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Die Erfindung betrifft eine Irreversibilitätsvorrichtung; die mit einem Antriebssystem
des Typs Schraube-Mutter (insbesondere Kugelumlaufspindel) verbunden ist, um es
unter Belastung irreversibel zu machen, um die Sicherheit der Konstruktion zu
gewährleisten, nämlich das Halten in Position im Fall eines Bruchs oder Ausfalls (oder
Gleiten oder Lockerwerden) in der Steuervorrichtung (Antriebsgetriebemotor und
Feststellbremse).
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Das Dokument US-A-4 569 241 macht ein System Kugelumlaufspindel/Mutter bekannt,
in welchem die Schraube und die Mutter einerseits, ihre Grenzflächenelemente
andererseits separat hergestellt werden, und dann anschließend beispielsweise durch
Laserschweißen oder durch Elektronenstrahlschweißen zusammengefügt werden. Dieses
Dokument zeigt jedoch keine Irreversibilitätsvorrichtung.
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Das Dokument US-A-5 088 581 betrifft ein Freilaufrad mit mehreren Sperrklinken, die
aus biegsamen Lamellen bestehen, die aus Kunststoff bestehen und bis 85ºC
funktionieren, aber es zeigt keine Reibungsscheibe.
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Man kennt insbesondere in den Luftfahrtanwendungen eine Irreversibilitätsvorrichtung
für ein Antriebssystem des Typs Schraube-Mutter, welche am Ende der Achse, die die
Schraube bildet, einen Kragen aufweist, wobei sich auf mindestens eine Fläche
desselben axial in dieser Reihenfolge eine ringförmige Reibungsscheibe, ein
Sperrklinken-Freilaufrad, das in einer Drehrichtung durch eine Sperrklinke blockiert
wird, mindestens eine Rolleinrichtung mit Axiallager und mindestens eine
Vorbelastungsfeder, die sich auf das Gestell, Gehäuse oder Analoges stützt, in welchem
die Achse montiert ist, stützen können. In der Praxis ist eine symmetrische Vorrichtung
auf beiden Seiten des Kragens vorgesehen und die zwei Sperrklinkenräder sowie die
Sperrklinken sind entgegengesetzt montiert, das heißt, daß die freie Drehrichtung des
einen der Blockierrichtung des anderen entspricht. Diese bekannte Vorrichtung, an
deren Funktion man später mit Bezug auf die beigefügten Fig. 1 und 2 erinnern
wird, gewährleistet die erforderliche Irreversibilität gut.
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Die Erfindung hat das Ziel, die bekannte Vorrichtung zu verbessern, und dieses Ziel
wird erreicht, indem die Reibungsscheibe in der Rotation bezüglich des Kragens
gehemmt wird, um jegliche Reibung zwischen dem zentralen Kragen und der
Reibungsscheibe zu unterdrücken. Die Reibung findet folglich obligatorisch zwischen
der Scheibe und dem Sperrklinkenrad statt, wobei somit jeglicher Verschleiß des
zentralen Kragens unterdrückt wird. Die einzigen Verschleißstücke bleiben die
Reibungsscheiben und die Sperrklinkenräder, wobei die Reibung und der Verschleiß
jeder Scheibe auf eine einzige Fläche beschränkt sind, jene, die mit dem benachbarten
Sperrklinkenkrad in Kontakt steht.
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Vorteilhafterweise wird die ringförmige. Scheibe an der Rotation durch einen anderen
Teil als ihren radialen inneren Umfang gehemmt. Die Zentrierung der Reibungsscheibe
in dieser Weise ermöglicht es, den Kupplungsradius Achse - zentraler Kragen zu
optimieren und folglich den Belastungskoeffizienten am Fuß des Kragens zu
minimieren. Anders gesagt, der Kupplungsradius des Kragens wird durch die
Zentrierung der Reibungsscheibe nicht verringert.
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Es ist auch vorteilhaft, eine Verschleißanzeige vorzusehen, die mit der Scheibe
verbunden ist und bezüglich der Fläche der Scheibe, die anfänglich mit dem
Sperrklinkenrad in Kontakt steht, vertieft ist, was gemäß der Erfindung möglich ist, da
nur diese Fläche einem Verschleiß ausgesetzt ist.
