DE2844265B2 - Mechanischer Kraftverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Kraftverstärker mit einem keilförmigen Primärglied, welches zwischen einem ersten Paar von zwei spiegelbildlich zu einer Symmetrieebene angeordneten, an Widerlagerflächen abgestützten Rollen entlang dieser Symmetrieebene verschiebbar ist und dabei mit seinen Keilflächen an den Mantelflächen beider Rollen anliegt, mit einem in Richtung der Keilspitze gegenüber dem ersten Rollenpaar versetzt angeordneten zweiten Rollenpaar, dessen Rollen achsparallel zu denen des ersten Rollenpaares angeordnet sind, mit letzteren in einer Wirkverbindung stehen und sich mit ihren Mantelflächen an Gegenlagerflächen eines in der gleichen Richtung wie das Primärglied verschiebbaren Sekundärgliedes abstützen, wobei eine auf das Sekundärglied entgegengesetzt zur Keilspitze einwirkende Federanordnung vorgesehen ist

Bei einem bekannten derartigen Kraftverstärker sind zwei Winkelhebel vorgesehen, die spiegelbildlich zur Symmetrieebene angeordnet sind. Diese Winkelhebel sind je um eine Achse schwenkbar in einem Gehäuse gelagert und tragen an dem Ende jedes ihrer Hebelarme je eine, um eine Achse im Winkelhebel drehbare Rolle (vergl. US-PS 24 43 775). Auf die an den längeren Hebelarmen der Winkelhebel angeordneten Rollen wirkt der Keil des Primärgliedes ein und verschwenkt dabei jeden Winkelhebel um seine Lagerachse. Die am kürzeren Hebelarm vorgesehene zweite Rolle drückt auf einen Bolzen, der in dem Gehäuse verschiebbar gelagert ist und das Sekundärglied bildet. Die beiden Sekundärglieder wirken auf die bewegliche Spannbacke eines Schraubstockes ein. Dieser bekannte mechanische Kraftverstärker ist teuer in der Herstellung, da er aus einer Vielzahl von Einzelteilen besteht. Die Achsen, um die die Rollen drehbar gelagert sind, und auch die Lagerachsen der Winkelhebel sind erheblichen Kräften ausgesetzt und unterliegen damit auch einem starken Verschleiß. Da sie nur begrenzt belastbar sind, weist dieser bekannte mechanische Kraftverstärker entweder eine große Baugröße auf, oder mit ihm können nur verhältnismäßig geringe Spannkräfte erzielt werden. Wegen der Vielzahl von Einzelteilen sind auch die Montagekosten verhältnismäßig hoch.

Es ist ferner auch ein Kniehebelkraftverstärker bekannt (CH-PS 5 73 560), bei welchem sich die Hebel aneinander sowie an einem Drucklager und einem Widerlager unmittelbar abstützen. Alle Stützflächen sind als Wälzflächen ausgebildet, die bei Bewegung des Kniehebels mit Linienberührung schlupffrei aufeinander abwälzen. Die Hebel weisen dabei einen rechteckigen Querschnitt auf. Um eine ungewollte gegenseitige Verschiebung der beiden Hebel jedes Kniehebels zu verhindern, sind die beiden Hebel durch eine Stahlkugel verbunden, die in entsprechende Ausnehmungen in den einander zugekehrten Wälzflächen lose eingesetzt ist und die Wälzflächen in bezug aufeinander ausgerichtet hält. Die mit Wälzflächen versehenen Hebel sind teuer in der Herstellung. Zusätzlich müssen sie außerdem an ihren einander zugekehrten Wälzflächen mit den oben erwähnten Ausnehmungen versehen sein, wodurch ein Teil ihrer Breite für die Kraftübertragung verlorengeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mechanischen Kraftverstärker der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der einfacher im Aufbau ist, weniger Einzelteile aufweist, billiger herstellbar ist, eine kleine Baugröße besitzt und verschleißarm arbeitet.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß alle Rollen frei beweglich sind, daß jede Rolle des ersten Rollenpaares mit ihrer Mantelfläche einerseits an einer stationären Widerlagerfläche und andererseits direkt an der Mantelfläche einer Rolle des zweiten Rollenpaares anliegt, daß sich die Keilflächen des Primärgliedes bis zu dem zweiten Rollenpaar erstrecken und auch an den Mantelflächen von dessen Rollen anliegen, daß mindestens die Lagerfläche eines Rollenpaares mit der Symmetrieebene einen Neigungswinkel einschließt, der kleiner ist als 90°, und daß die Rollendurchmesser, die Neigungswinkel der Lagerflächen gegenüber der Symmetrieebene und der Keilwinkel des Primärgliedes so gewählt sind, daß die Winkel zwischen der Widerlagerfläche und einer durch die Berührungslinie der sich berührenden Rollen hindurchgehenden Tangentialebene sowie zwischen letzterer und der Gegenlagerfläche größer isi als der Reibungswinkel, so daß in allen Betriebsstellungen des Kraftverstärkers die Achsen zweier sich berührender Rollen stets auf der der Symmetrieebene zugekehrten Seite der Verbindungslinie zwischen den Berührungslinien dieser Rollen mit ihren Lagerflächen liegen.

