DE2308473B2 - Richtgesperre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Richtgesperre mit einer Nabe und einem konzentrisch d. zu angeordneten äußeren Ring, die relativ zueinander in nur einer Drehrichtung drehbar sind, mit mindestens einem Gleitschuh, der eine innere Gleitfläche des Rings berührt und über einen exzentrisch angeordneten Stülzkorper schwenkbar und tangential verschiebbar an der Nabe abgestützt ist. und mit einer zwischen der Nabe und dem Gleitschuh wirkenden Feder.

Bei einem derartigen bekannten Richtgesperre (deutsche Patentschrift 538 244. Abb. 2) liegen die Gleitschuhe an dem äußeren Ring an einer glatten, allenfalls durch Schmiernuten unterbrochenen Zylinderfläche an. Das Gesperre ist zur Übertragung eines hohen Drehmoments nicht geeignet, weil der Ring über die Gleitschuhe gleiten kann. Wenn sich die Gleitschuhe bei hoher Belastung verformen, verringert sich die Klemmwirkung der Gleitschuhe an der Gleitfläche des Rings.

Aufgabe der Erfindung ist es. ein Richtgesperre der eingangs genannten A rtsoauszuführen.da ßdic Klemmwirkung /wischen dem Gleitschuh und dem äußeren Ring erhöht wird, ohne die Ansprechgenauigkeit des Gesperres beim Sperren oder Lösen zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gleitschuh so ausgebildet isl. daß er die Gleitfläche des Rings in zwei mindestens angenähert keilförmig im Winkel zueinander verlaufenden Flächenabschnitten berührt.

Zwischen diesen beiden Berührungsflächcnabschnilten keilt sich der Gleitschuh bei höherer Belastung und auch bei Verformung zunehmend stärker ein. Durch diese gute Klemmwirkung kann ein sehr hohes Drehmoment übertragen werden.

flache sind. .

In \Ve^;terbildune des Erhndungsgedankens ist voraesehcn. daß ein Anschlag vorgesehen .st. der die Amplitude des Rückgangs der Gleitschuhe infolge Trägheit bciirenzt. Dadurch wird auch bei sehr hohen Arbeitsgeschwindigkeiten und damit hohen, aut den Gleitschuh wirkenden Trägheitskrätten ein Blockieren des Gesperres in der falschen Richtung vermieden

Wi- lus den obigen Ausführungen hervorgehl, besitzt das Richtgesperre zahlreiche Vorteile gegenüber den bereits bekannten, insbesondere folgende:

seine Teile sind sehr einfach und leicht zu bearbeiten, was insbesondere für den stabförmigen Gleitschuh /' ailt- und bequem einzubauen: e< besitzt ecnaue Eigenschaften sowohl hinsichtlich des Fehlens einer Reibung in dem Antriebssinn als auch des Fehlens eines Klemmcns bei der Ent'sperrung.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand \on Ausführungsbeispiefen unter Bezugnahme au! die Zeichnung erläutert.

Es zeigt:

Pi₄T 1 schematisch in einer quer zu der Achse geschnittenen Seitenansicht ein Richtgesperre mit stabförmigen Gleitschuhcn.

Fie 2ineinerder Fig. 1 entsprechenden Zeichnung die Prinzipien, welche zur Bestimmung der geometrischen Ausbildung und Anordnung der verschiedenen Teile des Richtgesperrcs zu beachten sind.

Fic 3 und 4 ein Richtgesperre mit drei Gleitschuhcn in einer der Fig. 1 entsprechenden Ansicht bzw. in einer axial geschnittenen Teilansicht.

Fie. 5 bis 7 in gleicher Darstellung wie 1-'ig. 3 drei abecwandelte Ausführungsformen und

Fig.8 bis 10 in gleicher Darstellung wie Fig. 1 verschiedene andere Ausführungsformen.

