DE2064515A1

DE2064515A1 - In zwei Richtungen wirksames Gesperre fur eine von einem Eingangsantneb anzutrei bende Ausgangswelle

Info

Publication number: DE2064515A1
Application number: DE19702064515
Authority: DE
Inventors: Raymond Noel Suffield Conn Quenneville (V St A )
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1970-01-02
Filing date: 1970-12-30
Publication date: 1971-07-08
Also published as: GB1274800A; US3631951A; FR2075189A5

Description

PATENTANWÄLTE
G. NlCKtL · DR.-ING. J. DORNER

8 MÖNCHEN 15

LANDWEHRSTR. 35 · POSTFACH 104

TEL. tOSll) 5S5719

München, den 28. Dezember 1970 Anwaltsaktenz.ί H- Pat. 75

United Aircraft Corporation, 400 Main Street, Säst Hartford., Connecticut 06108, Vereinigte Staaten von Amerika

In zwei Richtungen wirksames Gesperre für eine von einem Eingangsantrieb anzutreibende Ausgangswelle.

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zum Festhalten von Lasten und insbesondere im zwei Eichtungen wirksame G-esperre, welche den Antrieb einer Ausgangswelle von einer SingangBwelle her zulassen, jedoch verhindern, daS die Ausgangswelle von einem Belastungsmoment in der einen oder der anderen Richtung angetrieben wird.

Zum Festhalten von Lasten hat man bisher im allgemeinen Reibscheibenbremsen verwendet. Solche Bremseinrichtungen haben aber charakteristische Isohteile. Reibungsbremsen oder Scheibenbremsen sind in ihrer Wirkeeakeit insbesondere von Änderungen der umgebungstemperatur, tob, inderungen des Reibungskoeffizienten und von dem Verschleiß an den wirksamen Reibungsflachen abhängig. Um sicher zustellen, daS ein@ Scheibenbremse in eines bestimmten System., in welchem sie eingesetzt iet, Sen Anforderungen genügt, ailse«n bestimmte Bedingungen erfüllt werden« So auß der EeibungekoefTizlent genau festgestellt werden, und zwar sowohl der absolute

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Wert als auch die jeweiligen maximalen Änderungen der atatischen und dynamischen Werte. Auch unter Berücksichtigung sämtlicher Umgebungseinflüsse muß der Wert des Reibungskoeffizienten in einem bestimmten Bereich bleiben. Der Verschleiß der Reibungsflächen im Betrieb muß möglichst gering gehalten -werden, um ein periodisches Austauschen der Bremsen vermeiden zu können und um außerdem Verschmutzungen auszuschalten, welche die Lager und die fretriebeorgane der Anlage nachteilig beeinflussen können. Schließlich muß beträchtliche Mühe auf eine wirksame Kühlung der Bremsflächen aufgewandt werden, da bei nicht ausreichender Kühlung der Rei-•bungskoeffizient im allgemeinen abfällt und dann auf diesem niedrigeren Wert bleibt. Die Wärme, welche in einer Reibungsbremse erzeugt wird, die eine Welle festzuhalten hat, auf welche ein die Welle zu verdrehen suchendes Belastungsmoment einwirkt, (wenn die Last mittels der Reibungsbremse abgesenkt wird), ist nicht gleich der Energie der abgesenkten Last, sondern ist eine Punktion des Bereiches des Reibungskoeffizienten. Die in der Reibungsbremse vernichtete Energie kann daher größer sein als die tatsächliche kinetische Energie der abgesenkten Last.

Es sind auch schon in zwei Richtungen wirksame Feder-Gesperrekupplungen bekannt geworden. Diese Kupplungen benötigen aber zwei Federn, nämlich je eine Feder zur Sperrung der Last in jeder Richtung. Die sich hierdurch ergebenden Konstruktionen sind außerordentlich kompliziert und besitzen großes Gewicht.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein in zwei Richtungen wirksames Gesperre bei geringem Gewicht und einfachem Aufbau so auszubilden, daß eine Freigabe der gesperrten Welle in jeder Richtung mittels einer Eingangskraft· oder eines Eingangssignales erfolgen kann, dessen bzw. deren Stärke unabhängig von der Größe des zuvor gesperrten Belastungsmomentes oder des Überholmomentes ist.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem in jswei Richtungen wirksamen Gesperre für eine von einem Eingangsantrieb anzutreibende

