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Klemmrollen-Freilaufkupplung Die Erfindung betrifft eine Klenunrollen-Freilaufkupplung,
bestehend aus einem mit Keilbahnen versehenen Außenring, einem kreiszylindrischen
inneren Laufring und einem dazwischen angeordneten Kranz von Klemmrollen.
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Bei einreihigen Klemmrollen-Freilaufkupplungen bekannter Bauart, deren
Keilbahnen im Außenteil liegen und bei denen die Keilbahnen mit dem Außenteil aus
einem Stück hergestellt werden, können die Keilbahnen nicht mit der Präzision gefertigt
werden, die für einen Freilauf für hohe Drehzahlen und große Belastung verlangt
werden muß. Die Keilbahnen dieser Freiläufe werden meist durch Räumen hergestellt.
Durch das erforderliche nachträgliche Härten entstehen unvermeidlich Ungenauigkeiten,
welche insbesondere die Teilungsgenauigkeit des Außenringes beeinträchtigen. Infolgedessen
kommen bei den bekannten Freilaufkupplungen die Klemmrollen nur ungleichmäßig zum
Tragen, so, daß sie hohen Beanspruchungen nicht gewachsen sind und einem baldigen
Verschleiß unterliegen.
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Es sind auch bereits Freilaufkupplungen mit zwei Kränzen von Klemmrollen
bekannt, die zwischen zwei konzentrischen kreiszylindrischen Laufringen angeordnet
sind und bei denen sich die paarweise übereinanderliegenden Klemmrollen im Kupplungsfall
zwischen den Klemmflächen der Laufringe verkeilen. Bei diesen bekannten Doppelrollen-Freilaufkupplungen
ist zwischen den Rollen in Umfangsrichtung der Kupplung Spiel vorhanden. In Sperrrichtung
der Kupplung kann jede Rolle nach links oder rechts ausweichen, was zu ungleichmäßigen
Beanspruchungen führt. Außerdem müssen bei diesen Doppelrollen-Freilaufkupplungen
die Maße der Rollen so abgestimmt sein, daß die Umfangsgeschwindigkeiten der Rollen
ein bestimmtes Verhältnis haben.
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Die Erfindung hat den Zweck, die, Nachteile der bekannten Klemmrollen-Fleilaufkupplungen
zu vermeiden und eine Freilaufkupplung zu schaffen, bei der die am Außenring vorgesehenen
Keilbahnen mit geringem Aufwand und mit hoher Teilungsgenauigkeit hergestellt werden
können. Dabei sollen in der Mitnahmerichtung die unter Spannung stehenden Teile
ihre Form nur elastisch ändern. Weiterhin soll die Kupplung im Freilaufbetrieb wie
ein Lager wirken können. Beim Wechsel zwischen Freilauf und Mitnahme und umgekehrt
sollen die Kleminrollen eine geringere Bewegungsfreiheit haben als bei den bisher
üblichen Freilaufkupplungen. Ferner sollen Federn und Käfige vermieden werden. Bisher
waren solche Federn nötig, um die Klemmrollen bei Freilaufbetrieb in ihrer Lage
und in Klemmbereitschaft, d. h. in Anlage mit den Klenunflächen der Kupplung
zu halten. Die erfindungsgemäße Freilaufkupplung soll für große Drehmomente und
hohe Drehzahlen geeignet sein.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die Keilbahnen des
Kupplungsaußenringes von einem lückenlo#sen Kranz von Rollen gebildet werden, welche
unter Vorspannung aneinander und an eine zylindrische Innenfläche des, Kupplungsaußenringes
angepreßt sind. Für diese Funktion als Keilbahnen lassen sich handelsübliche Zylinderrollen
verwenden, die erst nach dem Härten genau zylindrisch geschliffen und dann eingebaut
werden. Die sonst nach dem Herstellen der Keilbahnen durch Härten auftretenden Formänderungen
werden also nach der Erfindung vermieden. Bei Freilaufkupplungen nach der Erfindung
treten meßbare Teilungsfehler micht auf. Sofern ein Teilungsfehler vorhanden ist,
liegt dieser also in der Größenordnung unter 2[t. Außerdem wird die erfindungsgemäße
Freilaufkupplung durch die Verwendung handelsüblicher Zylinderrollenbillig.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann jede der die Keilb#ahnen
bildenden Rollen eine Fase aufweisen, mit der sie satt an der Innenfläche des Kupplungsaußenringes
anliegt. Hierdurch wird eine größere Berührungsfläche zwischen diesen Rollen und
der Innenfläche des Kupplungsaußenringes geschaffen und die Belastbarkeit der Freilaufkupplung
erhöht.
