Kupplung zum Verbinden von drehbaren Organen in der einen Drehrichtung. Gegenstand der Erfindung ist eine Kupp lung zum Verbinden von drehbaren Organen in der einen Drehrichtung, die sich dadurch auszeichnet, dass zwischen den treibenden und den getriebenen Kupplungsteil eine zylindrische Schraubenfeder eingeschaltet ist, die in der einen Drehrichtung des treibenden Kupplungs teils infolge der Reibung ihres Ende auf dem einen Kupplungsteil sich so biegt, dass sie sich gegen wenigstens einen Kupplungsteil presst und dadurch beide Teile fest mitein ander verbindet, in der entgegengesetzten Drehrichtung aber durch die Reibung ent gegengesetzt gebogen wird, wodurch die Ver bindung gelöst wird.
Diese neue Kupplung hat nur eine Schrauben feder als kuppelndes Element, und demnach ist sie sehr einfach. Da Klinken und absatz weise arbeitende Mittel nicht vorhanden sind, wirkt sie auch geräuschlos und spielfrei.
Auf der Zeichnung veranschaulicht Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der neuen Kupplung im Schnitt. Auf der Welle 1 ist eine Büchse 2 befestigt, gegen deren Rand sich eine andere, gleich weit gebohrte Büchse 3 dicht anlegt. In den gemeinschaftlichen Hohl- rauen beider Büchsen ist eine zylindrische Schraubenfeder 5 schlüssig eingesetzt. Beim Antreiben der Welle 1 in der einen Richtung bewirkt die geringe Reibung zwischen der Büchse 2 und der Feder 5 ein geringes Zu sammenrollen der letzteren, so dass sie in der Büchse 3 schleift, ohne diese mitzunehmen. Beim Drehen der Büchse 2 in entgegenge setzter Richtung rollt sich aber die Schrauben feder auseinander, sie presst sich also gegen die innern Büchsenwandungen und kuppelt dadurch beide miteinander.
Eins der beiden Federenden kann auch an seinem Kupplungsteil befestigt sein. Nahe dem Ende kann die Feder auch durch einen Ausschnitt geschwächt oder das Ende kann durch Gelenk befestigt und durch eine be sondere Federkraft angedrückt sein.
Das durch die Schraubenfeder übertrag bare Drehmoment hängt nicht nur von ihrem Durchmesser und ihrer Querschnittsgrösse ab, sondern auch von der wirksamen Windungs zahl, d. h. der wirksamen Federbogenlänge ab. Infolgedessen ist es vorteilhaft,. dafür zu sorgen, dass die Feder möglichst auf ihrer ganzen Länge sich anlegt. Diese Bedingung kann durch zweckmässige Ausbildung der Feder selbst und durch ein Hilfsorgan erfüllt werden, welches auf das Federende wirkt und in der kuppelnden Drehrichtung die Feder zur Ausdehnung zwingt.
Fig. 2 und 2a zeigen eine Schraubenfeder, bei der die letzte Halbkreiswindung flacher gebogen ist als die innere Gehäusewand. Hierdurch springt das freie Federende gegen die zylindrische Mantelfläche um ein Stück nach aussen vor. Beim Einsetzen einer solchen Feder entsteht an deren Ende ein erhöhter Druck gegen die innere Gehäusewand und gleichzeitig, wie Fig. 3 zeigt, eine Unter brechung der Anlagefläche zwischen dem Federende und der Stelle, bei welcher die flachere Biegung beginnt. Diese Unterbrechung der Anlagefläche hat folgende Wirkung: Die in Fig. 4 am Ende der Feder im Punkte A wirkende Reibungskraft P, die durch Rechts drehung des Gehäuses gegen die Feder (bezw.
durch Linksdrehung der Feder gegen das Gehäuse) hervorgerufen wird, kann als Re sultierende aus einem Normaldruck P1 der Feder gegen das Gehäuse und in einem Druck P2 gegen den nächstfolgenden Anlage punkt B in der Richtung A-B betrachtet werden. Das nicht anliegende Federstück A-B wird also unter dem Tangentenwinkel 2a keilförmig eingezogen. Je kleiner a wird, d. h. je mehr sich die Punkte A und B dia metral gegenüberliegen, desto grösser werden die Anpressungsdrucke P1 und P2 im Ver hältnis zur Kraft P. Auf diese Weise lässt sich durch richtige Wahl der Punkte A und B bezw. der Ausbiegung v das übertragbare Drehmoment bestimmen.
