DE3412026A1

DE3412026A1 - Kupplung mit lastmomentsperre

Info

Publication number: DE3412026A1
Application number: DE19843412026
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.-Ing. 5962 Drolshagen Heinen; Alfred Ing.(grad.) 5960 Olpe Weis
Original assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Current assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Priority date: 1984-03-31
Filing date: 1984-03-31
Publication date: 1985-10-17
Also published as: DE3412026C2

Description

Kupplung mit Lastmomentsperre
Die Erfindung betrifft eine Kupplung mit Lastmomentsperre zur Kraftübertragung eines Antriebs auf eine Abtriebswelle, wobei die Lastmomentsperre in einem zur Abtriebswelle konzentrischen Gehäuse angeordnet ist.
Eine Lastmomentsperre dient dazu, die Übertragung eines Drehmomentes von einer Abtriebswelle auf den Antrieb zu verhindern, d. h. zu sperren. Andererseits ist dafür Sorge getragen, daß die gewünschte Kraftübertragung von dem Antrieb auf die Abtriebswelle nicht beeinträchtigt wird.
Eine Lastmomentsperre kann im erweiterten Sinne auch als Freilauf aufgefaßt werden.
Aus der Druckschrift "RINGSPANN SIAM Lastmomentsperre", 1979, ist eine Lastmomentsperre bekannt, die einen ungehinderten Antrieb eines Maschinenteils in beiden Drehrichtungen ermöglicht, während rückwirkende Drehmomente des getriebenen Teils auf den Antrieb in beiden Drehrichtungen gesperrt werden. Die Lastmomentsperre ist dabei in die Kupplung zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb steil integriert und in einem konzentrischen Gehäuse angeordnet. Die Sperrwirkung wird durch zwei Klemmrollen bewirkt, die in der Antriebsphase außer Eingriff stehen.
Bei Auftreten eines rückwirkenden Drehmomentes wird in Abhängigkeit von der Drehrichtung jeweils eine der beiden Rollen gegen die Innenwandung des Gehäuses geklemmt und verhindert somit eine Drehung des Antriebs über die Abtriebswelle.
Ein Nachteil dieser bekannten Lastmomentsperre besteht darin, daß die Klemmrolle nur längs einer Linie mit der Innenwandung des Gehäuses in Eingriff gelangt, wodurch eine nur unzureichende Klemmwirkung bedingt ist. Andererseits sind die Klemmrollen einer erheblichen Verschleißwirkung ausgesetzt, da sie während der Antriebsphase noch bewegt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lastmomentsperre verfügbar zu machen, die bei einer relativ großen Angriffsfläche für die Klemmwirkung nur geringe Verschleißerscheinungen zeigt.
Diese Aufgabe wird bei einer Kupplung mit Lastmomentsperre der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Abtriebswelle einen Exzenter aufweist, auf dem eine Exzenterscheibe drehbar gelagert ist, daß der Exzenter die gleiche Exzentrizität wie die Exzenterscheibe aufweist, daß bei der Kraftübertragung von dem Antrieb in eine der beiden Drehrichtungen auf die Abtriebswelle der Exzenter und die Exzenterscheibe derart gegeneinander fixiert sind, daß sich ihre Exzentrizität gegenseitig aufhebt und die Exzenterscheibe mit freiem Spiel in dem Gehäuse umläuft, während bei stehendem Antrieb und einem äußeren, auf die Abtriebswelle einwirkenden Drehmoment der Exzenter und die Exzenterscheibe eine sich mit zunehmendem Drehwinkel vergrößernde Exzentrizität zueinander einnehmen, so daß die Exzenterscheibe mit der Gehäuseinnenwandung durch Reibung in Wirkungseingriff kommt und die Drehbewegung dadurch gesperrt wird.
Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Bei der Verwendung eines Exzenters mit Exzenterscheibe wird die Sperrkraft in einfacher Weise durch den Exzenter selbst aufgebracht, wobei infolge der Reibung der Exzenterscheibe über einen relativ großen Umfang mit der Innenwandung des Gehäuses zu einer starken Reibung und damit guten Sperrwirkung führt. Da im Antriebsfall die Exzenterscheibe mit freiem Spiel in dem Gehäuse umläuft, treten auch keinerlei Verschleißerscheinungen auf.
Das Wesen der Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles, das in den Figuren dargestellt ist, erläutert werden. In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Kupplung mit Lastmomentsperre; Fig. 2 den Schnitt AB der Fig. 1 in der Freilaufstellung der Kupplung; Fig. 3 den Schnitt CD der Fig. 1 in der Freilaufstellung der Kupplung; Fig. 4 den Schnitt EF in Fig. 1; Fig. 5 den Schnitt AB der Fig. 1 in der Sperrstellung; Fig. 6 den Schnitt EF der Fig. 1 in der Sperrstellung und Fig. 7 einen elektromechanischen Stellantrieb mit Lastmomentsperre zwischen dem Motor und dem mechanischen Getriebe.
Die Antriebswelle 1 und die Abtriebswelle 2 slnd über Lager 3 und 4 in dem Gehäuse 5 zueinander koaxial gelagert. An der Antriebswelle 1 ist ein Flansch 6 vorgesehen, der auf der der Abtriebswelle zugewandten Seite zwei Mitnehmerklauen 7, 7' aufweist. Mit der Abtriebswelle 2 ist ein Exzenter 8 mit der Exzentrizität (e) verbunden. Auf dem Exzenter 8 ist eine Exzenterscheibe 9 mit einer Lagerbuchse (18) drehbar gelagert. Die Exzenterscheibe 9 hat die gleiche Exzentrizität wie der Exzenter 8. Die Exzenterscheibe 9 weist auf ihrer dem Flansch 6 gegenüberliegenden Seite zwei um 180° gegeneinander versetzte Mitnehmerbolzen 10, 10' auf. Auf dem Exzenter 8 sind ferner zwei gegenüberliegende Mitnehmerstifte 11, 11' vorgesehen, und zwar in Richtung seiner größten Exzentrizität. Die Mitnehmerstifte 11, 11' und die Mitnehmerbolzen 10, 10' sind derart angeordnet, daß die Mitnehmerstifte und die Mitnehmerbolzen von den Mitnehmerklauen 7, 7' gleichzeitig in Wirkungseingriff gebracht werden können.
Bei der Kraftübertragung von der Antriebswelle 1 aus geht der Kraftfluß über die Mitnehmerklauen 7, 7' und die Mitnehmerstifte 11, 11' auf die Abtriebswelle 2. Die Mitnehmerstifte 11, 11' sind auf dem Exzenter 8 und die Mitnehmerbolzen 10, 10' auf der Exzenterscheibe 8 so angeordnet, daß bei ihrer fluchtenden Gegenüberstellung (Fig. 2) die Exzentrizität des Exzenters 8 und der Exzenterscheibe 9 sich gegenseitig aufheben, so daß die Exzenterscheibe mit Spiel in dem Gehäuse 5 umlaufen kann. Bei der Kraftübertragung von der Antriebswelle 1 aus stehen die Mitnehmerklauen 7, 7' je nach Drehrichtung entweder in der Position 12 oder 13 und wirken gleichzeitig auf die Mitnehmerbolzen und die Mitnehmerstifte ein, so daß die Abtriebswelle 2 und die Exzenterscheibe 9 gemeinsam gedreht werden.
Geht bei stehender Antriebswelle andererseits der Kraftfluß von der Abtriebswelle 2 aus, liegt also ein rückwirkendes Drehmoment vor, so dreht sich der Exzenter 8 in der Lagerbuchse der Exzenterscheibe 9 um einen bestimmten Winkel α (Fig. 5), wodurch sich die Exzentrizität von Exzenter und Exzenterscheibe nicht mehr gegenseitig aufheben. Die Exzenterscheibe 9 bewegt sich in diesem Falle vielmehr exzentrisch zu der Drehachse der Abtriebswelle 2 und kommt dabei mit der Innenwandung 14 des Gehäuses 5 in Reibungseingriff, was zu einer Sperrung des rückwirkenden Drehmomentes führt.
