DE2238632C2 - Schlingbandfederkupplung mit Rücklaufsperre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schlingband-Federkupplung mit Rücklaufsperre, und zwar eine formschlüssige Mitnehmerkupplung mit einer Rücklaufsperre für beide Drehrichtungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches. Eine derartige Schlingband-Federkupplung ist Gegenstand der DE-OS 20 64 515. Ähnliche Schlingband-Federkupplungen sind durch die US-Patentschrif- so ten 35 39 041 und 24 21814 bekanntgeworden. Stets läßt die Schlingbandfeder in beiden Drehrichtungen lediglich ein positives Drehmoment ungebremst passieren und bewirkt bei negativem Drehmoment ein Festhalten der Ausgangswelle am feststehenden Gehäuse. Da für beide Drehrichtungen nur eine getriebene und eine treibende Kupplungshälfte zur Verfügung stehen, kann die Schlingbandfeder im entsperrten Zustand an dem feststehenden Gehäuse- bzw. Bremsteil schleifen, wodurch Erschütterungen und eine zu große Warmeentwiekking möglich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schleifen der Schlingbandfeder in beiden Drehrichtnngen der Kupplung zu vermeiden. Die Lösung dieser Aufgabe besteht aus den kennzeichnenden Merkmalen tn des Patentanspruches. Indem erfindungsgemäß für jede Drehrichuing jeweils eine eigene !reihende Kupplungshalfte vorgesehen ist. ist die Möglichkeit geschaffen worden, auf die Enden der Schlingbandfeder bei jeder Drehrichtung der Kupplung entgegenwirkende Drehmomente anzulegen, die mit Sicherheit ein Abheben der mit der getriebenen Kupplungshalfte rotierenden Feder von dem feststehenden Gehäuse- bzw. Bremsteil bewirken. Die entgegenwirkende Drehmomente werden dadurch erzeugt, daß dei beiden Federenden von Anschlagvorsprüngen beaufschlagt werden, die jeweils einer der beiden treibenden Kupplungshälften zugeordnet sind, die ihrerseits in unmittelbarer Antriebsverbindung mit jeweils einer hydrostatischen Verdränger-Einheit stehen. Eine der beiden hydrostatischen Verd;-änger-Einheiten wirkt jeweils in Abhängigkeit von der eingestellten Drehrichtung als Hydromotor, während der andere Verdränger unter Vermittlung der dabei ürehmomentübertragenden Schlingbandfeder als Pumpe angetrieben wird und somit ein Bremsmoment erzeugt, das dem Antriebs-Drehmoment entgegenwirkt Hierdurch wird bei positiver Drehmomentübertragung die Schlingbandfeder durch eine Änderung ihres Durchmesser entsperrt und berührungslos gemacht Beim Abschalten des Antriebsdruckes legt sich die Schlingbandfeder wie bekannt an das feststehende Gehäuse- bzw. Bremsteil an und verhindert über ihren Formschluß mit der getriebenen Kupplungshälfte die Drehung des Ausgangsgliedes in beiden Drehrichtungen.

Zum Wechsel der Drehrichtung der erfindungsgemäßen Schlingband-Federkupplung ist steuerungsseitig selbstverständlich ein Ventil vorgesehen, um eine Druckflüssigkeitswelle entweder mit der einen oder der anderen hydrostatischen Verdränger- Einheit zu verbinden und die jeweils andere Verdränger-Einheit als Pumpe wirken zu lassen. Dies ist zum hydraulischen Antrieb von Getrieben zu einem anderen Zweck an sich bekannt (US-PS 31 66 952).

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einer Schlingband-Federkupplung gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fi g. 1 einen Kugel-Schraubenspindc-I-Stellmotor teilweise in Ansicht und teilweise im Schnitt,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Steuervorrichtung für die hydrostatischen Verdränger-Einheiten bzw. Hydromotoren,

Fig.3 eine Schnittdarstellung zur Hälfte durch die Kupplungshälften im Bereich der Schlingbandfeder,

F i g. 4 einen schematischen Querschnitt zur Darstellung der Anordnung in einer Betriebsstellung,

F i g. 5 eine F i g. 4 entsprechende Darstellung in einer anderen Betriebsstellung,

F i g. 6 eine F i g. 4 entsprechende Darstellung für eine weitere Betriebsstellung, und

F i g. 7 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Kupplung mit feststehender Außentrommel.