Die Ausbiegung und die Anlageunter brechung kann natürlich, wie schon Fig. 4 zeigt, in verschiedener Art erfolgen, die Feder selbst kann auch bei P2 gelenkartig, zum Beispiel durch Querschnittsschwächung aus gebildet sein. Auch kann auf dem Federende ein Metallstückchen befestigt sein, das die Anlagefläche bildet.
Ein Ausführungsbeispiel für eine Kupp lung mit Schraubenfeder, deren Ende mit einem Hilfsorgan verbunden ist, ist durch Fig. 5 und 6 im Quer- und Axialschnitt dar gestellt. Das Hilfsorgan besteht hier aus einem Reibungsring mit zwei Segmenten 6 und 7, die sich unter Federdruck gegen die Innenwandung des Gehäuses anpressen. Durch Drehung der Stellmuttern auf den Spindeln 9 kann der durch die Feder 8 erzeugte Anpres sungsdruck geregelt werden. Das Ende der Schraubenfeder 5 ist durch einen Stift 10 oder in irgend einer andern zweckmässigen Art mit dem Reibungsring verbunden. Die Reibungskraft am Ende der Feder lässt sich beliebig gross wählen, wodurch es möglich wird, die Zahl der Federwindungen bei gleich bleibendem Drehmoment entsprechend zu ver ringern.
Ist der Raum in achsialer Richtung für die Anwendung eines solchen Hilfsorgans zu klein, so lässt sich letzteres im Innern der Feder auf der Achse des zugehörigen Ge häuseteils unterbringen.
Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 7 und 8 sind die Reibungsringe 6, 7 auf den Wellen 1 und 4 mit der Schraubenfeder 5 durch je ein Gelenk 11 verbunden. Bei Rechts drehung der Welle 1 wird der Ring 6 durch Reibung mitgenommen und übt infolge dieses Reibungsmoments einen bestimmten Druck gegen das Verbindungsstück 11 und damit gegen die Schraubenfeder 5 aus. Das Schrau benfederende wird also gegen den sich mit drehenden Kupplungsteil 2 gepresst, ausein ander gerollt und mitgenommen. Dabei drückt das zweite Gelenk 11, das mit dem Ring 7 verbunden ist, rückwirkend die Feder gegen den Kupplungsteil 3, wodurch beide Kupp lungsteile miteinander gekuppelt werden. Die Klemmringe 6, 7 werden natürlich wieder am besten unter Federdruck angezogen.
Hierfür geeignete Druckfedern lassen sich gut in den hohlen Augen für die Schraubenbolzen an den Ringen unterbringen.
Fig. 9, 10 und 11 zeigen eine Kraft- maschinenkupplungmit durchgehender Welle 1. Das treibende und sich links herumdrehende Rad 12 auf einer Leerlaufbüchse 13 soll sich mit der Welle 1 fest verbinden, solange letztere das Bestreben hat, gegen die Antriebs- scheibe zurückzubleiben; es soll sich aber so fort wieder lösen, wenn die Welle, durch eine andere Kraft getrieben, nach links voreilen will. Die Nabe 3 des Rades 12 ist hier gleich zeitig ein Teil des Federgehäuses; das er gänzende Gehäusestück 2 ist mit der Welle 1 fest verbunden.
Die Schraubenfeder 5 wird hier, um die Verschiedenheit der Ausführungs möglichkeiten zu zeigen, an einem Ende durch einen schon vorher beschriebenen Reibungs ring 6 erregt, in welchen das Federende 14 (Fig. 9 und 10) einfach hineingesteckt ist. Am andern Ende ist die nach innen ver längerte Feder 5 mit einer oder mehreren Windungen 15 um eine Nabe 16 des Rades 12 mit Vorspannung nach rechts herum ge wickelt. Wenn jetzt die Welle 1 gegen die Linksdrehung des Antriebsrades 12. zurück bleiben will, so erzeugt der Reibungsring 6 (Fig. 9) ein Drehmoment und damit einen Druck gegen das Ende 14 der Schrauben. feder 5, die sich hierdurch auseinanderrollt. Dieselbe Wirkung tritt auf der andern Seite ein; das Gehäuse 3 dreht sich mit der zu gehörigen Innennabe 16 gegen die Schrauben feder 5 (Fig. 11) und rollt sie auseinander.
