste Bauteil (1) in der Grundposition die Vorspannkraft auf die Bremse im Sinne einer Anpresskraft überträgt, wodurch ein Drehmoment von der Bremse auf das Gehäuse (5) übertragbar ist.
Lastmomentsperre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (6) eine als Spiral-, Ring- oder Tellerfeder ausgeführte Druckfeder ist.
Lastmomentsperre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) verschieblich und ortsfest an dem Ausgangselement (4) befestigt ist und das elastische Element (6) koaxial um das Ausgangselement (4) angeordnet ist.
Lastmomentsperre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) mindestens eine ortsfeste Bremsscheibe (7) aufweist, welche an mindestens einer Bremsoberfläche (8) des Gehäuses (5) anliegt, wenn das erste Bauteil (1) sich in der Grundposition befindet, wobei das erste Bauteil (1) mittels der Vorspannkraft die Bremsscheibe (7) auf die Bremsoberfläche (8) drückt.