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Die Scheibe kann an dem Kragen mittels eines äußeren Rings zentriert und gehalten
werden. Dieser wird in der Rotation an der Scheibe durch zugehörige Vorsprünge
blockiert, die durch direkte Komplementarität (beispielsweise durch komplementäre
Zähne oder Furchen) oder durch indirekte Komplementarität (beispielsweise durch
gegenüberliegende Aussparungen und zwischengefügte Metallstücke)
zusammenwirken.
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Der Ring kann den Kragen durch ein oder mehrere Einfassungslaschen oder einen
Einfassungsrand einfassen.
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Der Ring kann auch durch Metallstücke am Kragen befestigt sein, wobei eben diese
Metallstücke zum Blockieren des Rings an der Scheibe dienen können.
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Die Scheibe kann auch direkt an dem Kragen durch Niete gehalten und zentriert werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung
hervor, die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht, in denen gilt:
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- Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Irreversibilitätsvorrichtung des Standes der Technik
für eine Konstruktion Schraube-Mutter,
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- Fig. 2 zeigt in der Perspektive das Detail der zwei Sperrklinkenräder und der
Sperrklinken der Vorrichtung von Fig. 1,
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- Fig. 3 zeigt in einem zu Fig. 1 analogen Längshalbschnitt eine erste
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Irreversibilitätsvorrichtung,
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- Fig. 4 und 5 zeigen in einer Stirnansicht jeweils eine Reibungsscheibe und einen
Haltering, die in dieser ersten Ausführungsform verwendet werden,
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- Fig. 6 zeigt im Längshalbschnitt eine zweite Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Irreversibilitätsvorrichtung,
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- Fig. 7 und 8 zeigen in einer Stirnansicht eine Reibungsscheibe und einen
Haltering, die in dieser zweiten Ausführungsform verwendet werden,
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- Fig. 9 zeigt in einem Längshalbschnitt eine dritte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Irreversibilitätsvorrichtung,
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- Fig. 10 zeigt in einer Stirnansicht eine Reibungsscheibe, die in dieser dritten
Ausführungsform verwendet wird.
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Es wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, um an die allgemeine Struktur und
die Funktion einer klassischen Irreversibilitätsvorrichtung des Standes der Technik zu
erinnern.
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Die Irreversibilitätsvorrichtung 10 ist am Ende einer Achse 1 montiert, deren Teil 2, der
abgeschnitten und folglich auf der linken Seite von Fig. 1 nicht dargestellt ist, mit
Gewinde versehen ist und beispielsweise durch Kugeln mit einer nicht dargestellten
Mutter zusammenwirkt. Ein Steuerritzel 3, das durch einen nicht dargestellten
Antriebsgetriebemotor angetrieben wird, ist in einer anderen Weise an der Achse 1
festgekeilt oder befestigt, um seine Rotation auf die Achse 1 und auf die Schraube 2 zu
übertragen und die nicht dargestellte Mutter zu einer Verschiebung anzutreiben, mit
welcher die zu steuernde Einrichtung kinematisch verbunden ist.
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Die Vorrichtung 10 ist symmetrisch um einen zentralen Kragen 11 montiert, der an der
Achse 1 vorgesehen ist. Sie umfaßt an jeder Fläche des Kragens 11 eine
Reibungsscheibe 12, ein Sperrklinkenrad 13, Rolleinrichtungen 14 mit Axiallager wie
Walzen oder Kugeln und eine Anschlagplatte 15, welche durch Vorbelastungsfedern 16
unter Druck gesetzt wird, die an einer Lagerabdeckung 17, in welcher sich die Achse 1
dreht, und einem Gehäuse 17' anliegen. Sperrklinken 18 sind mit den Rädern 13
verbunden, um deren Drehung in einer Richtung zu blockieren und in der anderen zu
gestatten. Die Sperrklinken 18 sind an Achsen 19 montiert, die zwischen der Abdeckung
17 und dem Gehäuse 17' angeordnet sind.
