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Sicherheitskupplung, insbesondere für Bremsvorrichtungen Die Erfindung
betrifft eine Sicherheitskupplung, insbesondere für Bremsvorrichtungen, mit einem
Gehäuse, in welchem ein eine Rollbahn bildender Ring eine zentrale Welle konzentrisch
umgibt und im Ringraum zwischen der Welle und dem Ring eine Anzahl von Reibrollen
drehbar an einer Halterung befestigt sind, wobei der Ring eine Anzahl von geringfügigen
Erhebungen bildenden Kurvenflächen aufweist, die mit den Reibrollen zusammenwirken.
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Es sind bereits Sicherheitskupplungen dieser Art bekannt, in welchen
eine radial im Kupplungsgehäuse angeordnete Schraubenfeder verwendet wird, um umlaufende
Reibrollen gegen eine an der Innenfläche des Kupplungsgehäuses angeordnete Nockenfläche
zu drücken. Bei der bekannten Anordnung wird der Widerstand gegen eine Relativdrehung
der gekoppelten Teile nur durch die Federn bestimmt, so daß diese Anordnung eine
Drehung der gekuppelten Teile nur verhindert, wenn die auftretenden Drehmomente
verhältnismäßig niedrig sind.
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Eine weitere bekannte Kupplung verwendet ebenfalls Federn, wobei eine
Rückstellung nur durch Manipulation mit einem Werkzeug möglich ist, um einen Eingriff
von Elementen an der Kupplung wiederherzustellen.
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In einer anderen Kupplungsanordnung erfolgt die Verbindung der zu
kuppelnden Teile mittels einer Anzahl am Umfang der zu kuppelnden Teile angeordneten
Schraubenfedern, die bei der Übertragung des Moments auf Verdrehung beansprucht
werden. Dabei erfassen die gebogenen Endabschnitte die Federn jeweils einen Stift,
wovon eine Anzahl an einem der zu kuppelnden Teile umfangseitig angeordnet ist.
Infolge der Verwendung von Federdraht als Kupplungselement ist die Kupplung nur
bei Beschränkung auf verhältnismäßig kleine Momente geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitskupplung
zu schaffen, bei der die Verhinderung einer Relativdrehung der Kupplungsteile nicht
durch Federkraft erfolgt, sondern durch den Bahnwiderstand von Reibrollen an einer
Anzahl von Erhebungen an einem Kupplungsteil, wodurch die Kupplung auch zur Übertragung
großer Momente geeignet ist. Dabei liegt ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen
Kupplung darin, daß im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen die zum Lösen der
Kupplung erforderliche Entspannungskraft größer ist als die Rückstellkraft. Infolge
dieser Ausbildung werden als Folge der kleineren Rückstellkraft beim Einholen des
Bandes, das an einer mit der Kupplung verbundenen Trommel aufgewickelt ist, übermäßige
Momentbelastungen des Antriebsmotors vermieden.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die erfindungsgemäße Kupplung
gekennzeichnet durch entgegengesetzt wirkende, in bezug auf das Kupplungsgehäuse
radial angeordnete Blattfederanordnungen, die mit dem Gehäuse und der Halterung
verbunden sind, um die Reibrollen in Umfangsrichtung in der einen oder anderen Richtung
nachgiebig gegen die Erhebungen zu drücken, wobei der beim Durchtritt der Rollen
an den Erhebungen auftretende Widerstand eine Relativdrehung zwischen Welle und
Ring bei Belastung bis zu einem bestimmten Grenzmoment verhindert.
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Die Verwendung von Reibrollen, welche gegen Erhebungen einer Rollbahn
gepreßt werden, ist an sich bei Reibrollenumlaufgetrieben bekannt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Reibrollen
mit Hilfe von elastischen Ringen gelagert. In diesem Zusammenhang ist es bereits
bekannt, als Kupplungselement rollenförmig ausgebildete Federn zu verwerten, die
zwischen zwei Muffen in zylindrischen Ausnehmungen liegen, und welche bei einer
Relativdrehung der Muffen verspannt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Führungskurven für
die Reibrollen so ausgebildet, daß die zum Lösen der Kupplung über den steileren
Kurvenanstieg erforderliche Entspannungskraft
größer als die Rückstellkraft
über den flacheren Kurvenanstieg ist.
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Die' Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung
mit den Zeichnungen erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt der erfindungsgemäßen
Sicherheitskupplung, F i g. 2 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 2-2 in F i
g. 1, welche die Federanordnung zur veränderlichen Begrenzung der Drehbewegung eines
die Reibrollen tragenden Armkreuzes zeigt, F i g. 3 in vergrößertem Maßstab eine
Teilansicht im Schnitt nach der Linie 3-3 in F i g.1, welche die Gestaltung der
Kurvenflächen am Außenring zeigt.