Gemäß Fie. I ist ein nur in einer Richtung wirksames Richtgesperre zwischen einer Welle .1 oder Nabe und einem Ring B. welche sich gegeneinander um eine Achse O drehen können, mit Hilfe von zwei Baugruppen von Zwischenteilen hergestellt, welche /wischen der Welle und dem Ring angeordnet sind, wobei jede Baugruppe einen Gleitschuh P. einen sich selbst einstellenden Stützkörper 5 in Form eines abgestumpften Zylinders oder einer abgestumpften

Kugel und eine Feder R enthält, welche die Teile miteinander in Berührung zu hallen sucht (weiter unten ist unter Bezugnahme auf Fig. 9 ausgeführt, daß eine einzige derartige Baugruppe gegebenenfalls genügen

Die Innenfläche des Rings B weist einen Abicbnitt G auf, welcher eine Umdrehungsfläche um die Achse O ist und eine kontinuierliche Gleitbahn bildet, gegen welche sich der Gleitschuh P legt, welcher die Form eines Stabes hat, welcher an seinen beiden Enden durch Berührungsflächen D-D\ E-E mit dieser Bahn in Berührung steht.

Die Nabe A weist zwei ebene, zu der Achse O parallele und 7U dieser symmetrische Flächen C auf.

Gegen jede einen Nocken bildende Fläche C der Nabe A legt sich ein se^lbst einstellbarer Stützkörper 5, welcher sich außerdem mit dem entsprechenden Gleitschuh P längs einer Fläche T in Berührung befindet, welche insbesondere zylindrisch ist und ein Kreisprofil, einen Halbmesser / und eine Achse K hat. ϊ welche um eine Strecke e gegen die Achse O verjchoben ist. oder genauer gegen die durch O gehende. \ Vi der Fläche C senkrechte Axialebene y'-y. Da die Fläche T ein Kreisprofil hat. kann skii der Stützkörper S um seine Achse K gegenüber dem Gleitichuh Pdrehen.

Die Feder R hält gleichzeitig den Gleitschuh P mit der Gleitbahn G, den Stützkörper S mit dem Nocken C und den Gleitschuh P mit dem Stützkörper .S' längs der Fläche Tin Berührung.

Wie später nachgewiesen werden wird, ergibt diese Anordnung unter gewissen Formungs- und Benesjunesbedingungen ein Richtgesperre, das eine nur in einer Richtung wirkende Kupplung /wischen der Nabe A und dem Ring B darstellt, wobei sieh der Ring gegenüber der Nabe A in der Richtung des Pfeils F frei drehen kann, ohne einen anderen Wider-Itand als das durch die Berührungsfedern R erzeugte Moment, während er an jeder Drehung in der entgegenges.tzten Richtung gehindert ist. Diese Drehrichtung F ist umgekehrt die Antriebsrichtung des Ringes B durch die Nabe A.

Zur Erläuterung der Ausführungen seien zunächst unter Bezugnahme auf Fig.2 die Bedingungen der Klemmwirkung eines Gleitschuhs P untersucht, weleher sich an zwischen D, D bzw. /·.'. E' liegenden Zwischenpunkten D₀, E₀ an der Gleitbahn G abstüt/t. Wenn φ der Grenzreibungswinkcl an den Berührungs-Stellen zwischen dem Gleitschuh P und der Gleitschuh G ist. müssen, damit eine Klemmwirkung bei D₀ oder E_n stattfindet, die den Gleitschuh gegen die Gleitbahn drückenden Kräfte an diesen Stellen mit den Radien 0-D_n bzw. 0-E₀ Winkel bilden, welche kleiner als φ oder gleich ψ sind. Anders ausgedrückt müssen, wie sich dies nachweisen Hißt, die Kräfte den Kreis Γ mit dem Mittelpunkt O und dem Halbmesser £sin</> schneiden, wobei j? der Halbmesser der Gleitfläche G ist. Dieser Kreis kann der der Gleitfläche G zugeordnete Reibungskreis genannt worden.

Die geometrische Summe dieser Keilkräfte ist nun die Kraft //. welche die Resultierende des von dem Stützkörper .Vauf den Gleitschuh/' ausgeübten Drucks ist und übrigens mil der Resultierenden der Kräfte zusammenfällt, welche der Stüt/körper S unter dem Druck der Nabe A empfängt.

