DE4209211C2 - Lastdrehmomentsperre - Google Patents

Description

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

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

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

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

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

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

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

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

Bei den bekannten LDS-Konstruktionen wurden die Lagerungen der Antriebswellen (6) und der Abtriebswellen (2) so vorgesehen, wie sie der seit langer Zeit bekannten und in der Praxis bis in die Gegenwart aus­ geführten Lagerungskonzeption nach Fig. 1 entsprechen. Obwohl diese Lagerungskonzeption für viele Anwendungsfälle praktisch erprobt ist, ergeben sich Nachteile, die sich im­ mer stärker negativ auswirken, je höher die übertragbaren Drehmomente beim Sperren (T_ab) und beim Durchtreiben (T_an) werden.

Die bekannte Lagerungskonzeption der Antriebswelle (6) mit der Lagerstelle A′ (Lager 10) und der Abtriebswelle (2) mit der Lagerstelle B′ (Lager 11) und mit der Ineinander-Lagerung in der Lagerstelle C′ (Lager 12) weist in den Betriebszu­ ständen "Durchtreiben" und "Sperren"; "Entsperren" folgende Nachteile auf:

1) "Durchtreiben"

Aus Fig. 1 und 3 ist zu entnehmen, daß beim Durchtreiben die exzentrisch, d. h. außermittig im Abstand (D₁-D₂)/2 von der Wellenachse wirkende und mit der Antriebsdreh­ zahl n_an umlaufende Umfangskraft

z. B. bei angenommener Rechtsdrehung der Antriebswelle (6) an der Anschlagstelle B auf die Hebelnabe (1) und damit auf die Abtriebswelle (2) übertragen wird.

Die Antriebswelle (6) und die Abtriebswelle (2) werden somit durch die senkrecht zur Wellenachse wirkende mit der Antriebsdrehzahl n_an umlaufende Querkraft (Radial­ kraft) F_u′ belastet.

Hierdurch tritt eine vom übertragbaren Antriebsdrehmo­ ment T_an abhängige, wegen des charakteristischen Aufbaus der vorliegenden LDS-Konzeption notwendigerweise system­ bedingt auftretende innere Querbelastung (Radialbela­ stung) der An- und Abtriebswellen und der Lager auf. Dies ist unerwünscht, da demnach die in den Lagerstellen A′ und B′ befindlichen Gehäuselager (10) und (11) beim Durchtreiben kontinuierlich dynamisch durch Radialkräfte schon aus der inneren Funktion der LDS heraus und ohne von außen her auf die außenliegenden Wellenzapfen der An- und Abtriebswellen einwirkende Kräfte (z. B. Radial- und/oder Axialkräfte durch Zahnkräfte, Riemenzug etc.) belastet werden. Hierdurch wird die Lagerlebensdauer von vorne herein bei der bekannten Lagerkonzeption (LDS-Ver­ sionen I bis IV) unerwünscht reduziert.

Bei großen Querkräften

kommt es darüber hinaus wegen der radialen und axialen Lagerspiele zu einem mit n_an umlaufenden Verkanten (Ausknicken, Schiefstellen) der Antriebs- und Abtriebswellen (6 und 2) gegeneinander.

Dies kann das sichere Sperren und Entsperren, also die eigentliche Hauptfunktion der LDS als Sicherheitsbauteil beeinträchtigen.

2) "Sperren"; "Entsperren"

Aus Fig. 1, 2 und 3 ist zu entnehmen, daß beim Sperren die exzentrisch, d. h. außermittig im Abstand D₁/2 bzw. D^m/2 von der Wellenachse
wirkende Umfangskraft

z. B. bei angenommener Rechtsdrehung der Abtriebswelle (2) an der Anschlagstelle A über das Endstück (7a) in die belasteten ersten Federwindungen der Drehfeder (3) eingeleitet wird.

