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Federbetätigte Kupplungs- und Bremsvorrichtung mit einstellbarem
Anschlagbund Die Erfindung betrifft eine kupplungs- und Bremsvorridchtung der im
US-Patent 3 521 730 offenbarten Art. Insbesondere betrifft die Erfindung einen einteiligen
Anschlagbund zur Verwendung bei einer Kupplung dieser allgemeinen Art, der eine
Mehrzahl von Befestigungspunkten für die Kupplungs- und Bremsfeder in solcher Anordnung
bildet, daß verhältnismäßig wenige Befestigungspunkte für jede Feder eine große
Auswahl von winkelabständen zwischen den gewählten Befestigungspunkten der Brems-und
Kupplungsfeder bieten.
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Wie in dem vorgenannten US-Patent erläutert ist, hat die beschriebene
Kupplungs- und Bremsvorrichtung hauptsächlich den Vorteil, daß ihr Ausgang in einer
genauen, vorgegebenen Stellung angehalten werden kann. Die Verwendung von zwei Wendelfedern,
die sowohl an der Ausgangsnabe als auch am Anschlagbund befestigt sein müssen, macht
die verwendete Struktur jedoch kompliziert. Um zwecks Einstellbarkeit des Befestigungspunktes
der Bremsfeder einen Zugang zur Ausgangsnabe zu schaffen, ist der Anschlagbund zweiteilig
ausgebildet, weil nämlich ein Ende der Wendelfedern auf dem Umfang einstellbar sein
muß. Zu diesem Zweck ist die kupplungs- und Bremsvorrichtung des vorgenannten
US-Patentes
mit einem getrennten Stellring auf der Ausgangsnabe versehen, dar eine solche Einstellung
ermöglicht, und der zweiteilige Bund ist getrennt, um einen Zugang zu diesem Ring
zu ermöglichen.
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Wenn alle Federn genau die gleiche Länge hätten, könnten die Enden
der Brems- und der Kupplungsfeder, die an der Ausgangsnabe befestigt sind, in vorgegebenen
Stellungen an dieser Nabe befestigt sein, und die anderen Enden könnten in vorgegebenen
Stellungen an einem einteiligen Bund befestigt sein. In der Praxis weisen die Federn
jedoch bedingt durch Toleranzen unterschiedliche Langen auf, weshalb eine gewisse
Einstellung vorgenommen werden muß. Wie oben erwähnt, wurde dies bei der urspünglich
in dem US-Patent vorgesehenen Struktur dadurch erreicht, daß man die Lage, in der
die Bremsfeder mit der Ausgangsnabe verbunden ist, solange wirksam verstellte, bis
die Bewegungsgröße erreicht war, die erforderlich ist, um die Kupplung außer Eingriff
zu bringen und die Bremse richtig in Eingriff zu bringen. Die gewählte Bewegungsgröße
ist vorzugsweise so bemessen, daß Kupplung und Bremse mit einem Minimum an relativer
Bewegung zwischen Bund und Ausgangsnabe betätigbar sind. Bei richtiger Einstellung
gelangt die Kupplung durch die relative Drehbewegung von Anschlagbund und Ausgangsnabe
in einer Richtung außer Eingriff und die Bremse in Eingriff, und die gleiche Bewegungsgröße
in entgegengesetzter Richtung läßt die Bremse außer Eingriff und die Kupplung in
Eingriff gelangen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine vereinfachte Lösung des Problems,
unterschiedliche Federlängen zu kompensieren. Erfindungsgemäß kann ein getrenntes
einstellbares Befestigungstell wenigstens einer der beiden Federn mit der Ausgangsnabe
weggelassen, und beide Federn können direkt und einstellbar an der Ausganganabe
befestigt sein. Statt eine Einstellung an der Ausgangsnabe vorzunehmen, wird diese
dann am Steuerbund durchgeführt. Diese Einstellung wird durch eine Mehrzahl von
Befestigungspunkten
erzielt, die für die Kupplungsfeder auf einem
vorgegebenen Umfang des Bundes vorgesehen sind, und eine davon verschiedene Anzahl
von Befestigungspunkten um einen anderen Umfang des Bundes zur Befestigung der Bremsfeder.
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Die gewählten Umfänge sind vorzugsweise die Kanten an den entgegengesetzten
Enden des Bundes, und als Befestigungspunkte sind einfach Schlitze in der Kante
vorgesehen, die radial nach außen verlaufende Endzapfen der Federn aufnehmen. Im
zusammegebauten Zustand befindet sich der Bund in einer Stellung zwischen den entsprechenden
Zapfen an den Enden der Kupplungs- und der Bremsfeder, und die Federkraft der Federn
dn axialer Richtung sucht die Zapfen in den Bund zu ziehen. Es wird die optimale
Stellung der Zapfen bestimmt und der Bund gedreht, bis Schlitze bei dem zur Aufnahme
der Zapfen erforderlichen annähernden Winkelabstand auftreten.
