DE112010003838B4

DE112010003838B4 - Kegelrollenverriegelungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112010003838B4
Application number: DE112010003838.4T
Authority: DE
Inventors: John Nutter; George D. Larson; Allan Triebold
Original assignee: Reell Precision Manufacturing Corp
Current assignee: Reell Precision Manufacturing Corp
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2017-04-27
Anticipated expiration: 2030-10-21
Also published as: WO2011050081A1; GB201208880D0; GB2489122A; US9151342B2; US20110091270A1; GB2489122B; DE112010003838T5; US8746417B2; US20150129387A1

Abstract

Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110), die folgende Merkmale aufweist:
eine Welle (12, 112);
ein Gehäuse (14, 114), das über der Welle (12, 112) ausgebildet ist, für eine selektive relative Bewegung zu der Welle (12, 112);
eine Mehrzahl von Rollen (20, 210), die zwischen dem Gehäuse (14, 114) und der Welle (12, 112) angeordnet sind, wobei zumindest einige der Rollen (20, 210) kegelförmig sind;
einen Käfig (18, 118), der zwischen dem Gehäuse (14, 114) und der Welle (12, 112) und benachbart zu den Rollen (20, 210) angeordnet ist, wobei der Käfig (18, 118) eine Bewegung der Rollen (20, 210) zumindest teilweise hemmt; und
eine Steuerung (16, 116), die die Rollen (20, 210) axial relativ zu der Welle (12, 112) bewegt;
wobei das Gehäuse (14, 114) Rampen (30, 130) aufweist, um die Rollen (20, 210) aufzunehmen, wobei die Rampen (30, 130) eine gekrümmte Kontur aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rampen (30, 130) eine Mittelachse umfassen und einen zunehmenden Rampenwinkel aufweisen, wenn man sich weg von der Mittelachse bewegt, wodurch die gekrümmte Kontur gebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Anwendungen, bei denen eine Schwenk- oder Übersetzungs-Aktion zwischen zwei Baugliedern auftritt. Genauer gesagt bezieht sie sich auf ein Schwenken zur Übersetzung mit einer Verriegelung mit hoher Steifigkeit und einer unendlichen Positionierung in beiden Richtungen, während eine relativ niedrige Lösekraft beibehalten wird.
Bei einigen Anwendungen ist ein bidirektionales Verriegeln zwischen zwei Baugliedern nützlich, die sich relativ zueinander bewegen. Solche Anwendungen umfassen Sitzlehneneinstellungen für elektrische Rollstühle, Fußstützeinstellungen für Rollstühle, einstellbare Klinken für Manipulatoren mit Hilfsenergie, TV- oder Monitor-Träger und andere Anwendungen mit relativer Bewegung. Bei solchen Anwendungen ist eine genaue und unendliche Positionierung unter Umkehrung der Lastbedingung nützlich. Solche Anwendungen umfassen ferner wesentliche Ladekräfte.
Bei diesen Anwendungen ist üblicherweise ein bidirektionales Verriegeln und auch eine hohe Steifigkeit erwünscht, die dem Benutzer das Gefühl von Zuverlässigkeit gibt. Ferner wird versucht, eine Ablenkung unter Last zu minimieren, das heißt das Gefühl von „Rückfederung”. Häufig entriegeln diese Vorrichtungen unter Last nicht und entriegeln nur, wenn die Last unter einen bestimmten Schwellenpegel fällt, und eine Eingabe wird absichtlich angewendet, um diesen Freigabe- bzw. Lösemechanismus zu unterbrechen. Bei einigen Anwendungen werden bidirektionale Dual-Schlingfeder-Vorrichtungen für diese Funktion verwendet. Unter Umkehrung der Last jedoch beginnt die Ausgabe der Dual-Schlingfeder-Vorrichtung die Bewegung umzukehren durch eine Zone mit reduziertem Drehmoment und dann mit erhöhtem Drehmoment, bis die Bremse in der umgekehrten Richtung verriegelt. Diese Bewegung zwischen vollem Bremseingriff, wenn die Richtungen umgekehrt werden, wird manchmal als „Spiel” oder „niedrige Systemsteifigkeit” bezeichnet. Es ist häufig schwierig, diese Bewegung unter Wendelast zu verhindern.
Andere Anwendungen verwenden gegenüberliegende Rampenverriegelungen mit gerader Rolle bei einem Versuch, die niedrige Systemsteifigkeit zu überwinden. Gerade Rollen auf einer geraden Welle haben jedoch die Tendenz zu einer „Selbstverriegelung”, was große Lösekräfte erfordert, nachdem die angelegte Last entfernt ist.
