DE10360444B4

DE10360444B4 - Drehmoment-Freigabeeinrichtung

Info

Publication number: DE10360444B4
Application number: DE10360444.8A
Authority: DE
Inventors: Akihide Nagayama; Youichi Numada
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2023-12-23
Also published as: FR2849479A1; US20040134738A1; US7025185B2; FR2849479B1; KR20040060751A; JP2004211794A; DE10360444A1

Abstract

Drehmoment-Freigabeeinrichtung, die Folgendes aufweist: – ein erstes Teil (11) in Form einer Welle; – ein zweites Teil (12), das an einer radial äußeren Umfangsfläche des ersten Teiles (11) angeordnet und reibungsmäßig mit dem ersten Teil (11) in Eingriff bringbar ist, um die Übertragung eines Drehmomentes von dem ersten Teil (11) zu ermöglichen, aber weiterhin derart ausgebildet ist, dass es aus dem Reibungseingriff mit dem ersten Teil (11) freigegeben bzw. gelöst werden kann in einem Falle, in welchem ein anormales Drehmoment wirkt, so dass dadurch die Drehmomentübertragung verhindert wird; und – ein Lager (20, 21), das es ermöglicht, dass die beiden Teile (11, 12) sich relativ zueinander drehen, wenn die beiden Teile (11, 12) aus ihrem Reibungseingriff gelöst sind, wobei das Lager (20, 21) ein Schrägkugellager aufweist, dessen Laufringe mit einer Vorspannung beaufschlagt sind, die verhindert, dass Oberflächen der Laufringe des Lagers (20, 21) einem Reibverschleiß unterliegen, wobei das erste Teil (11) und das zweite Teil (12) sich gemeinsam drehen, wenn sich das Schrägkugellager in einem nicht-operativen Zustand befindet, wobei das erste Teil (11) oder das zweite Teil (12) eine Hydraulikölbahn (26) aufweist, die mit einem Drucköl beaufschlagbar ist, das zugeführt wird, um eine Druckkraft zwischen dem ersten Teil (11) und dem zweiten Teil (12) zu erzeugen, um das erste Teil (11) und das zweite Teil (12) in Reibungseingriff miteinander zu bringen, wobei aus der Hydraulikölbahn (26) das Drucköl beim Auftreten eines anormalen Drehmomentes ablassbar ist, so dass der Reibungseingriff der beiden Teile (11, 12) aufgelöst wird, wobei die Drehmoment-Freigabeeinrichtung zwischen einer Reduktionswalze und einem Motor angeordnet ist, um die Reduktionswalze anzutreiben, und wobei das erste Teil (11) auf der Seite des Motors angeordnet ist und das zweite zylinderförmige Teil (12) auf der Seite der Reduktionswalze angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmoment-Freigabeeinrichtung gemäß Patentanspruch 1.
Eine herkömmliche Drehmoment-Freigabeeinrichtung ist aus der japanischen Offenlegungsschrift JP0000H0587149A bekannt. Diese herkömmliche Drehmoment-Freigabeeinrichtung weist ein Wellenteil sowie ein Zylinderteil mit einer Hydraulikölbahn auf, wobei die Konstruktion so getroffen ist, dass seine innere Umfangsfläche gegen eine äußere Umfangsfläche des Wellenteiles angepreßt ist. Normalerweise steht das Zylinderteil mit dem Wellenteil in Eingriff durch einen Öldruck, welcher der Hydraulik-ölbahn zugeführt wird. Dadurch kann ein Drehmoment zwischen dem Wellenteil und dem Zylinderteil übertragen werden.
Eine Drehmomentreduzierung oder Drehmomentfreigabe findet statt, wenn das Wellenteil oder das Zylinderteil einer Belastung ausgesetzt sind, die einen vorgegebenen Wert überschreitet. Wenn die Last oberhalb des vorgegebenen Wertes bewirkt, dass das Zylinderteil an seiner inneren Umfangsfläche einen Schlupf aufweist, so wird das Drucköl in der Hydraulikölbahn nach außen abgelassen, um das Zylinder-teil aus seinem Eingriff mit dem Wellenteil freizugeben. Somit läuft das Zylinderteil leer, und die Drehmomentübertragung wird abgeschaltet.
