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Freilaufkupplung Die Erfindung betrifft eine Freilaufkupplung mit
zwei konzentrischen kreiszylindrischen Laufringen und dazwischen kippbar angeordneten
Klemmstücken, die in zwei an den Laufringen geführten, relativ zueinander verdrehbaren
Käfigen geführt sind, wobei die Käfige Endringe und sie verbindende Querstege aufweisen,
welche Öffnungen zur Aufnahme der Klemmstücke bilden.
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Es ist bekannt, bei Freilaufkupplungen mit Klemmstücken einen oder
beide Käfige an den Laufringen der Kupplung zu führen. Die dabei auftretende Reibung
ist erwünscht, da sie sich auf die Wirkungsweise der Kupplung beim Ein- bzw. Auskuppeln
vorteilhaft auswirkt.
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Eine Führung der Käfige an den Laufringen wurde bei bekannten Kupplungen
dadurch zu erreichen versucht, daß die Käfige oval ausgebildet wurden und damit
über einen gewissen Bereich an den Laufringen anlagen. Der Nachteil dieser Ausführungsform
liegt darin, daß sich durch Verschleiß der am Laufring anliegenden Flächen des Käfigs
die Reibung zwischen Laufring und Käfig ändert, wodurch die Arbeitsweise der Kupplung
beeinträchtigt wird. Außerdem ist es bei oval ausgebildeten Käfigen schwer, die
elastische Spannung der Anlage zu verändern, was jedoch zur Anpassung an unterschiedliche
Betriebsbedingungen der Kupplungen erwünscht ist.
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Bei anderen bekannten Kupplungen sind die Käfige mit abgewinkelten
oder aufgesetzten Gleitschuhen versehen, die die gewünschte Reibung zwischen Käfig
und Laufring hervorrufen. Bei diesen bekannten Freilaufkupplungen können Beschädigungen
der mit den Klemmstücken zusammenwirkenden Flächen der Laufringe auftreten, da die
Gleitschuhe wie die Klemmstücke auf den Laufringen aufliegen. Derartige Beschädigungen
beeinträchtigen die Wirkungsweise der Kupplung und bewirken raschen Verschleiß der
Klemmstücke.
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Um die geschilderten Nachteile wenigstens am inneren Käfig zu vermeiden,
wurde dieser auch schon beiderseits außerhalb des Bereichs der Klemmstücke mit je
einer Ringnut versehen und in diese je ein gegen Drehung gegenüber dem Käfig gesicherter
metallischer Gleitring eingesetzt. Durch diese Ringe, deren Innenfläche auf dem
inneren Laufring aufliegt, wird die gewünschte Reibung zwischen Käfig und Laufring
erzeugt. Der Nachteil dieser Ausführungsform liegt insbesondere in ihrem Aufwand
hinsichtlich Material und Herstellung der Ringe, die zur Erzeugung der gewünschten
Reibung an ihrer Innenfläche kupferplattiert sind. Auch die Ringnuten bedingen besondere
Arbeitsgänge und Fertigungseinrichtungen.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Freilaufkupplung zu schaffen,
die eine längere Lebensdauer als die bekannten Kupplungen aufweist, bei der weiterhin
der die Reibung erzeugende Teil des Käfigs mit gleichbleibendem Anlagedruck auf
dem Laufring aufliegt, so daß die infolge der Reibung auftretende Abnutzung sich
nicht nachteilig auf das Ein- und Auskuppeln der Klemmstücke auswirkt. Ferner sollen
diese Vorteile ohne einen besonderen materiellen oder fertigungstechnischen Aufwand
erreicht werden.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Endringe
der Käfige an einer Seite mit radialen Führungsflanschen versehen sind und daß zumindest
einer dieser Endringe durch axiale Schlitze so unterteilt ist, daß zumindest ein
aus einem Quersteg und einem zwischen den Schlitzen liegenden Ringsegment bestehendes
T-Stück entsteht, das mit der jeweils benachbarten Laufringfläche federnd in Reibberührung
steht.
