WO2000068591A1 - Free-wheel switchable under load - Google Patents

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WO2000068591A1
WO2000068591A1 PCT/EP2000/003896 EP0003896W WO0068591A1 WO 2000068591 A1 WO2000068591 A1 WO 2000068591A1 EP 0003896 W EP0003896 W EP 0003896W WO 0068591 A1 WO0068591 A1 WO 0068591A1
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wedge
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PCT/EP2000/003896
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Joachim Ritter
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INA Wälzlager Schaeffler oHG
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    • F16D43/204—Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by torque, e.g. overload-release clutches, slip-clutches with means by which torque varies the clutching pressure of the ratchet type with intermediate balls or rollers
    • F16D43/206—Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by torque, e.g. overload-release clutches, slip-clutches with means by which torque varies the clutching pressure of the ratchet type with intermediate balls or rollers moving axially between engagement and disengagement

Definitions

  • the invention can also be described as follows: A clamping association is present when the clamping elements are clamped or wedged in their clamping gaps. There is static friction in the clamping contact of the clamping elements with the clamping tracks. The force resulting from the frictional force and normal force is therefore within the friction cone. Under static friction, the clamping element remains at rest until the frictional force reaches a limit value which is formed from the product of the normal force with the coefficient of static friction for the selected material pairing. If the static friction is overcome in the clamping contact and thus a movement is generated, the resulting force lies outside the friction cone, the sliding friction coefficient being smaller than the static friction coefficient.

Abstract

A switchable coupling having clamping elements such as clamping rollers (6) and clamping balls. Clamping tracks (3, clamping ramps 4) delimit wedge-shaped clamping slots (5), wherein the clamping elements (clamping rollers 6) are inserted in a resilient manner into the wedge-shaped clamping slots. In order to disengage the clamping elements (clamping rollers 6), a switching element (8) is provided which releases the clamping engagement between the contact elements (clamping roller 6) mounted in clamping contact with the clamping tracks (3, clamping ramps 4) and the wedge-shaped clamping slots (5). In order to enable troublefree disengagement of the clamping elements (clamping rollers 6) even when the clamping elements are blocked under a load in the wedge-shaped clamping slots (5), a sliding device (12) is provided to carry out a relative displacement crosswise in relation to the wedge-shaped clamping slots (5) between the clamping elements (clamping roller 6) mounted in clamping contact and at least one of the clamping tracks (3, clamping ramp 4) delimiting the wedge-shaped slots (5).

Description

Bezeichnung der Erfindung Name of the invention
UNTER LAST SCHALTBARER FREILAUFFREE SWITCHING UNDER LOAD
Beschreibungdescription
Gebiet der ErfindungField of the Invention
Die vorliegende Erfindung betrifft schaltbare Kupplungen, bei denen Klemmelemente wie Klemmrollen und Klemmkugeln in keilförmige Klemmspalteπ hineingefedert sind, um eine Relativdrehung beispielsweise von zwei Maschinenteilen zu verhindern, an denen Klemmbahnen ausgebildet sind, die die keilför- migen Klemmspalten begrenzen. Die Klemmelemente können mittels Schaltelementen außer Klemmeingriff mit den keilförmigen Klemmspalten gebracht werden, um eine Relativbewegung in der zuvor gesperrten Richtung zu ermöglichen. Derartige schaltbare Kupplungen sind beispielsweise als schaltbare Klemmgesperre oder als schaltbare Freilaufkupplungen bekannten geworden. Während bei einem Klemmgesperre eine Relativdrehung zwischen zwei Maschinenteilen in beiden Richtungen gesperrt ist, ist bei einer Freilaufkupplung eine Relativdrehung der beiden Maschinenteile in lediglich einer Drehrichtung eines der beiden Maschinenteile gesperrt.The present invention relates to switchable couplings in which clamping elements such as clamping rollers and clamping balls are sprung into wedge-shaped clamping columns in order to prevent relative rotation, for example of two machine parts, on which clamping tracks are formed which limit the wedge-shaped clamping gaps. The clamping elements can be brought out of clamping engagement with the wedge-shaped clamping gaps by means of switching elements in order to enable a relative movement in the previously blocked direction. Such switchable clutches have become known, for example, as switchable clamping ratchets or as switchable one-way clutches. While with a locking mechanism a relative rotation between two machine parts is blocked in both directions, with a one-way clutch, a relative rotation of the two machine parts is blocked in only one direction of rotation of one of the two machine parts.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Aus der DE 39 11 075 beispielsweise ist eine lastschaltbare Freilaufkupplung bekannt geworden, bei der unter Drehung eines Klemmrollenkäfigs die Klemmrollen außer Klemmeingriff mit den keilförmigen Klemmspalten gebracht wer- den können. Die keilförmigen Klemmspalten werden durch eine zylindrische Klemmbahn eines Klemmringes und durch keilförmige Klemmrampen an Segmenten begrenzt. Wenn ein Drehmoment zwischen den Segmenten und dem Klemmring übertragen wird, sind die Klemmrollen in ihren Klemmspalten einge- spannt. Ein Freischalten der Klemmrollen unter Last erfordert einen hohen Kraftaufwand, wobei unerwünschte Schaltgeräusche auftreten, wenn die Klemmrollen aus den Klemmkontakt herausschnellen. Das Schalten unter Last wird hier dadurch vereinfacht, daß die Segmente radial beweglich ausgebildet sind. Vor dem Freischalten der Klemmrolleπ werden hier zunächst die Segmente radial einwärts bewegt, so daß die Einspannkraft von den Klemmrollen zumindest teilweise entfernt wird. Sodann können die Klemmrollen mittels Drehung des Klemmrollenkäfigs problemlos aus den keilförmigen Klemmspalten heraus verlagert werden. Derartige lastschaltbare Freilaufkupplungen sind je- doch aufwendig, da mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Segmenten benötigt werden, die jeweils radial beweglich ausgebildet sein müssen.From DE 39 11 075, for example, a power-shiftable one-way clutch has become known, in which, by rotating a clamping roller cage, the clamping rollers can be brought out of clamping engagement with the wedge-shaped clamping gaps. The wedge-shaped clamping gaps are limited by a cylindrical clamping path of a clamping ring and by wedge-shaped clamping ramps on segments. If a torque is transmitted between the segments and the clamping ring, the clamping rollers are locked in their clamping gaps. tense. Unlocking the pinch rollers under load requires a great deal of force, and undesirable switching noises occur when the pinch rollers snap out of the pin contact. Switching under load is simplified here in that the segments are designed to be radially movable. Before the pinch rollers are released, the segments are first moved radially inwards so that the clamping force is at least partially removed from the pinch rollers. The pinch rollers can then be easily moved out of the wedge-shaped pinch gaps by rotating the pinch roller cage. Such load-shiftable one-way clutches are, however, expensive because several segments distributed over the circumference are required, each of which must be designed to be radially movable.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine vereinfachte schaltbare Kupplung anzugeben, bei der das Freischalten der Klemmelementen unter einer Last problemlos möglich ist.It is therefore an object of the present invention to provide a simplified switchable coupling in which the clamping elements can easily be released under a load.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Schiebeeinrichtung vorgesehen ist, um quer zu den keilförmigen Klemmspalten eine Relativverschiebung zwischen den im Klemmkontakt angeordneten Klemmelementen und wenigstens einer die keilförmigen Klemmspalte begrenzenden Klemm- bahnen durchzuführen.According to the invention, this object is achieved in that a sliding device is provided in order to carry out a relative displacement transversely to the wedge-shaped clamping gaps between the clamping elements arranged in the clamping contact and at least one clamping track delimiting the wedge-shaped clamping gaps.
