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Freilaufkupplung, insbesondere für Gelenkwellen von
Landmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Freilaufkupplung, insbesondere für Gelenkwellen von Landmaschinen, bei der der treibende und der getriebene Kupplungsteil drehbar, jedoch axial unverschiebbar miteinander verbunden sind. Die bekannten Freilaufkupplungen sind entweder als sogenannte Klauen- oder Klemm - körperfreilaufkupplungen ausgebildet. Bei den Klauenkupplungen kommen zwei gegeneinander meist axial gegen Federkraft verschiebbare Kupplungsteile mit klauenartigen Erhebungen miteinander zum Eingriff. Beim Freilauf gleiten die Klauen durch einen Überholvorgang des angetriebenen Teiles gegen- über dem treibenden Teil aneinander vorbei, wobei ein Teil gegen Federkraft aus der Eingriffslage gegen die Kraft einer Rückholfeder herausgedrängt wird.
Diese Kupplungen haben den Nachteil, dass einmal die Mitnehmerklauen leicht zu Bruch gehen bzw. einer hohen Abnutzung unterworfen sind. Das hängt damit zusammen, dass bei sehr grosser Differenzgeschwindigkeit bzw. grosser Beschleunigung an der Antriebsseite der Eingriff schlagartig erfolgt und hohe Spitzenkräfte an den zum Eingriff kommenden Klauen wirksam werden. Bei grosser Geschwindigkeitsdifferenz zwischen getriebenem und treibendem Teil kommen die Mitnehmer nicht voll zum Eingriff, da die Zeit zu kurz ist, um eine ausreichende Axialverschiebung für den vollen Eingriff der Mitnehmer zu ermöglichen. Die grossen Spitzenkräfte müssen dann von kleinen tragenden Flächen aufgenommen werden.
Als weiterer Nachteil dieser Klauenkupplungen ergibt sich, dass die notwendige axiale Verschiebbarkeit einen hohen Fertigungsaufwand erforderlich macht, zumal die gegeneinander verschiebbar, aber undrehbar gelagerten Teile an ihrer Gleiterbindung das volle Drehmoment übertragen müssen. Ausserdem wird an diesen Schiebegliedern ein hoher Verschleiss beobachtet, besonders, wenn der Freilauf oft benutzt wird. Schliesslich ist der erforderliche Raumbedarf verhältnismässig gross, so dass die Freilaufkupplung nicht immer angebracht werden kann.
Die Klemlilkärperkupplungen vermeiden zwar diese Nachteile, sind aber ebenfalls in ihrer Fertigung sehr aufwendig, da die Klemmkörper nur Linienberührung an ihren Eingriffsflächen aufweisen und infolgedessen aus hochwertigem Material hergestellt sein müssen. Ausserdem sind die Klemmkörperfreilaufkupplungen gegen stossartige Beanspruchungen recht empfindlich, was mit ihrer geringen Eingriffsfläche zusammenhängt.
Bei einer andern bekannten Freilaufkupplung sind kugelförmige Kupplungskörper vorhanden, die durch Fliehkraft in radialer Richtung aus der Eingriffslage herausbefördert werden.
Demgegenüber besteht die Erfindung darin, dass zwischen den Kupplungsteilen axial verschiebbare Wälzkörper als auf Schub beanspruchte Mitnehmer in der Kupplungsstellung und im Freilauf lediglich in Ausnehmungen des einen Kupplungsteiles sitzen, ohne den andern Kupplungsteil mitzunehmen, wobei sie gegen Federkraft ausser Eingriff in besonderen Durchgangsbohrungen des Kupplungsteiles drückbar sind. Erfindungsgemäss können Vertiefungen für den Eingriff der Mitnehmer auf einem Kupplungsteil in bekannter Weise nach einer Seite mit geringer Steigung verlaufen, während ihnen auf dem andern Kupplungsteil eine Durchgangsbohrung benachbart ist, in welche die Mitnehmerwälzkörper beim Überholvorgang entgegen einer Federkraft drückbar sind.
Schliesslich besteht die Erfindung auch darin, dass ein Kupplungsteil als Nabe ausgebildet ist, auf welcher der andere Kupplungsteil drehbar, aber axial unverschiebbar gelagert ist, wobei der nabenförmige Teil mit einem Flansch versehen ist, welcher die
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zum Eingriff der Mitnehmer dienenden Vertiefungen und daran unmittelbar anschliessende Durchgangsbohrungen trägt, in die die kugelförmigen Mitnehmer beim Freilaufvorgang gegen die Kraft einer zylinder-oder kegelförmigen Druckfeder drückbar sind, so dass sie zwischen einer von der Feder beaufschlagten Scheibe und dem auf der Nabe drehbaren Kupplungsteil mit den nach einer Seite schräg verlaufenden Vertiefungen wie in einem Kugellager umlaufen.
Die erfindungsgemäss gestaltete Freilaufkupplung hat den Vorteil, dass die beiden zu kuppelnden bzw. gegeneinander drehbaren Kupplungsteile nicht zueinander verschiebbar zu sein brauchen, so dass der Fertigungsaufwand für die Verschiebbarkeit und auch der dafür benötigte Raum eingespart werden. Ausserdem ist die Kupplung bei gleichen Herstellungskosten geeignet, ein mehrfach grösseres Drehmoment aufzunehmen, da die Mitnehmerwälzkörper beim Eingriff sogleich mit ihrer ganzen Eingriffsfläche tragen und im wesentlichen auf Schub beansprucht werden. Ein Teileingriff mit geringerer Eingriffsfläche, wie er bei bekannten Klauenkupplungen vorkommt, ist ausgeschlossen. Die Kupplung ist daher auch bei stossartigen Beanspruchungen gegen Abnutzung oder Zerstörung hochgradig unempfindlich.
