Reibungsgesperre. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Reibungsgesperre mit einem Aussen ring und einem Nabenstück und mit zwi schen diesen Teilen angeordneten Sperr- elementen.
Es sind Reibungsgesperre dieser Art be kannt, bei denen als Sperrelement Kugeln, Rollen oder Walzen dienen, welche sich einerseits gegen die zylindrisch gestaltete Innenwand des Aussenringes und anderseits gegen am Nabenstück angeordnete Schräg flächen stützen.
Derartige Kugel-, Rollen- und Walzen- gesperre arbeiten, zum Beispiel bei ihrer Verwendung als Schaltwerk, auch im Ölbad bei richtiger Konstruktion sehr exakt, indem sie absolut gleichmässige Schaltvorschübe gewährleisten, haben aber den Nachteil, dass sie im Verhältnis zu ihrer Grösse nur kleine Drehmomente zu übertragen bezw. aufzu nehmen vermögen.
Dieser Nachteil ist bei den mit soge nannten Reibsegmenten ausgerüsteten Ge sperren behoben. Im Gegensatz zu den Kugel-, Rollen- und Walzengesperren stehen bei den mit Reibsegmenten ausgerüsteten Ge sperren für den Kraftfluss zwischen den Sperrelementen und dem Aussenring bezw. dem Nabenstück nicht nur Stützpunkte bezw. Stützlinien, sondern eigentliche Stützflächen zur Verfügung, so dass die-spezifischen Flä chenpressungen an den Berührungsstellen dieser Teile weit unter denjenigen bei Kugel-, Rollen- oder Walzengesperren bleiben. Diese geringe spezifische Flächenpressung an den Kontaktstellen führt jedoch bei der Ver wendung des Gesperres als Schaltwerk zu einer. bedeutenden Nachteil.
Da es sich bei derartigen als Schaltwerke dienenden Ge- sperren. iun sehr präzise und. entsprechend empfindliche Elemente handelt, müssen sie zur Verminderung des Verschleisses im Ölbad laufen. Vielfach ist auch der Zutritt von Schmieröl zu dem Gesperre gar nicht zu ver meiden, namentlich dort, wo diese in Ge triebekästen usw. von Maschinen eingebaut sind.
Während bei Kugel-, Rollen- und Wal zengesperren zu Anfang des Schalthubes, das heisst beim Belastungsbeginn jegliches <B>01</B> zufolge der sehr hohen spezifischen Pressungen an den Kontaktstellen sofort herausgepresst wird, verbleiben bei den mit Reibsegmenten ausgerüsteten Gesperren vielfach noch Ölreste zwischen den Reibungs flächen haften, so dass diese nicht sofort fas sen, woraus sich dann die bekannten ungleich mässigen Schaltvorschübe ergeben.
Ein weiterer erheblicher Nachteil der letztgenannten Gesperre ist sodann in dem Umstand zu erblicken, dass in den Gelenken der Reibsegmente immer ein gewisses Spiel vorhanden ist, das die Ungleichmässigkeit der Schalthübe weiter begünstigt.
Alle diese den erwähnten bekannten Ge sperren anhaftenden Nachteile sollen nun durch die Erfindung beseitigt werden. Zu diesem Zwecke ist bei dem erfindungs gemässen Reibungsgesperre mindestens der eine dieser Teile: Aussenring oder Naben stück, mit einer Keilringnut ausgerüstet, und sind als Sperrelemente Wälzkörper verwen det, die an den mit der Keilringnut in Be rührung stehenden Stellen eine konvex ge wölbte Oberfläche besitzen.
