DE4212292A1

DE4212292A1 - Braking or transmission system for rotary motion - has coil spring element located on shaft that is biased to apply locking force to surface of shaft.

Info

Publication number: DE4212292A1
Application number: DE19924212292
Authority: DE
Inventors: Georg Scheck
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 1992-04-11
Filing date: 1992-04-11
Publication date: 1993-10-14

Abstract

A braking action for rotary shafts (1) is generated by a coil spring that is located on the shaft and is restrained such that frictional forces are applied by the spring. The coil spring has one end (21) that has a reacting force (F) applied against a stop (3/a). The other end of the spring leads against a second stop, within a specific angle of rotation the spring provides a locking action. Another version has one end of the spring anchored to a fixed point and a further version has both ends secured to spring flexible supports. USE/ADVANTAGE - For brakes,overload protection,abseil safety etc.,with increased braking effect.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bremsen oder Übertragen einer rotatorischen Bewegung mit im wesentlichen vom Reibwert unabhängigem Brems moment bzw. Antriebsmoment gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Das einstellbare bzw. steuerbare Moment der erfindungsgemäßen Vorrichtung er möglicht dessen Einsatz für verschiedene Anwendungsfälle in unterschiedli chen technischen Gebieten. So ist die neue Vorrichtung beispielsweise als Bremse in der Verstelltechnik von Fahrzeugen, als Überlastsicherung, als Hilfsmittel zum Abseilen, beispielsweise für Rettungsdienste oder im Frei zeitsport, aber auch im Zusammenhang mit Lasten und Personenaufzügen an wendbar. Als stufenlos wirkender Antrieb kann die Vorrichtung z. B. in Ratschen eingesetzt werden, wobei gleichzeitig eine vorzugsweise einstell bare Drehmomentenbegrenzung zur Wirkung kommt. Bei ihrem Einsatz als Ver bindungsglied zwischen einem Antrieb und einem Abtrieb kann sich die Funk tion auch ausschließlich auf die eines Drehmomentenbegrenzers beschränken.The invention relates to a device for braking or transmitting a rotary motion with braking that is essentially independent of the coefficient of friction torque or drive torque according to the preamble of claim 1. Das adjustable or controllable torque of the device according to the invention enables its use for different applications in different technical areas. For example, the new device is as Brake in the adjustment technology of vehicles, as overload protection, as Aids for abseiling, for example for emergency services or outdoors time sports, but also in connection with loads and passenger lifts reversible. As a continuously acting drive, the device can, for. B. in Ratchets are used, preferably one at the same time torque limitation comes into effect. When used as a ver The link between a drive and an output can be the radio tion only to that of a torque limiter.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Bremsen nutzen gezielt den Reibwert zwischen dem zu bremsenden Objekt und dem Bremselement aus, so z. B. bei einer Trommelbremse. Die gleichen Wirkprinzipien nutzt auch die Bandbremse, bei der ein rotationssymmetrischer Bereich des zu bremsenden Bauteils von einem flexiblen Band teilweise umschlungen ist. Unter Veränderung der Spannkraft an den Enden des Bandes wird auf die Anpreßkraft zwischen der rotationssymmetrischen Oberfläche und dem Bremselement und somit auf das erzeugte Bremsmoment selbst Einfluß genommen. Siehe hierzu G. Niemann, H. Winter: Maschinenelemente, Band III, S. 218 ff. und S 276 ff., Springer- Verlag 1986.The brakes known from the prior art specifically use the coefficient of friction between the object to be braked and the braking element, e.g. B. at a drum brake. The band brake uses the same operating principles, in which a rotationally symmetrical area of the component to be braked by is partially wrapped around a flexible band. Changing the Tension force at the ends of the band is applied to the contact pressure between the rotationally symmetrical surface and the braking element and thus on the generated braking torque itself influenced. See G. Niemann, H. Winter: Maschinenelemente, Volume III, p. 218 ff. And S 276 ff., Springer- Publisher 1986.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Bremsen oder Übertragen einer rotatorischen Bewegung mit im wesentlichen vom Reibwert unabhängigem Bremsmoment bzw. Antriebsmoment, insbesondere eine Wellen bremse zu entwickeln, deren Wirkung im wesentlichen unabhängig vom Material des zu bremsenden oder anzutreibenden Objekts und dem ihm zugeordneten Bremselement bzw. Antriebselement ist. Die Vorrichtung soll wahlweise in eine oder beide Drehrichtungen wirkend ausführbar sein. Es besteht weiter hin das Ziel, ein genau einstellbares, gegebenenfalls steuerbares Moment zu erreichen, das von veränderten Randbedingungen, z. B. durch Verschleiß, oder Verschmutzung, nicht oder nur unwesentlich beeinflußt wird. Bei Ver wendung der Vorrichtung als Bremse soll die Einstellung eines größeren Bremsmoments als das Lastmoment oder umgekehrt möglich sein. Ein selbsttä tiges Einstellen der Bremse auf gegebene Belastungen soll dessen Anwendung im sicherheitsrelevanten Bereich positiv beeinflussen. Dabei ist wünschens wert, wenn die Veränderung der Belastung unmittelbar eine entsprechende Veränderung des Bremsmoments (nach Richtung und Betrag) bewirkt, so daß das Verhältnis vom Lastmoment und Bremsmoment möglichst konstant bleibt.The invention has for its object a device for braking or Transfer of a rotational movement with essentially the coefficient of friction independent braking torque or driving torque, especially a shaft to develop a brake whose effect is essentially independent of the material of the object to be braked or driven and the one assigned to it Brake element or drive element is. The device is optionally in one or both directions of rotation be executable. It continues towards the goal of a precisely adjustable, possibly controllable torque achieve that from changed boundary conditions, e.g. B. due to wear, or pollution, is not influenced or is influenced only insignificantly. With Ver application of the device as a brake is intended to set a larger Braking torque as the load torque or vice versa. A self-evident Setting the brake to given loads is intended to apply it influence positively in the safety-relevant area. It is desirable worth if the change in the burden immediately corresponding Changes in the braking torque (according to direction and amount), so that the Ratio of load torque and braking torque remains as constant as possible.