Bei dem neuen mechanischen Kraftverstärker entfallen jegliche Lagerachsen für die Rollen, auch fehlen Winkelhebel od. dgl. Die übrigen wenigen Bauteile des Kraftverstärkers sind einfach und billig in dp' Herstellung. Die ebenen Lagerflächen des Widerlagers sowie des Gegenlagers können durch Fräsen und Schleifen sehr einfach hergestellt werden, ebenso wie die Flächen des Keiles des Primärgliedes. Für die stark belasteten Rollen können handelsübliche Zylinderrollen verwendet werdsn, so wie sie in großen Stückzahlen in Rollenlagern eingebaut sind. Da diese Rollenlager-Rollen in außerordentlich großen Stückzahlen hergestellt werden, sind sie auch billig erhältlich. Die Montagekosten des neuen mechanischen Kraftverstärkers sind ebenfalls sehr niedrig, denn die Rollen liegen nur lose aufeinander bzw. auf ihren Lagerflächen und können ohne großen Montage- und Zeitaufwand einfach in ein den Kraftverstärker umschließendes Gehäuse eingelegt werden. Der neue Kraftverstärker arbeitet auch weitgehend verschleißfrei. Ferner kann bei dem neuen Kraftverstärker das Übersetzungsverhältnis leicht geändert werden, indem man den Neigungswinkel der Widerlagerfläche und/oder den Keilwinkel des Primärgliedes verändert. Durch die besondere Wahl der Winkel und der Rollendurchmesser wird erreicht, daß in jeder Betriebsstellung die Rollen beider Rollenpaare durch die Widerlagerfläche und die Gegenlagerfläche in Richtung auf den gemeinsamen Keil des Primärgliedes gedrückt werden und sich in ständiger Anlage an diesen Keil befinden. Hierdurch werden die Rollen in jeder Betriebsstellung mittels des Keiles in ihrer richtigen Lage gehalten, und es wird damit eine hohe Betriebssi- Mi cherheit erzielt. Der Reibungswinkel ρ ist eine Funktion des Reibungskoeffizienten oder der Reibungszahl μ, und zwar μ = tgQ.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des neuen Kraftverstärkers sind in den übrigen Unteransprüchen b> gekennzeichnet.

Die Erfindung ist in folgendem anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Kraftverstärker

in Ausgangsstellung,

F i g. 2 einen Längsschnitt in gespannter Stellung, Fig.3 einen Querschnitt nach der Linie IH-III der g;

Fig.4 Einzelheiten des in Fig.l dargestellten Kraftverstärkers in vergrößertem Maßstab.

In der Zeichnung ist der Kraftverstärker in den F i g. 1 bis 3 etwa in natürlicher Größe dargestellt In einem Gehäuse 1 ist stationär ein Widerlagerstück 2 angeordnet, welches keilförmig gegeneinander geneigte, ebene Widerlagerflächen 3 aufweist In dem Widerlagerstück 2 ist ein keilförmiges Primärglied 4 entlang der Symmetrieebene 5 verschiebbar gelagert Daft Primärglied 4 weist zwei ebene Keilflächen 4a auf, die unter einem Keilwinkel β (Fig.4) gegeneinander geneigt sind. In dem Gehäuse 1 ist ferner gegenüber den Widerlagerflächen 3 ein Sekundärglied 5 ebenfalls in Richtung der Symmetrieebene 5 verschiebbar gelagert Dieses Sekundärglied weist an seiner den Widerlagerflächen 3 zugekehrten Seite eine Druckplatte 6 aus gehärtetem Stahl mit einer Gegenlagerfläche 6a auf. Am Ende des Gehäuses 1 ist ein Endstück 7 vorgesehen und über ein Gewinde 8 fest mit dem Gehäuse verbunden. Zwischen dem Endstück 7 und dem Sekundärglied 5 sind mehrere Tellerfedern 9 angeordnet, welche auf das Sekundärglied 5 einen in Richtung auf das Widerlagerstück 2 gerichteten Druck ausüben.