In der Zeichnung sind fünf beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegen standes dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 einen Achsialschnitt des ersten Ausführungsbeispiels nach der Linie I-I in Fig. 2, Fig. 2 einen quer zur Achsenrichtung verlaufenden Schnitt des Beispiels nach Fig. 1, Fig. 3 ein aus Fig. 2 ersichtliches Detail, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel nach der Linie V--V in Fig. 6, Fig. 6 einen quer zur Achsenrichtung verlaufenden Schnitt des Beispiels nach Fig. 5, Fig. 7 einen Teilschnitt des dritten Aus führungsbeispiels, Fig. 8 einen Teilschnitt des vierten Aus führungsbeispiels und Fig. 9 einen Teilschnitt des fünften Aus führungsbeispiels.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 4 bezeichnet 1 den Aussenring und 2 das Nabenstück des Gesperres. Der Aussenring 1 ist mit einer Keilringnut 3 ausgerüstet, wäh rend das Nabenstück 2 in bekannter Weise mit zu den Tangentialebenen geneigten Auf laufflächen 4 versehen ist. Mit 5- sind die zwischen den Teilen 1 und 2 angeordneten Wälzkörper bezeichnet. Diese sind als Wal zen ausgebildet, je deren zylindrischer Teil sich gegen eine Auflauffläche 4 des Naben stückes stützt, während die mit den Flächen der Keilringnut 3 in Berührung stehenden Stirnseiten der Walzen 5 kugelig gewölbt sind.
Die Zentren O der Wölbungsradien r jeder Walze liegen dabei auf der Walzenrota tionsachse X-X, jedoch auf der der betref fenden Stirnfläche entgegengesetzten Seite des Walzenschwerpunktes S.
Mit 6 ist ein aus einer um das Naben stück 2 geschlungenen Bandfeder gebildeter Wälzkörperkäfig bezeichnet (in Fig. 3 und 4 i ab-ewiekelt dar( (-stellt), aus welcher Finger 7 ausgestanzt und hochgebogen sind, so dass sie in montierter Lage leicht gegen die Wal zen drücken und diese dadurch mit entspre chender Pressung an der Keilringnute des Aussenringes und den Schrägflächen des Nabenstückes zur Anlage bringen. In den Federfingern 7 sind Ausnehmungen 8 aus gestanzt, durch welche bei montierter Band feder die Auflaufflächen 4 hindurchtreten.
Zu beiden Seiten der Walzen 5 ist je eine Scheibe 9 angeordnet, welche die äussern Ränder des Käfigs umschliessen und diese dadurch festhalten. Zur weiteren Arretierung des Käfigs 6 ist sodann ein im Nabenstück ' verankerter Stift 10 vorgesehen. Durch die aufgbogenen Federfinger 7 einerseits und in Rinnen des Nabenstückes 2 liegende Fe derringe 11 anderseits sind die Scheiben 9 gegen eine achsiale Verschiebung gesichert und dienen in dieser Lage zur Begrenzung des achsialen Spiels zwischen dem Naben stück 2 und den Walzen 5 bezw. dem Aussen- rin- 1.
In Fig. l und<B>2</B> ist der Aussenring 1 als treibender Teil gedacht bezw. ausgebildet. Beim Bewegen desselben in Richtung des in Fig. 2 eingezeichneten Pfeils A werden die Walzen 5 durch Auflaufen auf den Auflauf flächen 4 in die Keilringnut 3 hinein gedrückt, wobei sie sich (Selbsthemmung des Gesperres vorausgesetzt) verklemmen und das auf den Aussenring 1 einwirkende Dreh moment auf das Nabenstück 2 übertragen. Beim Bewegen des Aussenringes in, zum Pfeil A entgegengesetzter Richtung wird die Verklemmung der Walzen wieder gelöst; der Aussenring lässt sich frei drehen, während das, Nabenstück in Ruhe verbleibt.
Die Belastbarkeit bezw. das! zulässige Drehmoment des Gesperres berechnet sich nach der Formel: M,1 = kc. (2.r)=.2 . .z.R, Hierin bedeuten: t11,1 - das Drehmoment in cmkg, ke = eine Konstante, .abhängig von der Beschaffenheit der Druckstellen, in kg, r = der Wölbungsradius der Walzen stirnseiten rin cm, z - die Anzahl der Walzen, R = der Radius des Walzenteilkreises in cm, ,a = der Reibungskoeffizient zwischen den Walzenstirnflächen und der Keilringnute.
Aus der vorstehenden Formel erhellt, dass das beschriebene Gesperre erheblich stärker belastbar ist als zum Beispiel ein gleich grosses gewöhnliches Kugel- oder Walzengesperre, das heisst ein solches, mit zylindrischem Aussenring, bei welchem der Faktor 2 (vor ,u) ausfällt, da bei zylindrischer Gestaltung des Aussenringes der üblichen Kugel, oder Wal- zengesperre im Gegensatz zu den zwei Kon taktstellen bei dem vorstehend beschriebenen Gesperre nur eine einzige Kontaktstelle zwi schen jeder Kugel bezw. Walze und dem Aussenring vorhanden ist.