In analoger Weise soll die Bremse auch als stufenlos wirkender Antrieb mit konstant einstellbarem (maximalem) Antriebsmoment einsetzbar sein, wobei die Antriebsrichtung gegebenenfalls umschaltbar sein soll. Eine momenten arme Rückführung des Antriebs soll garantieren, daß die Welle nicht mit zurückgenommen wird (Arbeitsweise ähnlich wie Ratschenprinzip).In an analogous manner, the brake should also be used as a continuously operating drive constant (maximum) drive torque can be used, whereby if necessary, the drive direction should be switchable. A moment poor feedback of the drive should guarantee that the shaft is not with withdrawn (working method similar to ratchet principle).

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftschlußelement gelöst, dessen Windungen an der rotationssymmetrischen Oberfläche, z. B. einer zu bremsenden Welle, vorgespannt anliegen. Diese Vorspannung wird bei einem als Schraubenfeder ausgebildeten Kraftschlußelement durch die Feder selbst zur Verfügung gestellt, indem der zu bremsenden bzw. anzutreibenden Welle eine Feder mit geringfügig kleinerem Innendurchmesser als der Außendurch messer der Welle zugeordnet ist. Zur Gewährleistung der Funktion der Vor richtung sind die Reibungsverhältnisse so zu wählen, daß sie zur Selbsthem mung des Kraftschlußelements führen, sobald die Welle in die zu bremsende Drehrichtung bzw. sobald das Kraftschlußelement in die anzutreibende Dreh richtung bewegt wird. Dann liegt also ein Selbstverstärkungseffekt des Kraftschlußelements vor. In die andere Drehrichtung hingegen rutscht das Kraftschlußelement leicht durch. According to the invention, the object is achieved by a force-locking element, whose turns on the rotationally symmetrical surface, for. B. one too braking shaft, prestressed. This bias is at a formed as a coil spring friction element by the spring itself made available by the shaft to be braked or driven a spring with a slightly smaller inside diameter than the outside diameter knife is assigned to the shaft. To ensure the function of the front direction, the friction conditions should be chosen so that they are self-reliant lead of the frictional connection element as soon as the shaft in the brake Direction of rotation or as soon as the frictional element in the rotation to be driven direction is moved. Then there is a self-reinforcing effect of the Non-positive element. In the other direction of rotation, however, it slips Non-positive element through.

Zur Sicherung der Funktion der Vorrichtung ist weiterhin eine Kraft F not wendig, die an das eine Ende des Kraftschlußelements, das entgegen der zu bremsenden bzw. in Richtung der anzutreibenden Drehrichtung weist, in glei cher Richtung angreift. Dieser Kraftrichtung ist ein erster Anschlag (bzw. ein Widerlager) entgegengesetzt. Ein zweiter Anschlag korrespondiert mit dem anderen Ende des Bremselements, wobei, ausgehend von der Ruhestellung, zwischen beiden ein Drehwinkelspiel besteht.To ensure the function of the device, a force F is still not manoeuvrable to the one end of the force-locking element, the opposite of the braking or in the direction of the direction of rotation to be driven, in glei direction. This direction of force is a first stop (or an abutment) opposite. A second attack corresponds to the other end of the braking element, whereby, starting from the rest position, there is a rotation angle play between the two.

Damit eine sichere Funktion gewährleistet ist (Selbsthemmung), muß die Vor spannung im Vergleich zur Kraft F einen bestimmten Mindestwert erreichen, der vom Reibwert und der Anzahl der Windungen abhängt. Bei den Seilvarian ten beträgt dieser WertSo that a safe function is guaranteed (self-locking), the pre voltage compared to force F reach a certain minimum value, which depends on the coefficient of friction and the number of turns. With the rope variants ten is this value

F_V < F/e^μ ^α F _V <F / e ^μ ^α

wobei μ den Reibwert zwischen Seil und Welle und α den Umschlingungswinkel im Bogenmaß angeben. Bei den Federvarianten ist im Vergleich dazu eine etwas größere Vorspannung notwendig, da nicht die gesamte Kraft bzw. das gesamte Moment am Ende der Feder anliegt, sondern sich über die Federlänge verteilt.where μ is the coefficient of friction between rope and shaft and α is the wrap angle specify in radians. In comparison, there is something in the spring variants Greater pre-tension is necessary as not all of the force or the whole Moment at the end of the spring, but over the length of the spring distributed.

Abgesehen von den geometrischen Gegebenheiten (Hebelverhältnissen) bestimmt die dem ersten Ende des Kraftschlußelements zugeordnete Kraft F im wesent lichen das maximal übertragbare Moment, z. B. das Bremsmoment. Deshalb ist die Einstellung dieses Moments durch Anpassung der Kraft F, z. B. durch Veränderung der Federkonstante oder Veränderung des Federweges infolge an gepaßten Drehwinkelspiels des Kraftschlußelements, sehr einfach. Apart from the geometric conditions (leverage ratios) determined the force F associated with the first end of the force-locking element essentially Lichen the maximum transferable moment, z. B. the braking torque. Therefore the setting of this moment by adjusting the force F, z. B. by Change in spring constant or change in spring travel as a result of matched angle of play of the friction element, very simple.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet, im Gegensatz zu den bekannten kraftschlüssigen Vorrichtungen, im wesentlichen unabhängig vom Reibwert zwischen dem Kraftschlußelement und der zu bremsenden bzw. anzutreibenden rotationssymmetrischen Oberfläche. Deshalb sind weder an die Oberflächen gute, noch an Verschmutzungsbedingungen oder an die sonst oft geforderte Fettfreiheit besondere Anforderungen zu stellen. Solange die voran be schriebene Selbsthemmung eintritt, kann die Vorrichtung ihre Wirkung ent falten. Dabei unterscheiden sich das Moment einer fettfreien und einer ge fetteten Vorrichtung (identischen Baus) nur unwesentlich. Ursache hierfür ist eine Besonderheit ihrer Wirkungsweise.The device according to the invention works in contrast to the known ones non-positive devices, essentially independent of the coefficient of friction between the force-locking element and the one to be braked or driven rotationally symmetrical surface. Therefore, neither on the surfaces good, still in terms of pollution conditions or the otherwise often required To make fat-free requirements. As long as the ahead be self-locking occurs, the device can ent effect wrinkles. The moments of a fat-free and a ge differ greased device (identical construction) only marginally. Cause of this is a peculiarity of their mode of action.