Wenn die Kiemmelemente in den keilförmigen Klemmspalten eingekeilt sind, liegt eine Haftreibung in den Kontaktstellen zwischen den Klemmelementen und den Klemmbahnen vor. Wenn nun die erwähnte Relativverschiebung durchgeführt wird, wird zumindest in einem der Klemmkontakte die Haftreibung aufgehoben und eine Gleitreibung liegt vor. Da jedoch der Reibungskoeffizient bei Gleitreibung kleiner ist als bei Haftreibung, können nun die eingekeilten Klemmelemente aus ihren keilförmigen Klemmspalten heraus mit deutlich re- duziertem Kraftaufwand verlagert werden, ohne daß starke Schaltstöße auftreten.If the gill elements are wedged in the wedge-shaped clamping gaps, there is static friction in the contact points between the clamping elements and the clamping tracks. If the above-mentioned relative displacement is carried out, the static friction is removed at least in one of the clamping contacts and sliding friction is present. However, since the coefficient of friction with sliding friction is smaller than with static friction, the wedged-in clamping elements can now move out of their wedge-shaped clamping gaps with significantly reduced effort are shifted without strong switching impacts occur.
In anderen Worten ausgedrückt läßt sich die Erfindung auch wie folgt be- schreiben: Ein Klemmverband liegt vor, wenn die Klemmelemente in ihren Klemmspalten eingeklemmt bzw. eingekeilt sind. Im Klemmkontakt der Klemmelemente mit den Klemmbahnen liegt Haftreibung vor. Die aus Reibkraft und Normalkraft resultierende Kraft liegt demzufolge innerhalb des Reibkegels. Unter Haftreibung bleibt das Klemmelement solange in Ruhe, bis die Reibkraft einen Grenzwert erreicht, der aus dem Produkt der Normalkraft mit dem Haftreibungskoeffizienten für die gewählte Werkstoffpaarung gebildet ist. Wird im Klemmkontakt die Haftreibung überwunden und damit eine Bewegung erzeugt, so liegt die resultierende Kraft außerhalb des Reibkegels, wobei der Gleitreibungskoeffizient kleiner als der Haftreibungskoeffizient ist. Erfindungsgemäß stellt sich diese Situation dadurch ein, daß der Normalkraft eine Querkraft überlagert wird - also die Kraft, die die Relativverschiebung quer zum Klemmspalt bewirkt - , die resultiernde Kraft kommt deshalb gezielt außerhalb des Reibkegels zur Wirkung. Ein Freischalten ist demzufolge auch unter Last einwandfrei möglich.In other words, the invention can also be described as follows: A clamping association is present when the clamping elements are clamped or wedged in their clamping gaps. There is static friction in the clamping contact of the clamping elements with the clamping tracks. The force resulting from the frictional force and normal force is therefore within the friction cone. Under static friction, the clamping element remains at rest until the frictional force reaches a limit value which is formed from the product of the normal force with the coefficient of static friction for the selected material pairing. If the static friction is overcome in the clamping contact and thus a movement is generated, the resulting force lies outside the friction cone, the sliding friction coefficient being smaller than the static friction coefficient. According to the invention, this situation arises in that a shear force is superimposed on the normal force - that is, the force which causes the relative displacement transversely to the clamping gap - the resulting force therefore acts specifically outside the friction cone. Activation is therefore perfectly possible even under load.
Die Schiebeeinrichtung und das Schaltelement sind vorzugsweise derart miteinander gekoppelt, daß während der beschriebenen Relativverschiebung das Freischalten der Klemmrollen mittels des Schaltelementes erfolgt.The sliding device and the switching element are preferably coupled to one another in such a way that the clamping rollers are released by means of the switching element during the relative displacement described.
Die Klemmbahnen sind vorzugsweise an einander zugewandten ringförmigen Mantelflächen von ersten und zweiten Maschinenteilen gebildet, wobei die eine Klemmbahn zylindrisch ausgebildet und wobei die andere Klemmbahn durch mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Klemmrampen gebildet ist. Im Fall eines Klemmgesperres verjüngen sich die einen keilförmigen Klemmspalte in der einen Richtung und die anderen Klemmspalte in der entgegengesetzten Richtung.The clamping tracks are preferably formed on mutually facing annular outer surfaces of first and second machine parts, the one clamping track being cylindrical and the other clamping track being formed by a plurality of clamping ramps distributed over the circumference. In the case of a locking mechanism, the one wedge-shaped clamping gaps taper in one direction and the other clamping gaps in the opposite direction.
