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Einleitung:
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Gegenstand
der Erfindung ist eine Freilaufkupplung (für ein Schaltwerkgetriebe) zum
erzeugen eines Freilaufes innerhalb eines Übersetzungsgetriebes das verschiedene
Drehzahlen oder Drehmomente variabel erzeuget.
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Stand der Technik:
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Es
sind verschiedene Freilaufkupplungen bekannt: Klemmrollen-, Klemmkörper- und
Kegel-Freiläufe.
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Alle
diese Freiläufe
sind in einem Körper
als Ringelement mit mehreren Klemmmechanismen ausgestattet.
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Es
liegt hier eine Geometrie zugrunde deren Anordnung den Einzelteilen
eines Sternes ähnlich
sind.
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Die
Teile werden auch oft als Innenstern oder Außensternfreilauf bezeichnet
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Die
Mechanik ist auf ein verdrehen von Außenring (auch Außenkörper) zum
Innenring angewiesen. Der Drehsinnunterschied bewirkt eine Sperrung
und „Mitnehmen” des kleineren
Drehmomentes gegenüber dem
größeren. Bei
gleichem Drehsinn ist ein Gleichlauf oder Überholen des langsameren Teiles
die Folge.
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Mängel
(zum Stand der Technik):
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Für den Einsatz
in einem Exzentergetriebe (Schaltwerkgetriebe) (Aktenzeichen 10
2008 021 280.6) sind die auf dem Markt befindlichen Freiläufe nur
bedingt einsetzbar, weil die Innen oder Außensternfreiläufe nur
in Verbindung mit Zahnradritzeln zum Einsatz kommen können, deren
relativ große
Masse den Gesamtwirkungsgrad des Getriebes verschlechtert ferner
ist durch die große
Anzahl von Schaltzyklen ein rascher Verschleiß zu erwarten ist.
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Der
Schlupf während
des Überganges
vom Überholen
zum Sperren des Gegenpartes ist im Einsatz eines Exentergetriebes
(Freiläufe
in den Zahnradritzel untergebracht) sehr schädlich.
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Die
Sperrkörper
sind durch die kompakte (platzsparende) Bauweise nicht geeignet
große
Momente zu übertragen.
Der überholende
Gegenpart wird durch die Sperrkörper „punktförmig” belastet,
was bei einem größeren Drehmoment
immer Verschleiß und
Verformung der Klemmmechanismen (bis zum fließen des Materiales) bedeutet.
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Die
druckbeaufschlagte „Klemmfläche” ist nur
durch einen größeren Außendurchmesser
des ganzen Freilaufes zu entlasten was größere Zahnradritzel und somit
einen schlechteren Wirkungsgrad bei leistungsgesteigerten Getriebebauarten
erzeugt.
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Aufgabe:
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln,
das speziell diese Nachteile in einem Exzentergetriebe vermeidet.
Es sollte ein Freilauf entwickelt werden der den Gegebenheiten dieses
Getriebes gerecht wird.
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Der
Sperrmechanismus ist speziell für
das
Exzentergetriebe (Aktenzeichen 10 2008 021 280.6)
entwickelt
und hat die Aufgabe die dort eingesetzten Innenstern oder Außensternfreiläufe zu ersetzen.
Es werden Zahnradritzel und ein Großteil der Massen der Sternfreiläufe ersetzt.
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Lösung:
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Die
in dem (oben genannten) Exzentergetriebe eingesetzten Scheren dort
Zeichnung Nr. 2 Pos. f1 + f2) sind zum einen an der Abtriebsseite
(Getriebeausgangsachse) befestigt und an der gegenüberliegenden Seite
mit dem Freilauf (siehe Exzentergetriebezeichnung Nr. 2 Pos. h).
Wird die Schere nach unten gedrückt, muss
der Freilauf sperren um eine Bewegung der Abtriebseite zu bewirken.
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Auf
der Zeichnung Nr. 2 zur Patenbeschreibung Stützrollen-Freilauf ist die sog.
Reaktionsachsen (1 + 1b) zu sehen, ein Stahlrad
das im Zentrum einen angedrehten Mittelbolzen (1a) hat
der als Wellenstumpf eines Stützlagers
dient. Auf dieser Reaktionsachse (1 + 1b) ist
(auf jeder Seite) eine hochvergütete
Statorscheibe (2) (ca. 400 HB) verschraubt.
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Beide
Teile laufen zentrisch. (Max. Mittigkeitsversatz < 0,02 mm). Die Qualität das Rundlaufes
ist durch ein Plan und Rundlaufschleifen der vormontieren Statorscheibe
(2) auf der Reaktionsachse (1) zu erreichen!