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Ausgangswelle, auf die ein Belastungsmoment einwirkt, das die Ausgangswelle anzutreiben sucht, durch ein einziges Federelement, das sowohl an eine Umfangsfläche der Ausgangswelle als auch an ein feststehendes Bauteil anlegbar ist und in dieser Normalstellung die Ausgangswelle festhält und ihre Drehung in beiden Richtungen sperrt und ferner durch eine das Federelement aus der Normalstellung heraus in Abhängigkeit von einem vom Eingangsantrieb' abgeleiteten Freigabesignal lösende Freigabevorrichtung gelöst, welche eine Drehung der Ausgangswelle nur bei Bewegung des Eingangsantriebs zuläßt.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Gesperres ist es, daß nur ein einziges Federelement Verwendung findet, welches eine Verdrehung der Ausgangswelle unter der Einwirkung des Belastungsmomentes in beiden Richtungen verhindert. Die ein Überholmoment erzeugende Belastung kann mittels des erfindungsgemäßen Gesperres in beiden Richtungen Jeweils unabhängig von der Größe der Belastung freigegeben werden.

Die durch das Überholmoment verursachte Energie wird durch Reibung mittels des erwähnten, einzigen Federelementes aufgenommen.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann aber die Energie der das Überholmoment erzeugenden Belastung auch in einer hydraulischen Pumpe absorbiert werden, wobei dafür Sorge getragen ist, daß bei einer Störung in der hydraulischen Pumpe jedenfalls noch eine Vernichtung der anstehenden Energie durch Reibung an dem Federelement stattfindet.

Weitere Vorteile der Erfindung sind es, daß keine genaue Einstellung des Reibungskoeffizienten für das Festhalten der Belastung notwendig ist und daß die als Wärme abzuführende Energie beim Absenken der Belastung stets gleich der Energie der das Überholmoment erzeugenden Belastung selbst bleibt.

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Die Freigabe der Ausgangswelle aus der Festhaltestellung in Zusammenwirkung mit dem einzigen Federelement erfolgt vorzugsweise vom Bingangsantrieb her in solcher Weise, daß sich die Ausgangswelle nur in Abhängigkeit von einer Bewegung oder Drehung des Eingangsantriebs drehen kann.

Nachdem bei dem erfindungsgemäßen Gesperre die zur Lösung des Federelementes im Sinne einer Freigabe der Ausgangswelle erforderliche Kraft unabhängig von der Belastung an der Ausgangswelle ist, wird zum Lösen des Federelementes beim Einwirken einer verhältnismäßig großen Belastung auf die Ausgangswelle eine im Vergleich dazu sehr kleine Stellkraft benötigt.

Wie bereits erwähnt, ist bei einer Ausführungsform der Erfindung mit der Ausgangswelle eine hydraulische Pumpe verbunden, welche zur Absorbtion der Energie eines Überholmomentes dient. Wird die Last abgesenkt, so unterstützt das Überholmoment den Eingangsantrieb beim Drehen der Ausgangswelle. Die von der abgesenkten Last erzeugte Energie wird in der hydraulischen Pumpe absorbiert, um so die Wärmeenergie zu vermindern, die in dem Federelement erzeugt würde, wenn keine anderen Mittel zur Absorbtion der Energie vorgesehen wären. Die Pumpe arbeitet nur, wenn die Last ein Überholmoment erzeugt, nicht jedoch, wenn der Eingangsantrieb die Last anheben muß.

Im übrigen bilden zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung Gegenstand der anliegenden Patentansprüche. Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar»

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispieles der Erfindung,

Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Aasführungsbeispleles der Erfindung,

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Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispieles der Erfindung und

Figur 4- eine perspektivische Ansicht eines nochmals anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung.