Aufgrund der Selbsthemmung wird das Kraftschlußelement (Schraubenfeder, Band, Seil oder dergleichen) bei Drehung des Bauteils mit rotationssymme trischer Oberfläche (Welle bzw. Hohlwelle, Konus oder dergleichen) sofort mitgenommen und gegen die auf das erste Ende des Kraftschlußelements ge richtete Kraft F solange verdreht, bis das andere Ende des Kraftschlußele ments auf den zweiten Anschlag trifft.Due to the self-locking, the force-locking element (coil spring, Band, rope or the like) when rotating the component with rotation symme trical surface (shaft or hollow shaft, cone or the like) immediately entrained and against the ge on the first end of the friction element directed force F twisted until the other end of the power key the second stop.

Dabei löst sich das Kraftschlußelement von der Oberfläche, ausgehend von der ersten an den zweiten Anschlag angrenzenden Windung. Dieser Lösungspro zeß erfolgt so lange (so weitgehend), bis die Welle durchrutscht. So bald aber das in Richtung der zu bremsenden bzw. entgegen der Richtung der anzutreibenden Drehrichtung gewundene Ende des Kraftschlußelements vom zweiten Anschlag abhebt, tritt wieder Selbsthemmung ein und das Kraft schlußelement wird mitgenommen. Während des Betriebes der Vorrichtung stellt sich zwischen den Kräften, die innerhalb des Systems Welle-Kraft schlußelement-Kraft F wirken, ein Gleichgewicht ein, so daß ein gleichmäßi ger Betrieb gewährleistet ist. Diskontinuitäten im Betrieb, die durch stän dige Wechsel der Zustände "Klemmen" und "Lösen" gekennzeichnet sind, treten nicht auf.The force-locking element detaches from the surface, starting from the first turn adjacent to the second stop. This solution pro zeß continues until the shaft slips. Like this but soon in the direction of the one to be braked or against the direction of the driven direction of rotation coiled end of the frictional element from second stroke lifts off, self-locking occurs again and that strength final element is taken. During the operation of the device stands between the forces within the wave-force system closing element force F act, a balance, so that a uniformi operation is guaranteed. Discontinuities in operation caused by constant changes in the states "clamp" and "release" are marked not on.

Soll die Vorrichtung in beide Drehrichtungen wirken, so erhöht man die Vor spannkraft F_V bis die entsprechende Wirkung erreicht ist. Aber auch die Kombination von zwei spiegelbildlich aufgebaute Vorrichtungen kann durch entsprechende Dimensionierung die Momente in den beiden Drehrichtungen in gewünschter Weise variieren.If the device is to act in both directions of rotation, the pre-tensioning force F _{V is increased} until the corresponding effect is achieved. However, the combination of two devices constructed in mirror image can vary the moments in the two directions of rotation in the desired manner by appropriate dimensioning.

Bei Verwendung einer Schraubenfeder als Kraftschlußelement kann an diese einstückig eine Schraubenfederstufe mit etwas größerem Durchmesser ange formt sein, deren äußeres Ende in einem Widerlager abgestützt ist und dessen inneres Ende mit dem ersten Ende des Kraftschlußelements einen ge meinsamen Abschnitt bildet. Diesem Abschnitt ist der erste Anschlag zuge ordnet, der die von der angeformten Schraubenfederstufe ausgehende Kraft F abstützt. Vorteilhafterweise verwendet man einstellbare Widerlager, die eine stufenhafte oder auch stufenlose Einstellung der das Moment erzeugenden Kraft F erlaubt. Alternativen hierzu sind die Zuordnung von Druck- oder Zugfedern zu den entgegen der zu bremsenden bzw. in Richtung der anzutrei benden Drehrichtung gewundenen (ersten) Enden des Kraftschlußelements. If a helical spring is used as the force-locking element, this can be done integrally a coil spring step with a slightly larger diameter be formed, the outer end of which is supported in an abutment and whose inner end with the first end of the force-locking element a ge forms a common section. This section is the first stop orders the force F. emanating from the molded coil spring stage supports. It is advantageous to use adjustable abutments, the one gradual or stepless adjustment of the moment generating Force F allowed. Alternatives to this are the assignment of print or Tension springs towards the opposite of the one to be braked or towards End of rotation twisted (first) ends of the force-locking element.

Zur Vergrößerung der Reibungsflächen zwischen dem Kraftschlußelement und der rotationssymmetrischen Oberfläche eignet sich der Ersatz von kreisrun dem Material durch Material mit rechteckigem Querschnitt bzw. durch bandar tiges Material. Bei Verwendung solchen Materials für eine zweistufig ausge bildete Schraubenfeder (wie im voranstehenden Absatz beschrieben), sollte vorzugsweise die das Moment bestimmende Federstufe hochkant gewickelt wer den.To increase the friction surfaces between the force-locking element and The rotationally symmetrical surface is suitable for the replacement of circular run the material by material with a rectangular cross-section or by bandar material. When using such material for a two-stage out formed coil spring (as described in the previous paragraph), should preferably the spring step determining the moment is wound upright the.