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Über der
Statorscheibe (2) ist ein Mitteljoch (3) montiert
das an einem Ende ein Gleitschlitten (4) mit einer Abstützung (4a)
(zwei federbelastete Kugeln) hat.
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Auf
der gegenüberliegenden
Seite ist eine Stützrolle
(5) mit einer Kraftausgleichsrolle (5a) untergebracht,
die einen gemeinsamen Mittelbolzen (6) als Achse besitzen.
Dort ist die Schubstange des Scherensystems (10) (hier
in der gleichen Zeichnung) angebunden.
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Die
lichte Weite des Mitteljoches (3) (Maß von der Stützrolle
(5) bis zur Mitte des Gleitlagers des Gleitschlitten (4)
ist ca. 5% kleiner wie der Durchmesser der Statorscheibe (2).
Ein Schätzwert
der durch empirische Versuche exakt ermittelt werden muss. Siehe
auch Text in der Funktionsbeschreibung, dort bei „sehr großer Zugspannung”.
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Das
Mitteljoch (3) ist im Zentrumsbereich „geschleift”, sodass
der Mittelbolzen (1a) der Reaktionsachse (1) ca.
2 mm „Luft” hat. Hier
ist auch die Möglichkeit
gegeben das Mitteljoch (3) so zugestalten, dass im Zentrum
nur eine Bohrung ist und das „Verbindungsband” des Mitteljochs
(3) breiter gestaltet ist.
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Etwa
in „7
Uhr Position” ist
an dem Mitteljoch (3) ein kleines Stützlager (7) mit Rolle
angebracht, dessen Umfang an der rundlaufenden Innenseiten der Stahlscheibe
(2) zum Anliegen kommt.
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Das „Kippspiel” zwischen
diesem Stützlager
(7) und der Stützrolle
(5) des Mitteljochs (3) ist gering (max. 1/10
mm pro 100 mm Hauptabmessung des Mitteljochs (3)).
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Hinter
der beschriebenen Stützrolle
(5) ist eine zweit Kraftausgleichsrolle (5a) (Führungs- oder Fluchtungsrolle)
auf der gemeinsamen Achse (6), die allerdings auf der ausgedrehten
Innenseite der Statorscheibe (2) läuft.
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Diese
Rolle (7) hat mit der Planfläche (die Seite mit Bolzennabe)
und der Lauffläche
ein Spiel das geringfügig über dem „Kippspiel” liegt
(ca. 1/100 mm).
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Funktion
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Wenn
das Scheresystem (10) (siehe Zeichnung 3) von der Exenterscheibe
(20) abgedrückt
wird (gegen den Mittelpunkt des Rotationssystems), wirkt eine lineare
Kraft auf die Schubstange die mit dem Mitteljoch (3) und
deren Stützrolle
(5) und Kraftausgleichsrolle (5a) verbunden ist
(siehe auch Zeichnung 4).
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Die
Stützrolle
(5) wird jetzt auf der Kreisbahn (Durchmesser der Statorscheibe
(2) „Hochlaufen” bis sie blockiert.
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Achtung:
hier ist der Begriff Hochlaufen nur in rein physikalischem Sinne
gebraucht. Tatsächlich
wird eine Strecke von weniger als 0,10 mm ”durchfahren”!
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Die
Blockierung kommt daher zustande, weil das Maß zwischen Rollenauflage (der
Stützrolle 7)
und der Gleitschlittenmitte (4) geringer ist als der Durchmesser
der Stahlscheibe (2).
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Voraussetzung
ist allerdings, dass das Stützlager
(7) von seiner Laufbahn (kleiner Durchmesser [Innendurchmesser
der Statorscheibe (2)]) abheben kann und somit der Drehpunkt
des Mitteljoches (3) der Befestigungsbolzen (4b)
des Gleitschlittens (4) ist. Auf einer weiteren Zeichnung
Nr. 1 ist der Gleitschlitten (4) nochmals zu erkennen.
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In
dieser Zeichnung ist noch einmal ein verstärktes Mitteljoch (3)
zu sehen, dass aber an der Mittelbohrung asymmetrisch gebohrt ist,
sodass eine Berührung
mit dem angedrehten Mittelbolzen (1b) während des „Hochlaufens” nicht
stattfinden kann.
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Die
lineare Kraft des Schubstangensystems (10) wird in die
Stützrolle
(5) eingeleitet, diese bewirkt eine Radialbewegung des
Mitteljochs (3). Es erfolgt dort eine (sehr große) Zugspannung.
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Vor
der Entscheidung zur Abmessung des Mitteljochs (3) sind
noch empirische Versuche durchzuführen, in wieweit das Maß verkürzt werden
kann. Je kleiner das Mitteljoch (3) ausgelegt werden kann,
desto geringer sind die Zugspannungen. Es ist allerdings zu berücksichtigen,
dass bei einem zu großen
Maßunterschied
(von Statorscheibedurchmesser (2) und Mitteljoch (3))
die zirkularen Kräfte
die tangentialen übersteigen,
was natürlich
einem Blockieren der Schubstange (10) abträglich ist!
