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Die
Erfindung betrifft eine Freilauf-Brems-Vorrichtung mit einer Welle,
wobei die Welle in einer Richtung frei drehen kann und wobei in entgegengesetzter
Richtung der Bewegung eine Kraft beziehungsweise ein Moment entgegenwirkt.
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Zur
Realisierung derartiger Zwecke werden in der Praxis sogenannte Schlingfederkupplungen eingesetzt,
die handelsüblich
sind. Diese Schlingfederkupplungen weisen insbesondere den Nachteil auf,
dass die Bremswirkung und damit das bei der gebremsten Bewegungsrichtung
auftretende Bremsmoment nicht von der Größe einer auf die Welle wirkenden
Kraft abhängig
ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Freilauf-Brems-Vorrichtung der allgemeinen
Gattung zu schaffen, bei der in einer Bewegungs-Richtung der Welle
keine Bremswirkung auftritt und bei der bei der entgegengesetzten
Bewegungs-Richtung eine von der auf die Welle wirkenden Kraft abhängige Bremswirkung
auftritt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Der Kern der Erfindung liegt darin, dass beim Drehen der Welle in eine
Richtung keine Brems-Wirkung auf die Welle ausgeübt wird und dass die Bremse
dann wirkt, wenn die Welle in der entgegengesetzten Bewegungs-Richtung
gedreht wird, wobei der Reibungskoeffizient und damit die Reibungskraft
zwischen den Reibungs-Brems-Elementen direkt proportional zu der
Kraft ist, die in Richtung der Achse auf die Welle wirkt. Dies wird
durch die Ausgestaltung nach Anspruch 2 noch weiter sichergestellt.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Ansprüchen
3 bis 6.
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Durch
die Weiterbildung nach Anspruch 7 wird sichergestellt, dass beim
Verstellen in einer Richtung keine Brems-Wirkung auf die Spindel
ausgeübt
wird, dass also eine Längenverstellung
gegen die auf die Spindel-Mutter-Einheit
wirkende Kraft im Wesentlichen nur zur Überwindung dieser Kraft aufgewendet
werden muss. Dagegen greift die Bremse bereits dann, wenn die Spindel
relativ zur Spindel-Mutter nicht verstellt wird, wenn also das Längen-Verstell-Element
sich in einer eingestellten Position befindet. Außerdem wirkt
die Bremse dann, wenn Spindel und Spindel-Mutter in Richtung der Kraft verstellt
werden. Wenn das Längen-Verstell-Element als Höhen-Verstell-Element
an Tischen oder Arbeitsplatten eingesetzt wird, dann wird also die
Abwärts-Bewegung
gebremst. Diese Ausgestaltung hat zur Folge, dass die Gewinde von
Spindel und Spindel-Mutter gemäß Anspruch
8 als Trapez-Gewinde mit einer günstigen
Steigung gewählt werden
können,
die für
sich nicht selbsthemmend ist, wobei aber ein guter Wirkungsgrad
gegeben ist, also nur geringe Reibungsverluste beim Verdrehen von Spindel
zu Spindel-Mutter auftreten.
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Anspruch
10 gibt wieder, dass auch zwei der erfindungsgemäßen Freilauf-Brems-Einheiten auf
einer Welle angeordnet sein können.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der
Zeichnung. Es zeigt
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1 einen
Längsschnitt
durch eine erste Ausführungsform
eines als Höhen-Verstell-Element dienenden
Längen-Verstell- Elements mit einer
Freilauf-Brems-Vorrichtung nach der Erfindung,
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2 einen
Längsschnitt
durch eine zweite Ausführungsform
einer Freilauf-Brems-Vorrichtung,
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3 einen
Teil-Längsschnitt
durch eine dritte Ausführungsform
einer Freilauf-Brems-Vorrichtung und
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4 einen
Längsschnitt
durch eine vierte Ausführungsform
einer Freilauf-Brems-Vorrichtung.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 1 ist ein als Höhen-Verstell-Element dienendes
Längen-Verstell-Element 1 einerseits
an einem auf dem Boden 2 aufruhenden Fuß 3 und andererseits
an der Unterseite einer Tisch- oder
Arbeits-Platte 4 abgestützt.