Die DE 10 2005 016 934 A1 beschreibt einen Axialfreilauf mit einer zumindest im wesentlichen zylindrischen Welle, einem die Welle koaxial umgebenden Gehäuse und zwischen einer konischen Innenwandung des Gehäuses und der Welle angeordneten Spreizkörpern, welche eine Axialverschiebung der Welle relativ zum Gehäuse in nur eine Richtung ermöglichen. Als Spreizkörper sind Kegelrollen vorgesehen.
Die US 3,761,206 A beschreibt eine Fluidpumpe mit einem Rotor, der in einem Nockenring angeordnet ist. Der Nockenring hat eine sich verjüngende Oberfläche. Sich verjüngende Rollen sind durch Federn in Eingriff mit der Oberfläche gehalten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Rollenverriegelungsvorrichtung zu schaffen, die die oben erwähnten Probleme und Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch eine Rollenverriegelungsvorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Die beiliegenden Zeichnungen sind vorgesehen, um ein weiteres Verständnis der Ausführungsbeispiele zu geben und sind in diese Beschreibung eingelagert und bilden einen Teil derselben. Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, Prinzipien von Ausführungsbeispielen zu erklären. Andere Ausführungsbeispiele und viele der vorgesehenen Vorteile von Ausführungsbeispielen sind ohne weiteres erkennbar, wenn sie durch Bezugnahme auf die nachfolgende, detaillierte Beschreibung besser verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu relativ zueinander. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende, ähnliche Teile.
1 stellt eine auseinandergezogene Ansicht einer Rollenverriegelungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel dar.
2 stellt eine Querschnittansicht einer Rollenverriegelungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel dar.
3 stellt einen Teil einer Rollenverriegelungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel dar.
4 stellt eine Rollenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel dar.
5 stellt einen Teil einer Rollenverriegelungsvorrichtung dar, die ein Zentrierungsmerkmal umfasst, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
6 stellt eine Querschnittansicht eines Teils einer Rollenverriegelungsvorrichtung dar, die eine Rolle umfasst, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
7 stellt einen Teil einer Rollenverriegelungsvorrichtung dar, die eine Rampe in einem Gehäuse umfasst, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
8 stellt einen Teil einer Rollenverriegelungsvorrichtung dar, die eine Rampe in einem Gehäuse umfasst, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
9 ist ein Diagramm, das einen Teil einer Rampe von einem Gehäuse in einer Rollenverriegelungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt.
10 ist ein Diagramm, das eine Rampe von einem Gehäuse in einer Rollenverriegelungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt.
11 stellt eine auseinander gezogene Ansicht einer Rollenverriegelungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel dar.
In der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung wird Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen auf darstellende Weise spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Diesbezüglich wird eine Richtungsterminologie, wie z. B. „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „Vorder-”, „Hinter-”, etc., in Bezug auf die Ausrichtung der einen oder mehreren Figuren verwendet, die beschrieben werden. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Reihe von unterschiedlichen Ausrichtungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Darstellung verwendet und ist auf keine Weise einschränkend. Es wird darauf hingewiesen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen ausgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachfolgende, detaillierte Beschreibung soll daher nicht in einem einschränkenden Sinn betrachtet werden, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Merkmale der verschiedenen, exemplarischen Ausführungsbeispiele, die hierin beschrieben sind, miteinander kombiniert werden können, außer dies ist spezifisch anderweitig angegeben.
1 stellt eine Rollenverriegelungsvorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel dar. Die Rollenverriegelungsvorrichtung 10 umfasst eine Welle 12, ein Gehäuse 14, eine Steuerhülse 16, einen Käfig 18, Rollen 20, Rollenfedern 22 und eine Federabdeckung 24. Bei einem Ausführungsbeispiel ermöglicht die Rollenverriegelungsvorrichtung 10, dass die Welle 12 und das Gehäuse 14 relativ zueinander sowohl in der Richtung im als auch gegen den Uhrzeigersinn geschwenkt oder gedreht werden.
