DE4222032A1 - Lastdrehmomentsperre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine LDS gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die LDS ermöglicht als doppelt wirkender Freilauf die Posi­ tionssicherung einer drehbaren Welle (Abtriebswelle) in beiden Drehrichtungen und den Antrieb dieser drehbaren Wel­ le von der Antriebswelle her in beiden Drehrichtungen.

Die in vielen Gebieten des Maschinenbaus eingesetzten nor­ malen, einseitig wirkenden Freiläufe gestatten die Drehbe­ wegung einer Welle nur in einer Drehrichtung, während in der anderen Drehrichtung die Drehbewegung dieser Welle ge­ sperrt wird. Die Positionierung der Welle findet hierbei also nur in einer bestimmten Drehrichtung statt.

Es gibt zahlreiche Einsatzfälle, bei denen für verstellbare Maschinen oder Geräte eine Positionierung in beiden Dreh­ richtungen verlangt wird.

Das bedeutet, daß das als Stellglied in Frage kommende Ma­ schinenteil, z. B. ein mit einer drehbaren Welle verbunde­ ner kippbarer Behälter, in beiden Drehrichtungen ungehin­ dert angetrieben werden kann, während rückwirkend vom Stellglied auf die Welle wirkende Rück-Drehmomente (Ab­ triebsdrehmomente) in beiden Drehrichtungen gesperrt werden müssen.

Derartige Sperren können auch als selbsttätig schaltende, doppelt wirkende Freiläufe angesehen werden.

Aus den geschilderten Anforderungen erklärt sich die für ein solches Konstruktionselement verwendete Bezeichnung "Lastdrehmomentsperre", abgekürzt LDS.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß vom Antrieb zum Ab­ trieb einer LDS eine Drehbewegung und damit auch ein Dreh­ moment in beiden Drehrichtungen übertragen werden kann, während umgekehrt eine Drehbewegung und damit auch ein Drehmoment in beiden Drehrichtungen vom Stellglied her, al­ so vom Abtrieb zum Antrieb einer LDS nicht übertragen wer­ den kann. In beiden Drehrichtungen tritt jetzt durch Sper­ ren der LDS eine Positionierung der Abtriebswelle und damit des Stellgliedes ein.

Es ist bekannt, Lastdrehmomentsperren unter Verwendung ei­ ner zylindrischen Drehfeder (Schrauben-Drehfeder z. B. mit kreisrundem oder anderen, z. B. rechteckigen Federdraht­ querschnitten) für unterschiedliche Einsatzfälle zu verwen­ den, die nach innen umgebogene Federenden aufweisen.

In einer weiterentwickelten und verbesserten Bauweise wer­ den die nach innen umgebogenen Federenden ersetzt durch in Umfangsrichtung auslaufende Federenden, die mit derart ge­ formten Feder-Endstücken versehen sind, daß die Einleitung der Umfangskraft beim Sperren tangential mit möglichst großem Hebelarm erfolgt.

Aus der Patentschrift DE 30 42 398 C2 ist eine derartige LDS für unterschiedliche Anwendungsfälle bekannt. (Fig. 1 und 2)

In Weiterentwicklung dieser beiden bekannten Konstruktionen wird in der Patentanmeldung P 42 02 415.3-26 vom 29.01.92 Schutz begehrt für eine LDS, bei der beim Durchtreiben vom Antrieb zum Abtrieb die Umfangskraft F_u des Antriebsdrehmo­ mentes T_an in jeder Drehrichtung unmittelbar direkt an der jeweiligen Anschlagstelle (D) von der geschlitzten An­ triebswelle (6) auf die mit der Abtriebswelle (2) verbunde­ ne Hebelnabe (1) übertragen wird, ohne daß hierbei eines der beiden Endstücke (7 bzw. 7a) der beiden Federenden der Drehfeder (3) von der Umfangskraft F_u beaufschlagt wird. (Fig. 3)

Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird in der Pa­ tentanmeldung P 42 06 168.7-26 vom 28.02.92 (Hauptpatent- Anmeldung) vorgeschlagen, daß die Drehfeder (3) durch die zusätzliche Anordnung eines Ringes als Federstützring (12 z. B. nach Fig. 4) keine Drehbewegung mehr reibschlüssig auf die beim Sperren an sich unbelastete und frei drehbe­ wegliche geschlitzte Antriebswelle (6) übertragen kann, da der Federstützring radial zwischen der Drehfeder und der geschlitzten Antriebswelle angeordnet wird und durch Gleit- oder Wälzlagerung nahezu reibungsfrei (oder besser: rei­ bungsarm) gelagert wird.

Es wird in der genannten Anmeldung vorgeschlagen, einen oder mehrere nebeneinanderliegende Federstützringe in glat­ ter Ausführung oder mit seitlichen Bunden oder mit schrau­ benförmig verlaufenden profilierten Ausnehmungen ("Gewinde­ gängen") vorzusehen.

Nachteilig ist bei der in Fig. 4 gezeigten, für einen Kon­ strukteur zunächst naheliegenden drehbeweglichen Lagerung des Federstützringes (12; rechte Bildhälfte) bzw. der Fe­ derstützringe (13; linke Bildhälfte) auf der geschlitzten Antriebswelle (6), daß eine wirklich reibungsfreie Lage­ rung weder bei einer Gleitlagerung noch bei einer Wälzlage­ rung erreicht werden kann.

Durch die verbleibende mehr oder weniger große Restreibung kann somit beim Sperren der sich maximal um den Sperrweg (c) verdrehende, von den Federwindungen beim Sperren mitge­ nommene Federstützring (12), bzw. die Federstützringe (13), die geschlitzte Antriebswelle (6) reibschlüssig mitverdre­ hen.

Dies kann dann zur Einleitung des nicht gewünschten Ent­ sperrvorganges "Entsperren von hinten" durch die Mitnahme des beim Sperren nicht belasteten Endstückes (7 bzw. 7a) durch die geschlitzte Antriebswelle (6) und damit zum Ver­ sagen der LDS führen, d. h. die Übertragbarkeit des Sperr­ drehmomentes Tab geht zurück: T_ab→0.

Die Gefahr, daß die geschlitzte Antriebswelle (6) reib­ schlüssig durch die Federstützringe (12 bzw. 13) mitgedreht werden kann, wird erfindungsgemäß nach Anspruch 1 dadurch vollständig verhindert, daß z. B. nach Fig. 5 der Feder­ stützring (12; rechte Bildhälfte) bzw. die Federstützringe (13; linke Bildhälfte) nicht mehr auf der Antriebswelle (6), sondern über eine Spielpassung S₂ in der zylindrischen Bohrung des Ringes (4) drehbar gelagert werden.

Erfindungsgemäß werden nach Anspruch 2 besonders vorteil­ haft der Federstützring (12) bzw. die Federstützringe (13) in einfacher Weise über den schraubenförmig verlaufenden außenliegenden Kamm (Durchmesser D_a) der profilierten Aus­ nehmungen (d. h. über die "Gewindespitzen" der "Gewindegän­ ge") in der Bohrung (Durchmesser D_a) des Ringes (4) drehbar gelagert.

Zwischen der Innenbohrung der Federstützringe (12 bzw. 13) und der zylindrischen Außenfläche der geschlitzten An­ triebswelle (6) wird das Spiel S₃ vorgesehen, um eine ge­ genseitige Berührung zuverlässig zu vermeiden. Es soll gelten: S₂<S₃.

Beschreibung der in Fig. 1 bis Fig. 4 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele und des in Fig. 5 dargestellten Ausführungs­ beispiels der Erfindung (Zusatzpatent-Anmeldung):

Fig. 1 Vorder- und Seitenansicht im Schnitt einer be­ kannten LDS mit nach innen umgebogenen Federenden.

Fig. 2 Seitenansicht im Schnitt einer bekannten, im Ver­ gleich zu Fig. 1 weiterentwickelten LDS mit Federendstüc­ ken und mit der Einleitung der Umfangskraft des abtriebs­ seitigen (hohen) Drehmomentes beim Sperren tangential und mit möglichst großem Hebelarm in das jeweils beaufschlag­ te Endstück.

Fig. 3 Vorderansicht und Draufsicht im Schnitt einer wiederum weiterentwickelten LDS mit einer Ausbildung (d. h. Formgebung und Anordnung) der Hebelnabe (2), wel­ che funktionsmäßig der Hebelnabe (2) in Fig. 1 und Fig. 2 entspricht, jedoch vorteilhaft so gestaltet ist, daß beim Durchtreiben vom Antrieb zum Abtrieb die hohen Umfangs­ kräfte F_u direkt von der geschlitzten Antriebswelle (6) über die Anschlagstelle (D) auf die mit der Abtriebswelle (2) verbundene Hebelnabe (1) übertragen werden können, ohne die Federendstücke (7 und 7a) bei der Kraftübertra­ gung, wie noch in Fig. 2, mit einzubeziehen. Dies wird durch spiegelbildlich versetzte seitliche Ausnehmungen erreicht, die unter Berücksichtigung eines Umfangsspiels (d) das jeweils zugeordnete Endstück (7 bzw. 7a) beim Sperren aufnehmen können.

Fig. 4 rechte Bildhälfte: Der frei drehbare Federstützring (12) wird radial zwischen der Drehfeder (3) und der geschlitzten Antriebswel­ le (6) angeordnet und auf der geschlitzten Antriebswelle drehbeweglich über eine Gleitlagerung gelagert. An der Außenfläche werden schraubenförmig angeordnete, profi­ lierte Ausnehmungen ("Gewindegänge") zur Aufnahme (Ein­ bettung) aller Windungen der Drehfeder (3) vorgesehen.

Fig. 4 linke Bildhälfte: Statt eines einzelnen Federstützringes werden in diesem Konstruktionsbeispiel 2 gleiche, axial nebeneinander lie­ gende Federstützringe (13) auf der geschlitzten Antriebs­ welle (6) drehbeweglich über eine Gleitlagerung gelagert. An den Außenflächen beider Federstützringe werden jeweils schraubenförmig angeordnete, profilierte Ausnehmungen ("Gewindegänge") zur Aufnahme (Einbettung) aller Windun­ gen der Drehfeder (3) vorgesehen.

Fig. 5 rechte Bildhälfte: Der frei drehbewegliche Federstützring (12) wird radial zwischen Drehfeder (3) und geschlitzter Antriebswelle (6) angeordnet und nicht auf der geschlitzten Antriebswelle (6), sondern erfindungsgemäß (Zusatzpatent-Anmeldung) in der zylindrischen Bohrung des Ringes (4) drehbar gela­ gert mit dem Lagerungsspiel S₂<S₃.

Hierbei wird der Federstützring (12) in einfacher Weise über den schraubenförmig verlaufenden Kamm der profilier­ ten Ausnehmungen("Gewindegänge") in der Bohrung des Rin­ ges (4) gelagert mit dem Lagerungsspiel S₂<S₃.

Zwischen Federstützring und Antriebswelle wird zur deut­ lichen Trennung das Spiel S vorgesehen mit S₃<S₂.

Fig. 5 linke Bildhälfte; Statt des einzelnen Federstützringes werden bei diesem Konstruktionsbeispiel 2 gleiche, axial nebeneinanderlie­ gende Federstützringe (13) in der zylindrischen Bohrung des Ringes (4) drehbar gelagert mit dem Lagerungsspiel S₂<S₃. Hierbei werden die Federstützringe (13) über den schrau­ benförmig verlaufenden Kamm der profilierten Ausnehmungen ("Gewindegänge") in der Bohrung des Ringes (4) gelagert mit dem Lagerungsspiel S₂<S₃.

Zusammenfassend wird festgestellt, daß die erfindungsgemäß (Zusatzpatent-Anmeldung) vorgeschlagene LDS in Vergleich zu den bekannten Ausführungen den Vorteil aufweist, daß durch die Lagerung (z. B. nach Fig. 5) des Feder­ stützringes (12; rechte Bildhälfte) bzw. der Federstütz­ ringe (13; linke Bildhälfte) in der Bohrung des Ringes (4) - und nicht auf der geschlitzten Antriebswel­ le (6) - eine vollständige Trennung zwischen den Feder­ stützringen (12 bzw. 13) und der geschlitzten Antriebs­ welle (6) bei Erzielung des Spieles S₃<S₂ erreicht wird, und daß somit eine reibschlüssige Mitnahme der frei drehbaren geschlitzten Antriebswelle beim Sperren durch die Federstützringe sicher ausgeschlossen wird. Hierdurch wird beim Sperren die Übertragung hoher Ab­ triebsdrehmomente T_ab (Sperrdrehmomente) sichergestellt und ein Versagen der LDS durch ein ungewolltes "Entsper­ ren von hinten" vermieden.

Claims (2)

1. Lastdrehmomentsperre (LDS) mit einer unter Vorspannung in einer Bohrung befindlichen Drehfeder, wobei beim Sperren die Einleitung einer Umfangskraft F_u je nach Drehrichtung eines abtriebsseitigen Drehmomentes T_ab in eines der beiden umgebogenen Federenden (z. B. nach Fig. 1) oder in eines der beiden Feder-Endstücke (z. B. nach Fig. 2 und 3) der beiden Federenden erfolgt und wo­ bei beim Durchtreiben (Antreiben) vom Antrieb zum Ab­ trieb die Übertragung einer Umfangskraft F_u je nach Drehrichtung eines antriebsseitigen Drehmomentes T_an auf die mit der Abtriebswelle (2) verbundene Hebelnabe (1) erfolgt,
und bei der weiterhin nach der Hauptpatent-Anmeldung P 42 06 168.7-26 ein oder mehrere glatte oder profi­ lierte Federstützringe radial zwischen der Drehfeder (3) und der geschlitzten Antriebswelle (6) angeordnet werden (z. B. nach Fig. 4),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Federstützringe (12 bzw. 13 z. B. nach Fig. 5) in der zylindrischen Bohrung des Ringes (4) drehbar ge­ lagert werden, wobei das Lagerungsspiel S₂ kleiner als das Spiel S₃ zwischen Federstützring und Antriebswelle vor­ gesehen wird (S₂<S₃).

2. Lastdrehmomentsperre (LDS) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Federstützringe (12 bzw. 13 z. B. nach Fig. 5) unmittelbar, also ohne zusätzliche Lagerungen, über den schraubenförmig verlaufenden außenliegenden Kamm der profilierten Ausnehmungen (d. h. über die Spitzen der "Gewindegänge") in der zylindrischen Bohrung des Ringes (4) drehbar gelagert werden.

• - für die Beurteilung der Patentfähigkeit in Betracht gezogene Druckschriften:
  Patentschrift DE 30 42 398 C2 vom 29.05.1991,
  Patentanmeldung P 42 02 415.3-26 vom 29.01.1992,
  Patentanmeldung P 42 06 168.7-26 vom 28.02.1992,
  (Patentanmeldung P 42 09 211.6-26 vom 21.03.1992).