In Figur 1 ist eine verdrehbare Ausgangswelle 2 zusammen mit einem einzigen Federelement 4 gezeigt, das mit einem Eingangsantrieb 6 in Wirkverbindung steht. Ein feststehendes Bauteil 8 umgibt das Federelement 4. Auf die Ausgangswelle 2 wirkt eine last 10. Während in der Zeichnung die Last einfach sojaematisch in Form eines Gewichtes angedeutet ist, das an einem um die Ausgangswelle 2 gelegten Drahtseil aufgehängt ist, kann die Belastung durch eine beliebige Kraft erzeugt werden, die die Ausgangswelle zu verdrehen sucht. Es kann sich hierbei um ein Belastungsmoment handeln, das die Ausgangswelle 2 in der einen oder der anderen Sichtung zu drehen sucht. Eine Umfangsfläche 20 der Ausgangswelle 2 ist an das Federelement 4 anlegbar.

Aus der Zeichnung ist ohne weiteres zu sehen, daß sich die Ausgangswelle 2 unter der Last 10 nicht verdrehen kann, da die Umfangsfläche 20 der Ausgangswelle an einem Ende 28 des Federelementes 4 anliegt. Je größer die last 10 ist, desto mehr drückt sich die Fläche 20 gegen das Ende des Federelementes 4 an und klemmt das Federelement 4 innerhalb des feststehenden Bauteiles 8 fest, so daß die Last aufgrund der Reibung zwischen dem Federelement 4 und dem feststehenden Bauteil 8 festgelegt ist. Wäre die Last in entgegengesetzter Richtung wirksam, würde sie also die Welle 2 in entgegengesetzter Richtung zu verdrehen suchen, so stellt sich die entsprechende Sperrwirkung ein.

Soll nun die Ausgangswelle 2 zum Anheben oder Absenken der Last verdreht werden, so wird der Eingangsantrieb 6 in der entsprechenden Richtung in Umdrehung versetzt. Soll beispielsweise die Last abgesenkt werde», so wird der Eingangsantrieb mit Bezug auf die Darstellungewtlee nach Figur 1 im G-egenufarzeigersinn gedreht.

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Ein Schenkel 22 des Eingangsantriebs legt sich gegen das Ende 24 des Federelementes 4 an und wickelt das Federelemen.t ein, so daß das Federelement aus der Anlage an dem feststehenden Bauteil 8 freikommt. Die Reibungskräfte zwischen dem Federelement und dem feststehenden Bauteil fallen daher weg und das .Federelement kann sich frei zusammen mit dem Eingangsantrieb 6 drehen, so daß die Ausgangswelle 2 aufgrund des Anlaufens des Endes 24 des Federelementes gegen die Fläche 20 der Ausgangswelle 2 angetrieben werden kann.

'Es ist außerdem festzustellen, daß die Belastung nicht■schneller abgesenkt werden kann, als durch die Drehung des Eingangsantriebs 6 vorgegeben ist, da bei einer schnelleren Drehung der Ausgangswelle 2 gegenüber dem Federelement 4 die äußere Fläche 20 der Ausgangswelle gegen das Ende 28 des Federelementes 4 anlaufen würde und dadurch wieder eine Erweiterung des Federelementes und damit eine bremsende Reibung verursachen würde, die auf die Ausgangswelle wirkt. Die Energie der das Überholmoment erzeugenden Last wird dann durch Reibung in ffärme umgesetzt.

Zum Anheben der Last wird der Eingangsantrieb 6 mit Bezug auf die Stellung nach Figur 1 im Uhrzeigersinn gedreht. Ein Schenkel 26 des Eingangsantriebs 6 legt sich gegen das Ende 28 des Federelementes 4 an und wickelt das Federelement auf, so daß das Federelement von der Anlage an dem feststehenden Bauteil 8 abgelöst wird. Der Eingangsantrieb kann daher die Ausgangswelle 2 über daa Federelement 4 antreiben.