Die zur Gewährleistung der Selbsthemmung notwendige Vorspannkraft F_V der Windungen des Kraftschlußelements stellt eine Schraubenfeder aus ihrer Eigenelastizität zur Verfügung. Hingegen vermögen überwiegend auf Zug be lastbare, z. B. seil-, band- oder kettenartige Kraftschlußelement dies nicht; ihre Enden (und zwar beide Enden) müssen jeweils von einer Feder- oder Gewichtskraft beaufschlagt werden. Solche flexiblen Kraftschlußele mente besitzen den Vorteil, daß sie sich sehr gleichmäßig und großflächig an der Wellenoberfläche anschmiegen.The prestressing force F _{V of} the turns of the force-locking element, which is necessary to ensure self-locking, is provided by a helical spring due to its inherent elasticity. On the other hand, mostly resilient on train, z. B. rope, band or chain-like friction element does not; their ends (both ends) must each be acted upon by a spring or weight force. Such flexible Kraftschlußele elements have the advantage that they nestle very evenly and over a large area on the shaft surface.

Soll die Vorspannkraft F_V von einer Feder aufgebracht werden, so stehen zur Realisierung zwei Konstruktionsprinzipien zur Verfügung. Während die eine zur Aufbringung der Vorspannkraft F_V sowie der das Moment erzeugenden Kraft jeweils separate, entsprechend dimensionierte Federn vorsieht, verwendet das andere Prinzip für beide Aufgaben nur eine Feder. Deren Enden sind als unterschiedlich lange Hebelarme ausgebildet und tragen in dafür vorgesehene Einhängungen die Seilenden. Auch diesen Hebelenden sind Anschläge zur Steuerung der Vorrichtung zugeordnet. If the prestressing force F _{V is} to be applied by a spring, two construction principles are available for implementation. While one provides separate, appropriately dimensioned springs for applying the preload force F _V and the force generating the moment, the other principle uses only one spring for both tasks. Their ends are designed as lever arms of different lengths and carry the rope ends in the mountings provided for this purpose. These lever ends are also assigned stops for controlling the device.

Auch die Anpassung der Wirkungsweise der Vorrichtung an die Belastungsver hältnisse ist in einfacher Weise möglich. Man muß dazu die Belastung (direkt oder indirekt) zur Erzeugung oder Veränderung der das Moment bestimmenden Kraft F verwenden. Dabei kann die Umsetzung dieser Belastung proportional, aber auch progressiv oder degressiv erfolgen.Also adapting the mode of operation of the device to the loading ver Relationships are possible in a simple manner. You have to do the burden (directly or indirectly) to create or change the moment use determining force F. In doing so, the implementation of this burden proportional, but also progressive or degressive.

Als Beispiel für eine proportionale und direkte Einwirkung der Belastung sei an dieser Stelle die Verwendung der Vorrichtung für einen Aufzug oder eine Vorrichtung zum Abseilen von Lasten und Personen genannt, wobei die Last direkt an das entgegen der zu bremsenden Drehrichtung angreift und somit die das Bremsmoment bestimmende Kraft F selbst darstellt. Auf diese Weise können mit ein und derselben Vorrichtung sehr unterschiedliche Lasten mit annährend der gleichen Kraft (die ggf. vorher noch einstellbar ist) herabgelassen werden.As an example of a proportional and direct action of the load be at this point the use of the device for an elevator or called a device for rappelling loads and people, the Load attacks directly against the direction of rotation to be braked and thus represents the braking torque determining force F itself. To this Ways can be very different loads with the same device with approximately the same force (which may be adjustable beforehand) be lowered.

Eine innen liegende Bauweise des Kraftschlußelements ist durch seine Anord nung innerhalb einer Hohlwelle vorgesehen. Die äußere Kontur einer Drehfe der liegt dabei mit einer vorgewählten Vorspannkraft F_V an der Innenwandung der Hohlwelle an. Das entgegen der zu bremsenden bzw. in Richtung der anzu treibenden Drehrichtung gewundene Ende der Drehfeder wird in vorteilhafter Weise von einer Torsionsfeder geliefert, die axial durch die Drehfeder hin durchgreift. Dem anderen Ende des Kraftschlußelements ist mit Drehwinkel spiel ein Anschlag zugeordnet, bei dessen Erreichen die Feder von dieser Seite her gelöst wird.An internal design of the friction element is provided by its Anord voltage within a hollow shaft. The outer contour of a Drehfe is present with a preselected biasing force F _V on the inner wall of the hollow shaft. The end of the torsion spring which is opposite to the end to be braked or wound in the direction of the direction of rotation to be driven is advantageously supplied by a torsion spring which extends axially through the torsion spring. The other end of the force-locking element is assigned a stop with the angle of rotation, upon reaching which the spring is released from this side.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Aus führungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the figures shown in the figures management examples explained in more detail. Show it:

Fig. 1 Wellenbremse mit einstückig angeformter Drehfederstufe Fig. 1 shaft brake with integrally molded torsion spring stage

Fig. 2 Wellenbremse mit separater Druckfeder Fig. 2 shaft brake with separate compression spring

Fig. 3 Wellenbremse mit einstückig angeformter Zugfeder Fig. 3 shaft brake with integrally molded tension spring

Fig. 4a Wellenbremse mit flexiblem Bremselement und zwei separaten Druckfedern bei Drehung der Welle entgegen der zu bremsenden Drehrichtung. Fig. 4a shaft brake with flexible braking element and two separate compression springs when rotating the shaft against the direction of rotation to be braked.

Fig. 4b Wellenbremse mit flexiblem Bremselement und zwei separaten Druckfedern bei Drehung der Welle in der zu bremsenden Dreh richtung. Fig. 4b shaft brake with flexible braking element and two separate compression springs when rotating the shaft in the direction to be braked.

Fig. 4c Schematische Darstellung einer umschaltbaren Bremsvorrichtung. Fig. 4c Schematic representation of a switchable braking device.

Fig. 5 Wellenbremse mit flexiblem Bremselement und einer Schenkelfeder mit unterschiedlich langen Hebelarmen Fig. 5 shaft brake with flexible brake element and a leg spring with lever arms of different lengths

Fig. 6 Wellenbremse mit flexiblem Bremselement zur Verwendung für die Bewegung von Lasten Fig. 6 shaft brake with flexible braking element for use for the movement of loads

Fig. 7 Wellenbremse mit separater Torsionsfeder Fig. 7 shaft brake with separate torsion spring

Fig. 8 Vorrichtung zur stufenlosen Momentenübertragung, insbesondere einstellbarer Momentenschlüssel. Fig. 8 device for infinitely variable torque transmission, in particular adjustable torque wrench.