Das Längen-Verstell-Element 1 weist
als Welle eine Gewinde-Spindel 5 auf, deren Außen-Gewinde 6 im
Innen-Gewinde 7 einer
Spindel-Mutter 8 geführt ist.
Die Gewinde 6, 7 sind als Trapez-Gewinde ausgebildet.
Die Spindel-Mutter 8 ist fest mit dem Fuß 3 verbunden.
Die Spindel-Mutter 8 ist hierbei so hoch über dem
Boden 2 angeordnet, dass die Spindel 5 in ihr
durch Drehen der Höhe
nach verstellt werden kann.
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An
der Unterseite der Platte 4 ist ein Lager-Gehäuse 9 angebracht,
in dem ein Zahnrad 10 und damit die Spindel 5 mittels
eines Radial-Lagers 11 drehbar gelagert ist. In das Zahnrad 10 greift
von außerhalb
des Gehäuses 9 ein
Ritzel 12 eines elektrischen Antriebs-Motors 13 ein,
der ebenfalls an der Unterseite der Platte 4 befestigt
ist. Das Zahnrad 10 ist drehfest mit der Spindel 5 verbunden,
beispielsweise dadurch, dass der das Zahnrad 10 auf nehmende
Verbindungs-Abschnitt 14 der Spindel 5 einen Mehrkant-Querschnitt aufweist.
In gleicher Weise kann jede andere geeignete drehfeste Verbindung zwischen
Zahnrad 10 und Spindel 5 hergestellt werden, beispielsweise
in Form einer Feder-Nut-Verbindung oder durch Aufschrumpfen des
Zahnrades 10 auf den Verbindungs-Abschnitt 14.
Durch die geschilderte Ausgestaltung kann bei entsprechendem Antrieb
des Motors 13 die Platte 4 relativ zum Fuß 3 verstellt,
das heißt
gehoben oder gesenkt werden.
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Im
Lager-Gehäuse 9 ist
weiterhin eine Freilauf-Brems-Einheit 15 angeordnet. Diese
weist ein Axial-Kugel-Lager 16 auf, dessen erster Lagerring 17 auf
einem Ringbund 18 der Spindel 5 abgestützt ist, der
zwischen dem Verbindungs-Abschnitt 14 und einem sich bis
zum freien Ende der Spindel 5 anschließenden Freilauf-Brems-Abschnitt 19 der
Spindel 5 ausgebildet ist. Das Lager 16 ist also
in Richtung der Achse 20 der Spindel 5 fest auf
dieser abgestützt. Der
zweite Lagerring 21 des Lagers 16 stützt sich
axial über
ein als Bremsscheibe 22 ausgebildetes Reibungs-Brems-Element
an einem ortsfest im Gehäuse 9 angebrachten
als Bremsbelag 23 ausgebildeten weiteren Reibungs-Brems-Element
ab. Die Brems-Elemente bilden eine Reibungs-Bremse. Bremsscheibe 22 und
Bremsbelag 23 erstrecken sich radial zur Achse 20.
Die Bremsscheibe 22 ist Teil einer Mitnehmer-Hülse 24,
die in sich einen Freilauf 25 aufnimmt, der wiederum auf
dem Freilauf-Brems-Abschnitt 19 angeordnet
ist. Der Freilauf 25 kann ein handelsüblicher Nadel-Freilauf sein,
der sich beim Drehen der Spindel 5 in einer Aufwärts-Bewegungs-Richtung 26 des
Längen-Verstell-Elementes 1 frei
durchdreht, während
er beim Drehen der Spindel 5 in eine Abwärts-Bewegungs-Richtung 27 des
Elementes 1 die Mitnehmer-Hülse 24 und damit auch
die Bremsscheibe 22 drehfest mit der Spindel 5 verbindet.