Hierbei wird die Drehfeder (3) nach Abschluß einer klei­ nen für das Sperren notwendigen Schwenkbewegung der Bau­ teile, die mit der Anschlagstelle A in Kontakt sind (He­ belnabe (1), Endstück (7a), erste belastete Federwindun­ gen) um den Verschiebeweg (Sperrweg) c gegen Verdrehen im Ring (4) reibschlüssig gesperrt. Der Reibschluß der unter Vorspannung in der zylindrischen Bohrung sitzenden Drehfeder (3) wird durch das Andrücken über das Endstück (7a) enorm verstärkt, wobei die Pressung der Federwin­ dungen gegen die Innenfläche der Bohrung von dem Feder­ ende, welches die Umfangskraft F_u aufnimmt, bis zum an­ deren, dem freien, unbelasteten Federende (hier Endstück 7) abnimmt.

Ein von den inneren Längsabmessungen d, e, f der LDS ab­ hängiger Anteil der auf die Hebelnabe (1) wirkenden Querkraft F_u wird über die Abtriebswelle (2) auf die La­ gerstelle B′ mit dem Gehäuselager (11) und der andere Anteil der Querkraft F_u wird über die innere Lagerstel­ le C′ mit dem Lager (12) auf die Antriebswelle (6) und von dort auf die Lagerstelle A′ mit dem Gehäusela­ ger (10) übertragen.

Hierdurch tritt eine vom übertragenen Abtriebsdrehmoment (Sperrdrehmoment) T_ab abhängige, wegen des charakteri­ stischen Aufbaus der vorliegenden LDS-Konzeption system­ bedingt auftretende innere Querbelastung der Antriebs- und der Abtriebswelle und aller Lager auf.

Dies ist unerwünscht, da die in den Lagerstellen A und B befindlichen Gehäuselager (10) und (11) beim Sperren statisch durch Radialkräfte schon aus der inneren Funk­ tion der LDS heraus auch ohne von außen her auf die Wel­ lenzapfen der Antriebs- und Abtriebswellen einwirkende Kräfte (z. B. Radial- und/oder Axialkräfte durch Zahn­ kräfte, Riemenzug etc.), belastet werden. Hierdurch wird die statische Tragsicherheit von vorne herein bei der vorliegenden bekannten Lagerungskonzeption unerwünscht reduziert.

Bei großen Querkräften

kommt es darüber hin­ aus wegen der radialen und axialen Lagerspiele zu einem stillstands-Verkanten (Ausknicken, Schiefstellen) der Antriebs- und Abtriebswellen (6 und 2) gegeneinander.

Dies kann das sichere Sperren und Entsperren, also die eigentlichen Hauptfunktionen der LDS als Sicherheitsbau­ teil beeinträchtigen.

Beim gewollten "Entsperren" wird nach Fig. 1 und 3 z. B. bei angenommener Rechtsdrehung der geschlitzten An­ triebswelle (6) das Endstück (7a) über die Anschlagstel­ le B solange nach rechts bewegt, bis der Reibschluß der zunächst noch fest in der zylindrischen Bohrung des Ge­ häuses (4; 5) sitzenden Drehfeder (3) durch das gewollte "Entsperren von hinten" gelockert ist und die Drehfeder bei Überwindung des noch verbleibenden Vorspannungs- Drehmomentes von der geschlitzten Antriebswelle (6) mit­ geschleppt, d. h. durchgedreht wird.

Ein ungewolltes "Entsperren von hinten" muß auf jeden Fall vermieden werden, was bei der vorliegenden bekann­ ten Lagerungskonzeption nach Fig. 1 nicht sicher gewähr­ leistet ist wegen der oben erläuterten Querkraft F_u, die für das Funktionsprinzip der vorliegenden LDS-Konzeption charakteristisch ist und die anteilmäßig auch auf das Lager (12) der Lagerstelle C′ wirkt.

Durch das oben bereits erläuterte, bei großen Querkräf­ ten F_u eintretende Stillstands-Verkanten (Ausknicken, Schiefstellen) der Antriebs- und Abtriebswellen gegen­ einander und in geringerem Maße auch durch die statische Belastung des Lagers (12) kann sich das durch dieses La­ ger übertragene Reibungsdrehmoment erhöhen und bei einer frei und ungebremst drehbaren Antriebswelle (6) (z. B. bei reinem antriebsseitigen Handantrieb und fehlendem antriebsseitigen Antriebsstrang, der bremsend wirkt) die Antriebswelle (6) reibschlüssig mitnehmen.