Das erste Maschinenteil kann gegenüber dem zweiten Maschinenteil axial ver- schoben werden, oder umgekehrt. Weiterhin ist es möglich, lediglich die Klemmelemente zu verschieben, wobei das erste und zweite Maschinenteil axial in ihren Positionen verbleiben.The first machine part can be axially offset from the second machine part. be pushed, or vice versa. Furthermore, it is possible to move only the clamping elements, the first and second machine parts remaining axially in their positions.
Es bietet sich an, das Schaltelement mit einem dritten Maschinenteil vorzugsweise drehelastisch zu verbinden, um eine Drehbewegung von dem dritten Maschinenteil auf das Schaltelement zu übertragen. Das dritte Maschinenteil kann beispielsweise als Spindelmutter ausgebildet, die auf einer Gewindespindel angeordnet ist. Wird nun beispielsweise an der Gewindespindel gezogen oder gedrückt und diese dabei verdrehsicher gehalten, so wird eine Drehung der Spindelmutter erzwungen. Mit der Spindelmutter wird ebenfalls das Schaltelement gedreht, um die Klemmrollen außer Klemmeingriff mit den keilförmigen Klemmspalten zu bringen.It is advisable to connect the switching element to a third machine part, preferably in a torsionally elastic manner, in order to transmit a rotary movement from the third machine part to the switching element. The third machine part can be designed, for example, as a spindle nut which is arranged on a threaded spindle. If, for example, the threaded spindle is pulled or pressed and the latter is held against rotation, the spindle nut is forced to rotate. The switching element is also rotated with the spindle nut in order to bring the clamping rollers out of clamping engagement with the wedge-shaped clamping gaps.
Die Schiebeeinrichtung kann einen Schaft umfassen, auf dem das eine erste oder zweite Maschinenteil axial verschiebbar angeordnet ist. Der Schaft ist vorzugsweise koaxial zu der zylindrischen Klemmbahn ausgebildet, wobei das eine erste oder zweite Maschinenteil auf dem Schaft einwandfrei geführt sein kann, beispielsweise mittels eines Gleitlagers.The sliding device can comprise a shaft on which the first or second machine part is arranged to be axially displaceable. The shaft is preferably formed coaxially with the cylindrical clamping track, and the first or second machine part can be guided on the shaft without any problems, for example by means of a plain bearing.
Es bietet sich an, den Schaft an dem dritten Maschinenteil auszubilden. Auf diese Weise kann die Teilevielzahl der erfindungsgemäßen schaltbaren Kupplung reduziert werden.It makes sense to design the shaft on the third machine part. In this way, the number of parts of the switchable clutch according to the invention can be reduced.
Das Schaltelement kann unter Zwischenschaltung eines drehelastischen Zwischengliedes mit dem dritten Maschinenteil verbunden sein, wobei eine Relativdrehung zwischen dem Schaltelement und dem dritten Maschinenteil entgegen einer Federkraft des drehelastischen Zwischengliedes erfolgt. Diese Maßnahme ist vorteilhaft, da ein weiches Anlaufen des Schaltelementes an die Klemmelemente erreicht wird. Weiterhin ist es möglich, daß eine weitergehenden Drehung des dritten Maschinenteiles erfolgen kann, selbst wenn das Schaltelement bereits an den Klemmelementen anliegt. Diese weitergehende Drehbewegung des dritten Maschinenteils kann in vorteilhafter Weise genutzt werden, um die Relatiwerschiebung zwischen dem im Klemmkontakt angeordneten Klemmelementen und wenigstens einer die keilförmigen Klemmspalte begrenzenden Klemmbahnen zu ermöglichen. Zu diesem Zweck wird die Drehbewegung des dritten Maschinenteiles in eine axiale Bewegung eines der bei- den ersten oder zweiten Maschinenteile umgewandelt.The switching element can be connected to the third machine part with the interposition of a torsionally elastic intermediate member, with a relative rotation between the switching element and the third machine part taking place against a spring force of the torsionally elastic intermediate member. This measure is advantageous because the switching element is softly started against the clamping elements. Furthermore, it is possible for the third machine part to be rotated further, even if the switching element is already resting on the clamping elements. This further rotary movement of the third machine part can be used in an advantageous manner in order to enable the relative displacement between the clamping elements arranged in the clamping contact and at least one clamping track delimiting the wedge-shaped clamping gaps. For this purpose, the rotary movement of the third machine part is converted into an axial movement of one of the two first or second machine parts.
Das Zwischenglied kann beispielsweise durch einen elastisch verdrehbaren Ring gebildet sein, der mit seiner Außenseite mit dem Schaltelement und dem mit seiner Innenseite mit dem dritten Maschinenteil drehfest verbunden ist. Derartige drehelastische Ringe können beispielsweise aus einem Elastomer wie Kautschuk oder Kautschukmischungen gebildet sein. Diese drehelastischen Ringe sind preiswert, einfach herzustellen und leicht zu montieren.The intermediate member can be formed, for example, by an elastically rotatable ring which is connected in a rotationally fixed manner with its outside to the switching element and with its inside to the third machine part. Such torsionally elastic rings can be formed, for example, from an elastomer such as rubber or rubber mixtures. These torsionally flexible rings are inexpensive, easy to manufacture and easy to assemble.
Das Schaltelement kann dabei in bekannter Weise mit Schaltklauen versehen sein, die zum Freischalten an den Klemmelementen angreifen. In ebenfalls bekannter Weise können die Schaltklauen an einem Ringkörper ausgebildet sein.The switching element can be provided in a known manner with switching claws which act on the clamping elements for activation. The shifting claws can also be formed on a ring body in a known manner.