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Die nur an einer Seite der Käfige vorgesehenen Führungsflansche am
Innen- und Außenring der Kupplung sind Reibflächen, die neben den Laufflächen der
Klemmstücke liegen, also die Laufflächen nicht beschädigen. Ferner ist durch die
beiden axialen Schlitze ein in T-Form ausgebildeter Reibschuh entstanden, der infolge
der Länge des zugehörigen Käfigquersteges weich federnd am Laufring anliegt. Durch
diese weiche Federung wird selbst bei Abnutzung des Laufringes oder des Reibschuhes
ein gleichmäßiger Anlagedruck aufrechterhalten; dieser Druck würde sich bei kurzem
Federarm bei
Abnutzung rasch ändern und die Wirkungsweise der Kupplung
beeinträchtigen. Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht auch, die elastische
Spannung, mit der der Reibschuh am Laufring anliegt, zu verändern, um den Erfordernissen
verschiedener Kupplungsanwendungen genügen zu können. Dabei werden diese Vorteile
in einfacher Weise, d. h. ohne schwierige Arbeitsgänge der Fertigung oder sonstigen
zusätzlichen Aufwand erreicht.
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Bei Verwendung einer die kippbaren Klemmstücke in Klemmbereitschaft
haltenden Feder soll die Spannung, mit der das als Reibschuh wirkende Ringsegment
des Käfigs gegen die Laufringfläche gedrückt wird, 11!2- bis 3mal so groß wie die
von der Feder hervorgerufene, entgegengesetzt gerichtete Umfangskraft sein. Untersuchungen
haben ergeben, daß bei derartiger Bemessung der Reibkraft der im Freilaufbetrieb
auftretende Verschleiß an den Klemmstücken merklich vermindert wird, jedoch noch
kein störender toter Gang in der Kupplung auftritt.
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Das Ringsegment des einen Käfigs kann am zugehörigen Laufring derart
federnd anliegen, daß es in Umfangsrichtung eine Hemmwirkung hervorruft, die zwei-
bis dreimal so groß ist wie die durch das Ringsegment des anderen Käfigs erreichte
Hemmwirkung. Es ließ sich feststellen, daß die Lebensdauer der Kupplung merklich
vergrößert wird, wenn die Reibungskräfte in der angegebenen. Weise ungleich sind.
Der Reibschluß zwischen Käfig und Laufring soll also am einen Laufring stärker sein
als am andern.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen in bevorzugten Ausführungsbeispielen
beschrieben. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Freilaufkupplung, Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1, Fig.3 eine vergrößerte
Ansicht des äußeren Käfigs, Fig. 44 eine Ansicht des inneren Käfigs, Fig. 5 bis
10 abgewandelte Einzelheiten der Käfige, Fig. 11 eine der Fig. 1 ähnliche Ausführungsform
der Erfindung.
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Bei der Kupplung nach Fig. 1 bis 4 ist zwischen einem inneren Laufring
1 mit zylindrischer Außenfläche 2 und einem äußeren Laufring 3 mit zylindrischer
Oberfläche 4 ein Kupplungseinbausatz 5 angeordnet. Dieser besteht aus kippbaren
Klemmstücken 12, die in zwei Käfigen 6, 16 geführt sind. Der äußere Käfig 6 ist
im wesentlichen von zylindrischer Gestalt und weist an seiner einen Stirnseite einen
Endring 7 und auf der gegenüberliegenden Seite einen Endring 8 auf. Die Endringe
7, 8 sind miteinander verbunden durch Querstege 9, welche zusammen mit den Endringen
die Öffnungen 11 des Käfigs 6 zur Aufnahme der Köpfe der kippbaren Klemmstücke 12
bilden. Der Endring 8 des Käfigs 6 ist mit einem Flansch 13 versehen, dessen Außenumfang
etwas kleiner ist als der Durchmesser der Oberfläche 4 des Laufringes 3. Wie Fig.