In Betrieb kann die Rollenverriegelungsvorrichtung 10 abwechselnd verriegelt und entriegelt werden, mit einer axialen Betätigung der Steuerhülse 16, so dass die Welle 12 und das Gehäuse 14 abwechselnd an einer relativen Drehung gehindert werden oder diese erlaubt wird. In einem „Eingriffs- oder „verriegelten” Zustand der Rollenverriegelungsvorrichtung 10 kann eine Last relativ entweder zu der Welle 12 oder dem Gehäuse 14 getragen werden. In diesem Zustand wird die Steuerhülse 16 in Verriegelungsrichtung 15 bewegt (siehe 2), wodurch es den Rollen 20 ermöglicht wird, sich weg von der Federabdeckung 24 unter der Kraft von den Rollenfedern 22 zu bewegen. Dies verursacht, dass sich die Rollen 20 zwischen Welle 12 und Gehäuse 14 verkeilen, wodurch ihre relative Drehung verhindert wird und die angebrachte Last gestützt wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Rollenverriegelungsvorrichtung 10 aus diesem verriegelten Zustand in einen „unverriegelten” oder „außer Eingriff gebrachten” Zustand gelöst werden, nach Betätigung der Steuerhülse 16 in der Freigabe- bzw. Löse-Richtung 17. In diesem Zustand, wenn die Steuerhülse 16 in der Löserichtung 17 bewegt wird, zwingt sie die Rollen 20 hin zu der Federabdeckung 24, wodurch die Kraft von den Rollenfedern 22 überwunden wird. Dies verursacht, dass sich die Rollen 20 aus der verkeilten Position zwischen Welle 12 und Gehäuse 14 bewegen, wodurch die Rollenverriegelungsvorrichtung 10 aus dem verriegelten Zustand gelöst wird, was eine relative Drehung der Welle 12 und des Gehäuses 14 erlaubt und erlaubt, dass sich die Last aus ihrer gestützten Position bewegt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Lösekraft, die zum Lösen der Steuerhülse 16 erforderlich ist, unabhängig von der auf entweder Welle 12 oder Gehäuse 14 ausgeübten Last, sobald die Last entfernt ist.
2 stellt eine Querschnittansicht einer Rollenverriegelungsvorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel dar. Wie in der Fig. offensichtlich ist, sind die Rollen 20 kegelstumpfförmig, das heißt, als abgeschnittene Kegel geformt, die an einem Ende einen größeren Durchmesser aufweisen und hin zu einem geringeren Durchmesser an einem gegenüberliegenden Ende verjüngt sind. Wie ferner in der Fig. dargestellt ist, ist bei einem Ausführungsbeispiel die Welle 12 gerade, mit einem konstanten Durchmesser entlang ihrer Länge. Ferner ist in 2 eine Buchse 25 zwischen Welle 12 und Federabdeckung 24 dargestellt.
Obwohl einige Kegelrollenkonfigurationen in der Technik bekannt sind, erzeugt die Kombination einer geraden Welle und einer kegelförmigen Rolle eine Schwierigkeit bei der Beibehaltung eines einheitlichen Kontakts zwischen den kegelförmigen Rollen und der einheitlichen Welle. Da sich ein Ende der Rolle während einer gegebenen Drehung entlang einer einheitlichen Welle weiter bewegt als das andere Ende, besteht eine Unebenheit. Folglich kann Schlupf zwischen denselben, eine Verringerung der Systemsteifigkeit oder beides entstehen. Folglich waren solche Vorrichtungen üblicherweise durch eine niedrige Lasttragekapazität gekennzeichnet.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Rollenverriegelungsvorrichtung 10 jedoch ist das Gehäuse 14 mit entsprechenden Rampen 30 innerhalb des Gehäuses 14 ausgebildet, die ausgebildet sind, kegelförmige Rollen 20 aufzunehmen. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Rampen 30 derart ausgebildet, dass ein relativ einheitlicher Kontakt zwischen den Rollen und der Welle 12 und zwischen den Rollen 20 und der Rampe 30 beibehalten wird.
3 stellt einen Teil einer Rollenverriegelungsvorrichtung 10 dar, die einen Käfig 18, Rollen 20, Rollenfedern 22 (besser dargestellt in 2 und 4) und eine Federabdeckung 24 umfasst. Der Käfig 18 ist ausgebildet, um jede der Rollen 20 aufzunehmen und sie für einen Kontakt zwischen dem Gehäuse 14 und der Welle 12 zu positionieren und auszurichten. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Käfig 18 ausgebildet, um eine Steuerhülse 16 derart in Eingriff zu nehmen, dass Käfig 18 und Rollen 20 sich alle axial in der Verriegelungs- und Löse-Richtung 15 und 17 bewegen, wobei eine Kraft auf die Steuerhülse 16 ausgeübt wird.