Damit die Lastmomentsperre in der beschriebenen Weise vom Freilauf in den Sperrzustand übergehen kann, muß bei Einwirkung eines rückwirkenden Drehmomentes auf die Abtriebswelle der Exzenter 8 gegenüber der Exzenterscheibe 9 um den Winkel α verdreht werden. Wenn die Lagerreibung zwischen der Exzenterscheibe und. dem Exzenter genügend klein ist, kann sich der Exzenter in der Lagerbuchse der Exzenterscheibe verdrehen, ohne die Exzenterscheibe selbst mitzunehmen. Um einen unverzüglichen und sicheren Übergang in den Sperrzustand sicherzustellen, ist ein Fliehkrafthebel 15 (Fig. 4) vorgesehen, der über einen an der Exzenterscheibe 9 vorgesehenen Mitnehmerstift 11, 11' drehbar gelagert ist. Bei Stillstand oder geringen Drehzahlen wird die Bremsfläche 16 des Fliehkrafthebels 15 durch die Druckfeder 17 gegen die Innenwandung 14 des Gehäuses 5 gedrückt (Fig. 6). Infolge des dadurch bewirkten Reibungswiderstandes läßt sich der Exzenter 8 ohne Mitnahme der Exzenterscheibe 9 in die Sperrstellung der Lastmomentsperre verdrehen. In der Antriebsphase hebt der Fliehkrafthebel 15 bei erhöhter Drehzahl von der Innenwandung des Gehäuses ab, so daß die Exzenterscheibe in dem Gehäuse ohne Reibung frei umlaufen kann (Fig. 4).
Die Lastmomentsperre läßt sich besonders vorteilhaft bei einem elektromechanischen Antrieb einsetzen, der aus einem Motor und einem mechanischen Getrieb 21 besteht. Dieser Anwendungsfall ist in Fig. 7 dargestellt. Der Motor 19 ist über die Lastmomentsperre mit der Antriebswelle 20 des Getriebes verbunden. Die Abtriebswelle 2 der Lastmomentsperre geht in die Antriebswelle 20 des Getriebes 21 über, dessen Abtriebswelle mit 22 bezeichnet ist. Das Getriebe kann kann ein- oder mehrstufig ausgebildet sein. Die Lastmomentsperre kann auch an einer anderen Stelle in Kraftfluß angeordnet sein, beispielsweise bei einem mehrstufigen Getriebe zwischen der ersten und zweiten Getriebestufe oder auch auf der rechten Seite des Motors in Figur 7.
Der Stator 23 des Motors 19 ist fest mit der Innenwandung des Motorgehäuses 24 verbunden. Der Stator 23 weist Statorwicklungen 25 auf. Der Rotor 26 ist drehbar auf der Achse 27 gelagert, die ihrerseits in einer festen Verbindung mit dem Exzenter 8 steht. Der Rotor 26 entspricht der Antriebswelle 1 der Lastmomentsperre in den Figuren 1 bis 6. Die Achse 27, der Rotor 8 und die Abtriebswelle 2 sind, wie bereits erwähnt, fest miteinander verbunden und um die gleiche Achse drehbar. Dieses System ist in den Lagern 4 und 3 gelagert. In dem Ausführungsbeispiel ist der Flansch 6 fest mit dem Rotor verbunden und überträgt über die Klauen 7, 7' das Drehmoment auf die Lastmomentsperre.
Die Ausrüstung des Stellantriebs mit einer Lastmomentsperre bewirkt eine Selbsthemmung des Antriebs, die in vielen Anwendungsfällen erforderlich ist. Bisher wurden die Stellantriebe entweder mit einem Schneckengetriebe oder einem Planetenexzentergetriebe selbsthemmend ausgeführt. Dadurch sinkt jedoch der Wirkungsgrad des Antriebs unter 50 %.