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Die Sicherheitskupplung ist von einem tellerförmigen Kupplungsgehäuse
20 eingeschlossen, welches durch einen plattenförmigen Deckel 22 abgeschlossen ist.
Ein Umfangsflansch 26 des Gehäuses 20 ist mit einer Trägerkonstruktion 30 verbunden,
die eine ausreichende Steifigkeit und Masse besitzt, um eine drehende oder schwingende
Bewegung des Gehäuses 20 zu verhindern.
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Eine verhältnismäßig schwere zentrale Welle 32
ist konzentrisch
zum Gehäuse 20 auf einem vorderen Lager 34 und auf einem hinteren Lager 38 gelagert,
das auf einem Ring 40 angeordnet ist, der mit Preßsitz auf einer Nabe
42 befestigt ist, welche mit der Bodenwand 44 des Gehäuses 20 aus einem Stück
besteht. Ein erweiterter mittiger Nabenteil48 der Welle 32 ist mit mehreren radialen
Nuten 50 versehen, in die sich gleitbar Zapfen 52 erstrecken, welche vom Innenumfang
eines Innenrings 54 abstehen. Wie ersichtlich, besteht ein geringes ringförmiges
Spiel zwischen dem Außenumfang des Nabenteils 48 und dem Innenumfang des Innenringes
54. Dieses Spiel ermöglicht zusammen mit der Zapfen- und Nutverbindung zwischen
den beiden Teilen, daß sich der Innenring 54 im Betrieb radial bis zu einem gewissen
Grad durchbiegen und sich mit Bezug auf den übrigen Mechanismus selbsttätig zentrieren
kann.
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Der Außenring 60 ist mit einer Anzahl von radial abstehenden Zapfen
62 versehen, die sich gleitbar in entsprechende Nuten 64 im Umfangswandteil 66 des
Gehäuseteils 20 erstrecken. Auch hier ist ein geringes radiales Spiel zwischen
der Außenfläche des Ringes 60 und der Innenfläche der Gehäusewand 66 vorgesehen,
um eine radiale Durchbiegung des Ringes 60
und eine selbsttätige Zentrierung
desselben um die Achse der Eingangswelle 32 zu ermöglichen.
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Die Reibrollen sind gleichartig ausgebildet, wobei jede der Reibrollen
72 eine hohlzylindrische Form hat und in gleichen Umfangsabständen um die Achse
der Eingangswelle 32 auf elastischen Ringen 74 gelagert ist, die von einem Bundring
76 getragen werden, der auf einem Wellenstummel 78 sitzt, welcher mit einer
kreuzförmigen Halterung 80 aus einem Stück besteht. An ringförmigen Schultern
90 am Innenumfang der Reibrolle 72 liegt der Außenumfang der Stapel von elastischen
Ringen 74 an, um ein übermäßiges axiales Spiel der Reibrollen zu verhindern.
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Die Nabe einer als Armkreuz ausgebildeten Halterung 80 ist auf einer
Lagereinheit 92 angeordnet, die von einer Verlängerung der Antriebswelle 32 getragen
wird. Die Halterung 80 wird elastisch an einer freien Drehung gehindert und in einer
bestimmten Winkelstellung gehalten. Dies geschieht durch entgegengesetzt wirkende
Sätze von Blattfedern 98,100 und 102. Die Federn 98 erstrecken sich diametral über
das Gerät durch einen in der Gehäusenabe 42 ausgebildeten Schlitz
104. Die äußeren Enden der Federn liegen gegen zwei symmetrisch angeordnete
Rollen 106 an, die auf mit der Halterung 80 fest verbundenen Wellenstummeln
108
gelagert sind und durch Endplatten 110 in ihrer Lage gehalten werden,
welche auf den Wellenstummeln 108 durch Schrauben 112 befestigt sind. Wegen der
relativen Anordnung der Federn und der Rollen 106
wirken die Federn 98 einer
Drehung der Halterung 80 im Gegenzeigersinn, gesehen in F i g. 2, elastisch entgegen.
Die Drehung der Halterung in dieser Richtung wird zwangläufig durch zwei einander
symmetrisch gegenüberliegende Anschläge 114 begrenzt, welche mit dem Gehäuse aus
einem Stück bestehen und in den Weg der Enden der Federn 98 ragen. Die äußeren Enden
des Schlitzes 104 sind bei 116 ausgeschnitten, um die erforderliche Durchbiegung
der Feder 98 zu ermöglichen.
