Freilauf kupplung Freilaufkupplungen, bei denen die übertragungs- Zwischenelemente aus Rollen bestehen, sind wegen der hohen Flächenpressung zwischen den Rollen und den Flächen der Kupplungsteile nicht für Dauer betrieb geeignet, da die beanspruchten Flächen sich schnell abnutzen. Der Ersatz der Rollen durch Ele mente, die mit den Kupplungsteilen in Flächenberüh rung stehen, stösst jedoch auf Schwierigkeiten. Das übertragende Element (Zwischenelement) wirkt dann wie ein Keil.
Macht man den Keilwinkel genügend klein, wie es der zur übertragung des Drehmomentes nötige Anpressdruck erfordert, so wird der Keil in Sperrstellung zwischen dem treibenden und dem gem, triebenen Kupplungsteil so stark festgeklemmt, dass bei Umkehrung des Drehmomentes erhebliche Kraft notwendig ist, die Haftung zu lösen. Ausserdem lässt sich auf diese Weise nicht die vielfach verlangte Spielfreiheit erreichen. Die Sperrwirkung setzt also bei Umkehrung des Drehmomentes nicht unverzüg lich, sondern erst nach einer mehr oder weniger grossen Leerdrehung ein.
Dadurch werden Kupplun gen mit Flächenberührung zwischen den Kupplungs teilen für viele Zwecke unbrauchbar.
Die Erfindung bezweckt, eine Freilaufkupplung mit Flächenberührung zwischen den Kupplungsteilen zu schaffen, die von den genannten Nachteilen frei ist. Bei der Kupplung nach der Erfindung besteht das übertragende Zwischenelement aus einer zwischen dem treibenden und dem getriebenen Teil liegenden Muffe, an der zwei Schraubenflächen von gleichem Steigungssinn, aber verschiedener Steigung ausgebildet sind. Die eine dieser Schraubenflächen liegt in Sperr stellung an einer ihr gleichen Schraubenfläche des treibenden Teiles, die andere an einer ihr gleichenden Schraubenfläche des getriebenen Teiles an.
Bei einer Kupplung dieser Art ist für die Grösse des übertrag baren Drehmomentes die Differenz der Steigungs- winkel der beiden genannten Schraubenflächen mass gebend. Diese Differenz kann nahezu beliebig klein gemacht werden, ohne dass die Kupplung beim Aus schalten klemmt. Denn für die Lösung der Haftung zwischen den aneinanderliegenden Flächen ist nicht die Differenz der Steigungswinkel massgebend; sie hängt vielmehr allein vom Betrag des grösseren der beiden Winkel ab.
Diesen Winkel kann man ohne Beeinträchtigung der Grösse des übertragbaren Dreh momentes leicht so gross wählen, dass keine Klemmung beim Auskuppeln eintritt und umgekehrt die Sperr wirkung einsetzt, ohne dass die Flächen aufeinander gleiten.
Eine Kupplung nach der Erfindung lässt sich leicht spielfrei machen, indem man zwei Muffen und Federn vorsieht, die je einerseits an einer der Muffen und anderseits am treibenden oder .getriebenen Teil angreifen und bestrebt sind, die Schraubenflächen in Berührung miteinander zu halten. Läuft die Kupplung in Freilauf und kehrt sich das Drehmoment um, .so tritt dann in jeder Lage die Sperrwirkung unverzüglich ohne Leerdrehung ein.
In der beiliegenden Zeichnung sind zwei Aus führungsbeispiele der Kupplung nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 ein Schema zur Erläuterung des Prinzips der Wirkungsweise der Kupplung nach der Erfindung, Fig.2 ein erstes Ausführungsbeispiel in Seiten ansicht, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 111-III in Fig. 2, Fig.4 einen Schnitt nach der Linie IV IV in Fig. 3,
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 3, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI VI in Fig. 3, Fig.7 bis 10 Abwicklungen der Elemente der Kupplung nach Fig.2 bis 6 in vier verschiedenen Stellungen, Fig. 11 das zweite Ausführungsbeispiel in Sei tenansicht, Fig. 12 einen Schnitt nach der Linie XII-XII in Fig. 11,
Fig. 13 einen Schnitt nach der Linie XIII-XIII in Fig. 11, Fig. 14 einen Schnitt nach der Linie XIV XIV in Fig. 12, Fig. 15 einen Schnitt nach der Linie XV-XV in Fig. 11, Fig. 16 die innere Muffe der Kupplung nach Fig. 11 in Ansicht.