Es kann nachgewiesen werden, daß es /ur Erzielung einer Klemmwirkung genügt, daß diese Kraft // das Seement O-L an einim zwischen O und /. liegenden Punkt ,V schneidet (Fig.2), wobei der Punkt L der Schnittpunkt der von O₀ und E_n an den Kreis /' gelegten Tangenten ist, welche aus den Halbmessern D₀-(J bzw. E₀-O durch eine Drehung um den Winkel ψ in der Richtung des Pfeils /·" hervorgehen.

Dm sicherzustellen, daß diese Klemmbedingung erfüllt ist, muß also einerseits die Angriffslinie der Kraft // bestimmt werden, und andererseits geprüft werden, daß diese tatsächlich zwischen den Punkten O und L hindurchgeht.

Die Stellung dieser Angriffslinie der Kraft H geht aus den Gleichgewichtsbedingungen des Stützkörpers S hervor, welcher sich an der Gleitgrenze an der Ebene C und an seiner kreisförmigen Ausnehmung T befindet. Wenn ψ der Grenzreibungswinkel an diesen beiden Berührungsflächen genannt wird, wobei zur Vereinfachung angenommen ist, daß er an diesen beiden Flächen der gleiche ist, sieht man, daß die Angriffsgerade der Kraft H um einen Winkel ψ in der Richtung des Pfeils F gegenüber der zu der Ebene C Senkrechten schräg liegt und daß sie zu dem dem Kreis T zugeordneten »Reihi.^i-:gskreis« tangential ist. wobei dieser Reibungskreis den Mittelpunkt K und den Halbmesser / sin 1// hai. worin / der Halbmesser des Kreises 7"ist. Infolgedessen geht diese Resultierende H durch den Schekel /des Kreises T. wenn so der Punkt des Kr-.'ises 7'bezeichnei wird, dessen Halbmesser senkrecht auf der Ebene C steht, und außerdem bildet sie einen Winkel >,/ mit diesem Halbmesser. Infolgedessen hat ihr Abstand d von der Achse O. d.h. ihr Hebelarm, den Wert:

il — c ■ cosi// -f / ■ sin i

worin <: und ; die Koordinaten des Punkts / (Fig.2) darstellen, nämlich: c = die Verschiebung des Mittelpunkts A' des Stützkörpers gegenüber der zu der Ebene C senkrechten Axialebene. i = k +1. die Höhe des Scheitels / des Stützkörpers gegenüber der zu der Ebene C parallelen Axialebene (wobei k ebenso die algebraische Ordinate des Mittelpunkts A' des Stützkörpers ist).

Andererseits kann aus dem Dreieck E_n-O-I. !eicht abgeleitet werden, daß O-L sin/.' = O-E_n sine/?, woraus sieh ergibt:

sin i,i sin/)

worin / die Strecke O-L. ν den Halbmesser de? Kreises (j und />' den Winkel zwischen F-O_n und dei Richtung O-.x der Ebene C bezeichnet (Fig. 2).

Ferner kann leicht nachgewiesen werden, daß die (ierade O-L um einen Winkel <? gegen diese Richtung O-.x geneigt ist.

Die durch clic obige Forme! (2) gegebene Länge stellt den größten Wert des Hebelarms dar. mit wel ehern die !'.raft // in dem Grenzfall, in welchem die AngrilVslinie dieser Kraft H bei /. senkrecht /u dci Geraden O-L liegt, den Ring R in l'mdrehung vor setzen kann.

Nachdem die Stellung der Resultierenden // sowii der Punkt /. auf diese Weise bestimmt wurden, kam leicht geprüft werden, ob die Klemmbedingung er füllt ist. d. h. ob die Gerade /-//zwischen den Punkten C und L hindurchgeht. Wenn z.B. ψ - φ. was der FaI ist. wenn alle Teile der in Fig. I dargestellten Kupp lung aus dem gleichen Werkstoff und mit dem gleichet

Oberflächenzustand hergestellt sind, ist /-// senkrecht zu O-L. und ihr Abstand von dem Punkt O ist.