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Die verhältnismäßig leichten Sätze von Federn 100 und 102 erstrecken
sich durch radiale Schlitze 118 und 120 in der Gehäusenabe 42 und sind an ihren
inneren Enden so gebogen, daß sie in ihrer Lage gehalten werden. Die äußeren Enden
der Federn 100 und 102 liegen gegen zwei einander symmetrisch gegenüberliegende
Rollen 122 an, welche auf Wellenstummeln 124 gelagert sind, die von der Halterung
80 in der gleichen Weise wie die Rollen 106 abstehen. Die Federn 100 und 102 wirken
einer Bewegung der Halterung im Uhrzeigersinn, gesehen in F i g. 2, elastisch entgegen,
wobei die Begrenzung der Bewegung in dieser Drehrichtung durch Anschläge 126 bestimmt
wird, die vom Gehäuse 20 getragen werden und in den Weg der Federn
100 und 102, wenn diese durchgebogen werden, ragen. Auch in diesem
Falle sind die äußeren Enden der Schlitze 118 und 120 bei 128 und 130 ausgeschnitten,
um die Durchbiegung der Federn zu erleichtern.
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Wie sich am besten aus F i g. 3 ergibt, ist die Innenfläche des Außenringes
60 mit einer Anzahl von Erhebungen bildenden Kurvenflächen versehen, deren Zahl
am Umfangsabstand der gleiche wie der der Reibrollen 72 ist. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel sind zwölf Kurven vorgesehen, von denen jede eine Umfangslänge
von 30° hat. Jede Kurve besitzt einen Scheitel 132, einen steilen Kurvenanstieg
134 und einen flachen Kurvenanstieg 138. Der flache Kurvenanstieg kann beispielsweise
eine Winkelerstreckung von 22° und der steile Anstieg eine Erstreckung von 3° längs
des Innenumfanges des Ringes 60 haben. Die Sätze von Federn sind mit Bezug auf die
Kurvenflächen so angeordnet, daß sie gemäß F i g. 2 unbelastet sind, wenn die Reibrollen
sich gemäß F i g. 3 in Auflage auf den Kurvenscheiteln 132 befinden. Die starken
Federn 98 werden aus der in F i g. 2 gezeigten Stellung im Gegenzeigersinn gebogen,
während die verhältnismäßig leichten Federn 100 und 102 gebogen werden, wenn die
Reibrollen in der entgegengesetzten Richtung bewegt werden. Ferner sind die Anschläge
114 und 126 so angeordnet, daß die Reibrollen in Umfangsrichtung in jeder Richtung
aus der gezeigten Stellung verlagert werden können, bis sie frei zwischen dem Innenring
54 und dem Außenring 60
laufen.
Ein Anwendungsgebiet, auf
welchem die beschriebene Ausführungsform sich besonders bewährt hat, besteht in
Verbindung mit einer Anhalteeinrichtung für Flugzeuge. Eine solche Einrichtung weist
ein Band aus einem Material, wie Nylon, auf, das über die Start- und Landebahn im
Wege des Flugzeugs gespannt ist und dessen entgegengesetzte Enden auf drehbaren
Trommeln aufgewickelt sind, die mit Bremsvorrichtungen verbunden sind, welche das
Abwickeln des Bandes mit einer geregelten Geschwindigkeit ermöglichen, wenn das
Flugzeug am Band angreift. Nachdem das Flugzeug zum Stillstand gebracht worden ist,
wird das Band eingeholt und straff über die Start- und Landebahn gespannt, in welcher
Lage es mit einer beträchtlichen Spannung gehalten wird. Wenn das Flugzeug nachfolgend
am Band angreift, müssen die Trommeln, auf die das Band aufgewickelt ist, sofort
für eine im wesentlichen freie Drehung freigegeben werden. Es wurde festgestellt,
daß die erfindungsgemäße Sicherheitskupplung ideal zum Halten der Trommeln geeignet
ist, auf denen die Bänder aufgewickelt sind, um die gewünschte Spannung im Band
aufrechtzuerhalten, jedoch ihre rasche Freigabe und nachfolgende freie Drehung zu
ermöglichen. Die vorangehend beschriebene Sicherheitskupplung kann in eine solche
Anhalteeinrichtung dadurch eingebaut werden, daß der genutete Abschnitt
140 auf der Antriebswelle mit einer der Trommeln verbunden wird, auf die
das Band aufgewickelt ist.