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Beim
Drehen der Spindel 5 in Aufwärts-Richtung 26 ist
das Gehäuse 9 durch
die Haftreibung zwischen dem Bremsbelag 23 und der Bremsscheibe 22 fest
mit dem oberen zweiten Lagerring 21 des Axial-Lagers 16 verbunden.
Diese Teile stehen still, während
sich die Spindel 5 dreht und somit der Freilauf-Brems-Abschnitt 19 frei
gegenüber
der Mitnehmer-Hülse 24 verdreht
wird. Der untere erste Lagerring 17 des Lagers 16 dreht
sich hierbei mit der Spindel 5. Mittels des Motors 13 muss
daher nur die von oben auf die Spindel 5 in Richtung ihrer
Achse 20 wirkende Last P gehoben werden.
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Wenn
dagegen die Platte 4 abgesenkt werden soll, die Spindel 5 also
in Abwärts-Richtung 27 angetrieben
wird, dann wird die Mitnehmer-Hülse 24 und
mit ihr die Bremsscheibe 22 mittels des blockierenden Freilaufs 25 mit
der Spindel 5 drehfest verbunden, so dass die Bremsscheibe 22 gegenüber dem
Bremsbelag 23 gedreht wird. Aufgrund der hierbei auftretenden
Reibungskräfte
findet also ein Bremseffekt statt. Der Bremseffekt ist umso größer, je
größer die
von oben über
die Platte 4 auf die Spindel 5 wirkende Kraft
P ist, da die Reibungskräfte
zwischen Bremsscheibe 22 und Bremsbelag 23 direkt proportional
der von oben hierauf wirkenden Kraft P sind. Die Abwärtsbewegung
der Platte 4 wird also gebremst. Das Bremsmoment muss vom
Antriebs-Motor 13 überwunden
werden. Im Stand wirkt zwischen der Bremsscheibe 22 und
dem Bremsbelag 23 Haftreibung, so dass Selbsthemmung erreicht
wird, da der Freilauf 25 unter der in Abwärts-Bewegungs-Richtung 27 wirkenden
Kraft P blockiert ist.
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Die
Ausführungsform
nach 2 unterscheidet sich von der nach 1 nur
hinsichtlich konstruktiver Einzelheiten, so dass für gleiche
Teile gleiche Bezugsziffern wie in 1 verwendet
werden und funktionell gleiche und konstruktiv andere Teile mit
der gleichen Bezugsziffer und einem hochgesetzten Strich bezeichnet
werden, ohne dass es hinsichtlich aller Einzelheiten einer erneuten
Beschreibung bedürft.
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Bei
der Ausführungsform
nach 2 wird die Gewinde-Spindel 5' von dem dem
Lager-Gehäuse 9' entfernten
Ende her angetrieben. Ein ebenfalls gegenüber der Tisch- oder Arbeitsplatte 4 ortsfester Antriebs-Motor 13' treibt mit
einer nicht dargestellten Schnecke ein Schneckenrad 10' an, das drehfest
mit einem Verbindungs-Abschnitt 14' der Spindel 5' verbunden ist.
Auf dem Außen-Gewinde 6' der Spindel 5' ist eine Spindel-Mutter 8 mit
ihrem Innen-Gewinde 7 abgestützt. Die Spindel-Mutter 8 ist
wiederum mit einem Fuß 3' verbunden,
der auf dem Boden 2 abgestützt sein kann.
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Ein
Freilauf-Brems-Abschnitt 19' der
Spindel 5' ist
im Lager-Gehäuse 9' gelagert. Das
Axial-Kugel-Lager 16 stützt
sich mit seinem unteren ersten Lagerring 17 auf einem Ringbund 18' ab, der am Übergang
der Spindel 5' in
den Freilauf-Brems-Abschnitt 19' ausgebildet ist. Auf dem Freilauf-Brems-Abschnitt 19' ist ein Freilauf 25' angeordnet,
auf dem eine Mitnehmer-Hülse 24' angeordnet ist,
an der eine von dieser nach innen vorspringende Bremsscheibe 22' einstückig ausgebildet
ist. Der Bremsscheibe 22' ist
axial wiederum ein Bremsbelag 23 zugeordnet, der ortsfest
in Gehäuse 9' angebracht ist.