Die japanische Offenlegungsschrift JP0000H0587149A gibt auch ein Lager an, das zwischen dem Wellenteil und dem Zylinderteil angeordnet ist. Das Lager sorgt für eine sanfte, relative Rotation zwischen dem Wellenteil und dem Zylinderteil, wenn das Wellenteil und das Zylinderteil aus ihrer gegenseitigen Kopplung freigegeben werden. Gemäß der japanischen Offenlegungsschrift JP 5-087 149 A ist das Lager als Rillenkugellager in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt.
Während des Normalbetriebes verhindert das bei der Drehmoment-Freigabeeinrichtung verwendete Lager eine Relativbewegung zwischen den Laufringen, den inneren und äußeren Laufringen, sowie den Wälzelementen, so dass die Laufringe und die Wälzelemente sich gemeinsam mit dem Wellenteil und dem Zylinderteil bewegen.
Wenn das Drehmoment beim Auftreten eines anormalen Drehmomentes freigegeben oder abgelassen wird, dann wird das Lager rasch in Betrieb gebracht, um es zu ermöglichen, dass sich das Wellenteil und das Zylinderteil relativ zueinander drehen.
Wenn das Lager ein Rillenkugellager ist, tritt jedoch ein Reibverschleiß zwischen den Kugeln und den Laufringoberflächen der jeweiligen Laufringe während des Normalbetriebes auf, also in einen Zustand, in welchem die Laufringe und die Kugeln keine Relativbewegung zueinander ausüben. Die Erfinder haben die nachstehend beschriebene Situation erkannt.
Wenn die Lager, die im Normalbetrieb einem Reibverschleiß unterliegen, rasch in Betrieb genommen werden, wenn also das Lager aus einem rotationsfreien Zustand in einen Rotationszustand mit hoher Drehzahl von beispielsweise einigen tausend Umdrehungen pro Minute gebracht wird, so unterliegt das Lager einem Versagen, beispielsweise einem sogenannten Anschmieren.
Das bedeutet, dass die Wälzkörper nicht einwandfrei auf den Laufringen abrollen, sondern wegen des Reibverschleißes bzw. einer Korrosion hängenbleiben und durchrutschen, wobei sie eine Schmierspur hinterlassen. Das führt dazu, dass das Drehmoment nicht zuverlässig freigegeben bzw. ausgeschaltet werden kann.
Eine Vorrichtung der hier angesprochenen Art ist auch aus der FR 1 496 834 A , der WO 2001075321 A1 ,, der GB 2 162 910 A , der JP H07 310 753 A , der DE 36 38 596 A1 und der GB 2 268 569 A bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Drehmoment-Freigabeeinrichtung anzugeben, die so ausgelegt ist, dass sie das Auftreten eines Reibverschleißes in dem Lager während der Drehmomentübertragung im Normalbetrieb verhindert, so dass die Drehmomentfreigabe im Bedarfsfall zuverlässig gewährleistet ist.