Der in F i g. 1 dargestellte Kugel-Schraubenspindelstellmotor 10 hat eine Spindelmutter 12 als Ausgangsglied und eine Teleskopschraubenspindel 14, die sich bei einer Rotation der Spindelmutter 12 infolge der Führung durch die Kugeln 16 in den Nuten 18 der Schraubenspindel aus der Mutter heraus oder in dieselbe hinein bewegt. Am Ende 20 der Schraubenspindel 14 ist eine Last angesenlossen, und am anderen Knde 22 ist ein Gehäuse 17 festgelegt. Die Spindelmuttcr 12 wird durch ein Zahnrad 24 von einem llydromtor 26 oder durch ein Zahnrad 28 durch einen Hydromotor 30 als hydrostatische Vcrdrängungs-Iüinheiten angetrieben. Die Zahnräder 24 und 28 sind mit Verzahnungen 32 und

34 itn Eingriff, die legion, aber eine Vielnut-Verzahnung 98 (Fig,3) mit der Schraubenspindel 12 in Wirkverbindung stehen. Auf diese Weise wird durch die Rotation des Zahnrades 24 die Spindelmutter 12 zur geradlinigen Bewegung der Schraubenspindel 14 in einer axialen Richtung angetrieben. Während dieser Betriebsweise treibt die Verzahnung 34 das Zahnrad 28 des Hydromotors 30 an, wobei dieser als Pumpe wirkt. Falls der Hydromotor 30 das Zahnrad 28 zur Rotation der Spindelmutter 12 in entgegengesetzter Richtung antreibt, so wird die Schraubenspindel 14 geradlinig in entgegengesetzter Richtung bewegt Während dieser Betriebsweise treibt die Verzahnung 32 das Zahnrad 24 an, das seinerseits den Hydromotor 26 antreibt, wobei dieser als Pumpe wirkt. Der jeweils als Pumpe wirkende Hydromotor belastet die Schlingbandfeder 60 und vernichtet somit jede unerwünschte Wärmeenergie.

Die Betriebsweise einer Schlingband-Federkupplung gemäß der Erfindung wird zunächst anhand der Steuerung nach Fig.2 erläutert Hierin ist ein Schieberventil 38 dargestellt das über eine Leitung 40 Druckflüssigkeit z.B. mit einem Druck von 210bar erhält die über das Schieberventil 38 den Hydromotoren 26 bzw. 30 wechselweise zugeleitet werden kann. Das Schieberventil ist an eine Betätigungsvorrichtung angeschlossen, die im Ausführungsbeispiel aus einem doppelarmigen Hebel 42 besteht Bei einer Verstellung dieses Hebels werden die Steuerbunde 44 und 46 des Schieberventils 38 zur Freigabe der öffnungen 48 bzw. 50 eingestellt um die Druckflüssigkeit aus der Leitung 40 über die Leitung 52 zum Hydromotor 30 oder über die Leitung 44 zum Hydromotor 26 zu leiten. Falls der Motor 30 an die Zufuhrleitung 40 angeschlossen ist (Einstellung des Schieberventils 38 nach links), ist die öffnung 50 sowie eine Abflußleitung 56 frei, um die Druckseite des Hydromotors 26 zu entlasten.

Während dieser Betriebsweise ist der Hydromotor 26 als Pumpe geschaltet, indem er über die Leitung 54 unter Abflußdruck stehende Flüssigkeit ansaugt und diese Flüssigkeit unter Druckerhöhung in eine weitere Abflußleitung 58 fördert, wodurch die Schlingbandfeder im Sinne einer Endsperrung belastet wird, wie noch zu erläutern ist. Während der anderen Betriebsweise, in der der Hydromotor 26 die Last antreibt, wirkt der Hydromotor 30 als Pumpe. Für diese Betriebsweise muß der Hebel 42 das Schieberventil 38 nach rechts verstellen, so daß der Steuerbund 44 die Öffnung 48 freigibt, um die mit der Einlaßseite des Motors 30 verbundene Leitung 52 an die Abflußleitung 43 anzuschließen. Dabei gelangt die durch die Leitung 40 zufließende Druckflüssigkeit Ober die Öffnung 50 in die Leitung 54 und dient zum Antrieb des Hydromotors 26 im Gegenuhrzeigersinn. Infolgedessen wird die Spindelmutter 12 in Drehbewegung versetzt, wobei die mitdrehende Verzahnung 34 das Zahnrad 28 und den Hydromotor 30 als. Pumpe antreibt. Diese Pumpe fördert nun die Abflußströmung aus der Abflußleitung 58 durch die Leitung 52 und die Öffnung 48 zu der Abflußleitung 43, um die Schlingbandfeder in ähnlicher Weise wie beschrieben zur Freigabe zu belasten. Die beiden Hydromotoren 26 und 30 sind entsprechend ihrer Beanspruchung dimensioniert und müssen nicht die gleichen Abmessungen besitzen. In gleicher Weise werden die Drücke geregelt, um mit der Dimensionierung der beiden Motoren in Flinklang zu sein. Die Steuerbundc 44 und 46 sind gegenüber ilen Öffnungen 48 und 50 derart bemessen, daß bei einer fluchtenden. Lage der Öffnungen und der Hunde eine gewisse Strömung in Richtung zu den beiden Hydromptoren 30 und 26 aufrechterhalten wird, damit beide Motoren die Schlingbandfeder vorbelasten. Zur Sicherstellung dieser neutralen Stellung während des normalen Dauerbetriebes ist eine Art Rückführung über ein Zahnrad 27 vorgesehen, das die Stellung der Spindelmutter 12 auf den Hebel 42 überträgt Wenn beispielsweise der in F ί g, 2 am unteren Ende des Hebels 42 angreifende Pfeil das Eingangssignal zur Betätigung des Steuerventils 38 repräsentiert so ist mit dem am oberen Ende des Hebels 42 angreifenden Pfeil das Rückführungssignal angegeben.