Das Antriebsrad 12 wird also in diesem Falle mit der Welle 1 fest verbunden, bei einem Voreilen der Welle linksherum aber wieder von dieser erlöst. Die Schraubenfeder 5 kann natürlich auch hier wieder entweder an dem einen Ende mit der Nabe 2 bezw. Welle 1 oder an dem andern Ende mit der Nabe 3 bezw. 16 fest verbunden sein.
Die Ausführung der Kupplung nach Fig. 1-4 kommt hauptsächlich für die Übertragung geringer Kräfte, also z. B. bei Schalthebeln, Bohrknarren usw., in Anwendung, während die Ausführungen nach Fig. 5-11 mehr für die Übertragung grösserer Drehmomente, also für Kraftmaschinenkupplungen usw., geeignet sind.
Die Ausbiegung der Federenden bezw. die Anwendung eines Hilfsorgans hat noch den grossen Vorteil, dass der Aussendurchmesser der zylindrischen Schraubenfeder nicht grösser als der Innendurchmesser der Kupplungsteile zu sein braucht, wodurch das Reibungsmoment beim Leerlauf, d. h. bei der Rückwärtsbe wegung sehr vermindert wird. Dieser Vorteil fällt besonders in Betracht für Schalthebel, damit nicht auch beim Rückwärtsgang der innere Kern (Welle oder dergl.) durch Rei bung mitgenommen wird. Der Aussendurch messer der Schraubenfeder darf sogar etwas kleiner als der Innendurchmesser der Hülsen sein; dann arbeitet die Kupplung aber nicht spielfrei, sondern verlangt eine tote Drehung, bis sich die Schraubenfeder zum Gehäuse schlüssig passend auseinander gerollt hat.
Fig. 12 ,zeigt die Kupplung in einem Schraubenschlüssel und Fig. 13 in einem Schalthebel. Die mit einer Aussparung a ver sehene Büchse b ist mit einer äussern Büchse d verbunden, zweckmässig mit dieser aus einem Stück hergestellt. In der Büchse d liegt teil weise die Schraubenfeder f. Der andere Teil dieser Schraubenfeder steckt in der mit einem Hebel h verbundenen Büchse g. Der Hebel h ist mit der Büchse g frei drehbar auf der Büchse b gelagert und wird durch einen zwei teiligen Passering i gegen achsiale Verschie bung gesichert.
Die Aussparung a wird auf das zuschal tende Mittel, zum Beispiel auf eine Welle oder auf ein Werkzeug gesteckt. Bei der Be wegung des Hebels h in der einen Dreh richtung wird die Schraubenfeder f durch ihre Umfangsreibung zusammengezogen und in der andern Bewegungsrichtung des Schalt hebels auseinander gerollt. Handelt es sieh um eine rechtsgewundene Feder, dann wird bei Rechtsdrehung des Hebels h die Büchse g mitgenommen und bei Linksdrehung wieder losgelassen.
Der in Fig. 14 dargestellte Hebel wirkt in der gleichen Weise, wie vorher beschrieben. Der Hebelarm h trägt in einer Längsnute n ein verstellbares Gleitstück v, an das eine Schubstange cderKette mittelst einer Lasche av angreift. Durch Verstellen dieses Gleit- stückes v lässt sich die Schwenkbewegung des Hebels in bestimmten Grenzen und damit die Drehbewegung der Welle, die in dem -Loch ca steckt, genau und in den kleinsten Abstufungen einstellen, was bei Verwendung einer Ratsche mit Zahnrad und Sperrklinke nur von Zahn zu Zahn, also nur sprungweise möglich ist.
Statt der Aussparung a könnte der Teil U auch einen Zapfen besitzen, der in eine ent sprechende Aussparung des getriebenen Kupp lungsteils gesteckt wird.
Bei dem in Fig. 15 dargestellten Hand bohrwerkzeug (Bohrknarre) wird der Bohrer k in einer Büchse l in bekannter Weise durch Klemmung gehalten. Das andere Ende der Büchse l trägt eine Schraubenhülse o mit Körnerspitze p. Auf dem äussern Teil t der Büchse l ist eine Büchse s drehbar gelagert, die durch einen übergreifenden Rand z das Eintreten von Schmutz in den Innenraum verhindern soll. Auf der andern Seite sichert eine Ringmutter u die Büchse s gegen ach- siale Verschiebung. In den gemeinsamen Hohl zylinder der beiden Büchsen l und s ist eine Schraubenfeder x passend eingesetzt. Die Büchse s ist mit einem Handhebel versehen.