Sämtliche Figuren stellen das Erfindungsprinzip als Ausschnitte technischer Einrichtungen in verschiedenen Ausführungsvarianten dar. Zum besseren Ver ständnis der Erfindung wurden die Kraftvektoren F_V (Vorspannkraft) und F (die das Moment steuernde Kraft) sowie die jeweilige Drehrichtung der Welle 1, 100 durch Pfeile kenntlich gemacht.All figures represent the principle of the invention as sections of technical devices in different versions. For a better understanding of the invention, the force vectors F _V (biasing force) and F (the moment controlling force) and the respective direction of rotation of the shaft 1 , 100 have been identified by arrows .

Fig. 1 zeigt eine Bremseinrichtung mit einer Welle 1, die ein gehäusesei tiges Widerlager 5a durchdringt. Auf der Welle 1 sitzt ein Bremselement 2a in Form einer Schraubenfeder, deren Windungen mit einer Vorspannkraft gegen die zylindrische Oberfläche der Welle 1 drücken. Das entgegen der zu bremsenden Drehrichtung gewundene Ende 21 des Bremselements 2a ist gekröpft und bildet so einen Bereich für den Anschlag 31a, der im Ruhezustand die Kraft F abstützt. Diese Kraft F wird von der sich an das Ende 21 einstückig anschließenden Schraubenfederstufe 4a, die im Widerlager 5a gehalten ist, erzeugt. Bei Drehung der Welle 1 in Richtung 10 wird das Klemmelement 2a gegen die Kraft F mitgenommen bis dessen freies Ende 22 gegen den Anschlag 32a läuft. Wird die Welle 1 noch weiter gedreht, so beginnt vom Anschlag 32a her ein Lockerungsprozeß, bis die Welle 1 mit dem dann vorhandenen An triebsmoment durchdreht. Das Antriebsmoment entspricht zu diesem Zeitpunkt dem Bremsmoment. Bei Drehung entgegen der Richtung 10, also in die freie Drehrichtung liegt das Ende 21 des Bremselements 2a am Anschlag 31a an und die Selbsthemmung wird durch das Bestreben des Bremselements 2a, sich zu öffnen, aufgehoben. Durch Verwendung kleiner Federvorspannungen erreicht man in dieser Drehrichtung einen nahezu umgebremsten Lauf. Die Hemmung in der freien Drehrichtung ist vorwiegend von der Vorspannkraft des Bremsele ments 2a bestimmt. Soll diese bis auf ein Minimum herabgesetzt werden, so muß man zur Erhaltung der Selbsthemmungsbedingung die Anzahl der Windungen erhöhen. Fig. 1 shows a braking device with a shaft 1 which penetrates an abutment 5 gehäusesei term. On the shaft 1 there is a braking element 2 a in the form of a helical spring, the windings of which press against the cylindrical surface of the shaft 1 with a prestressing force. The end 21 of the braking element 2 a which is wound counter to the direction of rotation to be braked is cranked and thus forms an area for the stop 31 a which supports the force F in the idle state. This force F is generated by the helical spring step 4 a, which is integrally connected to the end 21 and is held in the abutment 5 a. When the shaft 1 rotates in the direction 10 , the clamping element 2 a is taken against the force F until its free end 22 runs against the stop 32 a. If the shaft 1 is rotated further, a loosening process begins from the stop 32 a until the shaft 1 rotates with the drive torque then present. The drive torque at this point corresponds to the braking torque. When turning in the opposite direction 10 , that is, in the free direction of rotation, the end 21 of the braking element 2 a abuts the stop 31 a and the self-locking is canceled by the effort of the braking element 2 a to open. By using small spring preloads, an almost braked run is achieved in this direction of rotation. The inhibition in the free direction of rotation is mainly determined by the biasing force of the braking element 2 a. If this is to be reduced to a minimum, the number of turns must be increased to maintain the self-locking condition.

Das Widerlager 5a ist über eine feinzahnige Rasterung verstellbar gestal tet, wodurch die Federkennlinie der Schraubenfeder 4a variiert werden kann. Dies wirkt sich entsprechend auf die Kraft F und weiter auf das herrschende Bremsmoment aus.The abutment 5 a is adjustable via a fine-toothed grid, whereby the spring characteristic of the coil spring 4 a can be varied. This has a corresponding effect on the force F and on the prevailing braking torque.

Fig. 2 zeigt einen gleichwirkenden Aufbau der Bremse, jedoch mit einer separaten Druckfeder 4b, die sich zwischen dem Widerlager 5b und dem Ende 21 des Bremselements 2b abstützt und mit der Kraft F das Bremsmoment bestimmt. Der durch Schrauben verstellbare Anschlag 32b gestattet im Rahmen der Federkennlinie der Druckfeder 4b die Einstellung eines gewünschten Bremsmoments. Fig. 2 shows an equivalent structure of the brake, but with a separate compression spring 4 b, which is supported between the abutment 5 b and the end 21 of the brake element 2 b and determines the braking torque with the force F. The adjustable stop 32 b by screws allows the setting of a desired braking torque within the framework of the spring characteristic of the compression spring 4 b.

Die in Fig. 3 dargestellte Bremsvorrichtung nutzt an Stelle der Drehfeder 4a (Fig. 1) bzw. der Druckfeder 4b (Fig. 2) eine Zugfeder 4c, die mit dem Bremselement 2c einstückig ausgebildet ist. Diese Bremse entspricht, genau wie die voran beschriebene, in ihrer Wirkung genau der von Fig. 1.The brake device shown in FIG. 3 uses a tension spring 4 c instead of the torsion spring 4 a ( FIG. 1) or the compression spring 4 b ( FIG. 2), which is formed in one piece with the brake element 2 c. The effect of this brake, like that described above, corresponds exactly to that of FIG. 1.