An den Widerlagerflächen 3 liegen die beiden spiegelbildlich zur Symmetrieebene 5 angeordneten Rollen 10 eines ersten Rollenpaares mit ihren Mantelflächen an, die gleichzeitig auch an den Keilfiächen 4a anliegen. Die Rollen 10 sind frei beweglich, d. h. ihre Achsen 10a sind nicht in irgendeinem anderen Bauteil gelagert. Das gleiche trifft auch für die Achsen lla der Rollen 11 eines zweiten Paares von Rollen U zu, welches in Richtung der Keilspitze 4b gegenüber dem ersten Rollenpaar versetzt angeordnet ist. Die Mantelflächen der Rollen 10, 11 beider Rollenpaare stützen sich aufeinander ab, und die Rollen 11 des zweiten Rollenpaares liegen mit ihren Mantelflächen ebenfalls an den Keilfiächen 4a und an der Gegenlagerfläche Sa an. Auch in der in F i g. 1 dargestellten Ausgangsstellung wird diese Anlage durch die Kraft der Tellerfeder 9 gewährleistet Die Rollen 10, U sind sogenannte Zylinderrollen, wie sie in Rollenlagern verwendet werden, und bestehen aus gehärtetem Stahl. Ebenso ist die Widerlagerfläche 3 geschliffen und gehärtet. Wie man weiterhin aus F i g. 3 erkennen kann, liegen die Stirnflächen der Rollen 10,11 an segmentförmigen Füllstücken 12 an und werden durch diese Füllstücke geführt. Der von den Widerlagerflächen 3, den Gegenlagerflächen 6a und dem Gehäuse 1 umschlossene Raum ist fast vollständig mit öl gefüllt Um einen Austritt des Öles zu verhindern, sind Dichtungsringe 13 vorgesehen.

Wird das Primärglied 4 in Richtung P nach unten bewegt, so üben seine Keilflächen 4a auf die Rollen 10 und 11 einen nach außen gerichteten Druck aus. Die Rollen werden nach außen gedrückt und rollen hierbei auf den Widerlagerflächen 3 bzw. den Gegeniagerflächt... 6a ab. Wird der Keil entgegen der Pfeilrichtung P bewegt, so bewegen sich die Rollen 10, 11 umgekehrt wieder in ihre Ausgangslage zurück.

Damit der neue Kraftverstärker einwandfrei funktioniert, müssen gewisse geometrische Voraussetzungen erfüllt sein, die anhand der F i g. 4 in folgendem näher

erläutert sind. Wie man aus F i g. 4 erkennen kann, ist die Widerlagerfläche 3 unter einem Neigungswinkel <x gegenüber der Symmetrieebene 5 geneigt. Dieser Winkel λ beträgt bei dem vorteilhaften, in F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ca. 70°. Die Gegenlagerfläche 6a schließt mit der Symmetrieebene Seinen Winkel γ ein, der bei diesem Ausführungsbeispiel 90° beträgt Die beiden Keilflächen 4a des Primärgliedes 4 schließen einen Winkel β von 39° ein. Die Berührungslinie, an der die Rolle 10 des ersten Rollenpaares die Widerlagerfläche 3 berührt, ist mit B1 bezeichnet Die Rolle 11 des zweiten Rollenpaares berührt die Gegenlagerfläche 6a an der Berührungslinie B 2. Beide Rollen 10, 11 berühren sich gegenseitig an der Berührungsiinie B. Wichtig ist nun, daß die Roüendurch- is messer Di und D 2, die Neigungswinkel λ und γ der Lagerflächen 3, 6a und der Keilwinkel β des Primärgliedes 4 so gewählt sind, daß in allen Betriebslagen des Kraftverstärkers die Achsen 10a, 11a zweier sich berührender Rollen 10,11 stets auf der der Symmetrieebene 5 zugekehrten Seite der Verbindungslinie V zwischen den Berührungslinien Bi und B 2 dieser Rollen mit ihren Lagerflächen 3,6a liegen.