/' = O X = c ■ cosep + ι sin φ

(3)

Die Anstemmbedingung kann dann geschrieben werden:

Λ = c ■ cost/) + / sin φ < .(,'

sin φ sin/i

(4)

(worin ά wiederum der Hebelarm ist. mit welchem die Kraft H wirkt).

Nach Erfüllung der Klemmbedingung muH außerdem, damit das Richtgesperre vollständig befriedigend arbeitet, die Entspcrrung ohne Klemmen erfolgen. wenn die Bewegung sich in dem zulässigen Sinn auszubilden sucht.

Die erste Bedingung hierfür ist. daß der Halbmesser O-l mit der Geraden 1-K einen Winkel bildet, der größer als der Reibungsvvinkel ist. d.h.:

•tgi/'

c ■ cost// > / ■ sin i/f

(5)

Die zweite Bedingung ist. daß der bei / entlastete Gleitschuh P sich ohne Klemmen seiner Anlagestellen bei D_n und E„ entsperrt, wofür genügt:

/f >

(6)

Diese drei durch die Formeln (4). (5). (6) ausgedrückten Bedingungen ermöglichen es. ein Richtgesperre 7.U entwerfen, wobei diese Formeln für die komplizierten Fälle leicht verallgemeinert werden können (Fall der doppelkonischcn Fläche der Fig.4. wobei ψ < φ: sich in dem Körper A drehender Stützkörper usw.).

Um einen Sicherheitsspielraum zu haben, nimmt

man zwei verschiedene Werte von β: EOx anstatt /T_nOv

in der Klemmformel (4) und E Ox anstatt E₀Ov in der zweiten Formel für das Nichtklemmen (6).

Ein das in Fig. 1 dargestellte Richtgesperre betreffendes Zahlenbeispiel genügt, die Verträglichkeit der drei oben aufgestellten Bedingungen nachzuweisen. Halbmesser e der Bahn G: 50 mm: Reibungskoeffizient: tg(/> = tgi// = 0.16. φ =9'.

sin<p = 0.156. cos<p = 0.988. /T_nOv = β = 32". sinß = 0.53 f = 8mm. /=30 mm (i = 20 mm. K= 10 mm).

Die Klemmbedingung (4) erhält die Form:

OX = d= 8 ■ 0.988 + 30 · 0.156 < 50 ^~

das heißt: 12.7 < 14.7 (der Hebelarm d beträgt also 12.7 mm).

Die erste Bedingung des Nichtklemmens (5) erhält die Form:

8 ■ 0,988 > 30 0.156

das heißt: 8 > 4.7. und für die zweite Bedingung (6) ergibt sich:

32 >9

was an diesem praktischen Beispiel die Verträglichkeit der drei oben aufgestellten Bedingungen zeigt.

Alle obigen Ausführungen sind natürlich nur beispielshaiber gemacht. Der Fachmann hat in allen I allen die Möglichkeit, entsprechend den Reibungskoeffizienten, durch die Rechnung oder durch Versuche die besten Werte zu bestimmen, welche insbesondere für die Werte c und /. Maße des Punktes /.

/u wählen sind.

Aus den obigen Ausführungen geht deutlich hervor, daß die Arbeitsbedingungen der Richtgesperre um so leichter eingehalten werden können, je kleiner die Reibungskoeffizienten ψ des Stützkörpers S an der

ίο Kurvenhahn C und dem Gleitschuh P und je größer der Reibungskoeffizient φ des Glcitschuhs an der Gleitfläche (V sind. Es muß insbesondere für das Verhältnis φ υ/ ein Wert von mindestens größenordnungsmäßig 15 10 vorgesehen werden.

Hierfür können z.B. die Stützkörper aus Bronze oder einer die Reibung vermindernden Legierung oder aus Kunststoffen (z.B. PTFE) hergestellt werden. Dieser Reibungskoeffizient kann auch durch Beläge oder geeignete Oberflächenbehandlungen. z.B. SuI-finisieriing. verringert werden. Die Slützkörper können auch aus Stahl sein, wie die anderen Teile des Gesperrcs sie sind dann aber vorzugsweise sulfinisicrt. Gegebenenfalls können die Gleitschuhe auch aus Gußeisen bestehen.