Eine andere Möglichkeit der Selbsthemmung besteht in der Verwendung einer Elektromagnetbremse. Dies führt jedoch zu einer erheblichen Verteuerung des Antriebs, wobei auch Probleme entstehen können, die durch zu frühes oder spätes Einfallen der Bremse entstehen. All diese Nachteile werden bei der Verwendung einer Lastmomentsperre in dem Stellantrieb vermieden.
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Claims

Kupplung mit Lastmomentsperre Patentansprüche 1. Kupplung mit Lastmomentsperre zur Kraftübertragung eines Antriebs auf eine Abtriebswelle, wobei die Lastmomentsperre in einem zur Abtriebswelle konzentrischen Gehäuse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (2) einen Exzenter (8) aufweist, auf dem eine Exzenterscheibe (9) drehbar gelagert ist, daß der Exzenter (8) die gleiche Exzentrizität (e) wie die Exzenterscheibe (9) aufweist, daß bei der Kraftübertragung von dem Antrieb (1) auf die Abtriebswelle (2) in beiden Drehrichtungen der Exzenter (8) und die Exzenterscheibe (9) derart zueinander fixiert sind, daß sich ihre Exzentrizität gegenseitig aufhebt und die Exzenterscheibe (9) mit freiem Spiel in dem Gehäuse (5) umluft, während bei stehendem Antrieb (1) und einem äußeren, auf die Abtriebswelle (2) einwirkenden Drehmoment der Exzenter (8) und die Exzenterscheibe (9) eine sich mit zunehmendem Drehwinkel vergrößernde Exzentrizität zueinander einnehmen, so daß die Exzenterscheibe (9) mit der Gehäuseinnenwandung (14) durch Reibung in Wirkungseingriff kommt und die Drehbewegung dadurch gesperrt wird.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb eine Antriebswelle (1) dient, die an ihrem freien Ende einen Flansch (6) mit zwei Mitnehmerklauen (7, 7') aufweist, daß auf dem Exzenter (8) radial gegenüberliegend in Richtung seiner Exzentrizität (e) zwei Mitnehmerstifte (11, 11') vorgesehen sind, daß die Exzenterscheibe (9) auf der dem Flansch (6) gegenüberliegenden Seite in Richtung ihrer Exzentrizität (e) zwei gegenüberliegende Mitnehmerbolzen (10,10') aufweist und daß die Mitnehmerklauen (7, 7'), die Mitnehmerstifte (11, 11') und die Mitnehmerbolzen (10,10') so ausgebildet bzw. angeordnet sind, daß die Mitnehmerklauen in beiden Drehrichtungen gleichzeitig mit den Mitnehmerstiften und den Mitnehmerbolzen in Wirkungseingriff gebracht werden können.
3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Exzenterscheibe (9) mindestens ein Fliehkrafthebel (15) vorgesehen ist, der bei Stillstand oder geringer Drehzahl gegen die Innenwandung (14) des Gehäuses (5) gedrückt wird und bei höherer Drehzahl infolge der einwirkenden Fliehkraft von der Innenwandung (14) abhebt.
4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkrafthebel (15) an der Exzenterscheibe (9) derart drehbar gelagert ist, daß seine Bremsfläche (16) mittels einer Druckfeder (17) bei Stillstand gegen die Innenwandung (14) des Gehäuses (5) gedrückt wird.
5. Verwendung der Lastmomentsperre nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einem elektromechanischen Stellantrieb mit einem Motor (19) und einem mechanischen Getriebe (21).
6. Stellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastmomentsperre im Kraftfluß zwischen dem Motor (19) und dem mechanischen Getriebe (21) liegt.
7. Stellantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastmomentsperre zwischen dem Motor (19) und dem mechanischen Getriebe (21) angeordnet ist.
8. Stellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (6) mit den Mitnehmerklauen (7, 7') an dem Rotor (26) des Motors (19) angebracht sind, daß der Rotor (26) auf einer Achse 27 drehbar gelagert ist und daß die Achse (27) in den Exzenter (8) übergeht.