Die Anwendung dieser Bohrknarre ist die auch sonst übliche. Der Bohrer wird gegen das Werkstück und die Körnerspitze p mit Hilfe der Büchse o gegen ein Widerlager ge schraubt. Der Vorschub des Bohrers wird durch Herausschrauben der Hülse o bewirkt. Wenn eine rechtsgewundene Schraubenfeder eingesetzt ist, dann wird diese bei Rechts drehung des Handhebels auseinandergerollt und deshalb auch die Büchse s bezw. l mit dem Bohrer k rechts herumgedreht. Bei Links drehung des Handhebels bezw. der Büchse s wird aber die Feder x zusammengerollt und die Verbindung zwischen beiden Büchsen auf gehoben. Bei Linksdrehung des Handhebels bleibt also die Büchse s mit dem Bohrer k stehen.
Die gleiche Wirkung der Feder wird er zielt, wenn statt der Aussenfläche deren In nenfläche auf einen passenden Zapfen wirkt. Der innere Zapfen wird dann mitgenommen, wenn sieb die Feder infolge Innenreibung zu sammenzieht und losgelassen, wenn die In nenreibung die Feder ausdehnt.
Die Kupplung kann auch bei Bremsvor richtungen zur Anwendung kommen, die sich bei Drehrichtungsänderung (bei Rücklauf) selbsttätig einschalten, also gegen Rücklauf sichern wollen. Solche Bremsen kommen bei Aufzugmaschinen, Fahrzeugen usw. in An wendung.
Fig. 16 und 17 zeigen eine Bremsvor richtung in Ansicht und Schnitt. Fig. 18 und 19 veranschaulichen Schnitt und Ansicht einer Fahrradrücktrittbremse. Fig. 20 ist ein Schnitt durch ein Hebezeuggetriebe, Fig. 21 ein Querschnitt, und Fig. 22 zeigt die Schraubenfeder teilweise im Schnitt, teilweise in Ansicht.
Fig. 16 zeigt eine Welle 20, z. B. Kar danwelle oder Radachse eines Automobils mit einer darauf drehbaren Bremsscheibe 21, die gegen achsiale Verschiebung durch einen Stellring 22 und eine auf der Welle 20 be festigte Nabe 23 gesichert ist. Die Nabe 23 und die Nabe 24 der Bremsscheibe 21 liegen dicht nebeneinander, übergreifen sich zweck mässig gegenseitig und haben gleich grosse, einander zugekehrte, zylindrische Bohrungen, in die eine Schraubenfeder 25 schlüssig, d. h. mit geringer Spannung nach aussen, eingesetzt ist. Im vorliegenden Falle werden die Brems backen 43 durch eine Welle 44 mit entgegen gesetzten Gewinden 45 angezogen und gelöst.
Bei angezogenen Bremsbacken, d. h. bei festgehaltener Bremsscheibe 21 kann die Welle 20 mit der auf ihr befestigten Nabe 23 sich nur in der Richtung drehen, in wel cher die Schraubenfeder infolge ihrer Um gangsreibung an der Nabe sich zusammen rollt, denn nun können diese beiden Teile aufeinander gleiten. Will sich aber die Welle in entgegengesetzter Richtung, also rückwärts drehen, so wird durch die gleiche Umfangs reibung die Schraubenfeder auseinander gerollt und gegen die Innenwandung der gemein schaftlichen Nabenbohrung gepresst. Hierdurch werden die beiden Naben 23 und 24 mitein ander, also die Welle 20 mit der Brems scheibe 21 gekuppelt und dadurch eine Rück wärtsbewegung der Welle verhindert.