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Die Erfindung betrifft insbesondere eine Kupplungs- und Bremse vorrichtung,
die einen Rahmen aufweist zusammen mit Eingangs-und Ausgangamittein, die gegenüber
dem Rahmen drehbar sind und jeweils eine Eingangsnabe und eine Ausgangsnabe einthalten.
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Ferner ist eine Bremanabe vorgesehen, die am Rahmen befestigt @t und
gegenüber welcher die anderen Naben sich drehen. Die Naben sind gleichachsig und
so angeordnet, daß die Ausgangsnabe axial zwischen der Eingangsnabe und der Bremanabe
liegt. Eine kupplungswendel feder ist um wenigstens die Eingangsnabe gewickelt und
an einem Ende an der Ausgangsnabe befestigt, und eine Bremswendelfeder ist um wenigstens
die Bremanabe gewickelt und an einem Ende an der Ausgangsnabe befestigt Ein gemeinsamer,
rohrförmig ausgebildeter Anschlagbund greift an den, zu den an der Ausgangsnabe
befestigten, entgegengesetzten Enden der Brems- und der Kupplungsder ein Wenn die
Kupplung in Eingriff ist, gelangt die kupplungsfeder bei relativer Drehbewegung
zwischen Anschlagbund und Ausgangsnabe in einer Richtung außer Eingriff mit der
Eingangsnabe, und die Bremsfeder gelangt mit der Rahmennabe in Eingriff.
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Durch relative Bewegung in der anderen Richtung wird der Vorgang umgekehrt.
Der einteilige Anschlagbund bildet eine vorgegebene Anzahl von Befestigungspunkten
für die Kupplungsfeder, die um einen gewählten Umfang des Bundes verteilt sind,
und eine davon verschiedene Anzahl von Befestigungspunkten für die Bremsfeder, die
um einen anderen gewählten Umfang des Eundes verteilt sind.
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Folglich ermöglicht eine Drehänderung der Bundstellung eine Auswahl
einer diskreten Anzahl von kombinationen von Befestigungspunkten für annähernde
Winkelabstände zwischen den am Bund zu befestigenden Enden der Federn, um den beschriebenen
kupplungs- und Bremsvorgang zu erzielen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der zugehörigen
Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 ist eine Endansicht einer Kupplungs- und Bremsvorrichtung
der Erfindung.
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Fig. 2 ist eine Schnittansicht auf Linie 2-2 von Fig. 1.
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Fig. 3 ist eine Schnittansicht auf Linie 3-3 von Fig. 2.
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Fig. 4 ist eine Schnittansicht auf Linie 4-4 von Fig. 2, Fig. 5 ist
eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen einteiligen rohrförmigen Anschlagbundes,
und Fig. 6 ist eine schematische Darstellung, welche die relativen Stellungen der
Federbefestigungspunkte am entgegengesetzten Ende des einteiligen Bundes von Fig.
5 zeigt.
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Fig. 2 zeigt einen Bezugsrahmen in Form einer Rahmenplatte 10, die
gegenüber der umgebenden Maschinen-oder Gerätestruktur befestigt sein kann, bei
welcher die Kupplungs- und Bremsvorrichtung verwendet wird An der Rahmenplatte lo
ist eine Rahmennabenstruktur 12 befestigt, deren Funktion nachstehend noch ausführlicher
beschrieben wird. Die Rahmennabe bildet u.a.
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eine innere Lagerfläche, die eine gute Drehpassung mit der rohrförmigen
Welle 14 ermöglicht, die gegenüber dem Rahmen drehbar ist An der Welle 14 st wiederum
eine Ausgangsnabe 16 befestigt. Die Ausgangsnabe 16 ist in diesem Fall mittels eines.
Zapfens 17 an der Welle 14 angebracht, kann aber an dieser mit beliebigen geeigneten
Mitteln befestigt sein. Auf der Welle 14 ist ferner eine Eingangsnabe 18 drehbar
gelagert.