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Die Sperrklinkenräder 13 sind an der Achse 1 festgekeilt und so wie die zugehörigen
Sperrklinken entgegengesetzt montiert, wie die Fig. 2 zeigt.
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An die klassische Funktion dieser Irreversibilitätsvorrichtung wird nachstehend erinnert.
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Man unterscheidet die Vorstellungen von Belastungen:
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- "helfende" oder "widerstehende", die mit der Richtung verbunden sind, in welcher
man die Schraube zur Drehung antreiben will, und die mit der dynamischen Funktion
des Systems in Beziehung stehen,
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- auf "Zug" oder auf "Druck", die die eine oder die andere Fläche des Kragens mit der
einen oder der anderen Reibungsscheibe, die gegenüber liegt, in Kontakt bringen.
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Die Sperrklinkenräder und die Walzenlager:
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- haben nicht die Hauptfunktion, die Irreversibilität des Systems zu gewährleisten (die
gewährleistet werden könnte, indem die Reibungsscheibe direkt mit der Anschlagplatte
in Kontakt gebracht wird),
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- sondern, das Antriebsdrehmoment zu minimieren (Rolle der Walzen), während die
Irreversibilität aufrechterhalten wird (Rolle der Sperrklinkenräder und der
Sperrklinken).
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Die Richtung der Sperrklinkenräder und der Sperrklinken ist mit der Neigungsrichtung
des Gewindes der Schraube (Rechtsgang oder Linksgang) verbunden.
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Wenn eine Belastung auf die Mutter aufgebracht wird (Zug oder Druck), überträgt sich
die axiale Komponente dieser Belastung durch die Schraube 2 auf die Achse 1 und
schiebt den Kragen 11 gegen eine der Reibungsscheiben 12 und das benachbarte Rad
13.
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Das durch diese Belastung an der Schraube 2 induzierte Drehmoment überträgt sich
durch Reibung des Kragens 11 auf die Scheibe 12 (jene, die durch die axiale
Komponente belastet wird) und von der Scheibe 12 auf das Sperrklinkenrad 13.
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Die Richtung der Sperrklinken wurde gewählt, um der Richtung des induzierten
Drehmoments entgegenzuwirken, das vom Sperrklinkenrad 13 auf die Sperrklinken 18
und auf das Gehäuse 17 übertragen wird, was somit die Irreversibilität gewährleistet.
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Wenn man die Schraube 2 zur Drehung antreiben will:
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- wenn die Belastung widerstehend ist (induziertes Drehmoment, das der gewollten
Antriebsrichtung entgegenwirkt), dreht sich das Sperrklinkenrad frei bezüglich der
Sperrklinken, und es gibt keinen Verlust durch Reibung der Scheibe, um die Schraube
anzutreiben. Das auf das Ritzel 3 aufgebrachte Drehmoment muß höher als oder gleich
dem induzierten Drehmoment sein,
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- wenn die Belastung helfend ist (in der gewollten Antriebsrichtung induziertes
Drehmoment), wird das Sperrklinkenrad durch die Sperrklinken blockiert. Das auf das
Ritzel 3 aufgebrachte Drehmoment muß höher als oder gleich der Differenz zwischen
dem Reibungsdrehmoment und dem induzierten Drehmoment sein.
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Im vorangehenden werden die Drehmomente im Absolutwert betrachtet. Andererseits
muß das Reibungsdrehmoment immer höher sein als das induzierte Drehmoment. So ist
es folglich durch die Wahl des mittleren Radius der Scheibe der Materialien in Kontakt
und der Schmierbedingungen.
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Diese global bekannte Struktur und Funktion werden in der vorliegenden Erfindung
integral aufgegriffen und wir kehren nicht dorthin zurück.
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In den bekannten Vorrichtungen sind die Reibungsscheiben oder genauer Reibungsringe
12 auf der Achse 1 durch einen Absatz 20 zentriert, den man nahe dem Fuß des Kragens
11 auf beiden Seiten vorsehen muß. Die geringen Kupplungsradien, die dieser Absatz
auferlegt, führen zu einer Schwächung dieses Bereichs des Kragens. Andererseits
werden die Scheiben 12 nicht in der Rotation blockiert, obwohl die Reibung indifferent
gleichzeitig zwischen der Fläche des Kragens gegenüber und dem Sperrklinkenrad 13
wirkt, was dazu zwingt, diese zwei Elemente zur Oberflächenhaltbarkeit zu behandeln.