Die Ausgangswelle 2 kann außerdem mit einer hydraulischen Pumpeneinheit in Wirkverbindung stehen, die schematisch bei 11 angedeutet ist. Die Pumpe 12 ist über eine Welle 14 mit der Ausgangswelle 2 verbunden und kann Pumpflüssigkeit von einer Leitung 16 her durch die Pumpe 12 hindurch zu einem Entspannungsventil 19 oder einer nicht dargestellten Dro.sselöffnung sowie einer Leitung 18 pumpen. Zwischen die Leitung 18 und die Leitung 16 kann notwendigenfalls ein Wärmeaustauscher 21 geschaltet sein, mittels welchem die Pumpflüssigkeit gekühlt wird. Die Pumpe 12 wird nur dann betätigt, wenn die Last ein Überholmoraent erzeugt,

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d.h., wenn der iCingangsantrieb 6 die Ausgangswelle 2 in einer Richtung antreibt, in welche auch die Belastung 10 die Ausgangswelle zu drehen sucht.

Die Pumpe wandelt die von dem Überholmoment erzeugte Energie unmittelbar in einen Temperaturanstieg des durch die Pumpe zu for- ' dernden Drucköles um. Aufgrund der Verwendung der Pumpe braucht in dem Federelement nur eine minimale Energiemenge vernichtet zu werden und das Federelement erleidet daher keine starke Abnützung oder Erwärmung. Sollte aber an der Pumpe eine Störung auftreten, so kann das Federelement durch Reibung jedenfalls noch die anstehende Energie vernichten. Während die Pumpeneinrichtung nur bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 dargestellt ist, versteht es sich für den Fachmann von selbst, daß diese Einrichtung auch mit den" Ausgangswellen der anderen Ausführungsbeispiele der Erfindung in gleicher Weise verbunden sein kann.

Bei der Ausführungsform nach Figur 2 ist ein Eingangsantrieb allgemein mit der Bezugszahl 29 bezeichnet und enthält einen Antriebsmotor 30, der eine Welle 32 über ein Zahnrad 34- antreibt, sowie einen relativ dazu stillstehenden Teil 46, worauf nachfolgend noch genauer eingegangen wird. Eine auf die Ausgangswelle 32 einwirkende Last ist schematisch als Gewicht 38 angedeutet, welches an einem Drahtseil befestigt ist, das um die Ausgangswelle gelegt ist. Ein einziges Federelement 40 ist zwischen einer Umfangsfläche 42 der Ausgangswelle und einem feststehenden Bauteil 44 angeordnet. Der im wesentlichen stillstehende Teil des Eingangsantriebs 29 besitzt Schenkel 48 und 50, die an die Enden 52 bzw. 54 des Federelementes 40 anlegbar Bind. Der stillstehende Teil 46 des Eingangsantriebs kann an daa Gehäuse des Antriebsmotor 30 so angeschlossen sein, daß das vom Antriebsmotor 30 erzeugte Eeaktions-Drehmoment den im wesentlichen stillstehenden Teil 4-6 etwa so verdreht, daß das Federelement 40 gelöst wird, so daß nun der Antriebsmotor 50 die Ausgangswelle 32 drehen kann. Bei diesem Ausführungsbeiepiel dreht sich also das

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Federelement nicht mit.

figur 3 zeigt wiederum ein anderes Ausführungsbeispiel. Das einzige Federelement 60 ist hier zwischen dem die Ausgangswelle bildenden Teil 62 und dem feststehenden Bauteil 64 angeordnet. Eine auf die Ausgangswelle 62 einwirkende Last 66 ist wieder schematisch als Gewicht angedeutet, das an einem Seil befestigt ist, welches um die Ausgangswelle gelegt ist. Der Eingangsantrieb besitzt hier die Schenkel 70 und 72, die gegen die Enden 74 bzw. 76 der Feder 60 anlegbar sind. Um nun beispielsweise die Last abzusenken, dreht sich der Eingangsantrieb 68 mit Bezug auf die Darstellung nach Figur 3 im Gegenuhrzeigersinn. Der Schenkel lauft dann gegen das Ende 76 des Federelementes 60 an und wikkelt das Federelement auseinander, so daß die Reibung zwischen dem Federelement 60 und dem feststehenden Bauteil 64 verloren geht. Der Eingangsantrieb 68 kann dann die Ausgangswelle 62 über das Federelement antreiben, welches sich mitdreht. Beim Anheben der Last finden die entsprechenden umgekehrten Vorgänge statt.

