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Freilaufkupplung mit kippbaren Klemmstücken
Die Erfindung bezieht sich auf eine Freilaufkupplung mit zwischen der innenzylindrischen Klemm- fläche des Aussenteiles und der aussenzylindrischen Klemmfläche des Innenteiles angeordneten kippbaren
Klemmstücken, die unbeeinflusst von Fliehkräften nur durch Federkraft gleichzeitig gegen die Klemmflächen vom Innen- und Aussenteil gedrückt werden.
Die Lebensdauer solcher Klemmstückfreiläufe wird bekanntlich durch die Abnützung und Bildung von Abflachungen an der Berührungslinie der Klemmstückeingriffsflächen mit den Klemmflächen des
Innenteiles begrenzt. Die Verwendung verschleissfesterer Werkstoffe und druckfesterer Schmieröle kann zwar die Abnützung und die Ausbildung von Abflachungen an den Klemmstückeingriffsflächen ver- mindern, jedoch wird bei Anwendung solcher Schmieröle der Reibungskoeffizient zwischen den
Klemmstücken und den Klemmflächen des Innen- und Aussenteiles so herabgesetzt, dass ein sicherer
Kraftschluss beim Wechsel der Relativdrehzahl, d. h. also beim Kuppeln, in Frage gestellt wird.
Bei Klemmstückfreiläufen mit im Freilaufbetrieb schnell umlaufendem Aussenteil ist man deshalb dazu übergegangen, die Klemmstücke so auszubilden, dass sie durch die auf sie wirkende Fliehkraft gegen die Wirkung der Anpressfeder gekippt und damit von der Klemmfläche des Innenteiles abgehoben werden, um den Verschleiss möglichst herabzusetzen. Solche Freiläufe können aber nur bei Stillstand oder niedrigen Drehzalhen des Aussenteiles gekuppelt werden, nämlich dann, wenn die auf die Klemmstücke wirkende Fliehkraft von den Anpressfederkräften überwunden worden ist. Solche Freiläufe mit Abhebung der Klemm- stücke durch Fliehkraft sind also unbrauchbar, wenn bei höheren Drehzahlen von Innenteil und Aussenteil gekuppelt werden muss.
Ein weiterer Nachteil besteht bei solchen Freiläufen mit Fliehkraftabhebung der Klemmstücke darin, dass nach dem Einkuppeln bei Stillstand oder kleinen Aussenteildrehzahlen die Möglichkeit besteht, dass der Kupplungszustand unbeabsichtigt unterbrochen wird. Dies geschieht nämlich dann, wenn der Freilauf im gekuppelten Zustand hohe Drehzahlen erreicht und wenn bei diesen hohen Drehzahlen Drehzahlschwankungen verbunden mit Abfall des zu übertragenden Drehmomentes auf Null auftreten. In diesem Fall können sich die Klemmstücke-weil sie keine Kraft zu übertragen haben-unter der Wirkung der Fliehkraft von der Klemmmfläche des Innenteiles abheben. Das Wiedereinkuppeln erfolgt dann mit hartem Schlag beim Absinken der Drehzahl des Aussenteiles und verursacht hiedurch Beschädigungen oder gar Brüche im Antrieb.
Es sind anderseits solche Klemmstückfreiläufe bekannt, bei denen der Massenschwerpunkt der Klemmstücke in der Kippachse der Klemmstücke liegt, so dass die Fliehkraft die Klemmstücke nicht gegen die Wirkung der Anpressfeder von der Klemmfläche des Innenteiles abheben kann. Bei hohen Relativdrehzahlen im Freilaufbetrieb zwischen Innen- und Aussenteil tritt somit zwischen den Klemmstückeingriffsflächen und den Klemmflächen des Innenteiles Verschleiss ein, weil ja die Klemmstücke dauernd durch Federkraft in Eingriffsbereitschaft gehalten werden müssen.
Man hat diesen Nachteil des dauernden Verschleisses durch das Schleifen der durch Federkraft gegen die Klemmfläche des Innenteiles angedrückten Klemmstückeingriffsflächen dadurch zu vermindern versucht, dass mit Hilfe eines Schleifringes oder Käfigs, der bei seiner Relativbewegung gegen den Innenring leicht gebremst wird, die Klemmstücke bei Relativdrehung beider Teile entgegen der Anpressfederkraft abgehoben werden. Diese Lösung befriedigt aber ebenfalls nicht in vollem Umfange. Einmal ist die Bremsung des verwendeten Käfigs notwendigerweise mit Verschleiss verbunden und ausserdem bleiben die durch den gebremsten Käfig von der Klemmfläche des Innenteiles abgehobenen Klemmstücke so lange ohne Berührung mit dieser Klemmfläche des Innenteiles, bis dieser die Synchrondrehzahl zwischen Innenund Aussenteil überschritten hat.
