DE10353433A1

DE10353433A1 - Clutch assembly has inner section with driver faces as flat surfaces with surface normals orientated perpendicularly to rotational axis, whereby driver faces lie multiply rotational symmetrical to rotational axis

Info

Publication number: DE10353433A1
Application number: DE2003153433
Authority: DE
Inventors: Vincent Reichart
Original assignee: Gardena Manufacturing GmbH
Current assignee: Gardena Manufacturing GmbH
Priority date: 2003-11-15
Filing date: 2003-11-15
Publication date: 2005-06-16

Abstract

The clutch assembly has a sleeve-form outer section encompassing an inner section, with both sections co-axially mounted to rotate around a rotational axis. Several driver faces are provided on the inner section and clamping components are installed between the driver faces and mating face on the outer section. The driver faces (MF) are flat surfaces with their surface normals orientated perpendicularly to the rotational axis (DA), and the driver faces lie multiply rotational symmetrical to the rotational axis.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung nach Art eines Klemmkörper-Freilaufs.The The invention relates to a coupling arrangement in the manner of a sprag freewheel.

Bei derartigen Kupplungsanordnungen bilden ein Außenteil, z.B. als Antriebselement, und ein Innenteil, z.B. als Abtriebselement, welche ineinander gefügt und um eine Drehachse drehbar koaxial gelagert sind, mit einander radial zugewandten Flächen Strukturen mit in Drehrichtung verengt zulaufenden Aufnahmen, in welchen Klemmkörper, im Regelfall Rollen oder Kugeln, einliegen. Typischerweise ist die Innenfläche des Außenteils kreiszylindrisch. Durch Verklemmen der Klemmkörper zwischen Antriebselement und Abtriebselement in den verengten Bereichen wird das Abtriebselement von dem Antriebselement kraftschlüssig mitgenommen.at Such coupling arrangements form an outer part, e.g. as a driving element, and an inner part, e.g. as output element, which are joined together and around a rotation axis are rotatably mounted coaxially with each other radially facing surfaces Structures with narrowing in the direction of rotation, in which clamp body, usually rolls or balls, einliegen. Typically, that is palm of the outer part circular cylindrical. By jamming the clamping body between the drive element and output member in the constricted areas becomes the output element frictionally entrained by the drive element.

Im Freilaufbetrieb kann das Abtriebselement frei gegen das stehende Antriebselement weiterdrehen, da dann der Klemmeingriff der Klemmkörper aufgehoben ist. In anderer Betriebsart kann auch bei weiterdrehendem Antriebselement das Abtriebselement davon entkoppelt werden, indem durch Einwirkung auf die Klemmkörper der Klemmeingriff aufgehoben wird und die Klemmkörper außer Eingriff gehalten werden. Dies kann z.B. zur Realisierung eines Schnellstops für das Abtriebselement ausgenutzt werden.in the Freewheeling operation, the output element free against the standing Turn the drive element further, because then the clamping engagement of the clamping body is canceled is. In another mode, even with weiterdrehendem drive element the output element of it can be decoupled by acting on the clamp body the clamping engagement is canceled and the clamp body are kept out of engagement. This can e.g. to realize a quick stop for the output element be exploited.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte derartige Kupplungsanordnung anzugeben.Of the present invention is based on the object, an advantageous specify such coupling arrangement.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The Invention is described in claim 1. The dependent claims contain advantageous embodiments and modifications of the invention.

Die Ausbildung der Mitnehmerflächen als ebene Flächen am Außenumfang des von dem Außenteil, z.B. dem Antriebselement, umgebenen Innenteils, z.B. einem Abtriebselement, ermöglicht eine besonders vorteilhafte Herstellung des Innenteils aus einem zylindrischen Teil, insbesondere einem Abschnitt eines stangenförmigen Halbzeugs, welches in sich bereits diese ebenen Mitnehmerflächen als Teil seiner Umfangsflächen aufweist. Die Bearbeitung des zylindrischen Teils kann dann auf die Erzeugung der übrigen Strukturen des Abtriebselements beschränkt werden, wobei in einer besonders vorteilhaften Ausführung die Bearbeitung im wesentlichen auf einen Materialabtrag durch Abdrehen um die Drehachse des Abtriebselements beschränkt werden kann.The Training the driving surfaces as flat surfaces on the outer circumference of the outer part, e.g. the drive element, surrounded inner part, e.g. an output element, allows a particularly advantageous preparation of the inner part of a cylindrical part, in particular a portion of a rod-shaped semi-finished product, which already has these flat driver surfaces as part of its peripheral surfaces. The machining of the cylindrical part can then be based on the production of the remaining structures limited the output element be, in a particularly advantageous embodiment, the Machining essentially on a material removal by turning off can be limited to the axis of rotation of the output element.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt:The The invention is based on preferred embodiments illustrated in detail with reference to the figures. there shows:

1 eine bevorzugte Ausführung eines Innenteils, 1 a preferred embodiment of an inner part,

2 eine Kupplungsanordnung vor Einsetzen des Innenteils nach 1, 2 a clutch assembly before insertion of the inner part to 1 .

3 eine axiale Ansicht einer zusammengesetzten Kupplung, 3 an axial view of a composite coupling,

4 einen Längsschnitt durch eine zusammengesetzte Kupplung, 4 a longitudinal section through a composite coupling,

5 eine alternative Ausführung eines Innenteils, 5 an alternative embodiment of an inner part,

6 eine weitere Ausführung eines Innenteils. 6 another embodiment of an inner part.

Das in 1 skizzierte Innenteil IT ist aus einem zylindrischen Teil hergestellt, welches im Querschnitt senkrecht zu der mit der Drehachse DA des Innenteils zusammenfallenden Zylinderachse eine Außenkontur in Form eines regelmäßigen Polygons, im skizzierten Beispiel eines Sechsecks, besitzt. Die zylindrische Ausgangsform ist mit unterbrochenen Linien angedeutet.This in 1 sketched inner part IT is made of a cylindrical part, which has an outer contour in the form of a regular polygon, in the example of a hexagon outlined in cross-section perpendicular to the coincident with the axis of rotation DA of the inner cylinder axis. The cylindrical initial shape is indicated by broken lines.

In Richtung der Drehachse DA weist das in 1 skizzierte Innenteil einen Kupplungsabschnitt KA und einen Fortsatzabschnitt FA auf. Die beiden Abschnitte können auch axial durch einen Zwischenabschnitt beabstandet sein.In the direction of the axis of rotation DA, the in 1 sketched inner part of a coupling portion KA and an extension section FA on. The two sections can also be axially spaced by an intermediate section.

Die Außenumfangsfläche des Innenteils weist im Kupplungsabschnitt KA mehrere ebene Mitnehmerflächen MF auf, deren Flächennormalen senkrecht zur Drehachse verlaufen. Die ebenen Mitnehmerflächen MF sind Flächenabschnitte der ebenen Außenflächen des sechseckig zylindrischen Ausgangsteils. Die Umfangsfläche des skizzierten Innenteils im Kupplungsabschnitt KA wird aus dem Ausgangsteil vorteilhafterweise dadurch erzeugt, dass dieses um die Drehachse auf einen Radius RB abgedreht wird, welcher größer ist als der Radius RI des dem Ausgangssechseck einbeschriebenen Kreises und kleiner als der Radius RA des umbeschriebenen Kreises. Der Radius RI ist gleich dem Abstand der Mitnehmerflächen MF von der Drehachse. Die Mitnehmerflächen MF sind dann polar um die Drehachse DA durch Trennflächen TF voneinander beabstandet, wobei die Trennflächen auf einem Kreiszylinder mit Radius RB um die Drehachse liegen. Im Querschnitt senkrecht zur Drehachse DA zeigt die Kontur des Innenteils gerade Abschnitte entsprechend den Mitnehmerflächen, welche auf dem Polygon des Ausgangsteils liegen, und Kreisbogenabschnitte mit Radius RB um die Drehachse entsprechend den Trennflächen.The outer peripheral surface of the inner part has in the coupling portion KA a plurality of flat cam surfaces MF, the surface normal extending perpendicular to the axis of rotation. The flat cam surfaces MF are surface portions of the flat outer surfaces of the hexagonal cylindrical output member. The peripheral surface of the sketched inner part in the coupling section KA is advantageously produced from the output part by turning it around the axis of rotation to a radius RB which is greater than the radius RI of the circle inscribed in the output hexagon and smaller than the radius RA of the circumscribed circle. The radius RI is equal to the distance of the cam surfaces MF from the axis of rotation. The driver surfaces MF are then spaced apart from each other in a polar manner about the rotational axis DA by separating surfaces TF, wherein the separating surfaces lie on a circular cylinder with a radius RB about the axis of rotation. In cross-section perpendicular to the axis of rotation DA shows the Contour of the inner part straight portions corresponding to the cam surfaces, which lie on the polygon of the output part, and circular arc sections with radius RB about the rotational axis corresponding to the parting surfaces.