3 zeigt, sind am Endring 8 an zwei einander benachbarten öffnungen 11 Schlitze 14
vorgesehen. Die Schlitze 14 unterbrechen den Endring 8 und trennen ein Segment 15,
das über einen der Querstege 9 vom Endring 7 getragen wird, von den benachbarten
Teilen des Endringes B. Dieser besondere Quersteg, der das Bezugszeichen 9' trägt,
ist gemäß Fig. 1, 2 nach außen aus der Zylinderfläche, in der die übrigen Querstege
9 liegen, herausgebogen, damit sich de: äußere Umfang des Segmentes 15 als Reibschul
gegen die Oberfläche 4 des Laufringes 3 anlegt.
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Der Käfig 6 wird zunächst ohne die Schlitze 14 hergestellt; dann der
Außenumfang des Flansches 1? poliert und sämtliche Querstege 9 in einer gemeinsamen
Zylinderfläche ausgerichtet. Die Schlitze 14 werden dann in den Endring 8 eingeschnitten
unc der Quersteg 9' in dem gewünschten Maße gebogen, um die erforderliche Reibung
zwischen dem Segment 15 und dem zugeordneten Laufring zu erzielen. Fall erwünscht;
können die an den Schlitzen 14 liegenden Enden des Segmentes 15 ein wenig nach innen
gebogen sein, um sicherzustellen, daß nicht scharfe Kanten des Reibschuhes am Laufring
Riefen bilden.
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Der innere Käfig 16 ist analog zum Außenkäfig 6 von zylindrischer
Gestalt und besteht aus einem Endring 17 an der einen Stirnseite und einem Endring
18 an der gegenüberliegenden Seite. Die Endringe 17 und 18 sind durch Querstege
19 miteinander verbunden, so daß Öffnungen 21 zur Aufnahme der Füße der kippbaren
Klemmstücke 12 entstehen. Der Endring 18 ist mit einem Innenflansch 22 versehen,
der einen geringen Abstand von der Oberfläche 2 des Laufringes 1 hat. Am Endring
18 sind an zwei einander benachbarten Öffnungen 21 zwei Schlitze 23 vorgesehen.
Wie Fig.4 zeigt, entsteht durch die Schlitze 23 ein Segment 24 am Endring 18, welches
von den übrigen Teilen des Endringes 18 getrennt ist und vom gegenüberliegenden
Endring 17 über einen der Querstege 19, der hier mit dem Bezugszeichen 19' bezeichnet
ist, getragen wird. Das Segment 24 dient als Reibschuh und liegt an der Fläche 2
des Innenlaufringes 1 an.
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Der Käfig 16 wird ähnlich wie der Käfig 6 hergestellt. Die Innenfläche
des Flansches 22 wird poliert, dann werden die Schlitze 23 in den Endring 18 eingeschnitten
und der Quersteg 19' den Erfordernissen entsprechend nach innen gebogen, damit das
Segment 24 an der Fläche 2 des Laufringes 1 zur Anlage kommt, wenn der Kupplungseinbausatz
5 zwischen die Laufringe eingebaut ist. Die Enden der Segmente 24 sind außen etwas
abgeschrägt, um Riefenbildung auf der Lauffläche 2 zu vermeiden.
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Die Klemmstücke 12 haben eine Keilfläche 25, die sich gegen die innere
Lauffläche 2, und eine Keilfläche 26, die sich gegen die äußere Lauffläche 4 anlegt.
Die beiden Keilflächen 25 und 26 sind exzentrisch gekrümmt, so daß sie eine Verkeilung
zwischen den Laufringen hervorrufen, wenn in der einen Relativdrehrichtung eine
Bewegung der Laufringe gegeneinander beginnt. Dies entspricht dem Kupplungszustand.
Bei der entgegengesetzten Drehung der Laufringe gegeneinander sind die Klemmstücke
12 in eine Stellung gekippt, in der sie die Drehung nicht behindern; es herrscht
also Freilauf.