Erst dann werden die Klemmstücke wieder zur Anlage an die Klemmfläche des Innenringes gebracht, was ebenfalls mit einem oft sehr unangenehmen Drehmomentenstoss verbunden ist. Die Ursache dieses Nachteiles liegt darin, dass die auf den Käfig wirkende und die Klemmstücke abhebende Bremskraft praktisch unabhängig von der Relativdrehzahl zwischen Käfig und Innenteil ist.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die vorstehend geschilderten Nachteile der bekannten Freilaufkupplungen zu vermeiden. Es soll insbesondere ein Klemmstückfreilauf geschaffen werden,
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Spalt 28, durch den das Drucköl aus der Kammer 25'in die Lücken 12 zwischen den Klemmstücken 5 einströmen kann. In der Eingriffsstellung des Freilaufes strömt das Öl durch den Eintrittsspalt 28, wie bei Fig. 2 und 4 in Form eines zylindrischen Rohres, das die gleiche Geschwindigkeit wie der Innenteil- ? hat.
In der Freilaufstellung erhält dieser Ölstrom im Eintrittsspalt 28 durch die Relativbewegung des Aussenteiles 3 und der mit ihm verbundenen Führungsscheibe 26 eine Umfangsgeschwindigkeit, die etwa zwischen der Umfangsgeschwindigkeit des Innenteiles 1 und der jeweiligen Umfangsgeschwindigkeit des Aussenteiles 3 liegt. Dadurch erhält der Ölstrom zusätzlich eine Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung, so dass der Winkel zwischen dem in die Lücken 12 eintretenden Ölstrom und der Bewegungsrichtung des Klemmstücksatzes im Freilaufbetrieb kleiner als 900 ist. Dadurch tritt das Abheben der Klemmstücke durch die Umlenkung des Ölstromes in den Lücken 12 erst bei etwas höheren Relativdrehzahlen ein.
Auf der der Druckölkammer 25'gegenüberliegenden Stirnseite des Freilaufes dient die dort angeordnete, mit dem Aussenteil umlaufende Führungsscheibe 27 zusammen mit der Klemmfläche 2 des Innenteiles zur Bildung des Ölaustrittsspaltes 29.
Fig. 6 zeigt eine weitere konstruktive Lösung, bei der der Ölstrom durch eine Radialbohrung 30 im Aussenteil 3 einer Öldruckkammer 31 zugeleitet wird, deren seitliche Begrenzungswände von einer mit dem Aussenteil 3 umlaufenden Führungsscheibe 32 für die Klemmstücke 5 und von einer mit dem Innenteil 1 umlaufenden Scheibe 33 gebildet werden. Der Eintrittsspalt 34 wird auch hier wieder durch die innere Klemmfläche 2 des Innenteiles 1 einerseits und die Bohrung der Führungsscheibe 32 gebildet, so dass hier für den Öleintritt und die Richtung des Ölstromes relativ zum Innenteil 1 etwa die gleichen Verhältnisse vorliegen wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt der Ölaustrittsspalt 35 auf einem kleineren Durchmesser als die Klemmfläche 2 des Innenteiles.
Zu diesem Zweck ist ausser der Führungsscheibe 36 für die Klemmstücke 5 eine weitere, ebenfalls mit dem Aussenteil 3 umlaufende Scheibe 37 vorgesehen, deren Durchmesserbohrung nur wenig grösser ist als eine Zylinderfläche 38 des Innenteiles 1. Durch diese Massnahme wird sichergestellt, dass der durch die Lücken 12 hindurchfliessende Ölstrom nicht von der Klemmfläche 2 des Innenteiles unter der Wirkung von Zentrifugalkräften lösen kann.
Fig. 7 zeigt einen Freilauf, der zugleich als Zentrifugalpumpe für die Erzeugung des benötigten Ölstromes ausgebildet ist. Zu diesem Zweck weist die auf der Seite der Öldruckkammer angeordnete, mit dem Aussenteil 3 umlaufende Führungsscheibe 40 im Bereich der Klemmfläche 4 des Aussenteiles Ölrückführungsöffnungen 41 auf, so dass das durch die Zentrifugalkraft umgewälzte Öl in die Öldruckkammer 42 zurückströmen kann. Ihre seitliche Begrenzung besteht aus einer mit dem Innenteil 1 umlaufenden und in Fig. 8 in Ansicht dargestellten Scheibe 49, die mit Schaufeln versehen ist, welche in diesem Fall von Einfräsungen 43 gebildet werden. Auf der diesem Pumpenteil gegenüberliegenden Stirnseite ist durch eine Dichtung 44 dafür gesorgt, dass das Öl nicht austreten kann.