Sodann entspricht beim Kugelgesperre der Radius r dem halben Kugeldurchmesser, wogegen bei dem vorbe schriebenen Gesperre der Wölbungsradius r erheblich grösser ist als: die halbe Walzen länge. Diese Differenz wird noch bedeutend erhöht durch die- aus der Formel ersichtliche quadratische Funktion des Radius r.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 6 bezeichnet wieder: 1 den Aussenring, 2 das Nabenstück, 5 die Walzen, 6 den Käfig mit den Fingern 7, 9 die Distanzierungs- ; scheiben, 10 den Feder-Arretierungestift und 11 die Federringe des Gesperres. Im Gegen satz zu dem vorbesprochenen Beispiel ist hier das Nabenstück 2 als treibender Teil! gedacht und mit der Keilringnut 3, versehen, während, die Auflaufflächen 4 am Aussenring 1 an geordnet sind und auch der Käfig 6 am Aussenring befestigt ist.
Insbesondere bei der Verwendung des Ge- sperres als Schaltwerk ist es: zweckmässig,, den oszillierenden Teil mit der Keilringnute auszurüsten. Würde man dementgegen den oszillierenden Teil mit den Auflaufflächen versehen, so werden. die Walzen ständig hin und her pendeln, woraus sich infolge der Massenträgheit der Walzen uriexakte bezw. ungleichmässige Schalthübe ergeben könnten.
Im Beispiel nach Fig. 7 bezeichnet wie bei Fig. 1 und 2 wieder: 1 den Aussenring, 2 das Nabenstück mit den Auflaufflächen 4, 5, die Walzen, 6 den Käfig, 9 die Distanzie rungsscheiben und 11 die Federringe. Hier bei weist das Gesperre nach Art von soge nannten Doppelkugellagern zwei Walzen reihen auf. Dementsprechend sind auch die Keilringnuten und die Auflaufflächen je doppelt angeordnet. Statt der aus Fig. 7 er sichtlichen zwei Walzenreihen können aber auch drei oder noch mehr Reihen von Wal zen im gleichen Gesperre nebeneinander an geordnet sein, um besonders hohen Ansprü chen bezüglich der Belastbarkeit gerecht zu werden.
Bei den Beispielen nach Fig. 8 und 9 be deutet wieder: 1 den Aussenring mit der Keil ringnut 3, 2 das Nabenstück mit den Auf laufflächen 4, 5 die Walzen, 9 die Distanzie- rungsscheiben und 11 die Federringe.
Bei dem Beispiel nach Fig. 8 liegen die Zentren 0 .der Wölbungsradien r der Walzen- Stirnseiten gleich wie bei den vorbeschrie benen Beispielen auf der Walzenrotations achse X-X, jedoch nicht nur auf der der betreffenden Stirnfläche entgegengesetzten Seite des Walzenschwerpunktes S, sondern auch ausserhalb der Walze selbst. Die aus Fig. 8 ersichtliche Walze besitzt eine Be- lastungSfähigkeit, die derjenigen der strich punktiert eingezeichneten Kugeln entspricht, jedoch in den Abmessungen ungleich kleiner ist.
Im Vergleich mit einem gewöhnlichen Kugelgesperre gleicher Grösse besitzt das Ge- sperre nach Fig. 8 eine etwa zehnmal grössere Tragfähigkeit.
Noch günstiger liegen die Verhältnisse beim Beispiel nach Fig. 9, bei welchem die Zentren 0 der Wölbungsradien r ausserhalb der Walzenrotationsachse X-X liegen, so mit der Wölbungsradius noch grösser wie nach Fig. 8 ausfällt. Die Walzenstirnseiten erhalten dabei die Form von stumpfen Ke geln mit Mantelprofilen, die Bogenaus schnitte der strichpunktiert eiergezeichneten Kreise bilden.
Die Wälzkörper können auch aus Kugeln bestehen.