Soll aber in bestimmter Absicht die Welle sich rückwärts drehen, so braucht man nur die Bremsbachen 43 zu lüften; die Bremsscheibe 21 dreht sich dann mit der Welle 20. Bei der Ausführungsform nach Fig. 18, 19 ist die Hinterradachse des Fahrrades mit irgend einer bekannten Freilaufvorrichtung versehen. Ferner ist die Hinterradachse mit einer Bremsscheibe 29 versehen, um die ein Bremsband 30 gelegt ist, dessen Ende an einem Zapfen 31 befestigt ist. Das Brems band ist in der Drehrichtung um die Brems scheibe gelegt und (gewünschtenfalls durch eine Feder 32) mit einem Drahtseil 33 ver bunden, das über eine Rolle 34 an der untern Rahmengabel geführt und nach einer teil weisen Umschlingung einer Büchse 35 an dieser befestigt ist.
Die Büchse 35 ist auf dein angedrehten Ende 36 des Tretkurbel lagers 39 gelagert und mit einem Stift 37 versehen, der in der Drehrichtung hinter einem am Lager 39 befestigten Stift 38 sich befindet. Die Tretkurbelnabe 40 ist mit einer Bohrung versehen, in die eine rechtsgewundene Schraubenfeder 41 eingesetzt ist, deren in neres Ende durch einen Stift 42 mit der Büchse 35 verbunden ist.
Beim Vorwärtstreten der Kurbel rollt sich die Schraubenfeder 41 infolge ihrer Reibung gegen die Nabe 40 etwas zusammen, so dass letztere darüber gleitet. Beim Rückwärtstreten der Kurbel hingegen rollt sich die Schrauben feder infolge der Reibung sofort auseinander, presst also fest gegen die Nabenbohrung, wo durch die Nabe mit der Büchse 35 gekuppelt wird. Das Seil 33 wird also von unten auf gewickelt und dadurch das Bremsband 30 je nach Stärke des Rücktritts angezogen. Die Stifte 37 und 38 verhindern beim Treten in der Fahrtrichtung ein zu weites Mitnehmen der Büchse 35, wodurch das Drahtseil und das Bremsband zu schlaff werden würden.
Fig. 20 zeigt eine andere Ausführung, wie sie für Hebezeuge verwendet werden soll. Auf der in der feststehenden Nabe 47 gelagerten Vorgelegewelle 48 sitzt das Antriebsrad (Handkettenrad) 52. Die Welle 48 ist weiter hin mit einem Gewinde 49 versehen, auf dem das Antriebszahnrad 50 in engen Grenzen (nämlich zwischen dem Lager 55 und der Bremsscheibe 54) beweglich angeordnet ist. Das kleine Zahnrad 50 greift in ein grosses Zahnrad 51 des Hebezeuggetriebes ein. In den gleich grossen Bohrungen des Lagers 47 und der Bremsnabe 54 steckt eine schlüssig eingepasste Schraubenfeder 57. Wird durch das Kettenrad 52 die Vorgelegewelle 48 in der Pfeilrichtung gedreht, so zieht das Ge winde 49 das Zahnrad 50 mit seiner Brems fläche 53 gegen die Bremsnabe 54, die sich ihrerseits gegen einen auf der Welle 43 be festigten Bund 56 stützt.
Da einer Drehung der Bremsnabe 54 in der Pfeilrichtung nichts im Wege steht, weil sich die Schraubenfeder 57 infolge ihrer Umfangsreibung in dieser Richtung zusammenrollt, so kann die Seil trommel unter Mitnahme der Bremsnabe ge dreht werden. Wird aber die Handkette los gelassen, so kommt nur das Lastmoment an der Seiltrommel zur Wirkung, das vom grossen Zahnrad 51 ausgehend das kleine Zahnrad 50 entgegengesetzt zur Pfeilrichtung drehen will. Hierdurch wird das Zahnrad 50 auf dem Ge winde 49 geschraubt und wieder gegen die Bremsnabe 54 gepresst. Diese kann sich aber in dieser Richtung nicht drehen, weil die Schraubenfeder 57 durch ihre Umfangsreibung sich jetzt auseinanderrollt und somit derart gegen die Wandungen der Bohrungen gepresst wird, dass die Bremsnabe 54 mit dem festen Lager 47 gekuppelt wird.
Hierdurch ist also die gehobene Last gegen selbsttätigen Rück lauf gesichert.
Bei kleinen Hebezeugen lässt sich auch die Aufwindetrommel an Stelle des kleinen Zahnrades 50 direkt auf das Gewinde der An triebswelle setzen.
Die Schraubenfeder kann in allen Fällen auch an einem Ende mit dein zugehörigen Teil fest verbunden sein, statt schlüssig in eine Bohrung einzugreifen.