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Hier
ist in der Entwurfsberechnung (kinematischen Berechung) zur unmittelbaren
Bestimmung der Abmessungen (Hauptabmessung, Auslegung und Auswahl
des Materiales des Mitteljochs (3)) besonders sorgfältig vorzugehen!
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Um
die Bauteile vor Überlastung
(Verdrehung und Aufbiegung des Mitteljochs (3)) zu schützen ist
eine Führungs-
und Fluchtungsrolle (5a) eingebaut, die das radiale Zugmoment
(Drehmoment quer zur Bolzenachse (6)) des Mitteljochs (3)
aufnimmt.
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In
der Zeichnung Nr. 1 ist eine vereinfachte Form des Stützrollen-Freilaufes
zu sehen. Man kann dort einen Deckel (31) erkennen der
auf einer Nabe sitzt und mit einer Gleitfläche das Mitteljoch (3)
im Planlauf fixiert. Es ist in dieser Zeichnung noch einmal das
Prinzip der Stützrolle
(5) mit der Fluchtungsrolle (5a) zu erkennen.
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Das
Stützmoment
der Fluchtungsrolle (5a) wird durch das Anliegen an den
Außendurchmesser
(des ausgedrehter Schachtes des Systemträgers (30)) erreicht.
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Wenn
das Mitteljoch (3) nicht weiter „weggedreht” werden
kann, also ein Stützmoment
zur Schubstange (10) aufgebaut wird, ist grundsätzlich die
wesentliche Funktion des Sperrmechanismuses erklärt!
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Es
folgt nun die Beschreibung des Lösevorganges:
Wird
die Kraft (Druckspannung) der Schubstange (10) kleiner,
ist solange keine Änderung
der Wirkmechanismen zu beobachten, bis das Kräftepaar zwischen Druck und
Zugspannung (zurückziehen
der Schubstange (10)) ausgeglichen ist, beginnt der Lösevorgang.
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Das
oben beschriebene „Kippspiel” von ca.
1/100 mm erzeugt jetzt die „Lösefunktion”. Zwischen
dem Stützlager
(7) und der Statorscheibe (2) ist beim Lösevorgang
kein Spalt, sodass die Laufbahn (kleiner Durchmesser [Innendurchmesser
der Stahlscheibe (2)]) zum tragen kommt. Der Drehpunkt
des Mitteljoches (3) ist das Stützlager (7). In diesem
Augenblicksmoment ist das Mitteljoch (3) ohne Zugspannung.
Das Mitteljoch (3) das als Zuggurt fungierte, ist entlastet,
was zunächst
ohne geometrische Auswirkung ist. Ein Lösespiel von ca. 1/100 mm sorgt
für eine
nun folgende zwanglose Veränderung
der Lageposition des Mitteljoches (3). Das Schubstangensystem
(10) kann ungehindert in eine „positive” Ausgangsituation (maximaler
Scherenaushub vor dem „Arbeitshub”) gebracht
werden.
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Eine
weitere Bewegung in die gleiche Richtung („positive” Ausgangsituation), bewirkt,
dass der Gleitschlitten (4) mit der Abstützung (4a)
(zwei federbelastete Kugeln) auf dem Umfang der Statorscheibe (2)
weiter geschoben wird.
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Das
geschieht so lange bis die Kraft (Zugkraft) der Schubstange (10)
die Richtung ändert
(in Druckspannung „positive” Ausgangsituation)
und niedergedrückt
wird.
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Die
Druck und Zugkräfte ändern sich
schnell und der Sperrmechanismus wird durch ein Fluid geschmiert
welches auch das Scherensystem (
10) benetzt.
| Besonderheit
zu der Zeichnung 1.
Eine (große) Deckplatte (31)
mit einer angedrehten Gleitfläche
hält das
Mitteljoch (3) in Position. Diese Deckplatte wird über einen
Mittelbolzen verschraubt und rotiert nicht.
Die (angedrehten
und flachgeschliffenen) Gleitflächen
sind so toleriert, dass das Mitteljoch (3) ein Spiel (zur Planfläche) von
max. 2/100 mm nicht überschreitet.
Auch hier ist durch Versuche zu ermitteln, ob diese Deckplatte (31)
benötigt
wird, oder durch eine angedrehte Scheibe des Exzentersystems (dort
an der Exzenterdoppelscheibe) eine Aufdickung des Abschlussdeckels
mit angedrehtem und angeschliffenem Spiegel. Es ist äußerste Sorgfalt
bei der maßlichen
Tolerierung zu wahren. |