Friction lock. The present invention relates to a friction lock with an outer ring and a hub piece and with locking elements arranged between these parts.
There are friction locks of this type be known in which balls, rollers or rollers are used as the locking element, which are supported on the one hand against the cylindrical inner wall of the outer ring and on the other hand against inclined surfaces arranged on the hub piece.
Such ball, roller and roller locks work very precisely, for example when used as a switchgear, even in an oil bath if they are correctly constructed, in that they guarantee absolutely uniform switching feeds, but have the disadvantage that they are only small in relation to their size To transmit torques respectively. able to absorb.
This disadvantage is remedied in the Ge locks equipped with so-called friction segments. In contrast to the ball, roller and roller locks, the Ge equipped with friction segments locks for the flow of force between the locking elements and the outer ring respectively. the hub piece not only bases respectively. Support lines, but actual support surfaces are available, so that the specific surface pressures at the points of contact between these parts remain far below those of ball, roller or roller locks. However, this low specific surface pressure at the contact points leads to a switching mechanism when using the locking mechanism. significant disadvantage.
Since there are locks used as switching mechanisms. iun very precise and. If sensitive elements are involved, they must run in an oil bath to reduce wear. In many cases, the access of lubricating oil to the locking mechanism cannot be avoided at all, especially where it is installed in gear boxes, etc. of machines.
While with ball, roller and roller locks at the beginning of the switching stroke, i.e. at the beginning of the load, any <B> 01 </B> is pressed out immediately due to the very high specific pressures at the contact points, locks equipped with friction segments often still remain Oil residues stick between the friction surfaces, so that they do not seize immediately, which then results in the familiar, uneven switching speeds.
Another significant disadvantage of the last-mentioned locking mechanism can be seen in the fact that there is always a certain amount of play in the joints of the friction segments, which further promotes the unevenness of the shift strokes.
All these disadvantages associated with the known Ge locks are now intended to be eliminated by the invention. For this purpose, at least one of these parts: outer ring or hub piece, equipped with a wedge ring groove, and rolling elements are used as locking elements, which have a convex surface at the points in contact with the wedge ring groove .
In the drawing, five exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown, namely: FIG. 1 shows an axial section of the first embodiment along line II in FIG. 2, FIG. 2 shows a section of the example according to FIG. 1, FIG 3 shows a detail that can be seen in FIG. 2, FIG. 4 shows a section along line IV-IV in FIG. 3, FIG. 5 shows a section through the second exemplary embodiment along line V-V in FIGS. 6, 6 a cross section of the example according to FIG. 5, FIG. 7 a partial section of the third exemplary embodiment, FIG. 8 a partial section of the fourth exemplary embodiment and FIG. 9 a partial section of the fifth exemplary embodiment.
In the embodiment according to FIGS. 1 to 4, 1 designates the outer ring and 2 the hub piece of the locking mechanism. The outer ring 1 is equipped with a wedge ring groove 3, while the hub piece 2 rend is provided in a known manner with treads 4 inclined to the tangential planes. The rolling elements arranged between parts 1 and 2 are denoted by 5-. These are designed as Wal zen, each whose cylindrical part is supported against a run-up surface 4 of the hub piece, while the end faces of the rollers 5 which are in contact with the surfaces of the wedge ring groove 3 are curved.
The centers O of the radii of curvature r of each roller lie on the roller rotation axis X-X, but on the side of the roller center of gravity S opposite the end face in question.
With a 6 formed from a coil spring looped around the hub piece 2 roller body cage is referred to (in Fig. 3 and 4 i ab-ewiekelt represents ((poses)) from which fingers 7 are punched out and bent up so that they are easy in the assembled position Press against the rollers and thereby bring them into contact with the corresponding pressure on the wedge ring groove of the outer ring and the inclined surfaces of the hub piece. Recesses 8 are punched in the spring fingers 7 through which the run-up surfaces 4 pass when the belt spring is mounted.
A disk 9 is arranged on both sides of the rollers 5, which surround the outer edges of the cage and thereby hold them in place. For further locking of the cage 6, a pin 10 anchored in the hub piece is then provided. By the bent spring fingers 7 on the one hand and lying in grooves of the hub piece 2 Fe derringe 11 on the other hand, the discs 9 are secured against axial displacement and serve in this position to limit the axial play between the hub piece 2 and the rollers 5 respectively. the outside- 1.