Hierbei kann wegen des bei der vorliegenden LDS-Konzep­ tion an sich als besonders vorteilhaft anzusehenden sehr leichtgängigen Entsperrungsvorganges (sehr geringes Ent­ sperrdrehmoment) ein ungewolltes "Entsperren von hinten" eintreten.

3) Stabilität der Lagerung

Die seit langer Zeit bekannte und bis heute angewendete Konzeption der Lagerung der Antriebs- und Abtriebswellen (6 und 2) nach Fig. 1 gewährleistet nicht die optimale Lagerungsstabilität, wie sie bei den hohen Antriebsdreh­ momenten T_an und den hohen Abtriebsdrehmomenten T_ab (ho­ he Sperrmomente) erforderlich wäre.

Die unbefriedigende Lagerungsstabilität liegt an der fliegenden Lagerung der Antriebswelle (6) in der Lager­ stelle A′ mit den beiden Lagern (10) und an der verhält­ nismäßig kleinen Stützweite (Lagerabstand e) der Ab­ triebswellenlagerung in den Lagerstellen B′ mit dem La­ ger (11) und C′ mit dem Lager (12).

Die nachteiligen Konsequenzen einer vor allem bei hoher Drehmomentenübertragbarkeit der LDS nach Fig. 1 nicht befriedigenden Lagerungsstabilität wurden oben bereits geschildert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile zu beseitigen und damit eine LDS zu schaffen, die ein sicheres "Durchtreiben", ein sicheres "Sperren" und ein leichtes "Entsperren" bis zu den höchsten übertragbaren An­ triebs- und Abtriebsdrehmomenten ohne Gefahr des Versagens sicherstellt und bei der die Gehäuselager (10) der Lager­ stelle A′ und (11) der Lagerstelle B′ nach Fig. 2 beim "Durchtreiben" völlig unbelastet von den Auswirkungen der systembedingten inneren Querkräfte F′_u und F_u bleiben und bei der die gesamte Lagerung (Lagerstellen A′, B′, C′, D′) der LDS optimale Stabilität aufweist (Fig. 2) bei gleichzeitig einfacher und kompakter Gesamtkonstruktion.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemä­ ßen LDS durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 und 3, wird dies da­ durch erreicht, daß für die geschlitzte Antriebswelle (6) und für die Abtriebswelle (2) je nur eine Lagerstelle als Gehäuselagerung vorgesehen wird.

Dies sind die Lagerstelle A′ mit dem Lager (10) und die La­ gerstelle B′ mit dem Lager (11) jeweils im Gehäuse (4 mit 5 und 8). Diese beiden Gehäuselagerungen haben einen großen Lagerabstand f voneinander (Stützweite der Lager).

Eine fliegende Lagerung der Antriebswelle (6) entfällt.

Die Antriebs- und Abtriebswellen werden darüber hinaus zweimal ineinander gelagert in der Lagerstelle C′ mit dem Lager (12) und in der Lagerstelle D′ mit dem in Fig. 2 nicht eingezeichneten Wälzlager (13) (aus konstruktiven Gründen einem Nadellager).

Eingezeichnet wurde in Fig. 2 eine Gleitlagerung nach An­ spruch 3.

Die Lagerstellen C′ und D′ für die zwei Ineinander-Lagerun­ gen haben den großen Lagerabstand (g-d) voneinander.

Dieses erfindungsgemäß vorgeschlagene optimierte Lagerungs­ konzept führt zu einer einfachen und betriebssicheren Kon­ struktion und gewährleistet eine optimale Stabilität aller bewegten Teile der LDS, vor allem der beiden Wellen.