Die erfindungsgemäße Drehmoment-Freigabevorrichtung weist Folgendes auf: ein erstes Teil in Form einer Welle; ein zweites Teil, das an einer radial äußeren Umfangsfläche des ersten Teiles angeordnet und reibungsmäßig mit dem ersten Teil in Eingriff bringbar ist, um die Übertragung eines Drehmomentes von dem ersten Teil zu ermöglichen, aber weiterhin derart ausgebildet ist, dass es aus dem Reibungseingriff mit dem ersten Teil freigegeben bzw. gelöst werden kann in einem Falle, in welchem ein anormales Drehmoment wirkt, so dass dadurch die Drehmomentübertragung verhindert wird; und ein Lager, das es ermöglicht, dass die beiden Teile sich relativ zueinander drehen, wenn die beiden Teile aus ihrem Reibungseingriff gelöst sind, wobei das Lager ein Schrägkugellager aufweist, dessen Laufringe mit einer Vorspannung beaufschlagt sind, die verhindert, dass Oberflächen der Laufringe des Lagers einem Reibverschleiß unterliegen, wobei das erste Teil und das zweite Teil sich gemeinsam drehen, wenn sich das Schrägkugellager in einem nicht-operativen Zustand befindet, wobei das erste Teil oder das zweite Teil eine Hydraulikölbahn aufweist, die mit einem Drucköl beaufschlagbar ist, das zugeführt wird, um eine Druckkraft zwischen dem zweiten Teil und dem ersten Teil zu erzeugen, um das erste Teil und das zweite Teil in Reibungseingriff miteinander zu bringen, wobei aus der Hydraulikölbahn das Drucköl beim Auftreten eines anormalen Drehmomentes ablassbar ist, so dass der Reibungseingriff der beiden Teile aufgelöst wird, wobei die Drehmoment-Freigabeeinrichtung zwischen einer Reduktionswalze und einem Motor angeordnet ist, um die Reduktionswalze anzutreiben, und wobei das erste Teil auf der Seite des Motors angeordnet ist und das zweite zylinderförmige Teil auf der Seite der Reduktionswalze angeordnet ist.
Dies verhindert das Auftreten eines Reibverschleißes in dem Lager während des Normalbetriebes. Somit wird verhindert, dass das Lager einem Anschmieren ausgesetzt ist, auch wenn das Lager rasch in Betrieb genommen wird, wenn das Drehmoment freigegeben wird. Damit wird gewährleistet, dass das Drehmoment in zuverlässiger Weise freigegeben wird.
Es ist bevorzugt, wenn das Schrägkugellager an dem ersten Teil oder dem zweiten Teil mittels eines Abstandshalters montiert ist, um die Vorspannung auf die Laufringoberflächen des Schrägkugellagers aufzubringen. Auf diese Weise kann die erforderliche Vorspannung auf die Schrägkugellager mit dem jeweiligen Abstandshalter aufgebracht werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Abstandshalter zwischen dem ersten Teil und einem inneren Laufring des Schrägkugellagers angeordnet ist.
Die Erfindung wird nachstehend, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
1 eine Schnittansicht zur Erläuterung einer Drehmoment-Freigabeeinrichtung.
In 1 der Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung dargestellt. 1 zeigt eine Drehmoment-Freigabeeinrichtung 1, die in einem Energieübertragungssystem für ein Walzwerk verwendet wird und die zwischen einer nicht dargestellten Reduktionswalze und einem nicht dargestellten Motor angeordnet ist, um die Reduktionswalze anzutreiben.
Die Drehmoment-Freigabeeinrichtung 1 überträgt beim Normalbetrieb ein Drehmoment von dem Motor zu der Reduktionswalze. Im Falle einer Störung auf der Reduktionswalzenseite, wie z. B. einem Blockieren oder einem anormalen Drehmoment bzw. übermäßigen Drehmoment, ist die Einrichtung jedoch in der Lage, ein Drehmoment abzuschalten oder freizugeben, um die Übertragung des Drehmomentes von dem Motor zu der Reduktionswalze auszuschalten, und somit läuft der Motor im Leerlauf.
Die Drehmoment-Freigabeeinrichtung 1 weist ein erstes Teil 11, das mit dem Motor verbunden ist, und ein zweites Teil 12 auf, das mit der Reduktionswalze über ein nicht dargestelltes Universalgelenk oder Kreuzgelenk verbunden ist. Das erste Teil 11 ist in den Innenraum des zweiten Teiles 12 eingepasst.
Das erste Teil 11 ist in Form einer Welle ausgebildet, die einen Hauptwellenbereich 14 und einen äußeren Wellenbereich 15 aufweist, der auf den Hauptwellenbereich 14 aufgesetzt ist, um sich einheitlich und gemeinsam mit diesem zu drehen. Das erste Teil 11 wird rotationsmäßig von dem rotierenden Motor angetrieben.