Die Rollendurchmesser D1 und D 2, die Neigungswinkel öl und γ der Lagerflächen 3, 6a gegenüber der Symmetrieebene 5 und der Keilwinkel β des Primärgliedes 4 werden ferner so gewählt, daß der Winkel δ 1 zwischen der Widerlagerfläche 3 und einer durch die Berührungslinie B der sich berührenden Rollen 10, 11 hindurchgehenden Tangentialebene größer ist als der Reibungswinkel ρ. Ebenso ist der Winkel δ 2 zwischen der Tangentialebene T und der Gegenlagerfläche 6a größer als der Reibungswinkel q. Wenn die Winkel δ 1 und 62 größer sind als der Reibungswinkel, dann werden beide Rollen 10, 11 stets in Richtung auf die Keilflächen 4a gedrückt und mit diesen in allen Betriebsstellungen des Kraftverstärkers in Anlage gehalten. Hierbei tritt zwischen den Rollen 10, 11 ein gewisser Schlupf auf. Dieser Schlupf ist jedoch verhältnismäßig klein, so daß bei ölschmierung ein nennenswerter Verschleiß, wie die Erfahrung gezeigt hat, nicht zu beobachten ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Rollen 10, 11, da sie normalerweise als Lagerrollen verwendet werden, sehr fein geschliffen und poliert sind und auch eine hohe Oberflächenhärte «5 aufweisen. Zwischen den Keilflächen 4a und den unteren Rollen 11 tritt eine gleitende Bewegung ein, da sich die Oberflächen entgegengesetzt zueinander bewegen. Auch hier wurde keine nennenswerte Abnützung festgestellt, da die zur Symmetrieebene hin so gerichte Kraftkomponente verhältnismäßig klein ist Insgesamt wurde festgestellt, daß die Abnutzungserscheinungen vernachlässigbar klein sind und demgegenüber ganz erhebliche Vorteile erzielt werden, wenn die Rollen 10, 11 beider Rollenpaare in allen Betriebsstellungen durch die geschilderten Maßnahmen in ständiger Anlage an den Keilflächen 4a gehalten werden. Die Rollen beider Rollenpaare werden dann nämlich gleichmäßig belastet, es wird erreicht, daß die Rollen immer in ihre Ausgangslage zurückkehren, sich nicht verklemmen oder eine der Rollen nicht in unkontrollierter Weise nach außen gedrückt wird. Damit dies sichergestellt ist, sollten die Winkel <51 und 0 2 keinesfalls unter 3° liegen.

Um die Baugröße des neuen Kraftverstärkers möglichst klein zu halten, weisen die Rollen 10 des ersten Rollenpaares einen kleineren Durchmesser D1 auf als die Rollen 11 des zweiten Rollenpaares. Hierdurch haben nämlich die äußeren Mantellinien der Rollen 10,11 beider Rollenpaare von der gemeinsamen Symmetrieebene S annähernd den gleichen Abstand, und es wird hierdurch eine optimale Raumausnutzung erzielt

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Rollendurchmesser D1 in Abhängigkeit von dem Keilwinkel β des Primärgliedes 4 so gewählt sind, daß in Ausgangsstellung des Kraftverstärkers die äußersten Mantellinien M1 und Af 2 zweier sich berührender Rollen 10,11 etwa auf einer gemeinsamen parallel zur Symmetrieebene S verlaufenden Tangentialebene Π liegen. Hierdurch weisen die äußersten Mantellinien Mi und M 2 den gleichen Abstand von der Symmetrieebene auf, und zwar in allen Betriebsstellungen. Die Bauabmessungen des Kraftverstärkers werden hierdurch optimal klein gehalten. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Keilwinkel β etwa 39^C. Der Durchmesser Di der kleineren Rollen 10 beträgt 10 mm, der Durchmesser D 2 der größeren Rollen 11 ist 14 mm.