Der Vorgang des Materialabtrags durch Abdrehen ist besonders vorteilhaft und kostengünstig. Im Fortsatzabschnitt bleibt dabei die Sechseck-Polygon-Kontur des Ausgangsteils im Wesentlichen erhalten.Of the Process of material removal by twisting is particularly advantageous and cost-effective. in the Extension section remains the hexagon polygon contour of the output part essentially preserved.

In den Winkelbereichen bei der Mitnehmerfläche liegen die Mitnehmerflächen in einer Ebene mit den ebenen Flächen FF des Fortsatzabschnitts FA. In den Winkelbereichen der Trennflächen TF ragt der Fortsatzabschnitt mit Überstandsabschnitten US radial über die Trennflächen hinaus. Diese Überstandsabschnitte US können, wie an der zusammengebauten Kupplungsanordnung noch näher erläutert, zum einen das skizzierte Innenteil axial gegen Verschiebung abstützen und zum anderen zur Begrenzung der Verdrehung des Innenteils gegen einen Lagerkäfig für Klemmelemente dienen.In the angular ranges in the driving surface are the driving surfaces in a plane with the flat surfaces FF of the extension section FA. In the angular regions of the separating surfaces TF the extension section protrudes with overhang sections US radially over the dividing surfaces out. These supernatant sections US can, as explained in more detail on the assembled coupling arrangement, for support the sketched inner part axially against displacement and on the other hand to limit the rotation of the inner part against a bearing cage for clamping elements serve.

Das Innenteil kann als Antriebselement oder als Abtriebselement der Kupplungsanordnung dienen. Zur Kraftankopplung an einen Antriebsmotor oder ein angetriebenes Werkzeug kann beispielsweise die Polygonkontur benutzt werden. Vorzugsweise ist innerhalb der Querschnittsfläche eine Koppelstruktur erzeugt. Im skizzierten Beispiel ist in dem Innenteil eine kreisrunde Aussparung ausgedreht, mit welcher das Innenteil radial klemmend auf einen Zentralkörper aufgesetzt wird, der seinerseits eine Koppelstruktur zur formschlüssigen Kraftankopplung aufweist. Die klemmende Verbindung des Innenteils mit dem Zentralkörper bildet vorteilhafterweise zugleich eine Überlastkupplung. Die klemmende Verbindung kann z. B. in an sich bekannter Weise durch Einfügen eines radial elastisch deformierbaren Toleranzrings TR mit beispielsweise gewellter Struktur zwischen Innenteil und Zentralkörper erfolgen.The Inner part can be used as a drive element or as output element of Serve coupling arrangement. For power coupling to a drive motor or a driven tool, for example, the polygon contour to be used. Preferably, within the cross-sectional area is a Coupling structure generated. In the example sketched is in the inner part a circular recess turned out, with which the inner part radially clamped on a central body is placed, in turn a coupling structure for positive locking Has force coupling. The clamping connection of the inner part with the central body advantageously forms at the same time an overload clutch. The pinching Connection can z. B. in a conventional manner by inserting a radially elastically deformable tolerance ring TR with, for example corrugated structure between inner part and central body done.

2 zeigt in schrägperspektivischer Ansicht ein Außenteil AT, einen Käfig RK mit mehreren Rollen RO als Klemmelementen und den bereits genannten Zentralkörper ZK mit der Koppelstruktur KS, z. B. zwei außermittig liegenden Boh rungen, und einer zentralen Lagerbohrung LB. Der Käfig RK ist mit einer Ringplatte RP axial auf dem Rand des als Zahnrad ausgeführten Außenteils AT abgestützt. Auf dem Käfig sind zwei axial abstehende Bolzen AB als Anschlagelemente vorgesehen. Die Bolzen AB können zugleich als Anschlag für den Eingriff eines Stop-Gliedes dienen, welches bei laufendem Antrieb durch Anhalten des mitdrehenden Käfigs die Klemmelemente aus dem Klemmverbund reißen und dadurch die Kraftübertragung zwischen Außenteil und Innenteil unterbrechen kann. Die Anschlagelemente können auch abweichend von dem Bolzen eine weitgehend beliebige Form aufweisen. 2 shows in an oblique perspective view of an outer part AT, a cage RK with several roles RO as clamping elements and the already mentioned central body ZK with the coupling structure KS, z. B. two eccentric Boh ments, and a central bearing bore LB. The cage RK is supported with a ring plate RP axially on the edge of the outer part AT designed as a gear. On the cage two axially projecting bolts AB are provided as stop elements. The bolts AB can also serve as a stop for the engagement of a stop member, which break the clamping elements of the clamping assembly while the drive is stopped by stopping the co-rotating cage and thereby interrupt the power transmission between the outer part and the inner part. The stop elements may also have a largely arbitrary shape deviating from the bolt.