Fig. 4a zeigt eine Bremse mit flexiblem, seilartigen Bremselement 20, das mehrfach um die Welle 1 geschlungen ist und dessen Enden in Einhängungen 6 befestigt sind. Zwischen der einen Einhängung 6 und dem Widerlager 5c ist eine Druckfeder 4c zur Erzeugung des Bremsmoments angeordnet, deren Kraft F während der unbelasteten Phase der Vorrichtung wie auch während der Drehung der Welle 1 in Richtung Lösen 11 im Bereich des Anschlags 31 c abgestützt ist. Die Vorspannkraft F_V wird von einer schwächeren Druckfeder 40 erzeugt. Fig. 4a shows a brake with a flexible, rope-like braking member 20 which is multiply wound around the shaft 1 and whose ends are mounted in mounts. 6 Between the one attachment 6 and the abutment 5 c, a compression spring 4 c is arranged to generate the braking torque, the force F of which is supported during the unloaded phase of the device and also during the rotation of the shaft 1 in the direction of release 11 in the region of the stop 31 c . The biasing force F _V is generated by a weaker compression spring 40 .

Ihr Sitz befindet sich gleichfalls zwischen dem Widerlager 5c und der Ein hängung 6. Bei Drehung der Welle in die nicht zu bremsende Richtung 11 wird der Grad der Bewegungshemmung durch die Vorspannkraft F_V sowie den Oberflä cheneigenschaften und Dimension von Welle 1 und Bremselement 20 bestimmt.Your seat is also between the abutment 5 c and the suspension 6 . When the shaft rotates in the direction 11 that is not to be braked, the degree of movement inhibition is determined by the pretensioning force F _V and the surface properties and dimension of shaft 1 and braking element 20 .

Fig. 4b zeigt die gleiche Bremse in Betrieb, jedoch bei einer Drehrichtung 10, in der die Bremswirkung entfaltet werden soll. Hierbei wird das Brems element 20 solange mitgenommen, bis sich die Feder 40 (für die Vorspann kraft F_V) am Anschlagsbereich 32 c abstützt und das Seilende soweit entlastet, bis die Seilkraft auf den Wert F_V = F/e^μ ^α absinkt. Bei dieser Vorspannkraft beginnt die Welle durchzurutschen und sich mit gleichmäßigem Moment zu drehen. FIG. 4b shows the same brake is in operation, but in a rotational direction 10 in which the braking effect is to be deployed. Here, the braking element 20 is carried until the spring 40 (for the preload force F _V ) is supported on the stop area 32 c and the rope end is relieved until the rope force drops to the value F _V = F / e ^μ ^α . With this pretensioning force, the shaft begins to slip and turn at an even moment.

Vertauscht man die Feder 4c, 40 auf den Enden des Bremselements 20, so ist auch die Bremsrichtung umgekehrt. Ersetzt man aber statt dessen die Vor spannfeder 40 durch die Feder 4c, so treten in beiden Drehrichtungen gleich große Bremsmomente auf. Für das Kräftegleichgewicht der Seilbremse beim Durchrutschen gilt stets:If you swap the spring 4 c, 40 on the ends of the braking element 20 , the braking direction is also reversed. Instead of replacing the pre-tensioning spring 40 with the spring 4 c, braking torques of the same magnitude occur in both directions of rotation. The following always applies to the balance of forces of the rope brake when slipping:

F/(F_V-F_A) = e^μ ^α.F / (F _V -F _A ) = e ^μ ^α .

Eine prinzipielle Möglichkeit zur Gestaltung einer umschaltbaren Bremse stellt Fig. 4c dar. Die Bremse verwendet zwei gleich starke Druckfedern 4, die sich einerseits am Widerlager 5 abstützen und andererseits von einem Kipphebel 7 unterschiedlich vorgespannt werden können. Durch Umkehrung der Vorspannung der Druckfedern 4 erfolgt auch eine Wirkungsumkehr, die bisher gebremste Drehrichtung wird zur freien Drehrichtung und umgekehrt.One possibility in principle to design a switchable brake, Fig. 4c. The brake uses two equally strong compression springs 4, on the one hand supported on the abutment 5 and can be the other hand, differently biased by a rocker arms 7. By reversing the pretension of the compression springs 4 there is also a reversal of action, the previously braked direction of rotation becomes the free direction of rotation and vice versa.

Gleichfalls mit einem flexiblen Bremselement 20 ausgerüstet ist die Brems vorrichtung gemäß Fig. 5. Die Enden des Bremselements 20 (Seil) sind in ungleich langen Hebelarmen 50a, 50b der Schenkelfeder 50 eingehängt. Der kürzere Hebelarm a erzeugt die größere Kraft F, die das Bremsmoment steuert. In der anderen (freien) Drehrichtung 11 kommt die über den längeren Hebelarm b erzeugte Vorspannkraft zur Wirkung, wobei der Anschlag 310 die Bewegungsfreiheit der Schenkelfeder 50 begrenzt. In der anderen Drehrichtung erfolgt die Begrenzung über den Anschlag 320.Equipped with a flexible brake element 20 , the braking device is shown in FIG. 5. The ends of the braking element 20 (rope) are suspended in lever arms 50 a, 50 b of unequal length, the leg spring 50 . The shorter lever arm a generates the greater force F, which controls the braking torque. In the other (free) direction of rotation 11 , the biasing force generated by the longer lever arm b comes into effect, the stop 310 limiting the freedom of movement of the leg spring 50 . Limitation takes place in the other direction of rotation via the stop 320 .