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Die Rahmennabe 12 und die Ausgangsnabe 16 sind zylindrisch ausgesenkt,
um zylindrische Innenflächen 12a und 16a zu bilden. Eine rücklaufhemmende Wendelfeder
20 wird durch ihre Federkraft nach außen in die Fläche 12a und 16a gedrückt, und
ihr Windungssinn ist so gewählt, daß eine Bewegung der Ausganganabe gegenüber der
Rahmennabe nur in der normalen Antriebsrichtung, nicht aber in umgekehrter Richtung
möglich ist. Die Drehung in der normalen Antriebsrichtung hat die Tendenz, ein Zusammenfallen
der Feder 20 zu bewirken während die Drehung in entgegengesetzter Richtung eine
Ausdehnung der Feder 20 nach außen zu erzielen sucht, und der resultierende Eingriff
verhindert eine relative Bewegung der Ausganganabe 16 gegenüber der Rahmennabe 12.
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Die Beschaffenheit des Bezugsrahmens und seine Bezichung zu der rohrförmigen
drehbaren Welle sind ausführlich in dem US-Patent 3 373 851 beschrieben.
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Die Eingangsnabe 18 it ein rohrförmiges Glied mit einem radial nach
außen verlaufenden Flansch, der mit einer Riemenscheibe, einem Zahnrad oder anderen
geeigneten Eingangsmitteln, von denen eine Drehbewegung auf die Eingangsnabe übertragen
wird,verschraubt oder an dieser auf andere geeignete Weise befestigt ist. Die
äußere
Stirnfläche des rohrförmigen Teils der Eingangsnabe 19 und die äußere Stirnfläche
der Ausgangsnabe 16 haben vorzugsweise den gleichen oder annähernd gleichen Durchmesser
und bilden zyindrische kupplungsflächen. wie in Fig. 2 gezeigt ist, korrelt eine
kupplungswendelfeder 24 die Eingangsnabe an ie Ausgangsnabe. Die Federkraft der
Feder 24 drückt diese nach innen in Kontakt mit den zylindrischen Außenflächen von
i:ingangs-und Ausgangsnabe. Die kupplungsfeder 24 ist an der Ausgangsnabe durch
einen radial nach innen gerichteten Zapfen 24a befestigt, der en@ in einem dafür
vorgesehenen radial nach innen gerichteten Schlitz in der Ausgangsnabe 16 sitzt.
Die kupplungsfeder 24 muß um die Eingangsnabe 18 gewickelt sein und ist vorzugsweise
ebenfalls um die Ausgangsnabe gewickelt. Der windungssinn der Feder 24 verlauft
links herum, ist aber so bestimmt, daß sich die Feder beim Vorwärtsdrehen der Eingangsnabe
fester um die Eingangs- und Ausgangsnabe zu wickeln sucht.
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Am anderen Ende der Kupplungsfeder ist ein radial nach außen gerichteter
Zapfen 24b vorgesehen, der mit einem aus einer Mehrzahl von axial verlaufenden Schlitzen
26a in einer Kante des rohrförmigen Anschlagbundgliedes 26 in Eingriff gelangt Da
sich die Feder aufgrund ihrer Federkraft fest aufzuwickeln sucht, ist die Kupplung
normalerweise in Eingriff. Der Bund wird in eine Stellung gezogen, in der die Kupplung
sich mit den zylindrischen Flächen von Eingangsnabe 18 und Ausgangsnabe 16 in Eingriff
befindet Durch relative Bewegung des Anschlagbundes 26 gegenüber der Ausgangsnabe,
welche die Kupplungsfeder 24 abzuwickeln sucht, gelangt die Kupplung außer Eingriff.
Dies geshieht durch Anhalten des Bundes 26 gegenüber dem Rahmen lo.
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Die mit der Eingangsnabe gekoppelte Ausgangsnabe läuft weiter, bis
die Feder von der Eingangsnabe gelöst ist.
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Ferner ist zwischen der Ausgangsnabe 16 und dem Anschlagbund 26 eine
Bremswendelfeder 30 vorgesehen. Die Feder 30 ist ähnlich wie die Feder 24 direkt
an der Ausgangsnabe 16 durch einen radial nach
innen gerichteten
Zapfen 30a befestigt, der in einem radial nach innen gerichteten Schlitz in der
Ausgangsnabe mit enger Passung aufgenommen wird. Das entgegengesetzte Ende der Feder
30 endet in einem radial nach außen gerichteten Zapfen 30b, der in einem aus einer
Mehrzahl von Schlitzen 26b an der Kante des Anschlagbundes 26 in Eingriff ist, die
zu der entgegengesetzt ist, in welcher die Schlitze 26a ausgebildet sind, die Wendelfeder
30 verläuft in entgegengesetzter Richtung zur Feder 24 und hat bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel den gleichen @indungssinn. Sie ist jedoch normalerweise außer
Eingriff mit den zylindrischen Flächen der Rahmennabe 12, welche sie umschließt.