Die 3 zeigt in (A) die relative Winkellage von Käfig RK mit Rollen RO zu dem Innenteil bei Klemmeingriff der Klemmkörper und in (B) bei gelöster Kraftübertragung. Die Drehrichtung des als Antriebselement wirkenden Außenteils ist durch den Pfeil DR angegeben. Die Kraftübertragung bei Klemmeingriff der Rollen in der in 3(A) gezeichneten Winkellage des Innenteils bezüglich des Käfigs ist allgemein bekannt und daher nicht weiter diskutiert. In 3(A) sind Teile der Anordnung freigelegt gezeichnet und teilweise auch verdeckte Linien durchgezogen. Der Zentralkörper ist nicht mit eingezeichnet.The 3 shows in (A) the relative angular position of cage RK with rollers RO to the inner part in clamping engagement of the clamp body and in (B) with dissolved power transmission. The direction of rotation of acting as a drive element outer part is indicated by the arrow DR. The power transmission at clamping engagement of the rollers in the in 3 (A) drawn angular position of the inner part with respect to the cage is well known and therefore not discussed further. In 3 (A) are parts of the arrangement exposed drawn and sometimes also hidden lines drawn through. The central body is not marked with.

Von besonderem Vorteil ist das Zusammenwirken der Anschlagelemente AB an dem Käfig mit den überstehenden Abschnitten US des Fortsatzabschnitts FA in der in 3(B) eingezeichneten relativen Winkelposition des Innenteils bei gelöster Kupplung. Durch Anschlag der überstehenden Abschnitte US an den Bolzen AB wird die Verdrehung des Innenteils aus der Klemmeingriff-Position gegenüber dem Käfig RK so weit begrenzt, dass die Klemmelemente keinen gleichzeitigen Kontakt zur kreiszylindrischen Innenfläche des Außenteils und zu den Mitnehmerflächen des Innenteils haben. In 3 ist zusätzlich eine Abtriebswelle AW sowie eine Deckplatte PL, welche axial auf der Welle AW gesichert ist, eingezeichnet. Die Begrenzung der relativen Verdrehung von In nenteil und Käfig ist auch unabhängig von der Form und Herstellung der Umfangsfläche des Innenteils von besonderem Vorteil. Anschlagelemente an Käfig und Innenteil können dann auch anders ausgeführt sein. Aus 3(B) ist auch ersichtlich, das die Spitzen des Polygons auch reduziert, z. B. um ein geringeres Maß als die Trennflächen abgedreht, sein können, solange die Anschlagfunktion und/oder die axiale Abstützfunktion noch gewährleistet ist.Of particular advantage is the interaction of the abutment elements AB on the cage with the protruding sections US of the extension section FA in the in 3 (B) Plotted relative angular position of the inner part when the clutch is released. By abutment of the protruding portions US to the bolt AB, the rotation of the inner part of the clamping engagement position relative to the cage RK is limited so far that the clamping elements have no simultaneous contact with the circular cylindrical inner surface of the outer part and the driving surfaces of the inner part. In 3 In addition, an output shaft AW and a cover plate PL, which is secured axially on the shaft AW, located. The limitation of the relative rotation of In nenteil and cage is also independent of the shape and manufacture of the peripheral surface of the inner part of particular advantage. Stop elements on the cage and inner part can then be designed differently. Out 3 (B) can also be seen that also reduces the tips of the polygon, z. B. can be turned off to a lesser extent than the parting surfaces, as long as the stop function and / or the axial support function is still guaranteed.