Die Relativverschiebung zwischen den im Klemmkontakt angeordneten Klem- melementen und wenigstens einer die keilförmige Klemmspalten begrenzenden Klemmbahnen kann durch ein Getriebe ermöglicht werden, das eine Schwenkbewegung des dritten Maschinenteiles gegenüber dem einen ersten oder zweiten Maschinenteil in eine Axialbewegung des einen ersten oder zweiten Maschinenteiles umwandelt. Diese Axialbewegung des ersten einen oder zweiten Maschinenteiles hebt die Haftreibung im Klemmkontakt auf und löst sie durch eine Gleitreibung ab, wobei die oben erwähnten vorteilhaften Effekte eintreten. Das Schaltelement kann bei dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung in vorteilhafter Weise mit dem dritten Maschinenteil verbunden sein. Denn wenn das dritte Maschinenteil schwenkt und dadurch die beschriebene Axialbewegung auslöst, kann zugleich das Freischalten der Klemmelemente erfolgen, weil das Schaltelement gemeinsam mit dem dritten Maschinenteil dreht. In manchen Anwendungen mag es zweckmäßig sein, das dritte Maschinenteil mit dem einen ersten oder zweiten Maschinenteil zu kuppeln, damit ein Drehmoment zwischen diesen beiden Maschinenteilen übertragen werden kann.The relative displacement between the clamping elements arranged in the clamping contact and at least one clamping track delimiting the wedge-shaped clamping gaps can be made possible by a gear mechanism which converts a pivoting movement of the third machine part relative to the one first or second machine part into an axial movement of the first or second machine part. This axial movement of the first one or the second machine part removes the static friction in the clamping contact and releases it by sliding friction, the above-mentioned advantageous effects occurring. In this development according to the invention, the switching element can advantageously be connected to the third machine part. Because when the third machine part swivels and thereby triggers the described axial movement, the clamping elements can be released at the same time because the switching element rotates together with the third machine part. In some applications it may be appropriate to couple the third machine part to the first or second machine part so that a torque can be transmitted between these two machine parts.
Eine erfindungsgemäße Weiterbildung sieht ein Getriebe vor, das zugleich diese Kupplungsfunktion übernimmt. Danach kann das Getriebe vorzugsweise Sperrkörper, wie Sperrkugeln und Sperrrollen aufweisen, die jeweils in zwei einander gegenüberliegenden Mulden angeordnet sind, die an dem einen er- sten oder zweiten Maschinenteil und an dem dritten Maschinenteil ausgebildet sind. Dieses Getriebe ist einfach herzustellen, da als Sperrkörper handelsübliche Kugeln oder Rollen verwendet werden können, wobei die Mulden beispielsweise spanlos durch Tiefziehen oder Prägen preiswert hergestellt werden können.A further development according to the invention provides a transmission which at the same time takes over this clutch function. According to this, the transmission can preferably have locking bodies, such as locking balls and locking rollers, which are each arranged in two mutually opposite troughs, which are formed on the first or second machine part and on the third machine part. This gearbox is easy to manufacture, since commercially available balls or rollers can be used as the blocking body, and the troughs can be produced inexpensively, for example without cutting, by deep drawing or stamping.
Die Mulden sind in vorteilhafter Weise durch rampenförmige Wände begrenzt, wobei infolge einer Verdrehung des dritten Maschinenteiles gegenüber dem einen ersten oder zweiten Maschinenteil die Sperrkörper entlang den rampen- förmigen Wänden der Mulden bewegt werden, wodurch eine axiale Relativver- Schiebung mit dem einen ersten oder zweiten Maschinenteil und dem dritten Maschinenteil erzwungen wird.The troughs are advantageously delimited by ramp-shaped walls, the locking bodies being moved along the ramp-shaped walls of the troughs as a result of a rotation of the third machine part relative to the first or second machine part, as a result of which an axial relative displacement with the first or second one Machine part and the third machine part is forced.
Das Getriebe ermöglicht demzufolge zweierlei: Zunächst ist gewährleistet, daß das dritte Maschinenteil nicht frei drehbar ist, da ein in das Maschinenteil ein- geleitetes Drehmoment über das eine erste oder zweite Maschinenteil und über die eingekeilten Klemmelemente in das andere erste oder zweite Maschinenteil weitergeleitet wird. Wenn das andere erste oder zweite Maschinenteil drehfest angeordnet ist, kann das dritte Maschinenteil zunächst nicht gedreht werden. Bei einem Anstieg eines in das dritte Maschinenteil eingeleiteten Drehmomen- tes findet die beschriebene Verlagerung der Sperrkörper in den Mulden statt, wobei die erwähnte axiale Relativverschiebung durchgeführt wird.The transmission consequently enables two things: First, it is ensured that the third machine part cannot be freely rotated, since a torque introduced into the machine part is passed on via the first or second machine part and via the wedged clamping elements into the other first or second machine part. If the other first or second machine part is arranged in a rotationally fixed manner, the third machine part cannot initially be rotated. When the torque introduced into the third machine part rises, the described displacement of the locking bodies takes place in the troughs, the axial relative displacement mentioned being carried out.
In vorteilhafter Weise kann nun unter dieser Drehung des dritten Maschinen- teiles das Schaltelement mitgedreht werden, um die im Kiemmeingriff mit den keilförmigen Klemmspalten angeordneten Klemmelemente außer Klemmeingriff zu bringen.Advantageously, under this rotation of the third machine Part of the switching element are rotated to bring the clamping elements arranged in the gill engagement with the wedge-shaped clamping gaps out of clamping engagement.
Die erfindungsgemäße schaltbare Kupplung kann vorzugsweise dann eingesetzt werden, wenn eine Relativbewegung zwischen Maschinenelementen erst nach Überwindung eines Anfangsdrehmomentes ermöglicht sein soll, wobei nach Überwindung dieses Anfangsdrehmomentes eine weitere Bewegung zwischen diesen Körpern mit einem erheblich reduzierten Drehmoment ermöglicht sein soll.The switchable clutch according to the invention can preferably be used when a relative movement between machine elements should only be possible after an initial torque has been overcome, and after overcoming this initial torque a further movement between these bodies should be possible with a significantly reduced torque.