Das Prinzip der Wirkungsweise der Kupplung nach der Erfindung sei zunächst anhand der schema tischen Darstellung der Fig. 1 erläutert. Die Teile 20 und 21 zeigen in Abwicklung den getriebenen und den treibenden Teil der Kupplung. Der Teil 22 überträgt in Sperrichtung das Drehmoment vom trei benden Teil 20 auf den getriebenen Teil 21. An den Teilen 20 und 21 sind Schraubenflächen 23 und 24 gleichen Steigungssinnes ausgebildet, die in der Ab wicklung als ebene Schrägflächen erscheinen. Der Steigungswinkel a der Fläche 23 ist grösser als der Steigungswinkel b der Fläche 24.
Diese Winkel ent sprechen den Steigungen der Schraubenflächen beim Übergang von der Abwicklung in die tatsächliche Ausführung. Das Element 22 stellt in der Abwicklung einen Keil dar, dessen wirksame Flächen 25 und 26 gleiche Neigung wie die Flächen 23 und 24 haben. Eine Feder 27 greift einerseits am Keil 22 und an derseits am treibenden Teil 20 an und ist bestrebt, die Berührung zwischen den Flächen 23 und 25 einerseits und 24 und 26 anderseits ständig aufrechtzuerhalten.
In Sperrichtung dreht sich Teil 20 im Sinne des Pfeiles A unter Mitnahme des Teiles 21. Für die Grösse des übertragbaren Drehmomentes ist dabei die Differenz zwischen den Winkeln<I>a</I> und<I>b</I> massgebend. Macht man diese Differenz kleiner als den Reibungs winkel, so ist die Grösse des Drehmomentes lediglich durch die mechanische Festigkeit der Kupplungsteile begrenzt.
In Freilaufrichtung dreht sich der Teil 20 im Sinne des Pfeiles B, wobei kein Drehmoment auf den ge triebenen Teil 21 übertragen wird. Beim Übergang zum Freilauf muss die Haftung zwischen den einander berührenden Keilflächen aufgehoben werden. Hierzu genügt es, dem Winkel a eine Grösse zu geben, die oberhalb des Reibungswinkels liegt, was ohne wei teres möglich ist. Der Übergang von Drehrichtung A auf Drehrichtung B erfordert daher keinerlei Kraft aufwand. Umgekehrt findet, da die Winkel<I>a</I> und<I>b</I> hinreichend gross gewählt werden können, auch kein Gleiten der Flächen aufeinander statt.
Ferner wird durch die Feder 27 in Freilaufrichtung B alles Spiel zwischen den Keilflächen vermieden. Kehrt sich das Drehmoment dann um, so setzt mithin die Sperr wirkung unverzüglich ein. Das in Fig. 1 veranschaulichte Prinzip kann, wie die zwei nachstehend beschriebenen Ausführungs beispiele zeigen, in verschiedener Weise verwirklicht werden. Von den beiden Ausführungsbeispielen ist dasjenige nach Fig. 11 bis 16 aus baulichen Gründen vorzuziehen. Eine ausführliche Erläuterung soll jedoch für die Ausführung nach F!-. 2 bis 10 gegeben wer den, deren Funktion übersichtlicher ist.
In Fig. 2 bis 6 ist auf einer Welle 28 eine Scheibe 29 drehbar. Einer dieser beiden Teile bildet den ge triebenen, der andere den treibenden Teil der Kupp lung. Für die nachstehende Beschreibung soll einfach heitshalber angenommen werden, dass die Scheibe 29 den treibenden Teil und die Welle 28 den getriebenen Teil der Kupplung darstellt.
Auf der Welle 28 sind beiderseits der Scheibe 29 zwei in der Form einander gleiche Scheiben 30 und 31 in symmetrischer Anordnung befestigt. Zwischen der Scheibe 29 und den Scheiben 30 und 31 liegen kon zentrisch zueinander Muffen 32 und 33 sowie 34 und 35. An der äusseren Muffe 32 sitzt ein Stift 36 (Fig. 6), an dem eine Schraubenfeder 37 angreift, die über einen Stift 38 an der Scheibe 29 gehängt ist. An der inneren Muffe 33 ist gleichfalls ein Stift 39 befestigt, der durch einen Schlitz 40 in der äusseren Muffe 32 hindurchragt. An ihm greift eine Feder 41 an, die über einen Stift 42 an die Scheibe 29 gehängt ist. Entsprechende Federn und Stifte sind für die Muffen 34 und 35 vorgesehen.