Die Mitnehmer-Hülse 24' und mit ihr
die Bremsscheibe 22' nehmen
einen ringzylindrischen, also hülsenartigen
Elastomer-Körper 28 auf,
der sich über eine
Stützscheibe 29 auf
dem oberen zweiten Lagerring 21 des Axial-Kugel-Lagers 16 abstützt. Wird über die
Spindel 5' auf
das Axial-Lager 16 eine Kraft ausgeübt, wird die Stützscheibe 29 gegen
den Elastomer-Körper 28 gedrückt und
komprimiert diesen in Richtung der Achse 20, wodurch er
wiederum radial hierzu verbreitert wird. Durch diese Verformung
des elastischen Materials des Elastomer-Körpers wird eine reibschlüssige Verbindung
zwischen dem Freilauf 25' und
der Mitnehmer-Hülse 24' hergestellt.
Der Elastomer-Körper 28 bewirkt
insbesondere eine Reduktion von möglichen Geräuschen. Die Freilauf-Brems-Einheit 15' des in 2 dargestellten Längen-Verstell-Elementes 1' ist also konstruktiv
geringfügig
anders ausgebildet als die Einheit 15 des Längen-Verstell-Elementes 1 nach 1.
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Die
Funktion ist die gleiche, wie beim Ausführungsbeispiel nach 1,
das heißt
beim Drehen der Spindel 5' in
Aufwärts-Richtung 26 dreht
der Freilauf-Brems-Abschnitt 19' der Spindel 5' frei durch, das
heißt
die Bremsscheibe 22' liegt
fest und ungedreht am Bremsbelag 23 an. Der untere erste
Lagerring 17 dreht sich mit der Spindel 5', während der obere
zweite Lagerring 21 des Lagers 16 sich mit der Spindel 5' dreht.
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Bei
der Drehung der Spindel in Abwärts-Richtung 27 wird
die Mitnehmer-Hülse 24' mit der Bremsscheibe 22' über den
Elastomer-Körper 28 mit
dem Freilauf-Brems-Abschnitt 19' drehfest verbunden, also mit der
Spindel 5' gedreht.
Die Lagerringe 17, 21 führen wie beim Ausführungsbeispiel
nach 1 keine Relativbewegung gegeneinander aus. Zwischen
der Bremsscheibe 22' und
dem Bremsbelag 23 wirkt eine Reibungskraft, das heißt eine Bremskraft,
mittels derer die Abwärts-Bewegung
in Richtung 27 gebremst wird. Auch hier ist die Reibungs-Kraft
direkt proportional der von oben auf dem Bremsbelag 23 wirkenden
Kraft P.
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Die
Ausführungsform
nach 3 unterscheidet sich von den Ausführungsformen
nach den 1 beziehungsweise 2 im Wesentlichen
dadurch, dass ein anderer Freilauf 25'' vorgesehen
ist. Soweit mit den Ausführungsbeispielen
nach den 1 oder 2 gleiche
Teile vorhanden sind, werden die Bezugszeichen aus diesen Ausführungsbeispielen
verwendet, ohne dass es einer erneuten Beschreibung bedürfte. Funktionell
gleiche aber konstruktiv andere Teile werden mit dem gleichen Bezugszeichen
und einem hochgesetzten Doppelstrich bezeichnet.
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Am
oberen freien Ende der Mitnehmer-Hülse 24'' des
Freilauf-Brems-Abschnitts 19'' ist eine Klinken-Verzahnung 31 ausgebildet.