Mit dieser erfindungsgemäßen schaltbaren Kupplung ist weiterhin in vorteilhafter Weise sichergestellt, daß nach dem Beenden einer Verschiebung zwischen diesen Körpern zunächst wieder das erwähnte Anfangsdrehmoment überwunden werden muß, um eine weitere Bewegung zu ermöglichen.With this switchable clutch according to the invention it is further ensured in an advantageous manner that after the end of a displacement between these bodies, the mentioned initial torque must first be overcome again in order to enable a further movement.
Weiterhin gewährleistet die erfindungsgemäße schaltbare Kupplung, daß eine Arretierung der beiden Maschinenelemente - jedenfalls bis zur Überwindung des Anfangsdrehmomentes - in jeder beliebigen Stellung, also stufenlos mög- lieh ist.Furthermore, the switchable coupling according to the invention ensures that locking of the two machine elements - at least until the initial torque is overcome - is borrowed in any position, that is to say, continuously.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in zwei Figuren Ausführungs- beispieles näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment in two figures. Show it:
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Klemmgesperre undFigure 1 shows a longitudinal section through an inventive locking mechanism and
Figur 2 einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Klemmgesperre aus Figur 1 und Figur 3 einen Ausschnitt eines Getriebes, daß in dem erfindungsgemäßen Klemmgesperre angeordnet ist.Figure 2 shows a cross section through the locking mechanism according to the invention from Figure 1 and Figure 3 shows a section of a transmission that is arranged in the locking mechanism according to the invention.
Ausführiiche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Ein erstes ringförmiges Maschinenteil 1 ist koaxial auf einem zweiten Maschinenteil 2 angeordnet. An einander zugewandten Mantelflächen ist das erste Maschinenteil 1 mit einer zylindrischen Klemmbahn 3 und das zweite Maschinenteil 2 mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Klemmrampen 4 versehen. Die zylindrische Klemmbahn 3 und die Klemmrampen 4 begrenzen keilförmige Klemmspalten 5, in denen Klemmrollen 6 angeordnet sind. Die Klemmrollen 6 sind von Federn 7 in ihre Klemmspalten 5 hineingefedert.A first annular machine part 1 is arranged coaxially on a second machine part 2. On mutually facing lateral surfaces, the first machine part 1 is provided with a cylindrical clamping track 3 and the second machine part 2 is provided with a plurality of clamping ramps 4 distributed over the circumference. The cylindrical clamping track 3 and the clamping ramps 4 delimit wedge-shaped clamping gaps 5, in which clamping rollers 6 are arranged. The pinch rollers 6 are spring-loaded into their nips 5 by springs 7.
Weiterhin ist ein Schaltelement 8 vorgesehen, um die Klemmrollen 6 außer Klemmeingriff mit den keilförmigen Klemmspalten 5 zu bringen. Dieses Schaltelement 8 ist zugleich als Käfig ausgebildet, in dessen Taschen 9 die Klemmrollen angeordnet sind. Weiterhin ist das Schaltelement 8 mit an einem Ringkörper 10a angeordneten Schaltklauen 10 versehen, die zwischen umfangssei- tig einander benachbarten Paaren von Klemmrollen 6 eingreifen. Weiterhin ist das Schaltelement 8 mit Mitnehmern 11 versehen, die in einer gewählten Drehrichtung nach dem Freischalten der Klemmrollen 6 gegen das zweite Maschinenteil 2 anschlagen und dieses formschlüssig mitdrehen.Furthermore, a switching element 8 is provided to bring the clamping rollers 6 out of clamping engagement with the wedge-shaped clamping gaps 5. This switching element 8 is also designed as a cage, in the pockets 9 of which the pinch rollers are arranged. Furthermore, the switching element 8 is provided with switching claws 10 which are arranged on an annular body 10a and which engage between pairs of clamping rollers 6 which are adjacent on the circumferential side. Furthermore, the switching element 8 is provided with drivers 11 which, in a selected direction of rotation, strike against the second machine part 2 after the clamping rollers 6 have been released and rotate them in a form-fitting manner.
Weiterhin ist eine Schiebeeinrichtung 12 vorgesehen, die einen Schaft 13 um- faßt, auf dem das zweite Maschinenteil 2 axial beweglich geführt ist. Der Schaft 12 ist einstückig mit einer Spindelmutter 14 verbunden, die auf einer nicht dargestellten Gewindespindel angeordnet ist.Furthermore, a sliding device 12 is provided which comprises a shaft 13 on which the second machine part 2 is guided so as to be axially movable. The shaft 12 is connected in one piece to a spindle nut 14 which is arranged on a threaded spindle, not shown.
Das Schaltelement 8 ist unter Zwischenschaltung eines elastisch verdrehbaren Rings 15 auf der Spindelmutter 14 angeordnet, wobei die Außenseite des Rings 15 an dem Schaltelement 8 und die Innenseite an der Spindelmutter 14 befestigt ist. Weiterhin ist ein Getriebe 16 vorgesehen, das zwischen dem zweiten Maschinenteil 2 und der Spindelmutter 14 angeordnet ist. An einander zugewandten Stirnflächen des zweiten Maschinenteils 2 und der Spindelmutter 14 sind mehrere über den Umfangs verteilt angeordnete, durch rampenförmige Wände 17a, 18a begrenzte Mulden 17, 18 ausgebildet, wobei in zwei einander gegenüberliegende Mulden 17, 18 je eine Sperrkugel 19 eingreift.The switching element 8 is arranged with the interposition of an elastically rotatable ring 15 on the spindle nut 14, the outside of the ring 15 being fastened to the switching element 8 and the inside to the spindle nut 14. Furthermore, a gear 16 is provided, which is arranged between the second machine part 2 and the spindle nut 14. A plurality of troughs 17, 18, which are distributed over the circumference and delimited by ramp-shaped walls 17a, 18a, are formed on mutually facing end faces of the second machine part 2 and the spindle nut 14, a locking ball 19 engaging in two mutually opposite troughs 17, 18.