Aus der vorhergehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Zuführung der Druckflüssigkeit zu dem einen oder anderen Hydromotor bzw. zu der einen oder anderen hydrostatischen Verdränger-Einheit die Schraubenspindel 14 verstellt wird, und daß die mit der Steuervorrichtung verbundene Rückführungsverbindung zur Wiederherstellung des Schieberventils in die neutrale Stellung dient in der immer eine genügende Strömung ze den Hydromotoren aufrechterhalten wird, um die als Rücklauf-Sperrfeder dienf^Je Schiingbandfeder vorzubeiasten. Die Bewegungsge'-chwindigkeit der Schraubenspindel hängt natürlich von der Größen-Ordnung der Strömung zu dem antreibenden Motor ab. Bei bestimmten Anwendungen kann es wünschenswert sein, diev. Bewegungsgeschwindigkeit zu regeln, was z. B. durch ein Mengenregelventil, durch Öffnungen in der Motor-Zufuhrleitung, oder durch einen an den Hebel 42 angeschlossenen Bremszylinder oder dergleichen erreicht werden kann.

Die Wirkungsweise der Schlingbandfeder 60 wird nun anhand der Fi g. 3,4,5 und 6 beschrieben. In F i g. 3 sind die Schlingbandfeder 60 und die Antriebszahnräder 32 und 34 deutlicher dargestellt Die Schlingbandfeder 60 ist schraubenförmig um die Bremsfläche 62 des feststehenden trommelartigen Gehäuse 17 gewickelt und hat an jedem Ende 63 bzw. 64 Vielnutverzahnungen 68 bzw. 70. Die Schlingbandfeder ist aus einem geeigneten Material hergestellt, deren Windungen einen rechteckigen Querschnitt haben, um die Belastungen durch Querschnittsveränderungen wirkungsvoll zu absorbieren. Die Vielnutverzahnungen 68 und 70 an den Federenden 63 und 64 stellen Anschlagsvorsprünge dar, so daß die Federenden für jede Drehrichtung dadurch zusammenwirken, daß die Vielnutverzahnungen 68, 70 mit entsprechenden Vielnutverzahnungeii 72 und 74 einer Antriebshülse 76 im Eingriff sind, die als getriebene Kupplungshälfte anzusehen ist. Das Zahnrad 80 mit der Verzahnung 32 und der hülsenförmigen Verlängerung 82 stellt eine von zwei treibenden Kupplungshälften dar, die durch einen Ring 88 gegen axiale Bewegungen geuichtert ist. Das Zahnrad 90 mit der Verzahnung 34, die mit dem Antriebszahnrad 28 im Eingriff ist, stellt die andere treibende Kupplungshälfte für eine andere Drehrichtung dar und steht über die innenseitige Vielnutverzahnung 92 mit der äußeren Vielnutverzahnung 94 der getriebenen Aniriebshülse 76 im Eingriff. In gleicher Weise steht das Zahnrad 80 über die innenseitige Vielnutverzahnung 81 mit der äußeren Vielnutverzahnung bi der AntriebshUlse 76 im Eingriff. Diese Yielnulverzahnungen stellen Mitnehmer dar, über die die jeweils für die nicht betriebene Drehrichtung vorgesehene Kupplungshälfte 76 verbunden ist.