Der äußere Wellenbereich 15 weist einen Bereich 16 mit größerem Durchmesser auf der einen axialen Seite sowie einen Bereich 17 mit kleinerem Durchmesser auf, der einen kleineren Durchmesser besitzt als der Bereich 16 mit größerem Durchmesser. Der Bereich 17 mit kleinerem Durchmesser hat einen Durchmesser, der kleiner als der des Hauptwellenbereiches 14 ist.
Es darf darauf hingewiesen werden, dass der äußere Wellenbereich 15 nicht notwendigerweise den Bereich 17 mit kleinerem Durchmesser besitzt. Der Bereich 17 mit kleinerem Durchmesser kann auch den gleichen Durchmesser haben wie der Bereich 16, der bei diesem Ausführungsbeispiel mit dem größeren Durchmesser vorgesehen ist.
Das zweite Teil 12 hat eine zylindrische Gestalt und ist auf eine äußere Umfangsseite des ersten Teiles 11 aufgesetzt, nämlich seinen äußeren Wellenbereich 15, und zwar über Wälzlager 20 und 21, die beispielsweise Kugellager sein können. Die Wälzlager 20 und 21 ermöglichen es dem ersten Teil 11 und dem zweiten Teil 12, sich relativ zueinander zu drehen.
Das zweite Teil 12 weist ein Verbindungszylinderteil 23 sowie ein äußeres Zylinderteil 24 auf. Das Verbindungszylinderteil 23 ist derart angeordnet, dass seine innere Umfangsfläche dazu ausgelegt ist, mit der äußeren Umfangsfläche des ersten Teiles an seinem äußeren Wellenbereich 15 in Kontakt zu kommen.
Das äußere Zylinderteil 24 ist auf das Verbindungszylinderteil 23 derart aufgesetzt, dass es sich zusammen mit diesem dreht. Ein Kupplungsteil 25 ist koaxial an dem Verbindungszylinderteil 23 in der Weise angebracht, dass es sich gemeinsam mit diesem dreht. Das Kupplungsteil 25 ist mit der Reduktionswalze über ein nicht dargestelltes Universalgelenk verbunden.
Eine Hydraulikölbahn 26 ist in dem äußeren Zylinderteil 24 eingeformt, und zwar an seiner inneren Umfangsfläche. Die Hydraulikölbahn 26 ist als ein axial langgestreckter Schlitz ausgebildet, der einen ringförmigen axialen Querschnitt besitzt. Die Hydraulikölbahn 26 ist dazu ausgelegt, dass sie von einem nicht dargestellten Versorgungsanschluss mit einem Drucköl versorgt wird.
In einem Zustand, in welchem die Hydraulikölbahn 26 mit dem Drucköl gefüllt wird, reduziert das Drucköl den Durchmesser des Verbindungszylinderteiles 23, so dass das Verbindungszylinderteil 23 gegen die äußere Umfangsfläche des ersten Teiles 11 gepreßt wird.
Infolgedessen werden das erste Teil 11 und das zweite Teil 12 in Reibungseingriff miteinander gebracht, so dass es möglich ist, das Drehmoment von dem Motor auf die Reduktionswalze zu übertragen. Das bedeutet, das erste Teil 11 und das zweite Teil 12 werden in eine gemeinsame einheitliche Rotation gebracht.
Die oben erwähnten Lager 20 und 21 sind an axial gegenüberliegenden Seiten außerhalb eines Bereiches angebracht, in welchem die äußere Umfangsfläche des äußeren Wellenbereiches 15 (des ersten Teiles 11) in Reibungseingriff mit der inneren Umfangsfläche des Verbindungszylinderteiles 23 (des zweiten Teiles 12) steht oder, mit anderen Worten, außerhalb eines Bereiches, in welchem sich die Hydraulikölbahn 26 erstreckt. Diese Wälzlager 20 und 21 sind als Schrägkugellager konstruiert.
Das eine Schrägkugellager 20 oder das erste Schrägkugellager ist bei der Darstellung in 1 auf der linken Seite angeordnet, also auf der Motorseite, wobei sein innerer Laufring 20a an dem Bereich 16 mit größerem Durchmesser des äußeren Wellenbereiches 15 (des ersten Teiles 11) angebracht ist, während sein äußerer Laufring 20b an dem äußeren Zylinderteil 24 (dem zweiten Teil 12) montiert ist.