Dies ist kein wesentlicher Nachteil für das Sperrklinkenrad 13, dessen Fläche, an der die
Walzen 14 ruhen, auf jeden Fall behandelt werden muß. Dies ist dagegen ein
zusätzlicher Vorgang für den Kragen, den man sich sparen können will.
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Deshalb schlägt die Erfindung vor, jegliche Reibung zwischen dem Kragen und den
Reibungsscheiben durch die Hemmung, vorzugsweise durch das Äußere, der Scheiben
bezüglich des Kragens zu unterdrücken.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 3 bis 5
dargestellt ist, ist die Reibungsscheibe 12 in Form eines Rings ausgeführt, dessen
radialer äußerer Rand 22 gerillt oder gezahnt ist oder andere Arten von Vorsprüngen
umfaßt, die mit komplementären Vorsprüngen (wie Rillen oder Zähnen)
zusammenwirken sollen, die am inneren Rand 23 eines Halterings 24 ausgebildet sind,
der die Zentrierung und den Antrieb der Scheibe 12 bezüglich des Kragens 11
gewährleisten soll. Dazu umfaßt der Ring 24 einen Rand 25, der am Rand des
zylindrischen Umfangs des Kragens 11 anliegt und durch zwei Einfassungslaschen 26,
die in einer Aussparung 27 des Kragens aufgenommen sind, gehemmt werden kann; ein
geringes Drehmoment reicht aus, um den Ring zu halten, da es nur darum geht, die
Reibung an der Fläche der Scheibe 12 in Kontakt mit dem Sperrklinkenrad 13
systematisch zu fördern.
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Die Scheibe 12 wird somit von außen zentriert, was die Möglichkeit ergibt, am Fuß des
Kragens 11 einen Kupplungsradius zu belassen, der es ermöglicht, keine
Zerbrechlichkeit zu induzieren und dem Innendurchmesser des abgeschrägten Randes
der ringförmigen Scheibe 12 eine Abmessung zu verleihen, die größer ist als jene des
Durchmessers der Achse 1 in der Nähe des Kragens 11.
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Die zweite Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 6 bis 8 dargestellt ist,
liegt ziemlich nahe an der vorangehenden und verwendet auch einen Zentner- und
Haltering 24 der Scheibe 12, der mit dieser durch konjugierte Aussparungen 28, 28'
zusammenwirkt, die den Durchgang von Hemmetallstücken 29 ermöglichen, die in den
entsprechenden Aussparungen des Umfangs des Kragens 11 aufgenommen und folglich
blockiert sind.
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Die dritte Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist,
verwendet keinen Ring zum Halten und Zentrieren der Scheibe 12: diese Funktion wird
direkt durch Niete 30 (beispielsweise drei) erfüllt, die in Löchern 31 verlaufen, die auf
einem Zwischenumfang der Scheibe 12 gleichmäßig verteilt sind. Der Umfang der
Scheibe, der frei bleibt, kann einen Verschleißanzeigering 32 aufnehmen, dessen Dicke,
gemessen von der Ebene der Fläche der Scheibe 12 in Kontakt mit dem Kragen,
geringer ist als jene der Scheibe selbst. Wenn die Scheibe ihr minimales Maß erreicht,
reibt der Ring 32 an dem Sperrklinkenrad 13 und das Reibungsdrehmoment steigt durch
die Wahl der Materialien und die Modifikation des mittleren Funktionsradius
beträchtlich an. Die Steigerung des Drehmoments in der Richtung der Hilfsbelastung
kann bis zum Blockieren des Systems gehen.
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Man beachte, daß in den zwei ersten Ausführungsformen diese Rolle der
Verschleißanzeige durch den Haltering 24 gespielt wird, der, wie die Fig. 3 und 6
zeigen, auch bezüglich der Ebene der Fläche vertieft ist, die zum nicht abgenutzten
Sperrklinkenrad der Scheibe 12 gerichtet ist.