Figur 3 zeigt in gebrochener Darstellung einen Schnitt mit den Mulden 17, 18 und den darin angeordneten Sperrkugeln 19.FIG. 3 shows, in a broken representation, a section with the troughs 17, 18 and the locking balls 19 arranged therein.
Die Spindelmutter 14 ist an ihren beiden axialen Enden jeweils über ein Rillenkugellager 20 an dem ersten Maschinenteil 1 radial und axial gelagert.The spindle nut 14 is supported radially and axially at its two axial ends via a deep groove ball bearing 20 on the first machine part 1.
Weiterhin sind Tellerfedern 21 vorgesehen, die einerseits über das Rillenku- gellager 20 an der Gewindespindel 14 abgestützt sind, und die andererseits an dem zweiten Maschinenteil 2 angreifen und dieses axial in Richtung auf die Sperrkugeln 19 drücken, so daß die Sperrkugeln 19 unter der axialen Kraft der Tellerfedern 21 in ihren Mulden 17, 18 eingespannt sind.Furthermore, disc springs 21 are provided, which are supported on the one hand via the deep groove ball bearing 20 on the threaded spindle 14, and which on the other hand act on the second machine part 2 and press this axially in the direction of the locking balls 19, so that the locking balls 19 under the axial force the plate springs 21 are clamped in their recesses 17, 18.
Nachstehend wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen schaltbaren Klemmgesperres näher erläutert.The mode of operation of the switchable locking mechanism according to the invention is explained in more detail below.
Wenn auf die nicht dargestellte Gewindespindel ein axialer Druck oder Zug ausgeübt wird, wird entsprechend der Gewindesteigung ein Drehmoment auf die Spindelmutter 14 ausgeübt. Dieses Drehmoment wird über die Sperrkugeln 19 in das zweite Maschinenteil 2 und von dort über die eingeklemmten Klemmrollen 6 in das erste Maschinenteil 1 eingeleitet. Wenn das erste Maschinenteil 1 ortsfest ist, kann demzufolge zunächst keine Drehbewegung eingeleitet werden. Wird der Zug oder Druck auf die Gewindespindel und damit das auf die Spindelmutter 14 ausgeübte Drehmoment größer, beginnt die Spindelmutter 14 zu drehen, wobei die Sperrkugeln 19 entlang den rampenförmigen Wänden 17a, 18a der Mulden 17, 18 verlagert werden. Unter dieser Verlagerung der Sperrkugeln 19 wird das zweite Maschinenteil 2 entgegen der Federkraft der Tellerfedern 21 auf dem Schaft 13 axial verlagert. Diese axiale Verlagerung wird zusätzlich dadurch unterstützt, daß die auf die Gewindespindel einwirkende axiale Kraft auf die Spindelmutter 14 und übertragen und damit der Kraft der Tellerfederπ 21 entgegengesetzt wird.If an axial pressure or tension is exerted on the threaded spindle, not shown, a torque is exerted on the spindle nut 14 in accordance with the thread pitch. This torque is introduced into the second machine part 2 via the locking balls 19 and from there into the first machine part 1 via the clamped clamping rollers 6. Accordingly, if the first machine part 1 is stationary, no rotary movement can be initiated at first. If the tension or pressure on the threaded spindle and thus the torque exerted on the spindle nut 14 increases, the spindle nut 14 begins to rotate, the locking balls 19 being displaced along the ramp-shaped walls 17a, 18a of the troughs 17, 18. Under this displacement of the locking balls 19, the second machine part 2 against the spring force Disc springs 21 axially displaced on the shaft 13. This axial displacement is additionally supported by the fact that the axial force acting on the threaded spindle is transmitted to the spindle nut 14 and 14 and thus the force of the diaphragm spring 21 is opposed.
Während dieser axialen Verlagerung des zweiten Maschinenteils 2 wird das auf der Spindelmutter 14 befestigte Schaltelement 8 ebenfalls gedreht, wobei die Schaltklauen 10 zunächst zur Anlage an die Klemmrollen 6 gelangen, um schließlich die Klemmrollen 6 außer Klemmeingriff mit ihren keilförmigen Klemmspalten 5 zu bringen. Diese überlagerten Bewegungen in axialer und in Umfangsrichtung ermöglichen ein problemloses Freischalten der Klemmrollen 6 auch unter Last. Durch die axiale Verlagerung des zweiten Maschinenteils 2 findet eine erzwungene Relativverschiebung zwischen dem zweiten Maschinenteil 2 und den Klemmrollen 6 statt, so daß Gleitreibung zwischen den Klemmrollen 6 und dem zweiten Maschinenteil 2 vorliegt. Da der Reibungskoeffizient für Gleitreibung bei einer Werkzeugpaarung Stahl-Stahl niedriger ist als der Reibungskoeffizient für Haftreibung, sind die erforderlichen Freischaltkräfte reduziert, die von dem Schaltelement 8 aufgebracht werden müssen.During this axial displacement of the second machine part 2, the switching element 8 fastened on the spindle nut 14 is also rotated, the switching claws 10 initially coming into contact with the clamping rollers 6 in order to finally bring the clamping rollers 6 out of clamping engagement with their wedge-shaped clamping gaps 5. These superimposed movements in the axial and in the circumferential direction enable problem-free unlocking of the pinch rollers 6 even under load. The axial displacement of the second machine part 2 results in a forced relative displacement between the second machine part 2 and the pinch rollers 6, so that sliding friction exists between the pinch rollers 6 and the second machine part 2. Since the coefficient of friction for sliding friction in a steel-steel tool pairing is lower than the coefficient of friction for static friction, the required release forces that have to be applied by the switching element 8 are reduced.