Bei den Glcitschuhen können ihre Berührungsflächen mit der Gleitbahn mit Materialien mit hohem Reibungskoeffizienten überzogen sein, wie die für Bremsbeläge benutzten. Ferner kann man diesen Gleitflächen ein doppeltkonisches oder mehrfachkonisches Profil geben, wie in Fig.4 dargestellt, welche im Axialschnitt ein Richtgesperre mit drei Gleiischuhcn zeigt, dessen Vorderansicht in Fig. 3 dargestellt ist. was zur Erzielung eines scheinbaren Reibungskoeffizienten Φ führt, welcher größer als der der zvlindrisehen Flächen (Fig.l) entsprechende Rcibungswinkel </> ist.

Wenn zwei Berührungszonen zwischen den Gleitschuhe!! und der Gleitbahn (V vorgesehen sind, kann

auch der Winkel D₀OIi₀ (Fig. 5) zwischen diesen Berühriingszo'ncn vergrößert werden, wobei jedoch eine obere Grenze besteht, nämlich die Klemmgrcnz.e [Bedingung (6). β > ψ].

Alle diese getrennt oder zusammen benutzten Merkmale ermöglichen die Herstellung von sehr kräftigen Richtgesperren die Vergrößerung des für den Durchtritt einer Welle Λ/ innerhalb der Nabe A verfügbaren Raums (Fig. 3). z.B. wenn drei Anordnungen mit Gleitschuhen und Bremsschuhen vorgesehen werden.

und die Verringerung der inneren Beanspruchungen durch Vergrößerung der Hebelarme d=O-X(Fig. 2).

Es ist jedoch zu bemerken, daß die Teile zweckmäßig

durch elastische Mittel in Berührung gehalten werden.

z.B. die Feder R. damit die Gleitschuhe stets funktionsbereit sind. Die Lösung der Fig. 3, in welcher die Feder R so angeordnet ist. daß sie auf den Gleitschuh P und die Nabe A eine Wirkung in der Querrichtung ausübt, kann in gewissen Fällen ungenügend sein. Diesem Nachteil kann dadurch abgeholfen werden.

daß die Federn R tangential angeordnet werden, wie in Fig.6 oder in Fig.7 angegeben. Ferner können, wie in Fig.6 dargestellt. Zugfedern T_R allein oder in Kombination mit den Druckfedern R vorgesehen werden.

Außerdem können Anschläge 3 vorgesehen werden, wie in Fig. 7 dargestellt, um die Amplitude des Rückgangs der Gleitschuhe P durch Trägheit zu begrenzen, falls die Nabe A bedeutende Winkelbeschleunigungen

Pfeil /' entgegengesetzten aus gestattet. Die Linie /.)'-/-." schneidet den Reibungs-

in der zugelassenen, dem
Richtung ausführen kann.

Fig.8 zeigt, daß die Richtgesperre auch mit Stützkörpern .S' hergestellt werden können, welche in der Nabe A gelagert sind, wobei die Gleitschuhe auf ihnen gleiten.

Fig.9 zeigt die Möglichkeit der Benutzung des Arbe'tsprinzips der Fig.8 mit einem in der Nabe ) gelagerten Stützkörper, wobei jedoch nur eine einzige Anordnung mit einem Gleitschuh und einem Stützkörper vorhanden ist.

Bei dieser Ausführung ist die Nabe A z. B. ausgefräst und am Ende ausgebohrt, um den Gleitschuh P und den Stützkörper S aufzunehmen, wobei ein genügendes Spiel für die Ausschläge des Gleitschuhs P gelassen wird. Hie gestrichelten Linien erinnern an die in Fig. 2 dargestellten Konstruktionsprinzipien und tragen die gleichen Bezeichnungen. Hier wird jedoch der Kraft // durch eine gleiche und entgegengesetzte Kraft //' das Gleichgewicht gehalten, welche zu dem Rcibungskreis /' tangential liegt. Der Schnittpunkt ./' der Angriffslinie dieser Kraft H mit dem Kreis der Gleitfläche (7 bestimmt den Anlagepunkt der Nabe A an dem Ring B in der Antriebsstellung. Bei der Auskupplung ist dieser Punkt./' der augenblickliche Drehpunkt von A gegenüber B. und es kann leicht festgestellt werden, daß der Winkel zwischen /-./' und K-f erheblich größer als der Reibungswinkel ist. was eine Fntsperrung ohne Klemmen \on dem Punkt / kreis /" nicht, die große Öffnung des Winkels IYOh'