4 stellt eine Rollenanordnung 23 dar, die eine Rolle 20 und eine Rollenfeder 22 umfasst. Ein Ende der Rolle 20 weist einen größeren Durchmesser 20b auf und das andere Ende weist einen kleineren Durchmesser 20a auf. Bei einem Ausführungsbeispiel weist jede Rolle 20 eine entsprechende Rollenfeder 22 auf, die sich von einem ihrer Enden erstreckt. Bei einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Feder 22 in das Ende des größeren Durchmessers 20b der Rolle 20. Aufgrund der ungleichen Durchmesser der Enden der Rollen 20 neigen die Rollen 20 dazu, sich aus der axialen Ausrichtung mit der Welle 12 während der Drehung zu bewegen. Der Käfig 18 richtet jede der Rollen 20 aus, um sicherzustellen, dass sie während der Drehung im Wesentlichen parallel zu der Welle 12 bleiben.
Bei einem Ausführungsbeispiel sitzt die Feder 22 in einem Zentrierungsmerkmal 26 auf der Federabdeckung 24. 5 stellt Rollen 20 dar, die in entsprechenden Zentrierungsmerkmalen 26 eingesetzt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Zentrierungsmerkmal 26 relativ zu einer Oberfläche einer Federabdeckung 24 ausgenommen und kann dadurch das Ende mit größerem Durchmesser 20b der Rolle 20 aufnehmen. Wenn die Rollenverriegelungsvorrichtung 10 in ihren unverriegelten Zustand bewegt wird, wird jede der Rollen 20 axial entlang der Welle 12 hin zu der Federabdeckung 24 gedrückt, so dass sie das Gehäuse 14 nicht mehr kontaktieren. Um sicherzustellen, dass keine der Rollen 20 das Gehäuse 14 kontaktiert, wenn sie gelöst werden, sind Zentrierungsmerkmale 26 bereitgestellt, um die Rollen 20 axial mit der Welle 12 durch Ineingriffnehmen des Endes mit größerem Durchmesser 20b ausgerichtet zu halten. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Breite W₂₆ des Zentrierungsmerkmals 26 etwas größer als der Radius über das Ende mit größerem Durchmesser 20b der Rolle 20, derart, dass sich die Rolle 20 etwas in einer senkrechten Richtung zu der Welle 12 bewegen kann, aber immer noch in dem Zentrierungsmerkmale 26 enthalten ist, um im Wesentlichen parallel zu der Welle 12 zu bleiben.
6 stellt einen Teil bzw. Abschnitt einer Rollenverriegelungsvorrichtung 10 dar. Ein Abschnitt des Gehäuses 14 ist über einer Rolle 20 dargestellt, die ihrerseits über der Welle 12 dargestellt ist. Eine Rampe 30 ist in dem Gehäuse 14 benachbart zu der Rolle 20 dargestellt. In der Fig. ist die Rollenverriegelungsvorrichtung 10 in dem unverriegelten Zustand, derart, dass ein Zwischenraum 27 zwischen Rolle 20 und Gehäuse 14 vorliegt, derart, dass das Gehäuse 14 und die Welle 12 frei sind, sich relativ zueinander zu bewegen, ohne dass sich die Rolle 20 gegen die Rampe 30 verkeilt, zwischen Gehäuse 14 und Welle 12.
Zusammen mit dem Zentrierungsmerkmale 26 stellt das Gehäuse 18 ferner sicher, dass die Rolle 20 axial mit der Welle 12 ausgerichtet bleibt, das heißt an einer Links- und Rechts-Bewegung gehindert wird, wie in 6 dargestellt ist, derart, dass sich die Rolle 20 nicht verfrüht gegen die Rampe 30 verkeilt. Wenn die Rollen 20 nicht zu der Mitte der Gehäuserampe 30 gedrängt werden würden, könnten sie sich bewegen und die Rampe 30 in der einen oder der anderen Richtung kontaktieren, was die Bewegung in dieser Richtung stoppen würde, was zu einer verfrühten Verriegelung führen würde.
Wenn die Rollenverriegelungsvorrichtung 10 aus dem unverriegelten Zustand, dargestellt in 6, in ihren verriegelten Zustand übergeht, drücken die Rollenfedern 22 die Rollen 20 in die Rampen 30 – wodurch Rollen 20 in die Seite gedrückt werden, wie in 6 dargestellt ist. Wenn dies auftritt und bevor eine relative Drehung zwischen Welle 12 und Gehäuse 14 erfolgt, ist die Rollenverriegelungsvorrichtung 10 in einem „neutralen Zustand”. In diesem neutralen Zustand hat die Rolle 20 zwei Kontaktlinien mit der Rampe 30 – eine auf jeder Seite der Rampenmittelachse 31 – und eine Kontaktlinie mit der Welle 12. Jede dieser Kontaktlinien verläuft axial parallel zu der Welle 12.