Der äußere Laufring 20b des ersten Schrägkugellagers 20 ist fest positioniert, wobei seine beiden Endflächen oder Stirnseiten in axialer Richtung zwischen dem äußeren Zylinderteil 24 und einem Lagerpositionierungsteil 28 in axialer Richtung eingeklemmt sind. Der innere Laufring 20a des ersten Schrägkugellagers 20 ist hingegen mit einer Vorspannung beaufschlagt, die zu dem anderen Schrägkugellagers 21 hin gerichtet ist, und zwar mittels eines ringförmigen Abstandshalters 30, der an seiner Endfläche bzw. Stirnseite angeordnet ist, die dem anderen Schrägkugellager 21 entgegengesetzt ist.
Bei dem anderen Schrägkugellager 21 oder dem zweiten Schrägkugellager, das bei der Darstellung in 1 auf der rechten Seite angeordnet ist, erkennt man einen inneren Laufring 21a, der an dem Bereich 17 mit kleinerem Durchmesser des äußeren Wellenbereiches 15 (des ersten Teiles 11) angebracht ist, während sein äußerer Laufring 21b an dem Verbindungszylinderteil 23 (des zweiten Teiles 12) angebracht ist.
Der äußere Laufring 21b des zweiten Schrägkugellagers 21 ist fest positioniert, wobei seine beiden Endflächen oder Stirnseiten in axialer Richtung zwischen dem Verbindungszylinderteil 23 und einem Lagerpositionierungsteil 32 axial eingeklemmt sind.
Hingegen ist der innere Laufring 21a des zweiten Schrägkugellagers 21 mit einer Vorspannung beaufschlagt, die zu dem ersten Schrägkugellager 20 hin gerichtet ist, und zwar mittels eines ringförmigen Abstandshalters 34, der an seiner Endseite bzw. Stirnfläche angeordnet ist, die dem ersten Schrägkugellager 20 entgegengesetzt ist.
Die Abstandshalter 30 und 34 werden unter Berücksichtigung der nachstehenden Überlegungen vorbereitet und eingebaut. Zunächst erfolgt eine Messung hinsichtlich des Wertes der Druckbeaufschlagung, und auf dieser Grundlage beaufschlagt der Abstandshalter das Schrägkugellager 20 bzw. 21 mit einer Vorspannung. Die Abstandshalter 30 und 34 sind so ausgebildet, dass sie die vorgegebene Vorspannung ausüben, die dem Wert der Druckbeaufschlagung auf die Schrägkugellager 20 und 21 entspricht. Da die Drehmoment-Freigabeeinrichtung 1 derartige Winkel-kontakt-Wälzlager 20 und 21 verwendet, hat die Einrichtung eine erhöhte Belastbar-keit im Hinblick auf die Axialbelastung.
Im Zustand einer normalen Drehmomentübertragung, wobei sich das erste Teil 11 und das zweite Teil 12 gemeinsam miteinander drehen, sind auch die Schrägkugellager 20 und 21 in einem nicht-operativen Zustand, in welchem die inneren und äußeren Laufringe sowie die Wälzelemente keine relative Drehung ausüben. Auch in dem nicht-operativen Zustand ist die Einrichtung so ausgebildet, dass zuverlässig verhindert wird, dass die Oberflächen der Laufringe der Lager aufgrund der Vorspannung einer Abnutzung oder einem Reibverschleiß unterliegen.
Wenn das zweite Teil 12 einer anormalen Belastung ausgesetzt ist, die oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, beispielsweise als Folge des Auftretens eines Fressens auf der Reduktionswalzenseite, so erfolgt an der inneren Umfangsfläche des zweiten Teiles (12) an seinem Verbindungszylinder Teil 23 ein Schlupf relativ zu der äußeren Umfangsfläche des ersten Teiles 11 bzw. seines äußeren Wellenbereiches 15.