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Zur Beschreibung der Wirkungsweise der Einrichtung wird angenommen,
daß das Band mit einer gewünschten Vorspannung gehalten wird. Unter diesen Bedingungen
werden die Reibrollen 72 im Gegenzeigersinn von den Kurvenscheiteln 132, wie in
F i g. 3 gezeigt, verlagert. Die Reibrollen werden wegen des auf die Antriebswelle
32 ausgeübten Drehmomentes, das, gesehen in Fi g . 3, im Uhrzeigersinn wirkt, in
fester Auflage auf dem steilen Kurvenanstieg 130 gehalten. Ferner befinden sich
infolge der elastischen Lagerung jeder Reibrolle diese in Auflage auf dem gleichen
Teil des Kurvenanstiegs trotz möglicher Herstellungsungenauigkeiten im Abstand der
Kurvenabschnitte oder im Abstand der Wellenstummeln 78, auf denen die Laufringe
angeordnet sind. Infolge dieser Anordnung wird die Gesamtbelastung gleichmäßig zwischen
den Reibrollen und den Kurvenflächen verteilt.
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Die Kurvenscheitel und die Kurvenanstiege sind so bemessen, daß das
auf die Welle 32 ausgeübte Drehmoment, wenn sich das Band unter der gewünschten
Spannung befindet, nicht ausreicht, die Reibrollen an den Kurvenscheiteln vorbeizubewegen.
Die Anordnung bleibt daher in dieser Stellung unbegrenzt im Ruhezustand. , Wenn
jedoch das Flugzeug am Band angreift, steigt das auf die Welle 32 ausgeübte Drehmoment
praktisch augenblicklich auf einen Wert an, der viel höher ist als derjenige, welcher
zumBewegen derReibrollen über die Kurvenscheitel 132 erforderlich ist. Dies
hat zur Folge, daß die Halterung in Umfangsrichtung im Uhrzeigersinn, gesehen in
F i g. 2 und 3, verlagert wird, wobei die Uhrzeigersinnbewegung so lange andauert,
bis die Reibrollen den zwischen den Abschnitten 138 und 134 gelegenen
Kurventeil erreichen. Die Weiterbewegung der Halterung wird durch die Anschläge
126 und die Durchbiegung der Federsätze 100 und 102 verhindert. Die Reibrollen erreichen
daher eine Gleichgewichtsstellung, in welcher sie zwischen dem Innenring 54 und
dem Außenring 60 zu schlupfen beginnen und die Halterung weiterhin im Uhrzeigersinn
mit einem Drehmoment belasten, das gerade der Gegenwirkung durch die verhältnismäßig
leichten Federn 100 und 102 entspricht. Unter diesen Bedingungen kann sich die Welle
32 im wesentlichen frei drehen. Diese Stellung der Teile wird aufrechterhalten,
bis das Flugzeug seinen Auslauf beendet hat, worauf die Trommel und die Antriebswelle
32 zur Ruhe kommen. Zum Einholen des Bandes werden die Trommeln in der entgegengesetzten
Richtung durch einen geeigneten Motor gedreht. Die Welle 32 wird daher im Gegenzeigersinn
gedreht. Da die Federn 100 und 102 die Reibrollen in Auflage auf dem
Innenring 54 und dem flachen Kurvenanstieg 138 belasten, werden die Reibrollen und
die Halterung sofort, gesehen in F i g. 3, im Gegenzeigersinn verlagert, welche
Bewegung so lange andauert, bis sich die Reibrollen an den Kurvenscheiteln 132 vorbeibewegen
und auf den Verweilteilen auf den entgegengesetzten Seiten der Kurvenscheitel
132 zur Ruhe kommen. Ein Überfahren in dieser Richtung wird durch die Anschläge
114 und die Biegung der Federn 98 verhindert, welche die Teile in einer Gleichgewichtsstellung
hält, in welcher die Welle 32 im Gegenzeigersinn frei drehbar ist. Diese Bewegung
dauert so lange an, bis die Bänder voll auf den Wickeln aufgewickelt sind, worauf
der die Wickel antreibende Motor abgebremst und abgeschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt
dreht die Spannung in den Bändern die Welle 32 im Uhrzeigersinn, so daß die Neigung
besteht, daß die Reibrollen über den steilen Kurvenanstieg 134 zum Kurvenscheitel
132 hochgezogen werden. Wie erwähnt, reicht jedoch das durch das Band ausgeübte
Drehmoment nicht aus, die Reibrollen an den Kurvenscheiteln vorbeizubewegen, so
daß der Mechanismus wieder zur Ruhe kommt. Da ein steiler und ein flacher Kurvenanstieg
vorgesehen ist, ist die Entsperrungskraft viele Male größer als die Rückstellkraft.
Hierdurch werden übermäßige Drehmomentbelastungen am Motor vermieden, welcher die
Trommel in der Einholrichtung antreibt. Ferner tritt die Rückstellkraft auf, bevor
das Band gespannt wird und wenn die Belastung des Einholmotors verhältnismäßig gering
ist.