Dadurch wird eine erhöhte Drehmomentenübertragbarkeit (T_an und T_ab) bei vergleichbaren Hauptabmessungen und da­ bei unter zusätzlicher Einbeziehung der Verbesserung der Lagerungskonzeption nach der Erfindung eine sehr einfache und äußerst kompakte Bauweise ermöglicht. Diese fort­ schrittliche Bauweise bringt für eine LDS als wichtigem Si­ cherheitsbauteil in einem Antriebsstrang erwünschte Vortei­ le im Hinblick auf:
Platzbedarf, Betriebssicherheit, Kosten, Gewicht, Wärmean­ fall beim Durchtreiben, universelle Einbau- und Anbaumög­ lichkeiten der LDS als kompakter Baueinheit etc.

Für den Betriebszustand "Durchtreiben" ist durch die erfin­ dungsgemäß nach Anspruch 1 vorgeschlagene Lagerungskonzep­ tion (Fig. 2) erreicht worden, daß die Lager der beiden Ge­ häuselagerungen A′ mit dem Lager (10) und B′ mit dem Lager (11) völlig unbelastet bleiben, da die systembedingten in­ neren Querkräfte F_u′ bzw. F_u in den beiden Ineinander-Lage­ rungen von Antriebs- und Abtriebswelle in den Lagern (12) der Lagerstelle C′ und (13) der Lagerstelle D′, deren Lager stets nur statisch (oder gültig für das Lager (13) nach An­ spruch 2 überhaupt nicht) belastet sind, aufgehoben werden. Die beim Durchtreiben völlig unbelasteten Gehäuselager (10) und (11) stehen somit für die Aufnahme äußerer Axial- und Radialbelastungen auf die beiden außenliegenden Wellenzap­ fen der Antriebs- und der Abtriebswelle voll zur Verfügung.

Zur Ausgestaltung der Erfindung wird nach Anspruch 2 vorge­ schlagen, daß der Lagerabstand d der Lagerstelle A′ mit dem Lager (10) für die Lagerung der Antriebswelle (6) im Gehäu­ se (4 mit 5 und 8) bis zur Lagerstelle C′ mit dem Lager (12), welche eine der beiden Ineinander-Lagerungen der Ab­ triebswelle (2) in der Antriebswelle (6) darstellt, mög­ lichst klein gewählt wird, vorzugsweise gegen 0 gehen soll
(d → 0).

Hierdurch wird erreicht, daß vor allem beim "Sperren" die Lagerungsstabilität der LDS bei Beachtung der auftretenden großen Querkraft

dadurch optimiert wird, daß der Anteil F_C′ der Querkraft F_u, der über die Lagerstel­ le C′ mit dem Lager (12) über den geschlossenen Hohlwellen­ bereich der Antriebswelle (6) zur Lagerstelle A′ mit dem Lager (10) zu übertragen ist, dann praktisch auf einer ge­ meinsamen Wirkungslinie übertragen wird, wenn der Abstand d gegen 0 geht (d → 0). Es kann dann kein Kipp-Moment (Quer- Moment) M = F_C′·d auf die Antriebswelle (6) wirken, wel­ ches ein Stillstands-Verkanten (Ausknicken, Schiefstellen) der Antriebs- und Abtriebswellen gegeneinander und in der Lagerstelle D′ mit dem Lager (13) eine Lagerkraft F_D′ < 0 hervorrufen würde.

Wie beim "Sperren" ist auch beim "Durchtreiben" die er­ reichte stabile Lagerung mit den möglichst großen Lagerab­ ständen f und (g-d) mit (d → 0) bei den auftretenden hohen inneren Querkräften

wichtige Voraussetzung für die einwandfreie Funktion.

Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird nach An­ spruch 3 (Fig. 2) vorgeschlagen, die Ineinander-Lagerung der Antriebswelle (6) am (nach Fig. 2: rechten) stirnsei­ tigen Abschluß ihres geschlitzten Hohlwellenbereiches auf der Abtriebswelle (2) in der Lagerstelle D′ statt über ein Wälzlager (13) vorteilhaft über eine (schmale) Gleitlage­ rung vorzunehmen.