In Fig. 1 and <B> 2 </B> the outer ring 1 is intended as a driving part or. educated. When moving the same in the direction of the arrow A shown in Fig. 2, the rollers 5 are pressed by running on the run-up surfaces 4 into the wedge ring groove 3, whereby they jam (self-locking of the locking mechanism provided) and the torque acting on the outer ring 1 transferred to the hub piece 2. When moving the outer ring in the opposite direction to arrow A, the jamming of the rollers is released again; the outer ring can be turned freely while the hub piece remains at rest.
The resilience respectively. the! permissible torque of the locking mechanism is calculated according to the formula: M, 1 = kc. (2.r) =. 2. .zR, Herein mean: t11,1 - the torque in cmkg, ke = a constant, .depending on the nature of the pressure points, in kg, r = the radius of curvature of the rollers front sides rin cm, z - the number of rollers, R = the radius of the roll pitch circle in cm,, a = the coefficient of friction between the roll face and the wedge ring groove.
From the above formula it is clear that the described locking mechanism is considerably more resilient than, for example, an ordinary ball or roller locking mechanism of the same size, i.e. one with a cylindrical outer ring, in which the factor 2 (before, u) fails, since with a cylindrical one Design of the outer ring of the usual ball, or roller lock, in contrast to the two contact points in the lock described above, only a single contact point between each ball respectively. Roller and the outer ring is present.
Then, in the case of the ball lock, the radius r corresponds to half the ball diameter, whereas in the case of the lock described above, the radius of curvature r is considerably greater than: half the length of the roller. This difference is significantly increased by the quadratic function of the radius r as shown in the formula.
In the embodiment according to FIGS. 5 and 6 again denotes: 1 the outer ring, 2 the hub piece, 5 the rollers, 6 the cage with the fingers 7, 9 the spacing; washers, 10 the spring locking pin and 11 the locking washers. In contrast to the example discussed above, the hub piece 2 is the driving part! thought and provided with the wedge ring groove 3, while the ramp surfaces 4 are arranged on the outer ring 1 and the cage 6 is attached to the outer ring.
In particular when using the lock as a switching mechanism, it is: advisable to equip the oscillating part with the wedge ring groove. If, on the other hand, the oscillating part were provided with the ramp surfaces, then. the rollers constantly oscillate back and forth, which results in uriexakte BEZW due to the inertia of the rollers. could result in uneven switching strokes.
In the example according to FIG. 7, as in FIGS. 1 and 2, again denotes: 1 the outer ring, 2 the hub piece with the ramp surfaces 4, 5, the rollers, 6 the cage, 9 the spacer washers and 11 the spring washers. Here at the locking mechanism in the manner of so-called double ball bearings has two rows of rollers. Accordingly, the wedge ring grooves and the ramp surfaces are each arranged twice. Instead of the two rows of rollers visible in FIG. 7, three or more rows of rollers in the same locking mechanism can be arranged next to one another in order to meet particularly high demands in terms of load capacity.
In the examples according to FIGS. 8 and 9 again mean: 1 the outer ring with the wedge ring groove 3, 2 the hub piece with the running surfaces 4, 5 the rollers, 9 the spacer washers and 11 the spring washers.
In the example according to FIG. 8, the centers 0 of the radii of curvature r of the roller end faces are the same as in the above-described examples on the roller rotation axis XX, but not only on the side of the roller center of gravity S opposite the relevant end face, but also outside the The roller itself. The roller shown in FIG. 8 has a loading capacity which corresponds to that of the balls drawn in dashed and dotted lines, but which is much smaller in size.
In comparison with an ordinary ball lock of the same size, the lock according to FIG. 8 has an approximately ten times greater load capacity.
The conditions in the example according to FIG. 9 are even more favorable, in which the centers 0 of the radii of curvature r lie outside the roller rotation axis X-X, so the radius of curvature is even greater than that of FIG. The end faces of the rollers are given the shape of obtuse cones with jacket profiles that form the arcuate sections of the circles drawn in dot-dash lines.
The rolling elements can also consist of balls.