Wenn eine relative Drehung zwischen Welle 12 und Gehäuse 14 eingeleitet wird, hält die Rolle 20 in jeder Richtung zwei Kontaktlinien: eine Kontaktlinie mit der Welle 12 und eine Kontaktlinie mit der Rampe 30. Die Kontaktlinie, die mit Rampe 30 beibehalten wird, ist auf der Seite der Mittelachse 31 hin zu der die Rolle 20 sich unter der eingeführten Drehkraft bewegt. Auf diese Weise ist die Rollenverriegelungsvorrichtung 10 eine echte, bidirektionale Vorrichtung, insofern, als eine Kontaktlinie mit der Rampe 30 beibehalten wird, wenn die Vorrichtung von dem neutralen in den in Eingriff genommenen Zustand übergeht, egal, welche Drehrichtung eingeleitet wird. Ein Beibehalten der Kontaktlinien zwischen sowohl Welle 12 als auch Gehäuse 14 minimiert den Spielraum zwischen Welle 12 und Gehäuse 14 und maximiert die Ineingriffnahme.
7 und 8 stellen einen Teil einer Rollenverriegelungsvorrichtung 10 dar und stellen ferner Rampen 30 des Gehäuses 14 dar. In 8 ist die Rolle 20 unterbrochen gezeigt mit teilweise gepunkteten Linien, um die Rampe 30 besser zu sehen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Rampe 30 ausgebildet, um sicherzustellen, dass ein optionaler Winkel während des Ladens beibehalten wird, wobei sichergestellt wird, dass die Rollenverriegelungsvorrichtung 10 in Betrieb eine maximale Steifigkeit aufweist.
Jede Rampe 30 weist eine Rampenmittelachse 31 auf, entlang der die Rolle 20 axial ausgerichtet sein kann. Da die Rollen 20 konisch geformt sind, mit einem kleineren Durchmesser 20a an einem Ende und einem größeren Durchmesser 20b an dem Anderen, ist die Rampe 30 entsprechend ausgebildet, um eine kleinere Rampenseite 30a an einem Ende (benachbart zu dem kleineren Durchmesser 20a der Rolle 20), und eine größere Rampenseite 30b an dem anderen Ende (benachbart zu dem größeren Durchmesser 20b der Rolle 20) aufzuweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Rampe 30 symmetrisch um ihre Mittelachse 31 und somit um die Mitte der Rolle 20.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Rampe 30 mit einer gekrümmten Oberfläche mit einem zunehmenden Rampenwinkel ausgebildet, wenn sich die Oberfläche von der Mittelachse 31 bewegt. 9 stellt die gekrümmte Rampenoberfläche 32 gemäß einem Ausführungsbeispiel dar. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Rampe 30 eine gekrümmte Rampenoberfläche 32 auf, derart, dass sich der Rampenwinkel allmählich erhöht, wenn sich die Rolle weg von der Mittelachse 31 in beiden Richtungen der Rampe 30 bewegt. Ein Teil der Rolle 20 ist benachbart zu der Rampenmittelachse 31 dargestellt.
Wie offensichtlich ist, wenn sich die Rolle 20 weg von der Mittelachse 31 und entlang der gekrümmten Rampenoberfläche 32 bewegt, nimmt der Winkel der Kontur der Rampenoberfläche 32 allmählich zu. Als Bezuglinie ist eine gerade Rampe 33 bereitgestellt, um darzustellen, wie eine gerade Rampe im Vergleich aussehen würde. Anders ausgedrückt weist die gerade Bezugsrampe 33 eine lineare Neigung auf, wohingegen die Neigung der Rampenoberfläche 32 nicht linear variiert.