läßt es jedoch angezeigt erscheinen, die Druckfeder R durch eine Zugfeder 7_R zu ergänzen, um den Antrieb des Glcitschuhs P sicherzustellen, wenn sich die Nabe A in der in bezug auf den sie umgebenden Ring B zugelassenen Richtung dreht oder zu drehen sucht.

lic. H) zeigt schließlich seht schematisch das Prinzip eines umkehrbaren Richtungsgesperres. d.h. bei welchem der Sperrsinn nach Belieben umgekehrt werden kann.

Die Gleitschuhe Pund ihre zugehörigen St ützkörperS können in bezug auf die Nahe .·( die eine oder die andere von zwei Stellungen einnehmen, welche in bezug auf die durch O gehende, zu den Gleilflächen der Nabe senkrechte Achse y'-y symmetrisch sind und können in der einen oder der anderen dieser Stelluneii in federnder Lage durch eine nicht dargestellte Kippvorrichtung gehalten werden. Man kann daher nach Belieben die Antriebsrichlung (/·" oder — F) umkehren.

Tatsächlich wurde oben nachgewiesen, daß man stets in der Lage ist. die ideale Arbeitsweise durch eine Berechnung der verschiedenen Abmessungen ;:u bestimmen, insbesondere der Abstände <· und / in Funktion der Reibungskoeffizienten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnuncen 409 550/

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   J. Richtgesperre mit einer Nabe und einem konzentrisch dazu angeordneten äußeren Ring, die re- s lativ zueinander in nur einer Drehrichtung drehbar sind, mit mindestens einem Gleitschuh, der eine innere Gleitfläche des Rings berührt und über einen exzentrisch angeordneten Stülzkorper schwenkbar und tangential verschiebbar an der Nabe abgestützt ist. und mit einer zwischen der Nabe und dem Gleitschuh wirkenden Feder, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitschuh (P) so ausgebildet ist, daß er die Gleitfläche (C) des Rings (B) in zwei mindestens angenähert keilförmig im Winkel zueinander verlaufenden Flächenabschnitten berührt.
2. 2. Richtgesperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitschuh (P) die Form eines Stabes hat, der sich an seinen beiden Enden in zwei Berührungszonen (D-D': E-E') an der zylindrischen Gleitfläche (G) des Rings (5) abstützt (Fig. 1,5. 8 und9).
3. 3. Richtgesperre nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfläche des Rings (B) mindestens doppelt konisch ist.
4. 4. Richtgesperre nach Anspruch 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag(3) vorgesehen ist. der die Amplitude des Rückgangs der Gleitschuhe (P) infolge Trägheit begrenzt.

   Es ,st zwar bekannt (deutsche Patentschrift 9M38I und deutsche Patentschrift 1292454). die Backen von Reibungskupplungen oder -bremsen über zwei Gleukörper am äußeren Ring abzustutzen. Dabei wird angestrebt, einen konstanten ReibungskoelWen zu Kten: eine Keilwirkung zwischen den beiden Berührungsflächen der Gleitschuhe tritt nicht ein. weil die Backen nicht frei verschiebbar sind.

   Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsforrn der Erfinduni! ist vorgesehen, daß der Gleitschuh die Form eine" Stabes hat, der sich an seinen beiden Enden m zwei Berührungszonen an der zylindrischen Gle.tflSrhe des Rings abstützt. Dadurch wird auch bei ÄnSJr Ar anderer Gestalt der Gleitfläche des äußerenRingseineKeilwirkungerretcht.d.eauchdurch eine Durchbieeung des Gleitschuhs in seinem mittleren Bereich bei hoher Belastung beibehalten wird

   Gemäß einer anderen, ebenfalls sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß