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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Förderrollenbaugruppe, die insbesondere
für die
Verwendung in einem Luftfahrzeugfrachtfördersystem gedacht ist.
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Es
ist hinlänglich
bekannt, den Boden des Nutzlastraums eines Luftfahrzeugs mit einer
Mehrzahl von Rollen auszustatten, die auf ihre Rotationsachsen parallel
oder im Wesentlichen parallel ausgerichtet sind, um Spuren zu definieren, über die
auf Paletten geladene Nutzlasten (nachfolgend als Ladeeinheiten
[ULDs] bezeichnet) beweglich von den Rollen getragen werden, wobei
die Rollen einen reibungsarmen Transport für die ULDs bereitstellen. Es ist
auch bekannt, ähnliche
Rollen auf einer oder mehreren geneigten Laderampen bereitzustellen,
auf denen ULDs zu und von dem Nutzlastraum des Luftfahrzeugs hinauf
und hinunter befördert
werden.
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ULDs
haben typischerweise eine reibungsarme Unterseite, die an den Rollen
angreift, aber da die Rollen selbst einen sehr geringen Rotationswiderstand
haben, können
sich die ULDs relativ frei bewegen, wenn sie geschoben oder auf
andere Weise in einer Richtung im rechten Winkel zu den Rotationsachsen
der Rollen angetrieben werden.
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Das
US-Patent Nr. 3713521 offenbart eine Förderrolle mit einer elektromagnetisch
betätigten Bremse,
die eine veränderliche
Bremskraft auf die Rolle vornehmlich im Einklang mit der Rotationsgeschwindigkeit
der Rolle aufbringt. Somit erzeugt eine höhere Geschwindigkeit eine höhere Bremskraft.
Die Bremskraft kann mit externen Sensoren modifiziert werden.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine selbstständige Förderrollenbaugruppe
für ein
Luftfrachthandhabungssystem bereitzustellen, bei dem die Geschwindigkeit
der Bewegung von ULDs geregelt werden kann. Ferner ist es insbesondere
Aufgabe der Erfindung, eine Frachtrolle bereitzustellen, die ein
Bremsmoment bei einer vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit in
einer oder in beiden Richtungen hat, die sich aber bei allen Geschwindigkeiten
unterhalb der vorbestimmten Geschwindigkeit in beiden Richtungen
frei drehen kann. Wo die Rolle so angeordnet ist, dass ein Bremsen
nur in einer Rotationsrichtung erfolgt, kann sie sich bei allen
Geschwindigkeiten in der entgegengesetzten Richtung frei drehen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Förderrollenbaugruppe
bereitgestellt, umfassend eine Tragvorrichtung, durch die die Rollenbaugruppe beim
Gebrauch befestigt werden kann, einen Hohlraum, einen allgemein
zylindrischen Rollenmantel, der für eine Rotation um seine Längsachse
auf der Tragvorrichtung getragen wird, einen Stromgenerator, der
in dem Rollenmantel aufgenommen und von diesem durch die Rotation
des Mantels angetrieben wird, um elektrische Leistung zu erzeugen,
eine Bremse in dem Rollenmantel mit der Aufgabe, die Rotationsbewegung
des Mantels relativ zu der Tragvorrichtung zu bremsen, einen Geschwindigkeitssensor
in dem Mantel zum Erfassen der Rotationsgeschwindigkeit des Mantels
relativ zu der Tragvorrichtung, einen Aktuator, der von der elektrischen
Leistung des Generators gespeist wird, wenn der Geschwindigkeitssensor
erfasst, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Mantels relativ zu
der Tragvorrichtung einen vorbestimmten Wert überschreitet, um den Betrieb
der Bremse zum Bremsen der Rotation des Mantels zu bewirken, und
einen Schockdämpfungsmechanismus
zwischen dem Rollenmantel und dem Antriebseingang des Generators
einzufügen, um
eventuelle plötzliche
Geschwindigkeitsänderungen
des Rollenmantels relativ zu der Tragvorrichtung zu dämpfen.
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Der
Schockdämpfungsmechanismus
umfasst vorteilhafterweise eine erste und eine zweite Komponente,
die eine begrenzte relative Rotation ausführen können, und elastische Mittel,
die zwischen den Komponenten eingefügt sind, um den Antrieb dazwischen
zu übertragen.
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Die
Bremse ist vorzugsweise eine mechanische Bremse und der Aktuator
bewirkt bei der Betätigung
das Verkuppeln des Mantels mit der Bremse, so dass beim Gebrauch
bei Manteldrehzahlen über
dem genannten vorbestimmten Wert die Rotation des Mantels von der
Bremse abgebremst wird.
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Die
Rotation des Rollenmantels wird wünschenswerterweise mittels
eines dazwischenliegenden Übersetzungsgetriebes
in dem Rollenmantel auf den Generator übertragen.
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Der
Geschwindigkeitssensor ist vorzugsweise so angeordnet, dass er die
Drehrichtung des Mantels relativ zu der Tragvorrichtung bestimmt,
so dass der Aktuator durch die Rotation des Rollenmantels relativ
zu der Tragvorrichtung in nur einer Richtung betätigt wird.
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Die
Bremse ist vorzugsweise eine mechanische Bremse, die eine drehbare
Bremskomponente aufweist, die elastisch in Reibungseingriff mit
einer stationären
Bremskomponente gedrängt
wird.
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Der
Aktuator weist wünschenswerterweise einen
elektromechanischen Mechanismus zum Verbinden des Mantels mit der
drehbaren Bremskomponente auf, so dass er mit dem Mantel relativ
zu der stationären
Bremskomponente drehbar ist.
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Der
elektromechanische Mechanismus weist praktischerweise ein Solenoid
und eine Klaue auf, die durch Speisung des Solenoids zum Verbinden
des Rollenmantels mit der drehbaren Bremskomponente bewegt wird.
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Ein
Beispiel für
die Erfindung wird in den Begleitzeichnungen illustriert. Dabei
zeigt:
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1 eine
Kurve, die die gewünschte
Rollengeschwindigkeit gegenüber
den Rollwiderstandscharakteristiken der Förderrolle illustriert;
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2 eine
schematische Perspektivansicht einer Förderrollenbaugruppe;
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3 eine
schematische auseinandergezogene Ansicht der Rolle der Baugruppe
von 2;
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4 eine
schematische Perspektivansicht der Rolle von 3 im zusammengebauten
Zustand, mit weggelassenem Außenmantel;
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5 eine
Ansicht ähnlich 4 vom
gegenüberliegenden
axialen Ende der Rolle;
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6 eine
schematische Perspektivansicht einer Schockdämpfungskomponente der Antriebsanordnung
der Rolle;
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7 eine
auseinandergezogene Perspektivansicht des Schockdämpfers von 6;
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8 eine
auseinandergezogene Perspektivansicht einer Übersetzungsgetriebebaugruppe
der Rolle;
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9 eine
schematische Perspektivansicht der Getriebebaugruppe;
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10 eine
Ansicht ähnlich 9 vom
gegenüberliegenden
axialen Ende der Baugruppe her;
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11 und 12 schematische
Perspektivansichten, die die Betätigung
einer Bremsbaugruppe der Rolle illustrieren, und
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13 eine
vergrößerte Perspektivansicht einer
Klaue der in den 11 und 12 illustrierten Bremsbaugruppe.
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Bezug
nehmend auf die Zeichnungen, aus 1 ist ersichtlich,
dass das Ziel darin besteht, eine Frachtrolle bereitzustellen, die
einen minimalen Rollwiderstand bis zu einer Rotationsgeschwindigkeit von
etwa 100 Umdrehungen pro Minute und danach einen sehr stark erhöhten Rollwiderstand
hat. Eine Frachtrolle gemäß der vorliegenden
Erfindung wird beispielsweise in Nutzlasträumen von Luftfahrzeugen eingesetzt,
wo es notwendig ist, ständig
die Höchstgeschwindigkeit
zu regulieren, mit der ULDs über
Rollenspuren des Nutzlastraums bewegt werden. Darüber hinaus
kann eine solche Rolle auf den geneigten Laderampen Anwendung finden,
die für Förder-ULDs
von einem Fracht- oder Gepäckhandhabungsbereich
zum Nutzlastraum eines Luftfahrzeugs verwendet werden. Es muss jedoch
erkannt werden, dass die Förderrolle
gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht auf einen solchen Einsatzzweck beschränkt ist.
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Man
wird erkennen, dass es beim Handhaben einer ULD auf einer Rollenspur
wünschenswert ist,
dass die Rolle der Bewegung der ULD bei der normalen Handhabung
nur minimalen Widerstand entgegenbringt. Es ist jedoch aus Sicherheitsgründen wichtig,
dass die Geschwindigkeit der ULDs sichere Werte nicht übersteigt.
Eine Frachtrollenbaugruppe gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine Bremskraft auf eine ULD ausüben, wenn die Rotationsgeschwindigkeit
der Rolle einen vorbestimmten Wert von beispielsweise 100 Umdrehungen
pro Minute überschreitet.
Die Rolle könnte
natürlich
auch zum Regulieren der Bewegungsgeschwindigkeit von ULDs beispielsweise
im Nutzlastraum oder auf der Laderampe eines Luftfahrzeugs verwendet
werden, aber sie könnte
auch außerhalb
der Luftfahrtindustrie zum Einsatz kommen.
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2 zeigt
den allgemeinen Aufbau der Förderrollenbaugruppe 11,
bei der eine allgemein zylindrische Rolle 12 mit kreisförmigem Querschnitt
mit einem Außendurchmesser
von 45 mm (1,77 Zoll) und einer Länge von 66 mm (2,61 Zoll) für eine Rotation in
einer Tragvorrichtung 13 montiert ist, die beim Gebrauch
das Montagemittel der Rolle 12 bildet. Eine Wellenbaugruppe
ist an der Tragvorrichtung 13 befestigt und verläuft axial
durch die Rolle 12, wobei die Rolle 12 auf der
drehfesten Wellenbaugruppe in Lagern ruht. Die Tragvorrichtung 13 hat Öffnungen, durch
die die Tragvorrichtung mit der Baugruppe, z. B. mit der Laderampe,
verschraubt werden kann.
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3 illustriert
die Rolle 12 der Förderrollenbaugruppe 11 in
einer auseinander gezogenen Ansicht. Die äußere zylindrische Fläche der
Rolle wird von einem zylindrischen Rollenmantel 14 definiert, der
praktischerweise aus Edelstahl besteht und auf der Außenseite
mit einem nichtmetallischen Friktionsmaterial beschichtet ist, das
mit einem ähnlichen Friktionsmaterial
auf der Unterseite einer ULD zusammenwirkt. Eine Welle 15 ist
beim Gebrauch an der Tragvorrichtung 13 befestigt und verläuft koaxial durch
den Mantel 14. An einem axialen Ende des Mantels 14 nimmt
der Mantel in Presspassung einen ringförmigen Bund 16 auf,
wobei der Eingriff des Bundes 16 in dem Mantel 14 derart
ist, dass der Bund beim Gebrauch mit dem Mantel rotiert. Eine Lagerbaugruppe 17 wird
in dem Bund 16 aufgenommen und greift drehbar in die Welle 15 ein,
um das eine axiale Ende des Mantels 14 auf der Welle 15 zu
lagern. Eine Senkbohrung im Ende der Welle 15 nimmt eine
Endschraube 18 auf, um die Rollenbaugruppe in der Tragvorrichtung 13 zu
positionieren (2).
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Der
Bund 16 definiert das Antriebsglied eines Antriebsdämpfers oder
Schockdämpfers,
durch den die Rotation des Mantels 14 relativ zur Welle 15 auf ein
Antriebszahnrad eines nachfolgend beschriebenen Übersetzungsgetriebes 19 übertragen
wird. Zusätzlich
zum Bund 16 umfasst der Schockdämpfer eine Mitnehmerscheibe 21,
die für
eine Rotation auf der Welle 15 montiert ist und parallel
zum Bund 16 liegt. Die der Scheibe 21 zugewandte
Fläche
des Bundes 16 hat vier im gleichen Winkel beabstandete, umfangsmäßig verlaufende
Aussparungen 22, die jeweils axial verlaufende Mitnehmer 23 aufnehmen,
die von der Fläche
der Scheibe 21 vorstehen. Die Differenz der Umfangsabmessungen
zwischen der Breite der Mitnehmer 23 und der Breite der
Aussparungen 22 definiert die Umfangsfreiheit der Scheibe 21 relativ
zum Bund 16. Zwischen dem Bund 16 und der Scheibe 21 befindet
sich jedoch eine Mehrzahl von Torsionsfedern 24, die die
Scheibe 21 mit dem Bund 16 verbinden und die Scheibe 21 in
eine Position relativ zu dem Bund 16 drängen, in der die Mitnehmer 23 mittig
in den Aussparungen 22 angeordnet sind. Ein ringförmiger Zahnkranz 25 mit
Zahnradzähnen auf
seinem Innenumfang ist konzentrisch zu der Welle 15 an
der Scheibe 21 befestigt. Man wird erkennen, dass, wenn
der Zahnkranz 25 gegen Rotation gesperrt wird, wenn der
Mantel 24 in Drehung versetzt wird, der Bund 16 sich
relativ zu der Scheibe 21 gegen den Zentriereffekt der
Federn 24 bewegt, bis die Mitnehmer 23 in ein
Ende ihrer jeweiligen Aussparung 22 eingreifen, wonach
der Zahnkranz 25 vom Mantel 14 angetrieben wird.
Man wird jedoch erkennen, dass die Federn 24 einen Pufferungs-
oder Schockdämpfungseffekt
ausüben
und die Übertragung
von plötzlichen Änderungen
der Rotationsgeschwindigkeit des Mantels 14 auf den Zahnkranz 25 minimieren.
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Der
Mantel 14 beherbergt ein Übersetzungsgetriebe 19,
das an der Welle 15 befestigt und auf einem gegossenen
oder spanend bearbeiteten Metallrahmen 26 montiert ist,
der in Längsrichtung
offen ist, um die Welle 15 aufzunehmen. Der Rahmen 26 ist mit
der Welle 15 verankert, um einen Teil der festen Komponenten
der Rollenbaugruppe zu definieren. Das Getriebe 19 beinhaltet
eine Mehrzahl von Wellen, die drehbar im Rahmen aufgenommen werden und
jeweilige Zahnräder
tragen. Die genaue Anordnung der Zahnräder ist nicht von besonderer
Bedeutung, abgesehen von der Tatsache, dass eine Übersetzung
zwischen Antriebszahnrad und Antriebszahnrad erzeugt werden muss.
Eine besonders praktische Getriebeanordnung ist in 8 dargestellt. Das
Getriebe beinhaltet ein Antriebszahnrad 27 am Ende des
Getriebes neben dem Zahnkranz 25, wobei sich das Antriebszahnrad 27 mit
den Zähnen
im Zahnkranz 25 im Eingriff befindet.
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Mit
besonderem Bezug auf 8, ist die Folge der Zahnräder im Getriebe 19 wie
folgt. Das vom Zahnkranz 25 angetriebene Antriebszahnrad 27 ist mit
einem Zahnrad 28 im Eingriff, das auf einem Ende einer
drehbaren Welle getragen wird, deren anderes Ende das Zahnrad 29 trägt. Das
Zahnrad 29 kämmt mit
dem Zahnrad 31, an dem wiederum das Zahnrad 32 drehbar
befestigt ist. Das Zahnrad 32 kämmt mit dem Zahnrad 33,
das auf einem Ende einer drehbaren Welle getragen wird, deren gegenüberliegendes Ende
ein Zahnrad 34 trägt.
Das Zahnrad 34 kämmt mit
dem Zahnrad 35, das wiederum drehbar am Zahnrad 36 befestigt
ist. Das Zahnrad 36 ist das Abtriebszahnrad des Getriebes,
und die Abmessungen der Zahnräder
zwischen Zahnrad 27 und Zahnrad 36 sind derart,
dass das Abtriebszahnrad 36 für eine einzige Umdrehung des
Zahnrads 27 mehrere Male rotiert.
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Der
Rahmen 26 des Getriebes 19 beinhaltet einen radial
nach außen
verlaufenden Flansch 38, an dem ein Stromgenerator 39 befestigt
ist. Die Antriebswelle des Generators 39 verläuft parallel
zur Welle 15 und trägt
ein Zahnrad 41, das mit dem Antriebszahnrad 36 des
Getriebes 19 im Eingriff ist. Demgemäß wird durch die Rotation des
Mantels 14 relativ zur Welle 15 der Generator 39 über den
dazwischenliegenden Schockdämpfungsmechanismus und
das Übersetzungsgetriebe 19 angetrieben,
so dass eine Rotation des Mantels 14 einen Ausgangsstrom
vom Generator 39 erzeugt.
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Eine
bogenförmige
Leiterplatte 42 ist am Rahmen 26 des Getriebes 19 an
dem vom Zahnkranz 25 fernen Ende so befestigt, dass sie
beim Gebrauch unbeweglich ist. Die Leiterplatte 42 trägt zwei Hall-Effekt-Sensoren,
die winkelmäßig voneinander beabstandet
sind, aber im selben radialen Abstand von der Achse der Welle 15 liegen.
Darüber
hinaus trägt
die Leiterplatte 42 einen Signalverarbeitungsschaltkomplex
und eine Antriebsschaltung für
ein Solenoid 43, das ebenfalls vom Rahmen 26 getragen wird.
So wird offensichtlich, dass sämtliche
Schaltungen und Sensoren auf der Leiterplatte 42 und das
Solenoid 43 vom Ausgang des Generators 39 gespeist werden.
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Im
Mantel 14 ist ein ringförmiger
Kranz 44 konzentrisch zur Welle 15 angeordnet
und daran befestigt. Der Kranz 44 trägt drei winkelmäßig beabstandete
Permanentmagnete 45 auf seiner Fläche, die der Leiterplatte 42 zugewandt
ist, wobei die Magnete 45 beim Gebrauch mit den Hall-Effekt-Sensoren auf
der Leiterplatte 42 zusammenwirken. Der Kranz 44 sitzt
in Druckpassung im Mantel 14 und rotiert damit.
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Eine
Klaue 46 (13), die nachfolgend ausführlicher
beschrieben wird, ist schwenkbar in einer Ausnehmung (nicht dargestellt)
in der Rückseite der
Fläche
des Kranzes 44 fern von der gedruckten Leiterplatte 42 montiert,
wobei die Schwenkachse der Klaue 46 parallel zur Achse
der Welle 15 verläuft und
die Klaue selbst allgemein um den Umfang des Kranzes 44 verläuft und
radial einwärts über die
innere Peripherie des Kranzes 44 vorsteht. Was ebenfalls nachfolgend
ausführlicher
beschrieben wird, das Solenoid 43 wirkt, wenn es betätigt wird,
mit der Klaue 46 über
einen dazwischenliegenden Auslösehebel 47 zusammen,
der schwenkbar an der Endfläche
des Rahmens 26 des Getriebes 19 für eine Bewegung um
eine Achse montiert ist, die allgemein radial mit Bezug auf die
Welle 15 angeordnet ist.
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Um
die Welle 15 im Rollenmantel 14 herum, und an
dem angrenzenden Ende der Welle fern vom Zahnkranz 25,
ist eine Bremsbaugruppe angeordnet, die eine Metallbremsscheibe 48 umfasst,
die für
eine Rotation auf der Welle 15 mittels einer dazwischenliegenden
zylindrischen Buchse 49 montiert ist. Der Außendurchmesser
der Scheibe 48 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser
des Mantels 14, so dass der Mantel 14 relativ
zur Scheibe 48 rotieren kann. Die dem Getriebe 19 zugewandte
Fläche
der Scheibe 48 liegt in unmittelbarer Nähe zur Rückseite des Kranzes 44,
und eine außen
verzahnte Erweiterung 51 der Scheibe 48 steht
in den Kranz 44 vor, so dass sie mit der Klaue 46 zusammenwirken
kann. Gegen die Fläche
der Scheibe 48 fern von dem Ring 44 drückt eine
Edelstahlscheibe 52, die von einer Bellville-Scheibe 53 gegen
die Fläche
der Scheibe 48 gedrängt
wird. Die Buchse 49, die Scheibe 48, die Scheibe 52 und
die Bellville-Scheibe 53 haben alle ein Loch, um die Welle 15 aufzunehmen,
wie auch eine Mutter 54, die die Baugruppe 48, 49, 52 und 53 gegen
einen Ansatz 55 auf der Welle 15 spannt. Die Mutter 54 greift
in einen Schraubgewindebereich (nicht dargestellt) der Welle 15 ein
und spannt die Federscheibe 53 gegen die Scheibe 52.
Die der Scheibe 52 zugewandte Fläche der Scheibe 48 ist
mit einem Friktionsmaterial 48a beschichtet. In dem Loch in
der Mitte der Scheibe 52 befindet sich ein Paar entgegengesetzt
ausgerichteter Kerben, die Stifte 56 aufnehmen, die von
der Welle 15 vorstehen, um die Scheibe 52 gegen
eine Rotation relativ zur Welle zu arretieren. Man wird daher erkennen,
dass, da die Scheibe 52 nicht rotieren kann und gegen die
Oberfläche 48a der
Scheibe 48 gedrückt
wird, der normale Betriebsmodus für die Scheibe 48 ebenfalls
stationär ist.
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Die
Baugruppe der Rolle wird durch eine ringförmige Stahlnabe 57 vervollständigt, die
in Druckpassung am Ende des Mantels 14 fern vom Bund 16 sitzt
und eine Lageranordnung 58 ähnlich der Lagerbaugruppe 17 aufnimmt,
die die Nabe 57 drehbar auf der Welle 15 lagert.
Eine Endschraube 59 ähnlich
der Endschraube 18 greift in eine Gewindesenkbohrung im
Ende der Welle 15 ein, zusätzlich dienen die Schrauben 18, 58 zum
Befestigen der Rollenbaugruppe innerhalb der Tragvorrichtung 13.
Die Welle 15 hat praktischerweise Flachstücke 61 an
wenigstens einem Ende davon, die mit Stoßflächen auf der Tragvorrichtung 13 zusammenwirken,
um zu gewährleisten,
dass die Welle drehfest auf der Tragvorrichtung befestigt ist. Ein
Stift 62 verläuft
radial durch einen entsprechenden Kanal im Rahmen 26 des
Getriebes 19 sowie durch eine transversale Bohrung in der
Welle 15, um das Getriebe in einer vorbestimmten Winkelposition
relativ zur Welle zu positionieren.
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Mit
Bezug auf die 11, 12 und 13 wird
man feststellen, dass in den 11 und 12 der
Kranz 44 der Übersichtlichkeit
halber weggelassen wurde. Die Klaue 46 hat einen Hauptkörperabschnitt 63,
der in der oben erwähnten
Ausnehmung in der Rückseite
des Kranzes 44 aufgenommen wird. Der radial äußerste Bereich
des Körperabschnitts 63 der
Klaue hat eine allgemein zylindrische Formation 64, die
mit einem entsprechend geformten Bereich der Ausnehmung im Kranz 44 zusammenwirkt,
um die Klaue 46 an dem Kranz 44 für eine Schwenkbewegung
um einen begrenzten Winkelbereich um eine Schwenkachse zu montieren,
die parallel zur Achse der Welle 15 verläuft. Die
Klaue 46 kann im Wesentlichen eine Wippbewegung relativ zum
Kranz 44 um die Achse des Bereiches 64 ausführen. Eine
Druckfeder (nicht dargestellt) wirkt zwischen dem Kranz 44 und
einem Endbereich 65 der Klaue, um die Klaue für eine relative
Schwenkung zu dem Kranz 44 in einer Richtung gegen den
Uhrzeigersinn (mit Blick auf die 11, 12 und 13) zu
drängen.
Eine solche Schwenkbewegung der Klaue 46 relativ zum Kranz 44 unter
der Wirkung der radial verlaufenden Druckfeder bewegt einen Nasenbereich 66 am
hinteren Uhrzeigerdrehsinn-Ende der Klaue 46 von den Zähnen der
gezahnten Erweiterung 51 der Bremsscheibe 48 weg,
wobei man sich daran erinnern wird, dass die Erweiterung 51 in
den Kranz 44 verläuft.
Durch das Schwenken der Klaue 46 relativ zum Kranz 44 im
Uhrzeigersinn gegen die Wirkung der Feder wird der Nasenbereich 66 der
Klaue zwischen benachbarten Zähnen
der Verlängerung 51 der
Bremsscheibe 48 in Eingriff gebracht, so dass der die Klaue 46 tragende
Kranz 44 auf der Scheibe 48 arretiert wird, so
dass die Bremsscheibe 48 zu einer Rotation mit dem Rollenmantel 14 relativ
zu dem festen Bremsbelag 52 gezwungen wird. Während einer solchen
Bewegung wird die Rotation des Rollenmantels 14 durch den
Reibungseingriff des Friktionsbelags 48a auf der Scheibe 48 mit
der dieser zugewandten Fläche
der drehfesten Scheibe 52 gebremst.
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Man
wird sich erinnern, dass der Betrieb der Klaue 46 vom Solenoid 43 mittels
des dazwischenliegenden geschwenkten Auslösehebels 47 gesteuert wird.
Der Auslösehebel
ist möglicherweise
am besten in den 11 und 12 ersichtlich,
wo man sehen kann, dass der Auslösehebel
bogenförmig
und länglich
ist. Der Auslösehebel 47 verläuft allgemein umfangsmäßig und
ist am Rahmen 26 des Getriebes 19 an der Fläche des
Kranzes 44 fern von der Klaue 46 positioniert.
Die radiale Positionierung des Auslösehebels 47 ist jedoch
derart, dass der Auslösehebel 47 relativ
zum Rahmen 26 geschwenkt werden kann, so dass er in den
Kranz 44 reicht und so mit einem Abschnitt der Klaue 46 zusammenwirkt,
der von dem Kranz radial nach innen verläuft. Wie aus den 11 und 12 hervorgeht,
verläuft
die Schwenkachse 47a des Auslösehebels 47 durch
ein Ende des Auslösehebels,
so dass das gegenüberliegende Ende 67 des
Auslösehebels
in den Kranz 44 verlaufen kann, wenn der Auslösehebel
geschwenkt wird. Daraus folgt, dass das Ende 67 des Auslösehebels 47 mit
einem radial nach innen vorstehenden Abschnitt der Klaue 46 zusammenwirken
kann, wenn der Auslösehebel
durch die Betätigung
des Solenoids 43 aus einer Ruheposition verschwenkt wird.
Wie jedoch nachfolgend deutlich wird, liegt der Auslösehebel selbst
in der Ruheposition in der Rotationsebene eines Teils der Klaue.
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Die
Funktionsweise der Rollenbaugruppe ist wie folgt. Während sich
eine ULD relativ zur Rollenbaugruppe in Kontakt mit der Oberfläche des
Rollenmantels 14 bewegt, wird der Rollenmantel von der ULD
in Drehung versetzt. Vorausgesetzt, dass die Rotationsgeschwindigkeit
des Mantels 14 geringer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert,
praktischerweise 100 UpM, dreht sich die Rolle frei auf den Lagern 17, 58,
und der einzige Rotationswiderstand ist die Reibung in den Lagern
und die Reibung im Getriebe 19 und im Generator 39.
Die Bremsbaugruppe ist nicht aktiv, da die Klaue 46 nicht
in die Zähne
der Erweiterung 51 eingreift und die Scheibe 48 somit
stationär
bleibt. Bei einem solchen Betrieb ist daher der Rotationswiderstand
der Rolle sehr niedrig, und in 1 ist ersichtlich,
dass sie in der Größenordnung von
0,5 Nm (vier Zoll-lbs) Drehmoment liegt.
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Die
Rotationsgeschwindigkeit der Rolle wird durch den Geschwindigkeitssensorschaltkomplex auf
der gedruckten Leiterplatte 42 überwacht. Ein Impuls wird jedes
Mal erzeugt, wenn ein Magnet 45 einen Hall-Effekt-Sensor
passiert, und die Geschwindigkeitserfassungsschaltung vergleicht
die Zeit zwischen Impulsen mit internen Zeitgebern, um die Rotationsgeschwindigkeit
der Rolle zu berechnen. Während
die Rolle rotiert, erzeugt der Generator 39 Strom, und
wenn die Rotationsgeschwindigkeit den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet,
praktischerweise 100 UpM, dann wird dies von dem Geschwindigkeitssensorschaltkomplex
erfasst, der vom Generator 39 erzeugten Strom zum Speisen
der Antriebsschaltung des Solenoids 43 verwendet und das
Solenoid damit gespeist. Durch die Betätigung des Solenoids 43 wird
der Auslösehebel 47 gegen die
Wirkung einer Torsionsrückstellfeder
aus ihrer Ruheposition von der Klaue 46 und dem Kranz 44 weg
in eine Betriebsposition bewegt, in der das freie Ende 67 des
Auslösehebels
in den Kranz 44 vorsteht und im Pfad der radialen Innenkante
der Klaue 46 liegt. Man wird natürlich erkennen, dass die Klaue 46 mit
dem Kranz 44 rotiert, der wiederum vom Rollenmantel 14 getragen
wird.
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Die
radial innerste Kante der Klaue 46 definiert drei getrennte
Bereiche. Zunächst
ist da der Nasenbereich 66, der wie oben beschrieben mit
den Zähnen
der Erweiterung 51 der Scheibe 48 zusammenwirken
kann, um zu gewährleisten,
dass die Scheibe 48 vom Mantel 14 angetrieben
wird. Darüber hinaus
hat die Klaue neben dem Nasenbereich 66 eine erste Nockenfläche 68,
die durch die Profilierung der radial innersten Kante eines Randes 69 der
Klaue definiert wird, wobei der Rand 69 axial von der Rollenbaugruppe
von einem zweiten, parallelen Rand 71 beabstandet ist,
der den Nasenbereich 66 definiert. Der Rand 69 ist
durch eine Nut 72 in der radial innersten Kante der Klaue 46 vom
Rand 71 beabstandet, wobei sich der Rand 71 an
der Rückseite
der Klaue befindet.
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Die
radial innerste Kante des Uhrzeigergegensinn-Endes 65 der
Klaue 46 hat einen weiteren radial nach innen verlaufenden
Rand 73, dessen radial innerste Kante so profiliert ist,
dass sie eine zweite Nockenfläche 74 definiert.
Der Rand 73 ist am Umfang der Klaue 46 auf den
Rand 71 und die Nut 72 ausgerichtet, und die Dicke
(axial zur Rolle gemessen) des Randes 73 ist gleich der
Breite der Nut 72 und des Randes 71 zusammen genommen.
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Das
freie Ende 67 des Auslösehebels
endet an seiner der Scheibe 48 zugewandten Fläche in einem
nach oben verlaufenden Nockenstößel 75 (11 und 12),
dessen Dicke etwas geringer ist als die Breite der Nut 72 der
Klaue. Wenn der Auslösehebel
vom Solenoid 43 betätigt
wird, dann wird sein Ende 67 um einen solchen Betrag in
den Kranz 44 verschoben, dass der Nockenstößel 75 mit
der Ebene der Nut 72 fluchtet. Somit wirkt der Nockenstößel 75 des
Auslösehebels,
wenn der Rollenmantel 14 im Uhrzeigersinn rotiert, nicht
mit der Nockenfläche 68 der
Klaue zusammen und passiert stattdessen entlang der Nut 72,
während
sich die Klaue an dem Nockenstößel vorbei
bewegt. Darüber
hinaus liegt die Klaue in einer Uhrzeigergegendrehsinn-Ruheposition
unter der Wirkung ihrer Rückstellfeder, und
somit ist der Rand 69 der Klaue radial auswärts vom
Nockenstößel 75 beabstandet.
Die Nockenfläche 74 am
Rand 73 liegt jedoch in einer Linie mit dem Nockenstößel 75,
und daher wirkt die Hinterkante (für eine Rotation im Uhrzeigersinn)
der Klaue mit dem Nockenstößel 75 zusammen,
und die Zusammenwirkung von Nockenstößel 75 und Nockenfläche 74 schwenkt
die Klaue 46 gegen die Wirkung ihrer Rückstellfeder, um den Nasenbereich 66 der
Klaue zwischen benachbarten Zähnen
auf der Erweiterung 51 der Bremsscheibe 48 in
Eingriff zu bringen. Danach wird die Bremsscheibe 48 vom
Rollenmantel 14 mittels der dazwischenliegenden Klaue 46 und
der Erweiterung 51 angetrieben. Die Klaue bewegt sich zwar über die
Position des betätigten
Auslösehebels 47 hinaus,
während
der Mantel 14 und der Kranz 44 rotieren, aber
der Nasenbereich 66 der Klaue bleibt aufgrund der Reibung
zwischen den Zähnen
und dem Nasenbereich 66 zwischen benachbarten Zähnen der
Erweiterung 51 im Eingriff. Natürlich wird, sollte die Rotation
des Rollenmantels 14 an diesem Punkt aufhören, die
vom Nasenbereich 66 gegen die Zähne aufgebrachte Belastung
weggenommen, und die Klaue kann dann frei unter der Wirkung ihrer Rückstellfeder
schwenken, um den Nasenbereich 66 von den Zähnen der
Erweiterung 51 wegzuziehen. Während jedoch der Rollenmantel 14 weiter
den Nasenbereich 66 dreht, bleibt dieser, wenn er sich
im Eingriff zwischen benachbarten Zähnen der Erweiterung 51 befindet,
weiterhin damit in Eingriff, so dass die Antriebsverbindung zwischen
dem Mantel 14 und der Bremsscheibe 48 aufrechterhalten
bleibt. Man wird somit erkennen, dass die Rotation des Mantels 14 durch
den Reibungseingriff der Friktionsfläche 48a an der Bremsscheibe 48 mit
der drehfesten Scheibe 52 stark abgebremst wird.
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Mit
Bezug auf 1 ist ersichtlich, dass unmittelbar
nach dem Überschreiten
der Rotationsgeschwindigkeitsschwelle der Rotationswiderstand der Rolle
praktisch sofort auf einen Wert geringfügig unter 4,0 Nm (36 Zoll-lbs)
Drehmoment in dieser besonderen Anwendung der Rolle ansteigt. Man
wird jedoch erkennen, dass der Wert des Rotationswiderstandes passend
zu der Anwendung gewählt
wird, für die
die Rolle gedacht ist. Der Rotationswiderstand der Rolle wird natürlich in
Bewegungswiderstand und somit in Bremswirkung auf die mit der Rolle
im Eingriff befindlichen ULD umgewandelt, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit
der ULD reguliert wird. Wie oben erwähnt, wenn die Rotation der
Rolle aufhört, dann
wird die Bremswirkung durch die Klauenrückstellfeder unterbrochen,
so dass der Nasenbereich der Klaue von den Zähnen der Erweiterung 51 gelöst wird.
Wenn die Rotation jedoch nicht aufhört, aber die Rotationsgeschwindigkeit
unter den Schwellenwert von 100 UpM abfällt, dann erkennt der Geschwindigkeitserfassungsschaltkomplex,
dass die Rotationsgeschwindigkeit unter dem Schwellenwert liegt,
und unterbricht die Speisung des Solenoids 43. Somit kann
der Auslösehebel 47 unter
der Wirkung seiner Torsionsrückstellfeder
zurück
in seine Ruheposition schwenken, und in der Ruheposition des Auslösehebels
ist der Nockenstößel 75 des
Auslösehebels
axial von der Bewegungsebene des Randes 73 der Klaue beabstandet,
fällt aber
mit der Bewegungsebene des Randes 69 der Klaue zusammen.
Somit wirkt der Auslösehebel-Nockenstößel 75 in
seiner Ruheposition mit der Nockenfläche 69 der Klaue zusammen, vorausgesetzt,
dass sich der Nasenbereich 66 mit Zähnen der Erweiterung 51 im
Eingriff befindet. Da sich die Nockenfläche 68 auf der gegenüberliegenden
Seite der Schwenkachse der Klaue von der Nockenfläche 74 befindet,
besteht der Effekt des Eingriffs des Nockenstößels 75 mit der Nockenfläche 68 darin,
dass die Klaue in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn geschwenkt
wird, so dass der Nasenbereich 66 aus dem Eingriff mit
den Zähnen
der Erweiterung 51 gehoben und die Bremsscheibe 48 damit
vom Rollenmantel 14 getrennt wird.
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Unmittelbar
nach dem Lösen
des Nasenbereiches 66 von den Zähnen übernimmt die Klauenrückstellfeder
die vollständige
Rückbewegung
der Klaue in ihre Ruheposition, so dass das Nockenprofil 68 vom
Nockenstößel 75 radial
nach außen
beabstandet ist.
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Man
wird daher erkennen, dass die Rotation der Rolle bei einer Geschwindigkeit
unterhalb der Schwellenrotationsgeschwindigkeit durch die Bremse
nicht behindert wird, während
das Bremssystem aktiv wird, sobald die Geschwindigkeit der Rolle
den Schwellenwert überschreitet.
Sollte die Geschwindigkeit dann unter den Schwellenwert abfallen,
dann wird die Bremswirkung unterbrochen, und ebenso wird, falls
die Rolle momentan zum Stillstand kommt, die Bremse von der Rolle
ausgekuppelt. Man wird somit ferner erkennen, dass das Bremsen und
Auskuppeln von Bremsfunktionen unabhängig von der Rotationsrichtung
der Rolle auf ähnliche
Weise funktioniert. Es ist jedoch möglicherweise in einigen Anwendungen
wünschenswert
zu gewährleisten,
dass die Bremswirkung nur dann auftritt, wenn die Rotationsgeschwindigkeit
einen Schwellenwert überschreitet, wenn
die Rolle in einer bestimmten Richtung rotiert. Die Absicht ist,
dass die Rotation in der entgegengesetzten Richtung unabhängig von
der Rotationsgeschwindigkeit von der Bremse nicht gehemmt werden
soll. Ein solches Ziel wird dadurch erreicht, dass die Geschwindigkeitserfassungsschaltung
so gestaltet wird, dass sie auch für die Rotationsrichtung empfindlich
ist. So könnten
z. B. Magnete 45 auf dem Kranz 44 asymmetrisch
angeordnet anstatt um 120° voneinander
beabstandet werden, wie dies in dem oben beschriebenen Beispiel
der Fall ist. Eine asymmetrische Anordnung von Magneten würde es zulassen,
dass der Schaltkomplex in Verbindung mit den Hall-Effekt-Sensoren
Rotationsgeschwindigkeit und -richtung so bestimmt, dass die Solenoidantriebsschaltung
nur dann ansprechen würde,
wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Rolle den Schwellenwert für eine Rotation
in einer vorgewählten
Richtung überschreitet.
Als Alternative könnte
jedoch eine mechanische Anordnung eingebaut werden, um zu gewährleisten,
dass der Auslösehebel
nur dann für
eine Zusammenwirkung mit der Klaue betätigt werden kann, wenn die
Rolle in einer vorbestimmten Richtung rotiert.