Das Drehspiel beim Übergang von der Freilauf- in die Mitnahmestellung kann trotz kleinem Raumbedarf der Kupplung gegenüber den bekannten Klauenkupplungen wesentlich vermindert werden. Es können auch bei Freilaufkupplungen mit kleinen Baumassen mühelos sechs Eingriffsflächen für die Mitnehmerwälzkörper geschaffen werden, so dass das Drehspiel nur 3600 : 6 = 600 beträgt. Durch die Schubbeanspruchung der Mitnehmerwälzkörper können diese wesentlich höher belastet werden als die Mitnehmer bei Klauen- oder Klemmkörperfreilaufkupplungen. Die hohe Stossunempfindlichkeit hängt damit zusammen, dass keine örtlichen Spitzenkräfte auftreten können. Die Herstellungskosten sind infolge der ausserordentlich einfachen Bauart und der geringen Anforderungen an die Materialqualität niedrig.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus den beiliegenden Zeichnungen, in welchen Ausführungsbeispiele der Freilaufkupplung nach der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen Fig. 1 eine Freilaufkupplung in Seitenansicht, zum Teil geschnitten, Fig. 2 schematisch einen Teilausschnitt der Kupplung mit dem treibenden und dem getriebenen Teil sowie einem dazwischen angeordneten kugelförmigen Mitnehmer, u. zw. in der Eingriffsstellung, Fig. 3 denselben Teilausschnitt, jedoch in der Freilaufstellung der Kupplung, wobei der treibende vom getriebenen Teil überholt wird und der kugelförmige Mitnehmer in die für diese Funktion vorgesehene Durchgangsbohrung eines Kupplungsteiles verdrängt ist, Fig. 4 einen Schnitt A-B gemäss Fig. 1 und Fig. 5 eine ähnliche Ausführung wie Fig.
l, jedoch mit einer raumsparenden Gestaltung des federnden Elementes, welches die Kupplung in die Eingriffsstellung bringt.
Die beiden Teile der Kupplung 1, 3 sind gegeneinander drehbar, jedoch axial unverschiebbar und werden in der Eingriffsstellung der Freilaufkupplung, wobei die Kupplung das Drehmomentübertragen kann, durch die kugelförmigen Wälzkörper 2 miteinander gekuppelt, welche sich hiebei in einer in Fig. 2 dargestellten Lage befinden. Die beiden Pfeile in Fig. 2 deuten die Richtung der dabei auftretenden Kräfte an. Die Kugel 2 ist hiebei zwischen den Teilen 1 und 3 auf Schub beansprucht.
Beim Überhol-oder Freilaufvorgang nach Fig. 3 ist die dann wirksame Kraftrichtung wieder durch Pfeile dargestellt Der Teil 3 hat den Teil 1 überholt und dabei die Kugel 2 aus der Eingriffsstellung heraus in die Durchgangsbohrung c des Teiles 1 gegen die Wirkung der Feder 6 verdrängt, so dass die Kugel zwischen dem Teil 3 und einer zwischen der Feder 6 und dem Teil 1 eingefügten Ringscheibe 7 wie in einem Kugellager umläuft, geführt durch den Teil l, der jetzt mit seinen Bohrungen c die Wirkung eines Kugelkäfigs hat. Die Fig. 2 und 3 stellen den Schnitt C-D aus Fig. 4 dar.
Wenn der Überholungsvorgang aufhört, werden die Kugeln 2 zwangsläufig aus der Lage nach Fig. 3 in die nach Fig. 2 zurückgebracht. Dies erfolgt durch die Spannung der Feder 6. Die Kugeln kommen zwangsläufig sofort mit ihrer vollen Eingriffsfläche zwischen den Teilen 1 und 3 zum Tragen, auch dann, wenn eine grosse Differenzgeschwindigkeit zwischen den Teilen 1 und 3 vorliegt, d. h. wenn der Übergang aus dem Freilauf in den Antrieb schlagartig erfolgt.
Der Kupplungsteil 1 ist als Nabe ausgebildet und trägt einen flanschartigen Ansatz, in welchem die Durchgangsbohrungen c angebracht sind. Auf der Nabe ist der andere Kupplungsteil 3 drehbar gelagert und gegen Axialkräfte über eine Zwischenscheibe 4 gegen einen Federring 5 abgestützt, der in einer Ringnut der Nabe ruht. Ein Schutzgehäuse 8 umschliesst die Feder 6 und einen Teil des Kupplungsteiles 3, so dass die beweglichen Teile der Kupplung gegen Eindringen von Schmutz geschützt sind. Das Schutzgehäuse 8 wird durch einen federnden Ring 9 gehalten, der ebenfalls in einer Ringnut des Kupplungsteiles 1 ruht. Die Druckfeder 6 stützt sich gegen das Gehäuse 8 ab. Der Kupplungsteil 3 ist durch Schrauben 10 mit einem Flansch 13 fest verbunden, welcher eine Gelenkgabel 14 trägt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist die zylindrische Schraubenfeder durch eine Kugelfeder ersetzt, so dass der für die Feder benötigte Raum kleiner gehalten werden kann.