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Die Klemmstücke 12 und die Öffnungen 11, 21 in den Käfigen 6,16 sind
so ausgebildet und angeordnet, daß sie ein gemeinsames Kippen sämtlicher Klemmstücke
12 hervorrufen, wozu die in Umfangsrichtung zeigenden Flächen der Klemmstücke 12
und die in Umfangsrichtungen zeigenden Flächen der Stege 9, 19 über den ganzen Kippbereich
der Klemmstücke mit einem geringen Lagerspiel aneinander anliegen. Hieraus resultiert,
daß alle Klemmstücke gleichphasig kippen und das Lastmoment der Kupplung nicht nur
über einige der Klemmstücke übertragen, sondern die Last auf alle Klemmstücke verteilt
wird.
Zwischen den relativ starren Käfigen 6 und 16 befindet sich
ein flexibler Zwischenkäfig 27 aus Blech mit Öffnungen, durch welche die Klemmstücke
12 hindurchragen. Die Öffnungen des Käfigs 27 werden in Umfangsrichtung einerseits
von einer geraden, axial gerichteten Fläche, andererseits von einer Federzunge begrenzt,
die an der einen Seite des zugeordneten Klemmstückes anliegt, um dieses gegen die
gerade Fläche zu drücken und eine Vorspannung zu erzeugen, die die Klemmstücke in
Klemmbereitschaft hält, indem die Keilflächen 25 und 26 der Klemmstücke gegen die
Oberflächen 2 und 4 der Laufringe 1 und 3 gedrückt werden. Hieraus resultiert
während des Freilaufzustandes bei den in Fig. 1 durch Pfeile angedeuteten Drehrichtungen
der Laufringe ein Gleiten der Klemmstücke auf den Laufflächen, wodurch die Keilflächen
25 und 26 der Klemmstücke 12 verschleißen. Bei der Kupplung nach der Erfindung wird
dieser Verschleiß wie bei bekannten Kupplungen mit Reibschuhen zwischen Käfig und
Laufring gering gehalten. Nimmt man an, daß der Laufring 1 stillsteht und der Laufring
3 in der in Fig. 1 durch Pfeil gekennzeichneten Richtung umläuft, ist der Kupplungseinbausatz
5 bestrebt, sich auf Grund der Reibung zwischen der Oberfläche 4 des äußeren Laufringes
und der Keilflächen 26 der Klemmstücke 12 und auch auf Grund der Reibung
zwischen dem Außenrand des Segmentes 15 und der Oberfläche 4 zusammen mit
dem äußeren Laufring zu bewegen. Weil aber der Innenrand des Segmentes 24 am Innenkäfig
1.6 reibend an der Oberfläche 2 des Laufringes 1 anliegt, wird der innere Käfig
16 gegenüber dem äußeren Käfig 6 in Uhrzeigerrichtung verdreht; dadurch werden die
Klemmstücke 12 entgegengesetzt zur Uhrzeigerrichtung gekippt, so daß die Keilflächen
25 von der Laufringfläche 2 abgehoben werden. Somit wird der Verschleiß dieser Flächen
25 verkleinert und die Lebensdauer der Kupplung verlängert.