<" Durch einen Schlitz 97 in der getriebenen Antriebshülse 76 n'i't ein Anschlußvorsprung 96 des Zahmidcs bzw. der treibenden Kupplungshälfte 90 nach innen und ist im Eingriff mit der Viclnutver/.ahnung 68 des

Federendes 63. Ein ähnlicher Anschlagvorsprung 91 erstreckt sich durch einen Schlitz 93 der getriebenen Antreibshülse 76 und ist in ähnlicher Weise im Eingriff mit der Vielnutverzahnung 74 des Federendes 64. Die Anschlagvorsprünge % und 91 haben gegenüber den ί ihnen zugeordneten Federenden ein Umfangsspiel, wenn die Schlingbandfeder 60 zur Rücklaufsperre an der Oberfläche 62 des feststehenden Gehäuse- bzw. Bremsteils 17 anliegt (Fig.6). Während des normalen Betriebes wird die Schlingbandfeder 60 durch die m (reibenden Kupplungshälften 90 und 80 vorbelastet, so daß sie nicht im Eingriff mit der Bremsfläche 62 ist, womit die von der getriebenen Kupplungshälfte in Gestalt der Antriebshülse 76 über die Vielnutverzahnung 98 angetriebene Spindelmutter 12 frei drehen r» kann. Die Spindelmutter 12 ist mittels Kugellager 100 in dem trommelartigen Gehäuse 17 gelagert. Die Lagerstelle ist über Dichtungsringe 102 und 104 abgedichtet. Durch die Rotation der treibenden Kupplungshälfte 80 vom Hydromotor 26 über das Zahnrad 24 aus wird :n die getriebene Kupplungshälfte 76 in Drehrichtung versetzt, und dementsprechend dreht die Spindelmutter 12 in der vorgegebenen Richtung, um die Schraubenspindel 14 auszufahren. Durch die Rotation der treibenden Kupplungshälfte 76 wird das Zahnrad 28 r. über die Vielnutverzahnungen 94 und 92 und die andere treibende Kupplungshälfte 90 angetrieben, so daß der Hydraulikmotor 30 als Pumpe arbeitet. Durch die Belastung der treibenden Kupplungshälften 80 und 90 wird die Schlingbandfeder 60 mittels der Anschlagvor- m Sprünge % und 91. die in die Vielnutverzahnungen 68 und 74 eingreifen, von der Bremsfläche 62 abgehoben.

Diese Vorbelastung der Schlingbandfeder 60 kann am besten anhand der F i g. 4. 5 und 6 erläutert werden. In F i g. 4 sind die Hydraulikmotore und die Schlingbandfe- Ji der während der normalen Wirkungsweise dargestellt. Die Zahnräder 24 und 28 werden durch die Hydraulikmotore 26 und 30 angetrieben und belasten die Schlingbandfeder 60 im Sinne einer DurchmesservergröOerung, so daß dieselbe nicht an der Bremstrommel- to fläche 62 des Gehäuses 17 anliegt. Dies wird durch die Rotation des Zahnrades 24 im Uhrzeigersinn erreicht, wodurch eine Drehbewegung des zugehörigen treibenden Kupplungsteils bzw. Zahnrades 80 im Gegenuhrzeigersinn erzeugt wird, und somit drückt der Anschlagvorsprung 91 gegen das Ende 64 der Schlingbandfeder, um dieselbe zur Freigabe der Bremsfläche 62 aufzuweiten. In F i g. 4. 5 und 6 sind für die der Fig. 3 entsprechenden Bauteile die gleichen Bezugsziffern verwendet worden, wobei die Vielnutver- Vi zahnungen als Schultern oder Vorsprünge dargestellt sind, um die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung besser erläutern zu können. Da der Hydromotor 30 das Zahnrad 28 im Gegenuhrzeigersinn dreht, läuft die zweite treibende Kupplungshälfte bzw. 55 das Zahnrad 90 im Uhrzeigersinn um und drückt den Anschlagvorsprung 96 gegen das Federende 63. wodurch dieselbe ebenfalls am anderen Ende zur Freigabe der Bremsfläche 62 aufgeweitet wird. Während dieser Betriebsweise sind die Anschlagvorsprünge 91 und 96 mit der treibenden Kupplungshälfte 76 nicht in Berührung. Falls während der normalen Betriebsweise der hydraulische Druck vorliegt, wird durch die Rotation der Motore über die Antriebszahnräder 24 und 28 im Gegeniihrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn die treibende Kupplungshälfte 76 entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn angetrieben, so daß über die schematisch angedeutete Vielnutver/ahnung 98 die Teleskop-S^hraubenspindel 14 zum Ausfahren oder Einziehen in Bewegung gesetzt wird.