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Die Rahmennabe 12 befindet sich vorzugwweise unmittelbar axial neben
der Ausgangsnabe 16 und hat den gleichen Durchmesser, Eei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
umschließt die Bremsfeder auch die Ausgangsnabe 16 und ist mit dieser in Eingriff,
wie nachstehend noch erläutert wird. Die Bremsfeder 30 ist an dem Bund 26 an einer
solchen Stelle befestigt, daß beim Anhalten des Bundes zusätzlich zum Lösen der
Kupplung 24 von er Eingangsnabe die Bremsfeder 30 sich fest um die Rahmennabe 12
wickelt und dadurch die Ausgangsnabe 16 in einer festen vorgegebenen Stellung gegenüber
dem Rahmen lo hält. Der Windungssinn der Feder ist bei einem gegebenen Ausführungsbeispiel
so gewählt, daß sich die Bremsfeder 30 beim Aufwickeln noch fester um die Naben
schließt, wenn sich die Ausgangsnabe weiter in vorwärtsdrehrichtung der Eingangsnabe
zu drehen sucht Der in diesem speziellen Fall die Drehung des Anschlagbundes anhaltende
Mechanismus ist ein am Rahmen lo mittels eines Zapfens 34 angelenkter Hebel 32.
Natürlich können andere ein fache oder kompliziertere Strukturen statt dieses Anschlaghebels
verwendet werden. Der Hebel 32 wird von einem allgemein mit 36 bezeichneten Solenoid
betätigt, dessen wicklungsträger am Rahmen 10 befestigt ist. Das Solenoid hat einen
beweglichen Kern 38, der am Hebel 32 am entgegengesetzten Ende von seinem Anschlag
32a angelenkt ist. Der Kern 33 wird von einer Feder 40
nach außen
gedrückt, und drückt den Hebel um den Zapfen 34 in die in Fig. 1 gezeigte Stellung,
in welcher der Anschlag 32a den Schulteranschlag 26c berührt, Der Anschlag 26c ist
auf einem verbreiterten Abschnitt 26d des Anschlagbundes vorgesehen, der eine Laufbahn
für das den Anschlag 32a bildende Ende des Hebels 32 bildet. Im entregten Zustand
greift der Anschlag 32a also normalerweise an der Schulter 26c ein und hält die
Kupplung außer Eingriff und die Bremse in Eingriff Bei der dargestellten Vorrichtung
handelt es sich um eine Kupplung mit einfacher Umdrehung, bei welcher das Solenoid
36 kurzzeitig erregt serden kann, um seinen Kern 38 gegen die Wirkung der Feder
in die Wicklung zu ziehen und den Hebel 32 und das Anschlagende 32a von der Anschlagschulter
26c auf dem Bund 26 wegzubewegen. Bei Freigabe des Bundes 26 kann sich dieser drehen,
nachdem sich die Kupplungsfeder 24 bedingt durch ihre Federkraft um die Eingangsnabe
18 schließt und Ausgangsnabe 16 und Welle 14 mit welcher sie verstiftet ist zu drehen
beginnt. Durch die gleiche Drehung des Bundes wird die Bremse gelöst und ermöglicht
ein Weiterdrehen. Wenn man annimmt, daß das Solenoid danach entregt wird, um den
Hebelanschlag 32a gegen die Bahn 26d zu drücken, hält der Bund 26 nach einer vollen
Umdrehung in der ursprünglichen Stellung an. Die Abbildungen zeigen die Kupplungs-und
Bremsvorrichtung in einer Stellung, in welcher sich die Kupplung 24 in Eingriff
und die Bremse 30 außer Eingriff befinden, kurz bevor der Anschlag 32a an der Schulter
26c eingreift.
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Wenn der Anschlag 32a die Schulter 26c berührt, hält der Bund 26 an
und die Kupplungsfeder 24 beginnt sich abzuwickeln, gibt dabei die Eingangsnabe
18 frei und ermöglicht gleichzeitig, daß sich die Bremsfeder 30 um die Rahmennabe
12 schließt und die Aus gangsnabe 16 in einer gewählten Stellung hält. Dabei wirkt
die rücklaufhemmende Feder 20 zwischen der Rahmennabe und der Ausgangsnabe und verhindert
eine Drehung entgegengesetzt zur wellenbewegung unter dem Einfluß der Federkraft
der kupplungsfeder 24.