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Durch die Reibung zwischen den Segmenten 15 und 24 und den ihnen zugeordneten
Laufringen werden also Relativdrehungen zwischen den Käfigen 6 und 16 und, daraus
folgend, ein Kippen der Klemmstücke 12 hervorgerufen. Die Größe der Reibung zwischen
dem von dem Segment 15 und dem Quersteg 9' gebildeten T-Stück und dem äußeren Laufring
3 bestimmt sich aus der Vorspannung, die dem Segment 15 vom Quersteg 9' erteilt
wird. In ähnlicher Weise hängt die Größe der Reibung zwischen dem vom Segment 24
und dem Quersteg 19' gebildeten T-Stück und dem inneren Laufring 1 ab von der Vorspannung,
welche von dem Quersteg 19' auf das Segment 24 ausgeübt wird. Bei zu geringer Reibung
zwischen den Segmenten 15 und 24 und ihren zugeordneten Laufflächen können die Segmente
die ihnen zugedachte Wirkung nicht ausüben. Ist aber die Reibung der Segmente zu
groß, so ist der tote Gang der Kupplung groß, und demgemäß wird die Stoßbeanspruchung
der Klemmstücke groß, wenn die Kupplung vom Freilaufzustand in den Kupplungszustand
übergeht. Eine solche Wirkung ist unerwünscht. Versuche haben gezeigt, daß die Reibung
am Käfig 11/2-- bis 3mal so groß sein soll wie die vom Federkäfig 27 ausgeübte Umfangskraft;
damit läßt sich im Freilaufzustand der Verschleiß an den Klemmstücken vermindern,
jedoch tritt noch kein toter Gang in der Kupplung auf. Demgemäß wird die Kupplung
vorzugsweise so ausgebildet, daß zumindest einer der Käfige eine Reibung hervorruft,
die 11/2- bis 3mal so groß ist wie die von den Vorspannfedern, d. h. im dargestellten
Beispiel vorn Federkäfig 27 der Klemmstücke ausgeübte Umfangskraft. Die Reibung
beider Käfige kann gleich groß sein, doch ist es vorzuziehen, die Kupplung so auszubilden,
daß nur die Reibung eines der Käfige steuernd auf die Klemmkörper einwirkt, während
die Reibung an dem anderen Käfig nicht sehr genau eingestellt zu sein braucht. Ferner
konnte bei einigen Anwendungen festgestellt werden, daß die Lebensdauer der Kupplung
vergrößert wird, wenn einer der Käfige mit dem zugeordneten Laufring mittels Reibung,
2- bis 3mal so groß wie die des anderen Käfigs, verbunden ist. Man kann beispielsweise
die Reibung zwischen dem inneren Käfig 16 und der inneren Lauffläche 2 11/2-
bis 3mal so groß machen wie die vom Federkäfig 27 ausgeübte Umfangskraft und weiterhin
die Reibung zwischen dem äußeren Käfig 6 und der äußeren Lauffläche 4 2-
bis 3mal so groß wie die Reibung des inneren Käfigs 16.
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Die abgewandelten Ausführungsformen nach Fig. 5 bis 10 betreffen Maßnahmen
zur Veränderung der Federung des Quersteges, der das am Laufring anliegende Segment
trägt. Nach Fig. 5 ist zur Vergrößerung der Nachgiebigkeit an der Wurzel des Quersteges
ein Loch 40 eingestanzt, nach Fig. 6 ist der Steg mittels eines Schlitzes
50 nachgiebiger gemacht, nach Fig. 7 sind zum gleichen Zweck Nuten 60 angeordnet,
nach Fig.8 ist der Endring des Käfigs durch eine Nut 70 geschwächt, nach Fig. 9
ist im Quersteg ein rechteckiges Fenster 80 vorgesehen, nach Fig. 10 ist
schließlich die radiale Wandstärke des Quersteges bei 90 vermindert, um den Steg
nachgiebiger zu machen.
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Die in Fig. 11 dargestellte Kupplung entspricht im wesentlichen der
nach Fig. 1. Die Bauteile tragen um die Zahl 100 erhöhte Bezugszeichen. Am inneren
Käfig 116 ist an einer Stelle, die in Umfangsrichtung um 180° gegenüber dem Segment
124 versetzt ist, als fester Bestandteil des Käfigflansches 122 eine Warze
200 angeordnet, deren Oberfläche 201 entsprechend der Laufringfläche 2 gekrümmt
ist. Die Oberfläche 201 ist geglättet, so daß sich die Reibung zwischen dem Käfig
116 und dem Laufring 1 sehr genau einstellen läßt. In ähnlicher Weise ist am äußeren
Käfig 106 an einer in Umfangsrichtung um 180° gegenüber dem Segment 115 versetzten
Stelle eine Warze 202 angeordnet, deren geglättete Oberfläche 203 an der
Laufringfläche 4 anliegt.
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An jedem der Käfige kann eine beliebige Anzahl von T-Stücken und eine
entsprechende Anzahl von Warzen vorgesehen werden.