Hierdurch wird axial Platz gewonnen, so daß die LDS schma­ ler konstruiert werden kann. Weiterhin werden die Kosten für das Wälzlager (13), welches konstruktiv bedingt ein Na­ dellager sein würde, eingespart.

Die Gleitlagerung ist statt der Wälzlagerung an der Lager­ stelle D′ möglich wegen des erfindungsgemäßen Vorschlags in Anspruch 2, den Lagerabstand d gegen 0 gehen zu lassen (d → 0), wodurch die Gleitlagerung D′ beim "Sperren" prak­ tisch unbelastet bleibt (F_D′ → 0).

Es besteht somit beim Sperren bei den (kleinen) Schwenkbe­ wegungen der Hebelnabe (1) und damit der Abtriebswelle (2) um den Sperrweg c nicht die Gefahr des ungewollten "Ent­ sperrens von hinten" durch reibschlüssige Mitnahme der An­ triebswelle (6) wegen des bei einer Gleitlagerung zu erwar­ tenden höheren Reibungs-Drehmomentes im Vergleich zur Wälz­ lagerung. Eine reibschlüssige Mitnahme über das Lager (12) der Lagerstelle C′ tritt nicht ein, da ein Wälzlager (vor­ zugsweise ein Nadellager; käfiggeführte Nadeln oder vollna­ delig) vorgesehen wird und da kein Verkanten (Ausknicken, schiefstellen) der Antriebs- und Abtriebswellen mehr ein­ treten kann, wie bereits ausgeführt wurde.

In Anspruch 4 wird auch Schutz begehrt für die Variante an der Lagerstelle C′, statt des oben beschriebenen Wälzlagers (12) ein Gleitlager trotz der zu erwartenden hohen Radial­ kraft F_C′ beim "Sperren" vorzusehen. Voraussetzung hierfür ist, daß eine Art der Gleitlagerung gewählt wird, die bei den kleinen Schwenkbewegungen beim Sperren nur sehr kleine Reibungsdrehmomente aufweist, um ein ungewolltes "Entsper­ ren von hinten" sicher auszuschließen.

• - Zusammenfassend wird festgestellt, daß die erfindungsge­ mäß vorgeschlagene LDS im Vergleich zu den bekannten Aus­ führungen folgende Vorteile aufweist:
  • - Alle Lagerungen der Antriebs- und Abtriebswellen (6 und 2) sind stabil, statisch bestimmt und haben die größt­ möglichen Lagerabstände f und (g-d) mit d → 0.
  • - Die inneren Lagerungen der Antriebs- und der Abtriebs­ welle (6 und 2) sind durch die zweimaligen Ineinander- Lagerungen in C′ und D′ mit größtmöglichem Lagerabstand (g-d), wie auch bei den Lagerstellen A′ und B′ mit dem größtmöglichem Lagerabstand f, so gestaltet und ange­ ordnet, daß die beiden Gehäuselagerungen A′ mit dem La­ ger (10) und B′ mit dem Lager (11) beim "Durchtreiben" durch die systembedingten inneren Querkräfte (innere Radialkräfte) nicht beaufschlagt werden, sondern diese beiden Gehäuselager laufen völlig unbelastet um und stehen somit für die Aufnahme eventueller äußerer Zu­ satzbelastungen auf die außenliegenden Wellenzapfen der Antriebs- und der Abtriebswelle (z. B. äußere Radial- und/oder Axialkräfte) zur Verfügung.
  • - Eine Lagerbelastung durch eine innere Radialkraft F_D′ (innere Querkraft) an der Lagerstelle D′ liegt nicht vor beim Durchtreiben.
    Ein Verkanten (Ausknicken, Schiefstellen) der Antriebs- und Abtriebswellen (6 und 2) gegeneinander kann nicht auftreten.
  • - An der Lagerstelle D′ kann statt einer aufwendigeren Wälzlagerung eine einfache (schmale) Gleitlagerung platzsparend und kostengünstig vorgesehen werden.
  • - Die Gefahr des ungewollten "Entsperrens von hinten" beim "Sperren" besteht nicht, d. h. die Betriebssicher­ heit der LDS als Sicherheitsbauteil ist gewährleistet.
  • - Die LDS nach Fig. 2 und 3 stellt eine ausgewogene Kon­ struktion dar, die sehr einfach und äußerst kompakt aufgebaut ist und die als in sich geschlossene Bauein­ heit selbständig in einem Antriebsstrang oder als An­ bau- oder Einbaueinheit oder kombiniert mit verschiede­ nen Kupplungsbauarten bei hoher Drehmomentenübertrag­ barkeit beim "Sperren" und beim "Durchtreiben" und mit hoher Betriebssicherheit vielfältig einsetzbar ist.