Diese Lösung ist dann brauchbar, wenn der Aussenteil 3 des Freilaufes im Freilaufbetrieb mit beträchtlicher Drehzahl umläuft, weil nur dann die notwendige Pumpenwirkung zustande kommt. Hier setzt der Ölstrom durch die Lücken 12 hindurch auch erst ein, sobald die Relativbewegung zwischen Aussenteil 3 und Innenteil 1 beginnt.
Selbstverständlich kann man die den Pumpenteil bildenden Teile 40 und 42 auch derart ausbilden, z. B. nach Art einer Reibungspumpe, dass eine Pumpenwirkung dann erzielt wird, wenn der Innenteil eine beträchtliche Drehzahl aufweist.
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Zugleich zeigt diese Fig. 9 noch eine weitere Variante. Der durch die Bohrung 45 der Führungsscheibe 40 und die Klemmfläche 2 des Innenteiles 1 gebildete Spalt ist verhältnismässig breit. Dafür ist aber in diesem Eintrittsspalt 46 auf dem Innenteil 1 ein mit Längsnuten 47 versehener Ölführungsring 48 angeordnet. Diese Längsnuten 47 können schräg oder schraubenförmig zur Drehachse des Innenteiles verlaufen, so dass man dem in die Lücken 12 eintretenden Ölstrom eine solche Richtung geben kann, dass er beispielsweise mit der Bewegungsrichtung des Klemmstücksatzes im Freilaufzustand einen Winkel einschliesst, der grösser ist als 90 . In einem solchen Fall muss eine stärkere Umlenkung des Ölstromes erfolgen, und die Klemmstücke heben sich schon bei geringen Relativdrehzahlen ab.
Selbstverständlich kann die Anordnung eines Ölführungsringes, wie an Hand der Fig. 9 beschrieben, auch bei den andern beschriebenen Ausführungsformen nach den Fig. 2,4, 5 und 6 angewendet werden.
Fig. 10 zeigt in Verbindung mit Fig. 11 die weitere Ausführung einer solchen Druckölpumpe, wobei im Aussenteil3 ? der Freilaufkupplung ein Ringraum 50 vorgesehen ist, in dem sich bei Drehung des Aussenteiles der Freilaufkupplung ein Schmiermittelring 54 bildet. An den seitlichen Wänden des Ringraumes 50 sind Rippen 51 vorgesehen, welche das sich im Ruhezustandim unteren Teil der Freilaufkupplung sammelnde Schmiermittel bei Drehung nach oben befördern, somit die einsetzende Zentrifugalwirkung unterstützen und ausserdem dafür sorgen, dass der Schmiermittelring 54 in seiner Drehzahl nicht wesentlich hinter der des Aussenteiles 3 zurückbleibt.
Auf dem Innenteil 1 ist ein Ölentnahmeelement 52 angebracht, welches das Schmiermittel aus dem Schmiermittelring 54 in einen Ölführungsring 53 leitet, wonach es weiter durch den Ölaustrittsspalt 28 in die Lücken 12 eintritt und diesen Raum durch den Austrittsspalt 29 wieder verlässt, um über Ölrück- führungsbohrungen 55 wieder in den Ringraum 50 zu gelangen. Auf der Zeichnung ist das Ölentnehmeelement 52 als Schöpfrohr dargestellt, dessen Öffnung entgegen der Freilaufrichtung 13 des Aussenteiles 3 gerichtet ist. Bei Synchrondrehzahl von Innenteil 1 und Aussenteil 3 wird kein Schmiermittel gefördert,
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sondern lediglich der Schmiermittelring 54 im Ringraum 50 des Aussenteiles 3 gebildet.
Entsteht bei freilaufendem Aussenteil 3 eine Relativbewegung gemäss Pfeil 13 des Aussenteiles 3 zum Innenteil 1, dann wird auf die Öffnung des Schöpfrohres 52 ein Staudruck durch den nunmehr schneller laufenden Schmiermittelring 54 auf das langsamer laufende Schöpfrohr 52 ausgeübt, wodurch, das Schmiermittel durch das
Schöpfrohr 52 in den Ölführungsring 53 und von dort über den Spalt 28, die Lücken 12, den Spalt 29 und die Bohrungen 55 wieder zurück in den Ringraum fliesst.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Freilaufkupplung mit zwischen der innenzylindrischen Klemmfläche des Aussenteiles und der aussenzylindrischen Klemmfläche des Innenteiles angeordneten kippbaren Klemmstücken, die unbeeinflusst von Fliehkräften nur durch Federkraft gleichzeitig gegen die Klemmflächen von Innen- und Aussenteil gedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in die von je zwei benachbarten Klemmstücken (5) und dem Innenteil (1) gebildeten Lücken (12) zumindest während der Relativbewegung von Innen- und Aussenteil in Freilaufrichtung von der einen Stirnseite her ein Druckölstrom einströmt, der eine von der Bewegungs- richtung der Klemmstücke relativ zum Innenteil abweichende Richtung aufweist.