Die schematischen Darstellungen nach Fig. 5 und 6 zeigen die Schlingbandfeder 60 in der Bremsstellung. um die Schraubenspindel 14 durch Abbremsen der Spindelmutter 12 festzuhalten, falls ein Betriebsfehler vorliegt. Falls z. B. die Schraubenspindel in der ausgefahrenen Stellung belastet ist und dabei die hydraulische Druckzuführung aussetzt, wird durch die Belastung (z. B. durch die Kräfte an einem Flugzeugflügel) eine Kraft erzeugt, die eine geringe Bewegung der Vielnutverzahnung 98 hervorruft, wie in Fig. 5 und 6 durch die angedeutete Winkelverstellung des Teils 98 ersichtlich ist. Diese Bewegung wird auf die Vielnutverzahnungen 70 und 74 übertragen, die somit in Eingriff gelangen, wie durch die in F i g. 5 schematisch angedeuteten Schultern dargestellt ist. Auf diese Weise wird das Federende 64 (Fig.4) angezogen und gegen die Bremsfläche 62 gelegt, so daß eine weitere Bewegung der treibenden Kupplungshälfte 7ö in bezug auf das feststehende Gehäuseteil 17 vermieden wird.

Falls die hydraulische Druckzuführung unterbrochen wird, wenn die Schraubenspindel 14 in der zurückgezogenen Stellung belastet ist, wird durch die Belastung am Flugzeugflügel die getriebene Kupplungshälfte 76 um eine geringe Strecke im Gegenuhrzeigersinn bewegt, so daß die Vielnutverzahnungen 68 und 72 in Eingriff gelangen, um das Federende 63 (Fig. 4) gegen die Bremsfläche 62 anzuziehen und die Spindelmutter zu verriegeln. Somit wird eine weitere Bewegung der Schraubenspindel 14 verhindert.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 ist die Schlingbandfeder 110 auf der Innenseite einer feststehenden Trommel 112 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist die Schlingbandfeder 110 mit der inneren Bremsfläche der Trommel 112 in Berührung, um eine Drehbewegung der getriebenen Kupplungshälfte 114 zu vermeiden. Infolge der Vorbelastung durch die von den Hydromotoren angetriebenen Zahnräder 116, 11' mit treibenden Kupplungshälften 118, 120 werden die Federenden der Schlingbandfeder 110 im Sinne einer Durchmesser-Verringerung der Feder zusammengepreßt womit die Schlingbandfeder von der inneren Bremsfläche der Trommel 112 abhebt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Formsehlüssige Mitnehmer-Kupplung mit einer Rücklaufsperre für beide Prehrichtungen, wobei die Mitnehmer einer treibenden und einer getriebenen Kupplungsbacke mit Umfangsspiel ineinandergreifen, mit einer mit der getriebenen Kupplungshalfte verbundenen Schlingbandfeder, die mit einer feststehenden Welle oder Trommel zusammenwirkt und mit dieser bei Rücklauf der getriebenen Kupplungshälfte in beiden Drehrichtungen in Reibschluß tritt, wobei die Enden der Schlingbandfeder mit jeweils einem Anschlagvorsprung für jede Drehrichtung der treibenden Kupplungshalfte derart zusammenwirken, daß die Schlingbandfeder bei Drehmoment- Übertragung von der treibenden Kupplungshälfte auf die getriebene Kupplungshalfte entsperrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Drehrichtung jeweils eine eigene treibende Kupplungshälfte {80, 90 bzw. 118, 120) vorgesehen ist, wobei die jeweils für die nicht betriebene Drehrichtung vorgesehene treibende Kupplungshalfte (80 bzw. 118 oder 90 bzw. 120) über ihre mit der getriebenen Kupplungshälfte (76 bzw. 114) zusammenwirkenden Mitnehmer (8t, 83, 92, 94) ebenfalls getrieben ist; und wobei jede treibende Kupplungshälfte (80,90) nur einen der Anschlagvorsprünge (91, 96) aufweist, die mit den Enden (63, 64) der Schlingbandfeder (60) zusammenwirken, und daß beide treibende Kupplungshälften (80, 90) mit jeweils einer hydrostatischen Verdränger-Einheit (26,30) in Antnebsverbindung stehen, wobei jeweils die mit der treibenden Äupplu· gshälfte (80 oder 90) verbundene hydrostatische Verdränger-Einheit als Hydromotor wirkt, während "lie für die nicht betriebene Drehrichtung vorgesehene Kupplungshälfte (90 oder 80) die mit ihr verbundene hydrostatische Verdränger-Einheit (30 oder 26) antreibt, wobei diese als Pumpe wirkt

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