In der Zeichnung sind von diesen Federn und Stiften nur die an der Muffe 35 angreifende Feder 43 mit Stiften 44 und 45 sichtbar. Sämtliche Federn wirken im gleichen Sinne.
An den inneren Stirnseiten der Scheibe 30, 31 sind Schraubenflächen ausgebildet, die, wie insbeson dere aus der Abwicklungen nach Fig. 7 bis 10 hervor geht, aus einem ansteigenden Teil 46 verhältnismässig geringer Steigung und grosser Umfangserstreckung und einem abfallenden Teil 47 grösserer Steigung und kleinerer Umfangserstreckung bestehen. An derjenigen Stirnseite der Muffe 32, die den Schraubenflächen 46, 47 gegenüberliegt, sind Schraubenflächen 48, 49 aus gebildet, die den Flächen 46 und 47 gleichen.
Die der Muffe 32 zugewandte Stirnseite der Scheibe 29 besteht aus ebenen Flächenstücken 50, Schrau benflächen 51, deren Steigung grösser ist als diejenige der Flächen 46 und 47, sowie aus Stufen 52, die die Schraubenflächen 51 einseitig gegen die ebenen Flä chen 50 abgrenzen.
An der der Scheibe 29 gegenüberliegenden Stirn flächen der Muffen 32 sind entsprechende ebene Flächen 53, Schraubenflächen 54 und Stufen 55 in Übereinstimmung mit den Flächen an der Scheibe 29 ausgebildet.
Für die Wirkungsweise der Kupplung sei zu nächst lediglich die Muffe 32 betrachtet, die mit den zugehörigen Stirnflächen der Teile 29 und 30 in Fig. 7 bis 10 abgewickelt gezeichnet ist. Dabei stelle man sich einfachheitshalber den Teil 30 als feststehend und den Teil 29 als umlaufend vor, wobei die Um laufrichtung bei Freilauf durch Pfeile angedeutet ist. In allen Stellungen wird durch die Feder 41 stän dig Berührung zwischen den Schraubenflächen 51 und 54 .aufrechterhalten. In Fig. 7 besteht ausserdem Berührung zwischen den Flächen 46 und 48.
Dies entspricht der in Fig. 1 wiedergegebenen Situation, wobei die Flächen 51 und 54 den Flächen 23 und 25 sowie die Flächen 46 und 48 den Flächen 24 und 26 entsprechen. Bei Umkehrung des am Teil 29 angrei fenden Momentes tritt daher in der Lage nach Fig. 7 unverzüglich Sperrwirkung ein.
Dreht sich Teil 29 aus der Stellung nach Fig. 7 im Sinne des Pfeiles, so führt die Muffe 32 eine gleich sinnige Drehung von grösserer Winkelgeschwindigkeit aus, bis die Stellung nach Fig. 8 erreicht ist, die den Grenzfall zwischen Fig. 7 und 9 bildet. Hier stehen nicht nur die Flächen 46 und 48, sondern auch die Flächen 47 und 49 in Berührung. Wird die Drehung des Teiles 29 fortgesetzt, so gelangen die Teile in die Stellung nach Fig. 9. Die Berührung zwischen den Flächen 46 und 48 ist nunmehr aufgehoben, während die Berührung zwischen den Flächen 47 und 49 an dauert.
Die Muffe 32 nimmt weiterhin an der Drehung des Teiles 29 teil, jedoch mit verminderter Winkel- geschwindigkeit. Dreht sich in der Stellung nach Fig. 9 das auf den Teil 29 wirkende Drehmoment um, so tritt Sperrwirkung nicht unverzüglich, vielmehr erst dann ein, wenn die Muffe 32 unter Rückbewegung wieder in die Stellung nach Fig. 8 gelangt ist. Dies ist im allgemeinen unerwünscht, wird aber durch die zweite Muffe 33 vermieden, wie nachstehend noch beschrieben werden wird.
Aus der Stellung nach Fig. 9 gelangen die Teile bei Weiterdrehung schliesslich in die Stellung nach Fig. 10, die den Grenzfall zwischen den Stellungen nach Fig.9 und 7 darstellt. Bei weiterer Drehung geht das System daher wieder in die Stellung nach Fig. 7 über.