Beschreibung der in Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung nach den Ansprüchen 1 bis 4:

• - Fig. 1: Vorder- und Seitenansicht einer bekannten LDS mit der bisher üblichen und auch heute angewendeten Lage­ rungskonzeption.

Anhand der Fig. 1 wird jetzt die bekannte LDS erläutert, die für den Einsatz bei der Antriebs- und Positionierein­ richtung eines kippbaren Behälters (z. B. einer Gießpfan­ ne) bestimmt ist.

Diese Erläuterung hat auch für den grundsätzlichen Aufbau und die Grundfunktionen Gültigkeit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen und in Fig. 2 und 3 als Ausführungsbei­ spiel dargestellten verbesserten LDS.

Die Hebelnabe (1) ist mit der Abtriebswelle (2) verbun­ den, welche das in beiden Drehrichtungen zu positionie­ rende Stellglied (z. B. den mit der Abtriebswelle gekup­ pelten kippbaren Behälter) darstellt.

Die zylindrische Drehfeder (3) (mit kreisrunden oder an­ deren, z. B. rechteckigen Drahtquerschnitten) mit den beiden nach innen umgebogenen Federenden sitzt unter Vor­ spannung, die wegen des dann erleichterten Durchtreibens möglichst klein sein sollte, in der gehärteten und ge­ schliffenen Zylinderbohrung des Ringes (4). Dieser Ring ist fest mit dem Gehäuse (5) verbunden.

Beim Sperren des auf die Abtriebswelle (2) der LDS wir­ kenden Abtriebsmomentes T_ab wird die Drehfeder (3) durch das Andrücken der Hebelnabe (1) an der Anschlagstelle A - wenn das Abtriebsdrehmoment T_ab rechtsdrehend ist - am beaufschlagten, nach innen umgebogenen Federende zusätz­ lich auseinandergespreizt und gegen Verdrehen im Ring (4) reibschlüssig gesperrt, weil der Reibschluß der unter Vorspannung in der zylindrischen Bohrung sitzenden Dreh­ feder durch das Andrücken enorm verstärkt wird, wobei die Pressung der Federwindungen gegen die Innenfläche der Bohrung vom Federende, welches die Umfangskraft aufnimmt, bis zum anderen, dem freien Federende, abnimmt.

Die Antriebswelle (6) ist im Bereich der beiden nach in­ nen umgebogenen Federenden als geschlitzte Hülse (Hohl­ welle) derart ausgebildet, daß die Drehfeder (3) über die jeweilige Anschlagstelle - Anschlagstelle B, wenn das An­ triebsdrehmoment T_an rechtsdrehend ist - am infragekom­ menden, nach innen umgebogenen Federende entspannt werden kann.

Der Reibschluß wird dadurch gelockert, und die Drehfeder (3) kann bei Überwindung der noch verbleibenden Vorspann­ drehmomente von der Antriebswelle (6) mitgeschleppt, d. h. durchgedreht werden.

Das Antriebsdrehmoment T_an wird in diesem Betriebszustand des Durchtreibens über das jeweils anliegende, nach innen umgebogene Federende von der Antriebswelle (6) zur Ab­ triebswelle (1, 2) unmittelbar formschlüssig über die An­ schlagstelle B übertragen.