Fig. 6 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Absenken von Lasten. Mit der Achse 9 sind ein Reibrad 1a mit rotationssymmetrischer Oberfläche zur Um schlingung durch das Bremselement 20 und ein Zahnrad 8 verbunden, das mit der Zahnstange 7 kämmt. Das in Richtung der zu bremsenden Drehrichtung 10 gewundene seilartige Ende des Bremselements 20 ist in einer Seileinhängung 6 befestigt und stützt sich gegen den gehäuseseitigen Anschlag 32d des Gehäuses 90 ab. Durch die Vorspannfeder 40, die am Widerlager 5d abgestützt ist, erhält das Seilende die notwendige Vorspannung zur Gewährleistung der Selbsthemmung. In der entgegengesetzten Umschlingungsrichtung, also entge gengesetzt zur gebremsten Drehrichtung 10, ist das andere Seilende (direkt oder indirekt) mit der zu befördernden Last verbunden und regelt das Brems moment. Die Seileinhängung 6d stützt sich gegen den Anschlag 31d ab, wenn die Vorrichtung entgegen der Last bewegt wird oder wenn sie sich im Ruhe zu stand befindet. Fig. 6 shows schematically an apparatus for lowering loads. With the axis 9 , a friction wheel 1 a with a rotationally symmetrical surface for looping through the brake element 20 and a gear 8 connected to mesh with the rack 7 . The winding in the direction of the direction of rotation 10 to be braked end of the braking element 20 is fastened in a cable suspension 6 and is supported against the housing-side stop 32 d of the housing 90 . By the biasing spring 40 , which is supported on the abutment 5 d, the rope end receives the necessary bias to ensure self-locking. In the opposite direction of wrap, ie opposite to the braked direction of rotation 10 , the other end of the rope (directly or indirectly) is connected to the load to be transported and controls the braking torque. The cable suspension 6 d is supported against the stop 31 d when the device is moved against the load or when it is at rest.

Fig. 7 zeigt eine Bremse mit einem geschützt innen liegendem Bremselement 200, das mit seiner äußeren Kontur an der zylindrischen inneren Oberfläche der Hohlwelle 100 anliegt. Das in Richtung der zu bremsenden Drehrichtung 10 gewundene Ende 21 der Drehfeder wird mit einer Kraft F entgegengesetzter Richtung beaufschlagt, die eine Torsionsfeder 4e liefert. Dem gegenüberlie genden Ende 22 der Drehfeder ist ein Anschlag 32e mit Winkelspiel zugeord net. Während in der zu bremsenden Drehrichtung 10 die Kraft F die Drehfeder versucht aufzudrehen, erfolgt in der anderen Drehrichtung ein Kontraktion, die ein reibungsarmes Durchdrehen erlaubt. FIG. 7 shows a brake with a protected brake element 200 , which lies with its outer contour on the cylindrical inner surface of the hollow shaft 100 . The end 21 of the torsion spring which is wound in the direction of the direction of rotation 10 to be braked is subjected to a force F in the opposite direction, which provides a torsion spring 4 e. The opposite end 22 of the torsion spring is a stop 32 e with angular play zugeord net. While the force F tries to turn the torsion spring in the direction of rotation 10 to be braked, a contraction takes place in the other direction of rotation, which allows a low-friction turning.

In Fig. 8 ist schematisch eine Vorrichtung zur stufenlosen Übertragung von Drehmomenten dargestellt, die sich zum Einsatz als Schraubwerkzeug mit ein stellbarem maximalen Drehmoment eignet. Die Welle 1f lagert im Gehäuse 15 und trägt an ihren Enden Adapter 7a, 7b zur Aufnahme von Werkzeugen. An das eine Ende des als Seil ausgebildeten Kraftschlußelements 20 greift über die Seileinhängung 5 die Feder 40 an, die sich am Widerlager 5f abstützt und das Kraftschlußelement 20 mit der Vorspannkraft F_V unter Vorspannung hält. Eine Zugfeder 4f greift mit der Kraft F an dem anderen Ende des Kraft schlußelements 20 an, das in Richtung des zu übertragenden Moments um die Welle 1f geschlungen ist. Im lastfreien Zustand der Vorrichtung sorgt die Seileinhängung 6f für eine Abstützung gegen den Anschlag 31f. Das gegen überliegende Ende der Feder 4f ist mit einer Spindelmutter 18 verbunden, in die eine Spindel 19 eingreift. Zur Anzeige kommt die über das Handrad 35 einstellbare Kraft F bzw. das ihr zugeordnete Drehmoment im Zusammenwirken von Skala 16 und Zeiger 17.In Fig. 8 a device for continuously variable transmission is shown schematically torques, which is suitable for use as a screwing tool with a stellbarem maximum torque. The shaft 1 f is supported in the housing 15 and carries adapters 7 a, 7 b at its ends for receiving tools. At one end of the force-locking element 20 , which is designed as a rope, the spring 40 , which is supported on the abutment 5 f and engages the force-locking element 20 with the biasing force F _V under tension, engages via the rope suspension 5 . A tension spring 4 f engages with the force F at the other end of the force circuit element 20 , which is looped in the direction of the torque to be transmitted around the shaft 1 f. In the load-free state of the device, the cable suspension 6 f provides support against the stop 31 f. The opposite end of the spring 4 f is connected to a spindle nut 18 , in which a spindle 19 engages. The force F adjustable via the handwheel 35 or the torque assigned to it in the interaction of the scale 16 and the pointer 17 is displayed.

Beim Schwenken des Hebelarms 150 in Richtung 60 wird eine eventuell zu be festigende Schraubverbindung solange bewegt, bis das fpr die Verbindung eingestellte Moment erreicht ist. Dann erfolgt eine kleinere Winkeldrehung zwischen der Welle 1f und dem Gehäuse 15 (ohne die Schraubverbindung zu be tätigen), bis die Seileinhängung 6 am Anschlag 32f anliegt und die Vorspannung F_V entsprechend vermindert wird. Nun kann das Kraftschlußele ment 20 auf der Welle 1f durchrutschen. Ein weiteres Mitnehmen der Schraube ist ausgeschlossen.When the lever arm 150 is pivoted in the direction 60 , a screw connection that may be to be tightened is moved until the torque set for the connection is reached. Then there is a smaller angular rotation between the shaft 1 f and the housing 15 (without making the screw connection) until the cable suspension 6 bears against the stop 32 f and the pretension F _V is reduced accordingly. Now the Kraftschlußele element 20 can slip on the shaft 1 f. It is impossible to take the screw with you.

Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference numerals used

1, 1d Welle, rotationssymmetrischer Körper
10 Richtung, in der das vom Kraftschlußelement zu übertragenden Moments
11 Richtung, entgegen der das vom Kraftschlußelement zu übertragenden Moments
15 Gehäuse
16 Skala
17 Zeiger
18 Spindelmutter
19 Spindel
100 Hohlwelle
150 Hebel
2, 2a, 2b, 2c Kraftschlußelement als Schraubenfeder
20 Kraftschlußelement als Seil
21 Ende des Kraftschlußelements (einerseits)
22 Ende des Kraftschlußelements (andererseits)
25 Handrad
200 Kraftschlußelement als Schraubenfeder
31, 31a . . .f, 310 Anschlag (erster)
32, 32a . . .f, 320 Anschlag (zweiter)
4, 4a . . .f Feder, die durch ihre Kraft F das maximal übertragbare Moment bestimmt
40 Vorspannfeder
5, 5a . . .f Widerlager
50 Schenkelfeder
50a, 50b Schenkelfederenden mit Seileinhängungen
6, 6d, 6f Seileinhängung
60 Schwenkrichtung des Hebels 150
7, 7a, 7b Adapter für Wekzeugkopf
8 Zahnrad
9 Achse
90 Gehäuse
a, b Hebelarme
F Kraft, die das maximal übertragbare Moment bestimmt
F_V Kraft, die das Kraftschlußelement vorspannt
f_A Kraft, die die zwischen den Enden (22) des Kraftschlußelements und dem Anschlag (32) wirkt. 1 , 1 d wave, rotationally symmetrical body
10 direction in which the torque to be transmitted by the force-locking element
11 direction opposite to the moment to be transmitted by the force-locking element
15 housing
16 scale
17 hands
18 spindle nut
19 spindle
100 hollow shaft
150 levers
2 , 2 a, 2 b, 2 c force-locking element as a coil spring
20 traction element as a rope
21 end of the force-locking element (on the one hand)
22 end of the adhesion element (on the other hand)
25 handwheel
200 friction locking element as a coil spring
31 , 31 a. . .f, 310 stop (first)
32 , 32 a. . .f, 320 stop (second)
4 , 4 a. . .f spring, which determines the maximum transmissible torque by its force F.
40 preload spring
5 , 5 a. . .f abutment
50 leg spring
50 a, 50 b leg spring ends with rope attachments
6 , 6 d, 6 f rope suspension
60 Swivel direction of the lever 150
7 , 7 a, 7 b adapter for tool head
8 gear
9 axis
90 housing
a, b lever arms
F Force that determines the maximum transmissible torque
F _V Force that prestresses the force-locking element
f _A force that acts between the ends ( 22 ) of the force-locking element and the stop ( 32 ).

Claims

1. Device for braking or transmitting a rotary motion with braking torque or driving torque that is essentially independent of the coefficient of friction, using a force-locking element engaging on a rotationally symmetrical upper surface with a plurality of prestressed windings, the rotationally symmetrical surface in particular the inner or outer surface of a cylinder or slightly conical component,
characterized,

- That at one end ( 21 ) of the force-locking element ( 2 , 20 , 200 ) in Rich direction ( 10 ) of the force-locking element ( 2 , 20 , 200 ) on the shaft ( 1 ) to be transmitted moment engages a force (F), which in turn is assigned a first stop ( 31 ) in the opposite direction,
- That the other end ( 22 ) against the in the direction ( 10 ) of the frictional element ( 2 , 20 , 200 ) to the shaft ( 1 ) to be transmitted moments a second stop ( 32 ) with angular play of the force circuit element is assigned and
- That within this rotational angle game between the shaft ( 1 ) and force circuit element ( 2 , 20 , 200 ) there is self-locking.

2. Device according to claim 1, characterized in that the ends ( 21 ) of the braking element ( 2 , 20 , 200 ) acting forces (F) are spring forces or weight forces.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the force-locking element ( 2 , 200 ) is a coil spring.

4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the adhesion element made of a material with a rectangular cross section is finished.

5. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the force-locking element ( 2 a) acts as a braking element and the braking force-generating clamping element ( 4 a) is integrally formed as a two-stage asymmetrical coil spring, the coil force determining coil spring stage ( 4 a ), which acts as a torsion spring that does not fly closed on the rotationally symmetrical surface ( 1 ) of the shaft.

6. Apparatus according to claim 1 to 5, characterized in that the two-stage coil spring is made of flat material and in the loading area of the force-locking element ( 2 ) flat and in the adjacent Fe derbereich ( 4 a), which acts counter to the direction of rotation to be braked, is wrapped upright.

7. The device according to claim 1 to 3, characterized in that the force-locking element ( 2 c) and the braking force-generating clamping element ( 4 b) are integrally formed, the coil spring step ( 4 b) of the clamping element to the coil spring step of the force-locking element ( 2 c) is angled, preferably angled at right angles and acts as a tension spring.

8. The device according to claim 1 to 3, characterized in that the friction element is a conical coil spring, which ent on a speaking chronic rotationally symmetrical surface sits and through an axially acting force is held on the cone.

9. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the force-locking element ( 20 ) a predominantly tensile, z. B. is rope, ribbon or chain-like element.

10. The device according to claim 1, 2 and 9, characterized in that the one in the direction ( 10 ) of the force-locking element ( 20 ) on the shaft ( 1 ) to be transmitted torque end of the force-locking element is acted upon by a biasing force (F _V ) , while the moment determining force (F) acts on the other end of the force-locking element ( 20 ).

11. The device according to claim 1, 2, 9 and 10, characterized net that it is part of a key for the transmission of moments, the maximum transmissible torque is adjustable.

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the setting of the maximum transmissible torque via the expansion of the force (F) generating spring ( 4 f) and is indicated by a scale ( 16 ) and a pointer ( 17 ).

13. The apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the force-locking element ( 200 ) is arranged inside a hollow shaft ( 100 ), wherein one end ( 21 ) is acted upon by the spring force (F) of a torsion spring ( 4 e), while a stop ( 32 e) is assigned to the other end ( 22 ).