Eine Rampe 30 mit der gekrümmten Kontur der gekrümmten Rampenoberfläche 32 erhöht die Steifigkeit der Rollenverriegelungsvorrichtung 10, da die Rolle 20 das Gehäuse 14 an dem gewünschten Rampenwinkel sowohl in der Drehrichtung im als auch gegen den Uhrzeigersinn zwischen Welle 12 und Gehäuse 14 kontaktiert (da die Rampe 30 symmetrisch um die Mittelachse 31 ist). Wenn sich die Rolle 20 weg von der Rampenmittelachse 31 und entlang der gekrümmten Rampenoberfläche 32 bewegt, liegt eine zunehmende Kompressionskraft auf die Rolle 20 vor, wenn sie zwischen Welle 12 und Gehäuse 14 verkeilt ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Rampe 30 ferner eine verdrehte Rampenoberfläche auf. 10 ist ein Diagramm, das eine Rampe 30 von dem Gehäuse 14 in einer Rollenverriegelungsvorrichtung 10 darstellt. In der Darstellung sind die Enden der Rolle 20 mit Kreisen dargestellt. Der größere Kreis stellt das Ende der Rolle 20 mit dem größeren Durchmesser 20b dar und ist benachbart zu einer größeren Rampenkante 30b. Der kleinere Kreis stellt das Ende der Rolle 20 mit dem kleineren Durchmesser 20a dar und ist benachbart zu einer kleineren Rampenkante 30a. Wenn die konische Rolle 20 auf der geraden Welle 12 rollt, bewegt sich das Ende der Rolle 20 mit dem größeren Durchmesser 20b weiter als es das Ende der Rolle 20 mit dem kleineren Durchmesser 20a tut. Bei einem Ausführungsbeispiel, um die Belastung zwischen Rolle 20 und Gehäuse 14 auszugleichen, ist die Rampe 30 mit einer verdrehten Rampenoberfläche ausgebildet, mit einer kürzeren Rampenkante 30a an einem Ende und einer größeren Rampenkante 30b an dem Anderen. Dieser Entwurf hilft dabei, eine höhere Steifigkeit zu erzeugen und hilft, die Drehmomentdichte des Entwurfs zu maximieren.
Die verdrehte Rampenoberfläche der Rampe 30 ist ferner dargestellt durch Vergleichen relativer Winkel zwischen den Tangentenlinien T1 und T2 und der Mittelachse 31. Die erste Tangentenlinie T1 ist durch eine Linie definiert, die durch Tangentenpunkte an dem Ende der kleineren Rampenkante 30a verläuft und die zweite Tangentenlinie T2 ist durch eine Linie definiert, die durch Tangentenpunkte an dem Ende der größeren Rampenkante 30b verläuft. Der Winkel zwischen Tangentenlinie T1 und Mittelachse 31 ist α1. Der Winkel zwischen Tangentenlinie T2 und Mittelachse 31 ist α2. Die Differenz zwischen diesen Winkeln, α2 – α1, definiert die verdrehte Rampenoberfläche der Rampe 30.
11 stellt eine Rollenverriegelungsvorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel dar. Die Rollenverriegelungsvorrichtung 110 umfasst eine Welle 112, ein Gehäuse 114, das Rampen 130 umfasst, eine Steuerschaltung 116, Käfig 18, Rollen 120, Rollenfedern 122 und die Federabdeckung 124. Bein einem Ausführungsbeispiel ermöglicht die Rollenverriegelungsvorrichtung 110, dass die Welle 112 linear relativ zu dem Gehäuse 114 sowohl in einer Aufwärts- als auch Abwarts-Richtung bewegt wird, wie in der Fig. gezeigt ist. Die Operation der Komponenten einer Rollenverriegelungsvorrichtung 110 funktioniert ähnlich zu jenen, die oben mit Bezug auf die Rollenverriegelungsvorrichtung 10 beschrieben sind.
In Betrieb kann die Rollenverriegelungsvorrichtung 110 abwechselnd verriegelt und entriegelt werden, mit einer axialen Betätigung des Steuerschalters 116, derart, dass Welle 12 und Gehäuse 14 abwechselnd an einer relativen Bewegung gehindert werden bzw. diese zugelassen wird. In einem „verriegelten Zustand” der Rollenverriegelungsvorrichtung 110 kann eine Last relativ zu entweder Welle 112 oder Gehäuse 14 unterstützt werden. In diesem Zustand wird der Steuerschalter 116 in Verriegelungsrichtung 115 bewegt, wodurch erlaubt wird, dass sich die Rollen 120 weg von der Federabdeckung 124 bewegen, unter einer Kraft von den Rollenfedern 122. Dies verursacht, dass sich die Rollen 120 zwischen Welle 112 und Gehäuse 114 verkeilen, wodurch ihre relative Bewegung verhindert wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Rollenverriegelungsvorrichtung 110 aus diesem verriegelten Zustand in einen „unverriegelten” oder „außer Eingriff gebrachten” Zustand gelöst werden durch Betätigung des Steuerschalters 116 in der Löserichtung 117. In diesem Zustand, wenn der Steuerschalter 116 in der Löserichtung 117 bewegt wird, zwingt er die Rollen 120 hin zu einer Federabdeckung 124, wodurch die Kraft von den Rollenfedern 122 überwunden wird. Dies verursacht, dass sich die Rollen 120 aus der verkeilten Position zwischen Welle 112 und Gehäuse 14 bewegen, wodurch die Rollenverriegelungsvorrichtung 110 aus dem verriegelten Zustand gelöst wird, was eine relative lineare Bewegung der Welle 112 durch das Gehäuse 114 erlaubt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Lösekraft, die zum Lösen des Steuerschalters 116 erforderlich ist, unabhängig von der Last, die entweder auf die Welle 112 oder das Gehäuse 114 ausgeübt wird.