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Um auch im Freilaufbetrieb die Lage der Klemmrollen in bezug auf die
die Keilbahnen bildenden Rollen zu sichern und ein Ausweichen der Klemmrollen in
die Zwischenräume zwischen den die Keilbahnen bildenden Rollen zu vermeiden, ist
es zweckmäßig, in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine der Anzahl der Klemmrollen
entsprechende Anzahl
von Steinen vorzusehen, die die Zwischenräume
zwischen den die Keilbahnen bildenden Rollen und den benachbarten Klemmrollen ausfüllen.
Diese Steine können vorteilhaft aus zylindrischen Rollen mit je zwei parallelen
Abflachtungen bestehen. Die Abflachungen der Steine bilden also Anlaufflächen für
die Klemmrollen bei Freilaufbetrieb und ermöglichen in Verbindung mit der hohen
Teilungsgenauigkeit der Keilbahnen auch bei Freilaufbetrieb eine einwandfreie Zentrierung
der Laufringe, so daß die erfindungsgemäße Kleminrollen-Freilaufkupplung zugleich
als Lager dienen kann.
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Bei Klemmrollen-Freilaufkupplungen bekannter Bauart werden statt der
erfindungsgemäßen Steine häufig flache, U-fönnig gebogene, Federn verwendet. Diese
Federn haben zwar zunächst den Vorteil, daß sie auch bei Freilaufbetrieb Berührung
zwischen den Kleinrurollen und den Keilbahnen aufrechterhalten. Da der zur Unterbringung
der Federn zur Verfügung stehende Raum jedoch klein ist, müssen auch die Federn
klein sein. Diese Federn können deshalb den bei Freilaufbetrieb auftretenden Kräften
nicht lange standhalten, sondern erlahmen rasch und werden dann wirkungslos. Außerdem
können sie wegen ihrer Nachgiebigkeit eine einwandfreie Zentrierung der Kupplungslaufringe
nicht gewährleisten. Es läßt sich aber auch bei Anwendung der erfindungsgemäßen
Steine eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Klemmrollen und den Keilbahnen
aufrechterhalten, wenn in weiterer Ausgeealtung der Erfindung jeder Stein mit einer
Fahne versehen wird, deren Schwerpunkt außerhalb der Längsachse des Steines liegt.
Die am Schwerpunkt der Fahne angreifende Zentrifugalkraft ist bestrebt, den Stein
zu verdrehen, so daß dieser die benachbarte Klemmrolle an die die Keilbahn bildende
Rolle andrückt. Hierdurch wird das Entstehen eines Lagerspieles auch bei hoher Drehzahl
der Kupplung vermieden.
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Die erfindungsgernäße Klemmrollen-Freilaufkupplung kann weiterhin
so ausgebildet sein, daß zwei Keilbahnen bildende Roflenkränze und zwei Klemmrollenkränze
in an sich bekannter Weise in axialer Richtung der Kupplung nebeneinanderliegen.
Dabei kann die Fahne in axialer Richtung zwischen den beiden äußeren und zwischen
den beiden inneren Rollenkränzen liegen und vorzugsweise in der Mitte des sich über
die axiale Gesamtlänge der beiden Doppelkränze erstreckenden Steines angebracht
sein.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein
Ausführungsbeispiel in einem radialen Schnitt nach der Linie I-1 in Fig. 2, Fig.
2 das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 in einer Teilansicht, nach der Linie
11-II in Fig. 1 geschnitten, Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig.
1 in vergrößertem Maßstab, Fig. 4 einen der Fig. 3 entsprechenden
Ausschnitt aus einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 5 einen Stein im Schnitt,
wie er sämtlichen Ausführungsbeispielen zugrunde liegt, im Maßstab der Fig.
3 und 4, Fig. 6 einen der Fig. 3 entsprechenden Ausschnitt
aus einem dritten Ausführungsbeispiel und Fig. 7 einen axialen Schnitt durch
eine Freilaufkupplung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel im Zusaminenbau mit
Wälzlagern. Sämtliche Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kleminrollen-Freilaufkupplung
bestehen im wesentlichen aus den gleichen Bauteilen, nämlich aus einem Außenring
1, einem Innenkörper oder Laufring 2, einem äußeren, fest eingeklemmte Rollen
3
umfassenden Rollenkranz, einem weiteren, begrenzt drehbare Rollen 4 umfassenden
inneren Rollenkranz 2 und einer der Anzahl der Rollen entsprechenden Anzahl von
Steinen 5, die ebenfalls ringförmig angeordnet sind. Der äußere Rollenkranz,
der innere Rollenkranz und die ringförmig angeordneten Steine 3 liegen konzentrisch
zueinander.
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Das erste Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 1
bis
3 dargestellt ist, ist zur Übertragung großer Drehmomente bei mittleren Drehzahlen
bis etwa 6000 U/niln geeignet. Zusätzliche Kugel- oder Rollenlager sind bei
diesem Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen und auch nicht nötig. Die Rollen der
beiden Rollenkränze, werden durch links und rechts der Rollen angeordnete Bordscheiben
6 gehalten, welche ihrerseits durch je einen Sicherungsring
7 gehalten sind. Die bei sämtlichen Ausführungsbeispielen benutzten Steine
5 sind aus Rollen hergestellt, die beidseitig abgeschliffen sind, und weisen
ein Profil auf, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Die Räume zwischen den
Rollen 3 und 4 der beiden Rollenkränze können zweckmäßig mit einer Flüssigkeit,
vorzugsweise mit öl, ausgefüllt sein, so daß eventuell auftretende Schwingungen
gedämpft werden. Selbstverständlich dient das öl dann auch zur Schmierung.
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Die Wirkungsweise der Freilaufkupplung nach dem Ausführungsbeispiel
gemäß den Fig. 1 bis 3 ist wie folgt: Es wird angenommen, daß der
Innenkörper 2, der auch als Ring ausgebildet sein kann, in Richtung des Pfeiles.
8 umläuft und daß der Außenring 1 stillsteht. Hierbei wirkt die Freilaufkupplung
als Lager. Bei einem Wechsel der Drehrichtung des Laufringes 2 von der Richtung
8 in die Richtung 9
laufen die Rollen 4 auf die Rollen 3 auf
und verklemmen sich zwischen der Innenbahn des Außenringes 1 und der Außenbahn
des Laufringes 2. In der Drehrichtung 9 des Laufringes 2 ist also die Kupplung
durch gleichzeitiges Verklemmen aller Rollen des inneren Rollenkranzes auf den als
Keilbahnen dienenden äußeren Rollen blockiert, wodurch eine Mitnahme des Außenringes
1 erfolgt. Beim Wechsel der Drehrichtung, also beim Übergang aus dem Freilaufzustand
in den Kupplungszustand und umgekehrt, führen die Rollen 4 des inneren Rollenkranzes
eine sehr kleine Drehbewegung aus. In Freilaufrichtung wirkt die Kupplung als Gleitlager;
der Laufring 2 gleitet dann auf den Rollen 4 des inneren Rollenkranzes. Die Rollen
3 des äußeren Rollenkranzes sind gegeneinander und gegen die Innenbahn des
Kupplungsaußenringes 1 verklemmt. Diese Verklemmung oder Einpressung wird
schon bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung durchgeführt, so
daß der äußere Rollenkranz stets ein selbsttragendes, festes Gebilde darstellt.