Aus dem Längsschnitt nach 4 entlang C-C von 3(A) ist die weitere Funktion der überstehenden Abschnitte US des Fortsatzabschnitts als axiale Abstützung auf der Ringplatte RP des Käfigs RK ersichtlich. Das Überstandsmaß der überstehenden Abschnitte kann gegenüber der Polygon-Kontur des Ausgangsteil reduziert sein, z.B. wiederum durch Abdrehen. Ferner ist die Lage des Toleranz-Rings TR zwischen Innenteil IT und Zentralkörper ZK ersichtlich. Auf der Abtriebswelle AW ist ein Doppelexzenter EX angeordnet, welcher formschlüssig mit dem Zentralkörper ZK verbunden ist und die Antriebskraft auf z. B. ein Werkzeug überträgt.From the longitudinal section to 4 along CC of 3 (A) the further function of the protruding sections US of the extension section can be seen as an axial support on the ring plate RP of the cage RK. The protrusion of the protruding portions may be reduced compared to the polygon contour of the output part, for example by turning again. Furthermore, the position of the tolerance ring TR between the inner part IT and central body ZK can be seen. On the output shaft AW a double eccentric EX is arranged, which is positively connected to the central body ZK and the driving force on z. B. transmits a tool.

5 zeigt eine Ausführung eines Innenteils analog zu 1, hier aber mit vierzähliger Drehsymmetrie der Mitnehmerflächen MF5 und der Trennflächen TF5. Das Innenteil nach 5 ist aus einem Ausgangsteil mit quadratischem Querschnitt hergestellt. Das Innenteil nach 6 ist aus einem Ausgangsteil mit rechteckigem Querschnitt hergestellt und weist lediglich zwei Mitnehmerflächen MF6 und Trennflächen TF6 auf. 5 shows an embodiment of an inner part analogous to 1 , but here with fourfold rotational symmetry of the driving surfaces MF5 and the separating surfaces TF5. The inner part after 5 is from one Output part made with square cross-section. The inner part after 6 is made of an output member of rectangular cross-section and has only two cam surfaces MF6 and separating surfaces TF6.

Die Vorteile der Herstellung der erfindungsgemäßen Form der Umfangsfläche des Innenteils gelten insgesamt für Ausgangsteile mit ebenen Flächen in der Ausrichtung und Lage der Mitnehmerflächen des Innenteils, so dass diese Mitnehmerflächen nicht gesondert erzeugt werden müssen.The Advantages of producing the inventive shape of the peripheral surface of Inside, a total of Starting parts with flat surfaces in the orientation and position of the driving surfaces of the inner part, so that not these driving surfaces must be generated separately.

Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.The above and those specified in the claims as well as the figures removable features are both individually as well as in various combinations advantageously feasible. The invention is not limited to the described embodiments limited, but in the context of expert Can s changeable in many ways.

Claims

Coupling arrangement with a sleeve-shaped outer part and an inner part surrounded by this, which are rotatably mounted coaxially to each other about a rotation axis and radially spaced opposing surfaces, wherein on the inner part a plurality of driving surfaces are given and inserted between Mitnehmerflächen and the mating surface on the outer part clamping body, characterized in that the driver surfaces (MF) are planar surfaces whose surface normals are oriented perpendicular to the axis of rotation (DA), and in that the driver surfaces are multiple rotationally symmetrical to the axis of rotation.

Arrangement according to claim 1, characterized that the driving surfaces through dividing surfaces (TF) are polar about the axis of rotation separated.

Arrangement according to claim 2, characterized that the dividing surfaces lie on a circular cylindrical surface around the axis of rotation.

Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized that the inner part in the axial direction in one piece over the Engagement area (KA) of the clamp body continues and in the extension section (FA) has a contour, in which the flat driving surfaces in flat extension surfaces (FF) are continued parallel to the axis and which the separating surfaces with protruding Sections (US) projecting radially.

Arrangement according to claim 4, characterized that the contour of the extension area (FA) is a regular polygon forms or at least the flat extension surfaces (FF) on a regular polygon lie.

Arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that the clamping bodies (RO) are held in a common cage (RK) and that the contour of the coupling portion (KA) projecting portions (US) in cooperation with stop elements (AB) on the cage (RK ) limits the relative rotation of inner part and cage about the axis of rotation in one direction of rotation ( 3 (B) ).

Arrangement according to Claims 1 to 6, characterized in that the inner part in the axial engagement region (KA) of the clamping bodies (RO) has a contour whose straight driving surfaces (MF) on the sides of a regular polygons lie and their interfaces (TF) lie on a circle on the axis of rotation.

Arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized that the inner part on its peripheral surface (MF, TF) in the axial coupling section (KA) from a cylindrical semi-finished product with a polygonal cross-section made by twisting.