Eine LDS der beschriebenen Art kann nur dann zuverlässig arbeiten, wenn für die Spiele (Tangentialspiele, Verdreh­ spiele) folgende, hier vereinfacht wiedergegebene Bedin­ gungen erfüllt sind:

a < b < c.

Nur dann kann beim Sperren das volle Abtriebsdrehmoment T_ab in beiden Drehrichtungen in allen möglichen Betriebs­ zuständen ohne Behinderung durch die Anschlagflächen der geschlitzten Hülse der Antriebswelle (6) abgebremst, also gesperrt werden.

Analog gilt beim Durchtreiben, daß nur dann, wenn die ge­ nannten Bedingungen erfüllt sind, die Drehfeder (3) ein­ wandfrei entsperrt wird, und das Antriebsdrehmoment T_an in beiden Drehrichtungen ohne Behinderung durch die An­ schlagflächen der geschlitzten Hülse der Antriebswelle (6) von der Antriebswelle zur Abtriebswelle (1, 2) über­ tragen werden kann.

Die Spiele sind in Fig. 1, Seitenansicht, eingezeichnet und entstehen, wenn bei leichter Rechtsdrehung der Ab­ triebswelle (1, 2) und der Antriebswelle (6) Berührung an den Anschlagstellen A und B gegen die nach innen umgebo­ genen Federenden der unter Vorspannung in der zylindri­ schen Bohrung des Ringes (4) sitzenden Drehfeder (3) ein­ tritt, bevor eine Drehmomentenübertragung von T_an und/oder T_ab vorliegt.

Das Spiel a muß größer sein als der Verschiebeweg (Sperr­ weg) c, den das belastete Federende an der Anschlagstelle A beim Sperren zum Aufbau der zusätzlichen Reibung zwi­ schen Federwindungen und Bohrung zurücklegt, damit beim Sperren ein gleichzeitiges Entsperren der Drehfeder (un­ gewolltes "Entsperren von hinten") nicht eintreten kann.

• - Fig. 2 und 3: Vorder- und Seitenansicht der nach den An­ sprüchen 1 bis 4 vorgeschlagenen optimierten Lagerungs­ konzeption.

Anhand der Fig. 2 und 3 wird jetzt die ausführliche Be­ schreibung der Fig. 1 ergänzt.

Die obige Beschreibung behält volle Gültigkeit bis auf den Hinweis, daß statt der nach innen umgebogenen Feder­ enden der Drehfeder (3) in vorteilhafter Weise Feder-End­ stücke (7 und 7a) verwendet werden können, die funktions­ mäßig beim Sperren, Entsperren und Durchtreiben im we­ sentlichen den umgebogenen Teilen der beiden Federenden der Drehfeder entsprechen.

Die Endstücke können, um einige Anwendungsbeispiele zu erwähnen, als geschlitzte oder geteilte Klemmstücke aus­ geführt werden, die reibschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem Federdraht verbunden sind.

Die Endstücke können aber auch durch den Federdraht selbst (z. B. auch durch Anstauchen, durch Radialstifte im Federdraht etc.) gebildet werden.

In Fig. 2 und 3 werden die Federstützringe (9) mit der über die ersten "Gewindegän­ ge" axial gespannten, d. h. etwas auseinandergezogenen Drehfeder (3) dargestellt. Das so entstehende Axi­ alspiel S_a gewährleistet, daß sich die Federwindungen nicht mehr gegenseitig berühren können.

Durch alle Verbesserungen konnte die Drehmomentenübertragbarkeit beim "Durchtreiben" (T_an) und beim "Sperren" (T_ab) beträchtlich gesteigert werden. Dieser Steigerung auf den 2- bis 3fachen Wert muß die erfindungsgemäß zu verbessernde Lagerungskonzeption der LDS Rechnung tragen.

In den Lagerstellen A′ mit dem Lager (10) und B′ mit dem Lager (11), die den größtmöglichen Lagerabstand f haben, werden die Antriebswelle (6) und die Abtriebswelle (2) im Gehäuse (4 mit 5 und 8) gelagert.