In Abänderung des in F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispieles können die Rollen 10,11 beider Rollenpaare auch den gleichen Durchmesser aufweisen. Allerdings wird dann nicht eine optimale Raumausnutzung erzielt Bei einer Anordnung der Gegenlagerfläche 6a senkrecht zur Symmetrieebene 5 kann für die beiden Rollen 11 des zweiten Rollenpaares eine durchgehende Druckplatte 8 mit einer ebenen Lagerfläche verwendet werden. Gegebenenfalls wäre es jedoch auch möglich, den Neigungswinkel y, den die Gegenlagerflächen 6a mit der Symmetrieebene einschließen, als spitzen Winkel auszubilden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mechanischer Kraftverstärker mit einem keilförmigen Primärglied, welches zwischen einem ersten Paar von zwei spiegelbildlich zu einer Symmetrieebene angeordneten, an Widerlagerflächen abgestützten Rollen entlang dieser Symmetrieebene verschiebbar ist und dabei mit seinen Keilflächen an den Mantelflächen beider Rollen anliegt, mit einem in Richtung der Keilspitze ι ο gegenüber dem ersten Rollenpaar versetzt angeordneten zweiten Rollenpaar, dessen Rollen achsparallel zu denen des ersten Rollenpaares angeordnet sind, mit letzteren in einer Wirkverbindung stehen und sich mit ihren Mantelflächen an Gegenlagerflä- η chen eines in der gleichen Richtung wie das Primärglied verschiebbaren Se'aindärgliedes abstützen, wobei eine auf das Sekundärglied entgegengesetzt zur Keilspitze einwirkende Federanordnung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß alle Rollen (10,11) frei beweglich sind, daß jede Rolle (10) des ersten Rollenpaares mit ihrer Mantelfläche einerseits an einer stationären Widerlagerfläche (3) und andererseits direkt an der Mantelfläche einer Rolle (U) des zweiten Rollenpaares anliegt, daß sich die Keilflächen (4a) des Primärgliedes (4) bis zu dem zweiten Rollenpaar erstrecken und auch an den Mantelflächen von dessen Rollen anliegen, daß mindestens die Lagerfläche (3) eines Rollenpaares mit der Symmetrieebene fö/einen Neigungswinkel (λ) einschließt, der kleiner ist als 90°, und daß die Rollendurchmesser (Di₁D 2), die Neigungswinkel (<x, γ) der Lagerflächen (3, 6a) gegenüber der Symmetrieebene und der Keilwinkel (JS) des Primärgliedes so gewählt sind, daß die J5 Winkel (6 X) zwischen der Widerlagerfläche (3) und einer durch die Serührungslinie (B) der sich berührenden Rollen hindurchgehenden Tangentialebene (T) sowie zwischen letzterer und der Gegenlagerfläche (6a) größer ist als der Reibungswinkel (ρ), so daß in allen Betriebsstellungen des Kraftverstärkers die Achsen (10a, Wa) zweier sich berührender Rollen stets auf der der Symmetrieebene zugekehrten Seite der Verbindungslinie (V) zwischen den Berührungslinien (BX, B2) dieser Rollen mit ihren Lagerflächen liegen.

2. Kraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (10) des ersten Rollenpaares einen kleineren Durchmesser (DX) aufweisen als die Rollen (11) des zweiten Rollenpaares.

3. Kraftverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollendurchmesser (DX, D 2) in Abhängigkeit von dem Keilwinkel (ß) des Primärgliedes (4) so gewählt sind, daß in Ausgangs- π Stellung des Kraftverstärker die äußersten Mantellinien (M 1, M2) zweier sich berührender Rollen (10, 11) etwa auf einer gemeinsamen parallel zu der Symmetrieebene (S) verlaufenden Tangentialebene (TX) liegen.

4. Kraftverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilwinkel (ß) etwa 39° beträgt und der Durchmesser (D 2) der Rollen (11) des zweiten Rollenpaares etwa l,4mal so groß ist wieder Durchmesser (D \) der Rollen (10) des ersten h5 Rollenpaares.

5. Kraftverstärker nach mindestens einem der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerlagerfläche (3) mit der Symmetrieebene (S) einen spitzen Winkel («) einschließt, während die Gegenlagerfläche (6a) sich senkrecht zur Symmetrieebene ^erstreckt.