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Es wurde nun gefunden, daß der Betrieb der Freilaufkupplung am sichersten
und wirkungsvollsten ist, wenn das Spiel zwischen den losen Rollen des inneren Rollenkranzes
etwa 2 bis 12#t beträgt. Der Winkel 2o, der von der Verbindungslinie der Mittelpunkte
zweier zusammengehöriger Rollendesinneren und äußeren Rollenkranzes und von der
Radialen durch den Mittelpunkt der betreffenden Rolle des
inneren
Rollenkranzes. gebildet wird, beträgt etwa 2 bis 14'. Der Winkel 2 2 ist
in Fig. 6 dargestellt. Er entspricht dem üblichen Keilwirikel bei Keilverbindungen
bzw. dem üblichen Klemmwinkel bei Freilaufkupplungen mit Klemmrollen oder unrunden
Klerarakörpern, und er gilt, wie auch das oben angegebene Spiel zwischen den losen
Rollen des inneren Rollenkranzes, für alle Ausführungsbeispiele der Kupplung nach
der Erfindung.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 weisen die Rollen
3 des äußeren Rollenkranzes eine Fase 3 a auf, mit der sie
satt an der Innenfläche des Kupplungsaußenringes 1 anliegen. Die Fase 3a
ist entsprechend dem Radius der Innenfläche des Außenringes 1 gewölbt, so
daß zwischen den Rollen des äußeren Rollenkranzes und der Innenfläche des Kupplungsaußenringes
Flächenberührung besteht. Dies ist von Vorteil, wenn die Freilaufkupplung so starken
Schwingungen ausgesetzt ist, daß sie bei einer Linienauflage der Rollen
3 nach dem ersten Ausführungsbeispiel zu bleibenden Verformungen führen würden.
Die Freilaufkupplung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel weist im übrigen die gleichen
Einzelteile wie die Freilaufkupplung nach dem ersten Ausführungsbeispiel auf; die
Wirkungsweise ist ebenfalls die gleiche.
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Die Freilaufkupplung nach dem dritten Ausführungsbeispiel ist für
schwere Belastung bei hohen Drehzahlen bestimmt. Sie ist in Fig. 7 dargestellt
und in bekannter Weise mit Wälzlagern zwischen dem inneren und dem äußeren Kupplungsteil
versehen. Außer den -erwähnten wesentlichen Bestandteilen der Freilaufkupplung weist
die Freilaufkupplung nach dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 und
7
eine Fahne 10 auf, die mit dem Stein 5 verbunden ist. Der
Massenschwerpunkt der Fahne 10 liegt außerhalb der zur Kupplungsdrehachse
parallelen Längsachse des Steines. Der Schwerpunkt ist in Fig. 6 mit
11 bezeichnet.
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Bei hoher Drehzahl der Kupplung haben die Rollen 4 des inneren Rollenkranzes
das Bestreben, auf Grund der auf sie einwirkenden Zentrifugalkraft nach außen zu
wandern. Da sie mit einem geringen Spiel gelagert sind, würden sie sich von der
Außenfläche des inneren Laufringes 2 abheben. Durch die Fahnen 10 wird dieses
unerwünschte Abheben der Rollen 4 vermieden. Die Zentrifugalkraft wirkt sich nämlich
auf den Schwerpunkt der Fahne 10 so aus, daß die Fahne 10 zusammen
mit dem Stein 5 geschwenkt wird. Die Richtung der Schwenkbewegung ist in
Fig. 6 mit 16 bezeichnet. Durch das Schwenken des Steines
5 wird auf die am Stein 5 anliegende Rolle 4 eine Kraft ausgeübt,
die in Fig. 6 durch den Pfeil 17 dargestellt ist. Auf der anderen
Seite stützt sich der Stein 5 an der Rolle 3 ab, die mit den anderen
Rollen des äußeren Rollenkranzes spielfrei und mit Vorspannung im Kupplungsaußenring
eingepreßt ist und infolgedessen nicht ausweichen kann. Durch die Kraft
17 wird die Rolle 4 in ihrer richtigen Lage gehalten, so daß sie mit der
Außenfläche des inneren Kupplungsringes 2 in Berührung bleibt.
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Wie das dritte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7
zeigt, kÖnnen
der äußere und der innere Rollenkranz 3 und 4 je doppelt, in axialer Richtung
nebeneinanderliegend, angeordnet werden. Dabei kann zweckmäßig die Fahne,
10 in axialer Richtung zwischen den beiden äußeren und zwischen den beiden
inneren Rollenkränzen liegen und in der Mitte eines sich über die axiale Gesamtlänge
der beiden Rollenkränze erstreckenden Steines 5 angebracht 'sein. Jede aus
einem oder mehreren äußeren und inneren Rollenkränzen 3 und 4 gebildete Freilaufkupplung
kann in bekannter Weise beiderseits mit Wälzlagem 13 versehen werden. Die
Rollenkränze werden dabei durch links und rechts davon angeordnete Bordscheiben
12 gehalten, darauf folgen links und rechts Wälzlager 13, die entweder von
einem Sicherungsring 15 oder von einer Scheibe 14 und einem Sicherungsring
15 gehalten werden.