Wie in 11 dargestellt ist, umfasst das Gehäuse 114 Rampen 130, die bei einem Ausführungsbeispiel sowohl mit gekrümmten als auch verdrehten Oberflächen konfiguriert sind, wie oben Bezug nehmend auf die Rollenverriegelungsvorrichtung 10 beschrieben ist. Wie bei der Rollenverriegelungsvorrichtung 10 oben sind die Rollen 120 wiederum kegelstumpfförmig mit einem größeren Durchmesser an einem Ende und verjüngt zu einem kleineren Durchmesser an dem gegenüberliegenden Ende. Wie ebenfalls oben erwähnt wurde, sind das Gehäuse 114 und die Rampen 130 ausgebildet, um kegelförmige Rollen 120 sowohl mit gekrümmter als auch verdrehter Oberfläche aufzunehmen. Somit sind die Rampen 130 derart konfiguriert, dass ein relativ einheitlicher Kontakt zwischen Rollen 120 und Welle 112 und zwischen Rollen 120 und Rampe 130 beibehalten wird. Dies stellt sicher, dass ein optimaler Winkel während des Ladens beibehalten wird, wodurch sichergestellt wird, dass die Rollenverriegelungsvorrichtung 110 in Betrieb eine maximale Steifigkeit aufweist.
Obwohl hierin spezifische Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben wurden, werden Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet erkennen, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder entsprechenden Implementierungen für die spezifischen Ausführungsbeispiele eingesetzt werden kann, die gezeigt und beschrieben wurden, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin erörterten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist es beabsichtigt, dass diese Erfindung nur durch die Ansprüche und ihre Entsprechungen eingeschränkt ist.

Claims

Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110), die folgende Merkmale aufweist: eine Welle (12, 112); ein Gehäuse (14, 114), das über der Welle (12, 112) ausgebildet ist, für eine selektive relative Bewegung zu der Welle (12, 112); eine Mehrzahl von Rollen (20, 210), die zwischen dem Gehäuse (14, 114) und der Welle (12, 112) angeordnet sind, wobei zumindest einige der Rollen (20, 210) kegelförmig sind; einen Käfig (18, 118), der zwischen dem Gehäuse (14, 114) und der Welle (12, 112) und benachbart zu den Rollen (20, 210) angeordnet ist, wobei der Käfig (18, 118) eine Bewegung der Rollen (20, 210) zumindest teilweise hemmt; und eine Steuerung (16, 116), die die Rollen (20, 210) axial relativ zu der Welle (12, 112) bewegt; wobei das Gehäuse (14, 114) Rampen (30, 130) aufweist, um die Rollen (20, 210) aufzunehmen, wobei die Rampen (30, 130) eine gekrümmte Kontur aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampen (30, 130) eine Mittelachse umfassen und einen zunehmenden Rampenwinkel aufweisen, wenn man sich weg von der Mittelachse bewegt, wodurch die gekrümmte Kontur gebildet ist.
Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) gemäß Anspruch 1, bei der die Rampen (30, 130) um die Mittelachse symmetrisch sind.
Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) gemäß Anspruch 1, bei der die Rampen (30, 130) eine verdrehte Rampenoberfläche aufweisen.
Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) gemäß Anspruch 3, bei der die Rampen (30, 130) eine erste und zweite gegenüberliegende Rampenseiten aufweisen, wobei die erste Rampenseite länger ist als die zweite Rampenseite, wodurch eine verdrehte Rampenoberfläche gebildet ist.
Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) gemäß Anspruch 1, bei der eine axiale Bewegung der Rollen (20, 210) abwechselnd eine Verriegelung der Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) in einen verriegelten Zustand, in dem keine relative Bewegung zwischen der Welle (12, 112) und dem Gehäuse (14, 114) möglich ist, und eine Entriegelung der Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) in einen entriegelten Zustand, in dem eine relative Bewegung zwischen der Welle (12, 112) und dem Gehäuse (14, 114) möglich ist, bewirkt.
Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) gemäß Anspruch 5, bei der eine Last entweder mit der Welle (12, 112) oder dem Gehäuse (14, 114) gekoppelt ist, wobei die Last gehalten ist, wenn die Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) verriegelt ist, und wobei die Last gelöst ist, wenn die Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) entriegelt ist.
Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) gemäß Anspruch 5, bei der sich die Welle (12, 112) in dem Gehäuse (14, 114) dreht, wenn die Rollenverriegelung in dem entriegelten Zustand ist.
Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) gemäß Anspruch 6, bei der sich die Welle (12, 112) linear durch das Gehäuse (14, 114) bewegt, wenn die Rollenverriegelung in dem entriegelten Zustand ist.
Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) gemäß Anspruch 1, die ferner eine Federabdeckung (24, 124) aufweist, die mit dem Gehäuse (14, 114) gekoppelt ist und mit Ausnehmungen ausgebildet ist, um Rollenfedern aufzunehmen, die mit den Rollen (20, 210) gekoppelt sind, wobei die Ausnehmungen Zentrierungsmerkmale (26) zum Zentrieren der Rollen (20, 210) auf einer Mittelachse der Rampen (30, 130) aufweisen.
Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) gemäß Anspruch 1, bei der der Käfig jede der Rollen (20, 210) axial mit der Welle (12, 112) während der Drehung ausrichtet.
Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) gemäß Anspruch 1, bei der jede der Mehrzahl der Rollen (20, 210) kegelstumpfförmig ist.
Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) gemäß Anspruch 1, bei der in einem neutralen Zustand jede Rolle (20, 210) zwei Kontaktlinien mit der Rampe (30, 130) und eine Kontaktlinie mit der Welle (12, 112) hat, und bei der in einem verriegelten Zustand jede Rolle (20, 210) eine Kontaktlinie mit der Rampe (30, 130) und eine Kontaktlinie mit der Welle (12, 112) hat.
Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) gemäß Anspruch 12, bei der die Rampen (30, 130) eine erste und zweite gegenüberliegende Rampenseite aufweisen, wobei die erste Rampenseite länger ist als die zweite Rampenseite, wodurch eine verdrehte Rampenoberfläche gebildet ist.
Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) gemäß Anspruch 12, bei der eine axiale Bewegung der Rollen (20, 210) abwechselnd eine Verriegelung der Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) in einen verriegelten Zustand, in dem keine relative Drehung zwischen der Welle (12, 112) und dem Gehäuse (14, 114) möglich ist, und eine Entriegelung der Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) in einen entriegelten Zustand, in dem eine relative Drehung zwischen der Welle (12, 112) und dem Gehäuse (14, 114) möglich ist, bewirkt.
Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) gemäß Anspruch 12, die ferner eine Federabdeckung (24, 124) aufweist, die mit dem Gehäuse (14, 114) gekoppelt ist und mit Ausnehmungen ausgebildet ist, um Rollenfedern aufzunehmen, die mit den Rollen (20, 210) gekoppelt sind, wobei die Ausnehmungen Zentrierungsmerkmale (26) zum Zentrieren der Rollen (20, 210) auf einer Mittelachse der Rampen (30, 130) aufweisen.
Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110) gemäß Anspruch 12, bei der in einem neutralen Zustand jede Rolle (20, 210) zwei Kontaktlinien mit der Rampe (30, 130) und eine Kontaktlinie mit der Welle (12, 112) aufweist, und bei der in einem verriegelten Zustand jede Rolle (20, 210) eine Kontaktlinie mit der Rampe (30, 130) und eine Kontaktlinie mit der Welle (12, 112) aufweist.
Rollenverriegelungsvorrichtung (10, 110), die folgende Merkmale aufweist: eine Welle (12, 112); ein Gehäuse (14, 114), das über der Welle (12, 112) ausgebildet ist, für eine selektive relative Drehung zu der Welle (12, 112); eine Mehrzahl von Rollen (20, 210), die zwischen dem Gehäuse (14, 114) und der Welle (12, 112) angeordnet sind, wobei zumindest einige der Rollen (20, 210) kegelförmig sind; eine Einrichtung (18, 118) zwischen dem Gehäuse (14, 114) und der Welle (12, 112) und benachbart zu den Rollen (20, 210), um die Rollen (20, 210) zumindest teilweise zu hemmen; und eine Einrichtung (16, 116) zum Bewegen der Rollen (20, 210) axial relativ zu der Welle (12, 112); wobei das Gehäuse (14, 114) Rampen (30, 130) aufweist, die die Rollen (20, 210) aufzunehmen, wobei die Rampen (30, 130) eine gekrümmte Kontur aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampen (30, 130) eine Mittelachse umfassen und einen zunehmenden, nicht linearen Rampenwinkel aufweisen, wenn man sich weg von der Mittelachse bewegt, wodurch die gekrümmte Kontur gebildet ist, wobei die Rampen (30, 130) symmetrisch um die Mittelachse angeordnet sind.