In Figur 4 ist ein Eingangsantrieb allgemein mit 79 bezeichnet und enthält einen Antriebsmotor 80, dessen Welle 82 einstückig mit der Ausgangswelle 84 verbunden sein kann. Ein im wesentlichen dazu stillstehender Teil 86 des Eingangsantriebs ist mit dem Motor 80 verbunden und weist Schenkel 88 und 90 auf, die sich gegen die Enden 92 bzw. 94 des Federelementes 96 anlegen können. Das Federelement ist zwischen der Ausgangswelle 84 und einem feststehenden Bauteil 98 angeordnet. Eine auf die Ausgangswelle wirkende Belastung ist schematisch in Form eines Gewichtes 100 angedeutet, das an einem um die Ausgangswelle 84 gelegten Seil aufgehängt ist. Zum Anheben der Last wird die Welle 82 des Motors 80 mit Bezug auf die Stellung nach Figur 4 im Uhrzeigersinn gedreht. Der relativ dazu im wesentlichen stillstehende Teil 86 wird im Gegenuhrzeigersinn verdreht, da er mit dem Gehäuse des Motors in Wirkverbindung steht und daher das Reaktionsmoment des Motors eine entgegengesetzte Drehung zu derjenigen

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der Auagangawtlls 82 hervorruft. Der Schenkel 88 legt sieh gegen das Ende 92 dsi Ftdereleaentes 96 an und bebt die Haltewirkung des -Pedtrelemsnte» gggeaüber der Auagangawelle 84 auf, ao daß diese sich im Ußr&eigtrainn drehen kann. Beint Absenken der Last finden dl© jeweils umgekehrten Vorgänge statt.

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Claims

Patentansprüche

n zwei Richtungen wirksames Gesperre für eine von einem Ein« gangsantrieb anzutreibende Ausgangswelle, auf die ein Belastungsmoment einwirkt, das die Ausgangswelle anzutreiben sucht, gekennzeichnet durch ein einziges Federelement (4 bzw. 40 bzw» 60 " bzw, 96), das sowohl an eine Umfangsflache (20 bzw, 42) der Ausgangswelle (2 bzw, 32 bzw, 62 bzw. 84) als auch an ein feststehendes Bauteil (8 bzw.-44 bzw, 64 bzw. 98) anlegbar ist und in dieser Normalstellung die Ausgangswelle festhält und in ihrer Drehung in beiden Richtungen sperrt und ferner durch eine das Federelement aus der liormalstellung heraus in Abhängigkeit von einem vom Eingangsantrieb (6 bzw, 29 bzw. 68 bzw. 79) abgeleiteten Freigabesignal lösende Freigabevorrichtung (22, 26 bzw, 48, 50 bzw. 70, 72 bzw. 88, 90), welche eine Drehung der Ausgangswelle nur bei Bewegung des Eingangsantriebs zuläßt.

2. Gesperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

\ Freigabevorrichtung mittels der Beaktionskraft betätigbar ist, die zwischen einem feststehenden Teil (46 bzw. 86) und einem beweglichen Teil (34 bzw« 82) des Eingangsantriebs (29 bzw, 79) ableitbar ist,

3, Gesperre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem als Klemmorgan zwischen einer Umfangsflache der Ausgangswelle und ^m im Abstand davon angeordneten feststehenden lauteil wirksamen Federelement einerseits und dem Eingangsantrieb andererseits eine die Freigabevorrichtung bildende Wirkverbindung vorgesehen ist.

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4. Gesperre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein mit der Ausgangswelle verbundenes Pumpsystem (11) welches von der Ausgangswelle zur Absorbtion der von einem Überholmoment erzeugten Energie dann angetrieben wird, wenn der Eingangsantrieb die Ausgangswelle in einer Richtung antreibt, in die auch das Überholmoment wirkt (Figur 1).

5. Gesperre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement die Form einer Schraubenfeder hat, deren Außenfläche oder deren Innenfläche die Klemmfläche gegenüber dem feststehenden Bauteil bzw. gegenüber der Ausgangswelle bildet und deren Enden im Sinne einer Betätigung der Klemmfläche entweder mit Betätigungsorganen der Freigabeeinrichtung oder mit Anschlagflächen an der Ausgangswelle bzw. an dem stillstehenden -Bauteil zusammenwirken.

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