Die Anordnung ist so getroffen, dass der Schlupf bewirkt, dass das Drucköl aus der Hydraulikölbahn 26 abgegeben wird. Somit wird die innere Umfangsfläche des zweiten Teiles 12 nicht mehr gegen die äußere Umfangsfläche des ersten Teiles 11 angepreßt, und somit werden das erste Teil 11 und das zweite Teil 12 aus ihrem Eingriff miteinander freigegeben bzw. gelöst, so dass die Übertragung des Drehmomentes unterbunden wird.
Insbesondere ist es so, dass das zweite Teil 12 auf der Reduktionswalzenseite zum Stillstand gebracht wird, während das erste Teil 11 auf der Motorseite sich mit einer relativ hohen Geschwindigkeit drehen kann.
Die Schrägkugellager 20 und 21 im nicht-operativen Zustand werden momentan in eine Rotation mit hoher Geschwindigkeit oder in einen raschen Betrieb gebracht, und zwar gleichzeitig mit der Freigabe des Drehmomentes. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird die Vorspannung auf die Wälzlager ausgeübt, um einen Reibverschleiß oder eine Oberflächenkorrosion an den Oberflächen der Laufringe zu vermeiden, so dass bei den Wälzlagern 20 und 21 verhindert werden kann, dass diese einem Anschmieren oder dergleichen unterliegen.

Claims

Drehmoment-Freigabeeinrichtung, die Folgendes aufweist: – ein erstes Teil (11) in Form einer Welle; – ein zweites Teil (12), das an einer radial äußeren Umfangsfläche des ersten Teiles (11) angeordnet und reibungsmäßig mit dem ersten Teil (11) in Eingriff bringbar ist, um die Übertragung eines Drehmomentes von dem ersten Teil (11) zu ermöglichen, aber weiterhin derart ausgebildet ist, dass es aus dem Reibungseingriff mit dem ersten Teil (11) freigegeben bzw. gelöst werden kann in einem Falle, in welchem ein anormales Drehmoment wirkt, so dass dadurch die Drehmomentübertragung verhindert wird; und – ein Lager (20, 21), das es ermöglicht, dass die beiden Teile (11, 12) sich relativ zueinander drehen, wenn die beiden Teile (11, 12) aus ihrem Reibungseingriff gelöst sind, wobei das Lager (20, 21) ein Schrägkugellager aufweist, dessen Laufringe mit einer Vorspannung beaufschlagt sind, die verhindert, dass Oberflächen der Laufringe des Lagers (20, 21) einem Reibverschleiß unterliegen, wobei das erste Teil (11) und das zweite Teil (12) sich gemeinsam drehen, wenn sich das Schrägkugellager in einem nicht-operativen Zustand befindet, wobei das erste Teil (11) oder das zweite Teil (12) eine Hydraulikölbahn (26) aufweist, die mit einem Drucköl beaufschlagbar ist, das zugeführt wird, um eine Druckkraft zwischen dem ersten Teil (11) und dem zweiten Teil (12) zu erzeugen, um das erste Teil (11) und das zweite Teil (12) in Reibungseingriff miteinander zu bringen, wobei aus der Hydraulikölbahn (26) das Drucköl beim Auftreten eines anormalen Drehmomentes ablassbar ist, so dass der Reibungseingriff der beiden Teile (11, 12) aufgelöst wird, wobei die Drehmoment-Freigabeeinrichtung zwischen einer Reduktionswalze und einem Motor angeordnet ist, um die Reduktionswalze anzutreiben, und wobei das erste Teil (11) auf der Seite des Motors angeordnet ist und das zweite zylinderförmige Teil (12) auf der Seite der Reduktionswalze angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schrägkugellager (20, 21) an dem ersten Teil (11) oder dem zweiten Teil (12) mit einem Abstandshalter (30, 34) montiert ist, um die Vorspannung auf die Laufringe (20a, 21a) des Schrägkugellagers (20, 21) aufzubringen.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (30, 34) zwischen dem ersten Teil (11) und einem inneren Laufring (20a, 21a) des Schrägkugellagers (20, 21) angeordnet ist.