In diese Klinken-Verzahnung 31 greift eine Gegen-Verzahnung 32 einer
Mitnehmer-Scheibe 33 ein,
die drehfest, aber axial verschiebbar auf einem Dreh-Führungs-Ansatz 34 der
Spindel 5'' angeordnet
ist. Die Mitnehmer-Scheibe 33 wird
mittels einer vorgespannten Druck-Feder 35 gegen die Klinken-Verzahnung 31 der
Mitnehmer-Hülse 24'' gedrückt. Die Feder 35 wiederum
stützt
sich an einem Widerlager 36 ab, das am Ende des Ansatzes 34 angebracht
ist. Die Klinken-Verzahnung 31 ist in bekannter Weise so ausgebildet,
dass beim Drehen der Spindel 5'' in
Aufwärts-Richtung 26 die
Mitnehmer-Scheibe 33 sich mit der Spindel 5'' dreht, während die Mitnehmer-Hülse 24'' mit der Bremsscheibe 22'' sich nicht mitgedreht, sondern
ungedreht zwischen dem Bremsbelag 23 und dem oberen Lagerring 21 gehalten
wird. Die Mitnehmer-Scheibe 33 wird hierbei jeweils beim
Ineinandergreifen der Verzahnungen 31, 32 und
beim axialen Auseinanderschieben dieser Verzahnungen 31, 32 oszillierend
auf dem Ansatz 34 auf und ab bewegt.
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Beim
Drehen der Spindel 5'' in Abwärts-Richtung 27 greifen
die Verzahnungen 31, 32 fest ineinander, werden
also nicht in Richtung der Achse 20 auseinander gedrückt. Die
Mitnehmer-Hülse 24'' nimmt die Bremsscheibe 22'' mit, die in der bereits geschilderten
Weise die Abwärtsbewegung
in Richtung 27 bremst.
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Soweit
nach dem Ausführungsbeispiel
nach 4 gleiche Teile wie bei einem der vorhergehenden
Ausführungsbeispiele
verwendet werden, wird dasselbe Bezugszeichen verwendet, ohne dass
es einer erneuten Beschreibung bedarf. Funktionell gleiche aber
konstruktiv andere Teile werden mit der gleichen Bezugsziffer und
einem hochgesetzten Dreifachstrich bezeichnet.
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In
dem Lager-Gehäuse 9''' sind
zwei Freilauf-Brems-Einheiten 15 angeordnet, die spiegelsymmetrisch
zu einem gemeinsamen Axial-Kugel-Lager 16 angeordnet sind,
das an seinen beiden Seiten mittels Sicherungs-Ringen 37 an
einer Gewinde-Spindel 5''' in Richtung der Achse 20 festgelegt ist.
Beiderseits der beiden Freilauf-Brems-Einheiten 15 ist
das Gehäuse 9''' mittels
Radial-Lagern 11''' auf den Freilauf-Brems-Abschnitten 19''' der
Spindel 5''' abgestützt.
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Die
Spindel 5''' wird an einem Ende von einem ortsfest
gehaltenen Antriebs-Motor 13' angetrieben.
Auf der dem Antriebs-Motor 13' entgegengesetzten Seite des Lager-Gehäuses 9''' ist
die Spindel 5''' mit einem Außen-Gewinde 6''' versehen,
auf dem eine Spindel-Mutter 8''' angebracht
ist, die mit einer in den Richtungen 26''' bzw. 27''' verschiebbaren
Einrichtung 38 verbunden ist. Die Einrichtung 38 ist
nur in den Richtungen 26''' bzw. 27''' verschiebbar,
aber nicht mit der Spindel 5''' um die Achse 20 drehbar. Eine
der beiden Freilauf-Brems-Einheiten 15 ist bei der Bewegung
in der einen Richtung 26''' bzw. der anderen Richtung 27''' in
Bremsfunktion, während die
andere Einheit 15 frei läuft, weil ihre Bremsscheibe 22 zwischen
dem zugeordneten Lagerring 17 bzw. 21 und dem
zugeordneten Bremsbelag 23 festgehalten ist. Die Reibungs-Brems-Wirkung
der sich gegenüber
dem zugeordneten Bremsbelag 23 drehenden Bremsscheibe 22 hängt nur
von der Kraft P ab, die in Richtung 26''' bzw. 27''' über die
Spindel-Mutter 9''' in die Spindel 5''' eingebracht
wird. Bei starker axialer Kraft P findet also eine höhere Bremswirkung
statt als bei einer geringeren Axialkraft.