Nach dem Freischalten der Klemmrollen 6 fällt das Drehmoment deutlich ab, unter dem die Spindelmutter 14 gedreht werden kann: Denn nun ist der Klemmverband zwischen dem ersten Maschinenteil 1 und dem zweiten Maschinenteil 2 aufgehoben, so daß die Spindelmutter 14 gemeinsam mit dem zweiten Maschinenteil 2 umläuft.After unlocking the pinch rollers 6, the torque drops significantly, under which the spindle nut 14 can be rotated: because now the clamping assembly between the first machine part 1 and the second machine part 2 is canceled, so that the spindle nut 14 rotates together with the second machine part 2 .
Wird der axiale Druck oder Zug von der nicht dargestellten Gewindespindel weggenommen, stoppt die Spindelmutter 14, so daß kein Drehmoment von der Spindelmutter 14 auf das Schaltelement 8 übertragen wird. Nun werden die Klemmrollen 6 unter der Druckkraft der Federn 7 erneut in ihre Klemmspalten 5 hineingedrückt, so daß die Klemmbereitschaft wieder hergestellt ist. Ein erneutes Aufheben der Klemmverbindung zwischen dem ersten Maschinenteil 1 und dem zweiten Maschinenteil 2 kann bei Bedarf in der beschriebenen Weise wiederholt werden. In einer Ruhestellung muß demzufolge zunächst ein Anfangsdrehmoment überwunden werden, um den Klemmverband aufzuheben, wobei nach Aufheben des Klemmverbandes eine Drehung mit deutlichen reduziertem Drehmo- ment möglich ist. Es sind beliebige Haltepositionen ansteuerbar. If the axial pressure or tension is removed from the threaded spindle (not shown), the spindle nut 14 stops, so that no torque is transmitted from the spindle nut 14 to the switching element 8. Now the pinch rollers 6 are pressed again under the pressure of the springs 7 into their nips 5, so that the readiness for clamping is restored. A renewed removal of the clamp connection between the first machine part 1 and the second machine part 2 can be repeated in the manner described if necessary. In a rest position, therefore, an initial torque must first be overcome in order to release the clamping assembly, whereby after the clamping assembly has been removed, a rotation with a significantly reduced torque is possible. Any stop positions can be controlled.
Bezugszeichenreference numeral
erstes Maschinenteil zweites Maschinenteil zylindrische Klemmbahnfirst machine part second machine part cylindrical clamping track
KlemmrampeClamp ramp
KlemmspaltClamping gap
KlemmrollePinch roller
Federfeather
SchaltelementSwitching element
Taschebag
Schaltklaue a RingShift claw a ring
Mitnehmertakeaway
SchiebeeinrichtungSliding device
Schaftshaft
Spindelspindle
Ringring
Getriebetransmission
Mulde a rampenförmige WandTrough a ramp-shaped wall
Mulde a rampenförmige WandTrough a ramp-shaped wall
SperrkugelLocking ball
RillenkugellagerDeep groove ball bearing
Tellerfeder Belleville spring

Claims

Patentansprüche claims
1. Schaltbare Kupplung, mit Klemmelementen wie Klemmrollen (6) und Klemmkugeln, und mit Klemmbahnen (3, Klemmrampe 4), die keilförmige Klemmspalte (5) begrenzen, wobei die Klemmelemente in die keilförmigen Klemmspalte (5) hineingefedert sind, und mit einem zum Freischalten der Klemmelemente vorgesehenen Schaltelement (8), das die im Klemmkontakt mit den Klemmbahnen (3, Klemmrampe 4) angeordneten Klemmelemente außer Klemmeingriff mit den keilförmigen Klemmspalten (5) bringt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schiebeeinrichtung (12) vorgesehen ist, um quer zu den keilförmigen Klemmspalten (5) eine Relativverschiebung zwischen den im Klemmkontakt angeordneten Klemmelementen und wenig- stens einer die keilförmigen Klemmspalte (5) begrenzenden Klemmbahnen1.Switchable clutch, with clamping elements such as clamping rollers (6) and clamping balls, and with clamping tracks (3, clamping ramp 4), which limit the wedge-shaped clamping gaps (5), the clamping elements being sprung into the wedge-shaped clamping gap (5), and with a Unlocking the clamping elements provided switching element (8), which brings the clamping elements arranged in clamping contact with the clamping tracks (3, clamping ramp 4) out of clamping engagement with the wedge-shaped clamping gaps (5), characterized in that a sliding device (12) is provided in order to cross the wedge-shaped clamping gaps (5) have a relative displacement between the clamping elements arranged in the clamping contact and at least one clamping track delimiting the wedge-shaped clamping gaps (5)
(3, Klemmrampe 4) durchzuführen.(3, clamping ramp 4).
2. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 1 , bei der während der Relativverschiebung zwischen den im Klemmkontakt angeordneten Klemmelementen und wenigstens einer die keilförmigen Klemmspalte (5) begrenzenden2. Switchable clutch according to claim 1, in which during the relative displacement between the clamping elements arranged in the clamping contact and at least one delimiting the wedge-shaped clamping gaps (5)
Klemmbahnen (3, Klemmrampe 4) das Freischalten der Klemmelemente mittels des Schaltelementes (8) erfolgt.Clamping tracks (3, clamping ramp 4) the clamping elements are released by means of the switching element (8).
3. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 1 , bei der die Klemmbahnen an einan- der zugewandten ringförmigen Mantelflächen von ersten und zweiten Maschinenteilen (1 , 2) gebildet sind, wobei die eine Klemmbahn (3) zylindrisch ausgebildet und wobei die andere Klemmbahn durch mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Klemmrampen gebildet ist.3. Switchable clutch according to claim 1, wherein the clamping tracks on mutually facing annular jacket surfaces of first and second machine parts (1, 2) are formed, wherein the one clamping track (3) is cylindrical and the other clamping track by several over the Circumferentially distributed clamping ramps is formed.
4. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 1 , bei der das Schaltelement (8) mit einem dritten Maschinenteil (Spindelmutter 14) vorzugsweise drehelastisch verbunden ist, um eine Drehbewegung von dem dritten Maschinenteil (Spindelmutter 14) auf das Schaltelement (8) zu übertragen. 4. Switchable clutch according to claim 1, wherein the switching element (8) with a third machine part (spindle nut 14) is preferably connected in a torsionally elastic manner in order to transmit a rotary movement from the third machine part (spindle nut 14) to the switching element (8).
5. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 4, bei der das dritte Maschinenteil (8) als Spindelmutter (8) ausgebildet ist, die auf einer Gewindespindel angeordnet ist.5. Switchable clutch according to claim 4, wherein the third machine part (8) is designed as a spindle nut (8) which is arranged on a threaded spindle.
6. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 3, bei der die Schiebeeinrichtung (12) einen Schaft (14) aufweist, auf dem das eine erste oder zweite Maschinenteil (1, 2) axial verschiebbar angeordnet ist.6. Switchable clutch according to claim 3, wherein the sliding device (12) has a shaft (14) on which the first or second machine part (1, 2) is arranged axially displaceably.
7. Schaltbare Kupplung nach den Ansprüchen 5 und 6, bei der der Schaft (14) an dem dritten Maschinenteil (Spindelmutter 14) ausgebildet ist.7. Switchable clutch according to claims 5 and 6, wherein the shaft (14) on the third machine part (spindle nut 14) is formed.
8. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 4, bei der das Schaltelement (8) unter Zwischenschaltung eines drehelastischen Zwischengliedes (Ring 15) mit dem dritten Maschinenteil (Spindelmutter 14) verbunden ist, wobei eine8. Switchable clutch according to claim 4, wherein the switching element (8) with the interposition of a torsionally elastic intermediate member (ring 15) is connected to the third machine part (spindle nut 14), one
Relativdrehung zwischen dem Schaltelement (8) und dem dritten Maschinenteil (Spindelmutter 14) aus einer Ausgangsstellung heraus entgegen einer Federkraft des drehelastischen Zwischengliedes (Ring 15) erfolgt.Relative rotation between the switching element (8) and the third machine part (spindle nut 14) from an initial position against a spring force of the torsionally elastic intermediate member (ring 15).
9. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 8, bei der das Zwischenglied durch einen elastisch verdrehbaren Ring (15) gebildet ist, der mit seiner Außenseite mit dem Schaltelement (8) und der mit seiner Innenseite mit dem dritten Maschinenteil (Spindelmutter 14) drehfest verbunden ist.9. Switchable clutch according to claim 8, wherein the intermediate member is formed by an elastically rotatable ring (15) which is connected with its outside to the switching element (8) and with its inside to the third machine part (spindle nut 14) rotatably connected.
10. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 1 , bei der das Schaltelement (8) Schaltklauen (10) aufweist, die zum Freischalten an den Klemmelementen angreifen.10. Switchable clutch according to claim 1, wherein the switching element (8) has switching claws (10) which engage to unlock the clamping elements.
11. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 10, bei der die Schaltklauen (10) an einem Ringkörper (10a) ausgebildet sind.11. Switchable clutch according to claim 10, wherein the switching claws (10) are formed on an annular body (10a).
12. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 3, bei der zwischen dem einen ersten oder zweiten Maschinenteil (1 , 2) und dem dritten Maschinenteil (Spindel- mutter 14) ein Getriebe (16) vorgesehen ist, das eine Schwenkbewegung des dritten Maschinenteiles gegenüber dem einen ersten oder zweiten Maschinenteil in eine Axialbewegung dieses einen ersten oder zweiten Maschinenteiles umwandelt.12. Switchable clutch according to claim 3, in which between the first or second machine part (1, 2) and the third machine part (spindle nut 14) a gear (16) is provided which converts a pivoting movement of the third machine part relative to the first or second machine part into an axial movement of this first or second machine part.
13. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 12, bei der das Getriebe (16) Sperrkörper wie Sperrkugeln (19) und Sperrollen aufweist, die jeweils in zwei einander gegenüberliegenden Mulden (17, 18) angeordnet sind, die an dem einen ersten oder zweiten Maschinenteil (1 , 2) und an dem dritten Maschi- nenteil (Spindelmutter 14) ausgebildet sind.13. Switchable clutch according to claim 12, wherein the transmission (16) has locking bodies such as locking balls (19) and locking rollers, which are each arranged in two mutually opposite troughs (17, 18) which on the first or second machine part (1st , 2) and on the third machine part (spindle nut 14).
14. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 13, bei der die Mulden (17, 18) durch rampenförmige Wände begrenzt sind, wobei infolge einer Verdrehung des dritten Maschinenteiles (Spindelmutter 14) gegenüber dem einen ersten oder zweiten Maschinenteil (1 , 2) die Sperrkörper (Sperrkugel 19) entlang den rampenförmigen Wänden (17a, 18a) der Mulden (17, 18) bewegt werden, wodurch eine axiale Relativverschiebung zwischen dem einen ersten oder zweiten Maschinenteil (1 , 2) und dem dritten Maschinenteil (Spindelmutter 14) erzwungen wird.14. Switchable clutch according to claim 13, wherein the troughs (17, 18) are delimited by ramp-shaped walls, the locking body (locking ball) due to a rotation of the third machine part (spindle nut 14) relative to the first or second machine part (1, 2) 19) are moved along the ramp-shaped walls (17a, 18a) of the troughs (17, 18), which forces an axial relative displacement between the first or second machine part (1, 2) and the third machine part (spindle nut 14).
15. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 12, bei der das dritte Maschinenteil (Spindelmutter 14) drehbar mit dem Schaltelement (8) verbunden ist. 15. Switchable clutch according to claim 12, wherein the third machine part (spindle nut 14) is rotatably connected to the switching element (8).
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