Die innere Muffe 33 ist der äusseren Muffe 32 ähnlich gestaltet. Ihre Stirnflächen wirken mit den Flächen 50, 51 der Scheibe 29 und den Flächen 46, 47 der Scheibe 30 ebenso so zusammen wie die ent sprechenden Flächen der Muffe 32. Aus lJbersicht- lichkeitsgründen sind die Flächen der Muffe 33 nicht gesondert bezeichnet.
Die in Fig.9 veranschaulichte Phase erstreckt sich bei einer Volldrehung über einen Winkel, der der Umfangserstreckung der Schraubenfläche 47 ent spricht. Man kann nun die innere Muffe 33 im Win kel derart gegen die Muffe 32 versetzen, dass sie sich stets in der Phase nach Fig. 7 befindet, während die Muffe 32 die Phase nach Fig. 9 durcheilt, und' um gekehrt.
Dadurch wird der Umstand, dass in der Phase nach Fig. 9 bei Umkehrung des Drehmomentes Sperrwirkung nicht unverzüglich einsetzt, unschädlich gemacht, da stets mindestens eine der beiden Muffen 32 und 33 sich in der Phase nach Fig. 7 befindet und für sofortigen Eintritt der Sperrung sorgt.
Die Muffen 34 und 35 mit der rechten Stirn seite der Scheibe 29 und der Scheibe 31 stellen ledig lich eine symmetrische Wiederholung der beschrie- benen linken Hälfte der Kupplung dar. Es wird ohne weiteres einleuchten, dass für eine Kupplung nach der Erfindung lediglich ein Paar Muffen, etwa 32 und 33, an sich ausreichend sind.
Die durch Hinzufügung der Muffen 34 und 35 und der Scheibe 31 geschaffene Verdoppelung empfiehlt sich jedoch, um die in dem System auftretenden axialen Kräfte gegeneinander aufzuheben. Wird nun ein Paar Muffen verwendet, so muss die Scheibe 29 natürlich auf der Welle 28 gegen axiale Verschiebung gesichert werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 11 bis 16 sind die Schraubenflächen 60 und 61, die den Flä chen 46 und 47 entsprechen, auf die der Scheibe 29 entsprechende Scheibe 64 verlegt. Diese Flächen wir ken mit entsprechenden Flächen 62 und 63 der äusseren Muffe 65 zusammen. Bei Verwendung nur einer Muffe, also bei Inkaufnahme des in der Phase nach Fig. 9 auftretenden Spieles, würde die Muffe 65 auf der Welle 66 mit steilgängigem Gewinde gelagert werden, das die Funktion der Flächen 51 und 54 übernimmt.
Auf diesem Gewinde würde die Muffe 65 in dem durch die Endscheibe 67 axial begrenzten Raum die gleichen Drehungen und axialen Verschie bungen ausführen wie die Muffe 32 in Fig. 7 bis 10, wobei die Feder 41 durch eine Schraubenfeder 68 ersetzt ist, deren abgebogene Enden in die Muffe 65 und die Endscheibe 67 greifen.
Soll die Kupplung in allen Stellungen spielfrei arbeiten, so wird ähnlich wie in Fig. 2 bis 6 eine weitere, innere Muffe 69 vorgesehen, die mit @steil- gängigem Gewinde 70 auf der Welle 66 gelagert und auf der die äussere Muffe 65 mit einem weiteren steilgängigen Gewinde 71 drehbar ist. Beide Gewinde stimmen im Steigungssinn mit demjenigen der Schrau benfläche 60 überein, haben aber eine grössere Steigung als die Flächen 60 und 61. Die Steigung des Gewin des 70 ist kleiner als die Steigung des Gewindes 71. Die auf die innere Muffe 69 wirkende Feder 72 ent spricht in Form und Anordnung der Feder 68.
Im Gegensatz zu den Endscheiben 30 und 31 in Fig. 2 bis 6 haben die Endscheiben 67 ebene Stirnflächen.
In der Wirkungsweise besteht kein grundsätzlicher Unterschied gegenüber der Bauart nach Fig. 2 bis 6. Nur nehmen die Muffen jetzt nicht an der Drehung der mittleren Scheibe 64, sondern an der Drehung der Welle 66 teil.
Die Herstellung einer Kupplung nach Fig. 11 bis 16 ist einfacher und mit grösserer Genauigkeit mög lich, da die abgestuften Schraubenflächen teilweise durch einfacher zu schneidende Gewinde ersetzt .sind.