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Diese entgegengesetzte Drehung würde einen erneuten Eingriff der kupplung
ermöglichen und die Bremsfeder 20 außer Eingriff bringen. Jede Tendenz zur Rückbewegung
dehnt die Feder aus, um diese Rückbewegung zu verhindern. Die Bewegung findet jedoch
in solcher Richtung statt, daß die Feder zusammenfällt, und die Feder 20 daher keinen
Einfluß auf die Vorwärtsbewegung hat.
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In folgenden wird nun besonders der in Fig. 3, 4, 5 und 6 gezeigte
Anschlagbund 26 erläutert. Wie Fig. 3 zeigt, sind an einem Ende der rohrförmigen
Bundstruktur zehn Schlitze 26a vorgesehen, die sich jeweils zur Aufnahme des Zapfens
24b der Kupplungsfeder 24 eignen. Wie in Fig. 4 zu sehen ist, sind am anderen Ende
des Anschlagbundes neun Schlitze 26b vorgesehen, die sich jeweils zur Aufnahme des
Zapfens 30b der Bremsfeder 30 eignen. In Fig. 6 führen die Schlitze 26a zusätzlich
die Buchstaben A, B, C, D, E, F, G, H, I, J und die Schlitze 26b die Buchstaben
A, B, C, D, E, E, G, H und I zu ihren jeweiligen Bezugszahlen.
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Fig. 6 ist eine schematische Darstellung und zeigt die relative Lage
dieser Schlitze überlagert als ob die Bundstruktur durchsichtig wäre. Wie dabei
zu sehen ist, liegen die Schlitze 26a-A und 26b-A aufeinander und beim Verlauf im
Uhrzeigersinn nimmt der Abstand zwischen Schlitzen gleicher Zusatzbezeichnungen
zu Zwischen den Schlitzen 26a-B und 26b-B besteht also ein geringer Abstand Der
Abstand zwischen den Schlitzen 26a-C und 26b-C ist schon größer. Der Winkelabstand
nimmt zwischen Schlitzen gleicher Zusatzbezeichnungen beim Verlauf im Uhrzeigersinn
um den Bund zu.
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Der Abstand zwischen 26a-J und Schlitz 26b-A ist noch etwas größer
als der Abstand zwischen den Schlitzen 26a-I und 26b-I.
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Bei erneutem weiterem Verlauf um den Umfang wird der Abstand zwischen
den Schlitzen zunehmend größer, Der Umfang kann @henmal umfahren werden, ohne Kombinationen
zu wiederholen, bis sich die Kombination von 26b-A und 26b-H wiederholt und jede
nachfolgende
Runde zeigt stufenweise zunehmende Abstände. Eine Analyse zeigt, daß es 9o Sohlitzkombinationen
gibt, um die Enden der Federn aufzunehmen, und diese sind so verteilt, daß aller
40 kombinationen auftreten, und jeder Abstand zwischen den Enden der Kupplungs-
und der Bremsfeder kann auf + 2° tinkeltoleranzen aufgenommen werden. Die nachstehende
Tabelle zeigt den Winkelabstand zwischen jeder möglichen kombination von Schlitzen
an entgegengesetzten Enden des Bundes 26b-A 26b-B 26b-C 26b-D 26b-E 26b-F 26b-G
26b-H 26b-I Zapfen 26a-A o 40 80 120 160 200 240 280 320 26a-B 36 76 116 156 196
236 276 316 356 26a-C 72 112 152 192 232 272 312 352 32 26a-D 108 148 188 228 268
308 348 28 68 26a-E 144 184 224 264 304 344 24 64 104 26a-F 130 220 260 300 340
20 60 loo 140 26a-G 216 256 296 336 16 56 96 136 176 26a-H 252 292 332 12 52 92
132 172 212 26a-I 283 328 8 48 83 123 168 203 248 26a-J 324 4 44 84 124 164 204
244 284 während im vorliegenden Fall bei Verwendung von neun Schlitzen an einem
Ende und zehn Schlitzen an anderen aller 4°. Drehung eine Aufnahme möglich ist,
sieht die Erfindung in anderen Fällen die mögliche Verwendung verschiedener Anzahlen
von Schlitzen für die Kupplungs- und die Bremsfeder vor (d.h. x und y). wenn die
Differenz in der Anzahl der verwendeten Schlitze eins beträgt (x - y " 1), dann
sind die möglichen Kombinationen das Produkt aus den beiden Anzahlen (xy), und bei
gleichmäßigen Abständen wiederholen sich die Schlitzkombinationen aller 3600 . Es.
ist jedoch nicht notwendig, eine Differenz von nur xy eine (x - y - 1) zu verwenden,
obwohl dies vorgezogen wird, weil sich dabei eine makimale Anzahl von mölichen Kombinationen
für eine gegebene Anzahl von Schlitzen ergibt.