Die zusätzliche Abstützung der Antriebs- und Abtriebswel­ le erfolgt durch die zweimalige Ineinander-Lagerung in der Lagerstelle C′ mit dem Lager (12) und in der Lager­ stelle D′ mit der in Fig. 2 eingezeichneten schmalen Gleitlagerung der geschlitzten Antriebswelle (6) am rech­ ten stirnseitigen Abschluß ihres geschlitzten Hohlwellen­ bereiches (Hülsenbereiches) mit dem größtmöglichen Lager­ abstand (g-d), wobei d gegen 0 gehen soll (d → 0).

Die axiale Abstützung der beiden Wellen in einer Rich­ tung, hier nach innen, erfolgt über die Kontaktstelle E. Diese einfache Abstützung ist möglich wegen der nur sehr kleinen Schwenkbewegungen der Antriebs- und Abtriebswel­ len gegeneinander.

• - Ergebnis: Die LDS nach Fig. 2 und 3 ist sehr einfach und äußerst kompakt als in sich geschlossenes Maschinenteil oder als Einbau-der Anbaueinheit konstruiert und kann z. B. über eine eingezeichnete Flanschbefestigung univer­ sell befestigt und kombiniert werden. Es sind auch Kombi­ nationen mit verschiedenen Kupplungsarten, wie z. B. Si­ cherheitsrutschkupplungen, möglich.

Die Schmierung kann z. B. als Ölschmierung oder Fett­ schmierung über eine eigene Füllung oder in Kombination mit dem Schmierkreislauf der angeschlossenen Maschine (z. B. Getriebe) erfolgen.

Claims (4)

1. Lastdrehmomentsperre mit einer unter Vorspannung in ei­ ner Bohrung befindlichen Drehfeder, wobei beim Sperren die Einleitung einer Umfangskraft je nach Drehrichtung eines ab­ triebsseitigen Drehmomentes in eines der beiden um­ gebogenen Federenden oder in eines der End­ stücke der beiden Federenden erfolgt, und wobei beim Durchtreiben vom Antrieb zum Abtrieb die Übertragung einer Umfangskraft je nach Drehrichtung eines antriebsseitigen Drehmomentes auf die mit der Abtriebswelle (2) verbundene Hebelnabe (1) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (6) und die Abtriebswelle (2) je eine Lagerstelle (A′ bzw. B′) im Gehäuse (4 mit 5 und 8) mit großem Lagerabstand f der Lagerstellen (A′ und B′) voneinander haben, wobei der Antriebswelle (6) die eine Lagerstelle (A′) mit dem einen Lager (10) und der Abtriebswelle (2) die andere Lagerstelle (B′) mit dem anderen Lager (11) zugeordnet sind, und wobei darüber hinaus die Antriebswelle (6) und die Abtriebswelle (2) zweimalig ineinander in weiteren Lagerstellen (C′ und D′) mit weiteren Lagern (12 und 13) mit großem Lagerabstand g-d gelagert sind.

2. Lastdrehmomentsperre (LDS) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand d, den die eine Lagerstelle (A′) mit dem Lager (10) für die Lagerung der Antriebswelle (6) im Ge­ häuse (4 mit 5 und 8) bis zur weiteren Lagerstelle (C′) hat mit dem Lager (12), welches als Ineinander-Lagerung der Ab­ triebswelle (2) in der Antriebswelle (6) vorliegt, mög­ lichst klein ist und vorzugsweise gegen 0 geht (d → 0).

3. Lastdrehmomentsperre (LDS) nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ineinander-Lagerung der geschlitzten Antriebs­ welle (6) auf der Abtriebswelle (2) in der weiteren Lager­ stelle (D′) statt über eine Wälzlagerung (13) über eine Gleitlagerung erfolgt.

4. Lastdrehmomentsperre (LDS) nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ineinander-Lagerung der Abtriebswelle (2) in der Antriebswelle (6) in der weiteren Lagerstelle (C′) statt über eine Wälzlagerung (12) über eine Gleitlagerung erfolgt.