DE1145446B

DE1145446B - Als Freilaufkupplung ausgebildetes Radialkugellager

Info

Publication number: DE1145446B
Application number: DED28279A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans-Joachim Foerster
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1958-06-10
Filing date: 1958-06-10
Publication date: 1963-03-14
Also published as: US3008559A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

D 28279 ΧΠ/47 c

ANMELDBTAG: 10. JUNI 1958

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 14. MÄRZ 1963

Als Freilaufkupplung ausgebildetes Radialkugellager

Anmelder:

Daimler-Benz Aktiengesellschaft, Stuttgart-Untertürkheim, Mercedesstr. 136

Dr.-Ing. Hans-Joachim Förster, Stuttgart-Riedenberg, ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung betrifft ein als Freilaufkupplung ausgebildetes Radialkugellager mit einem inneren und einem äußeren Laufring, dazwischen angeordneten Kugeln und einem Sperrung mit Schrägflächen, auf welche die Kugeln in Sperrichtung auflaufen und dadurch den Sperring zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring verklemmen, wohingegen die Kugeln in Freilaufrichtung ungehindert in den Bahnen der Laufringe rollen.

Es sind als Freilauf kupplungen ausgebildete Radial- 10
kugellager bekannt, bei denen zwischen den Kugeln
Gleitschuhe mit Schrägflächen angeordnet sind oder
zwischen die Kugeln mit Schrägflächen versehene
Zungen oder Nasen eines Sperringes eingreifen. Bei
einer Relativdrehung der Laufringe in Sperrich- 15
tung laufen die Kugeln auf diese Schrägflächen auf
und verklemmen die die Schrägflächen aufweisenden 2

Bauteile zwischen dem äußeren und dem inneren
Laufring. ^au^ ^mre äußeren und inneren Reibflächen an den

Ein Nachteil der bekannten Kupplungen besteht 20 Käfigteilen gleich ausgebildet sind und sich axial darin, daß die radialen Laufbahnen, die bei Drehung gegenüberliegen. Die jede Kugel unmittelbar umin Freilaufrichtung durch den auf ihnen ruhenden gebende Innenfläche der Käfigteile besteht in an sich und unter Umständen großen Lastdiruck beansprucht bekannter Weise aus einer gewölbten, die Kugel bei werden, bei Drehung in Sperrichtung einem ebenfalls Freilauf führenden Schulter und aus einer zur Kugelradial gerichteten Klemmdrack, der bei Klemmkupp- 25 laufrichtung schwach geneigten Keilfläche, hingen, bekanntlich sehr hoch ist, ausgesetzt sind. Durch die beschriebenen Maßnahmen wird er-

Hierdurch ergeben sich Beschädigungen und starker reicht, daß bei Relativdrehung der Lauf ringe inSperr-Verschleiß der Kugellager. richtung an den Kugeln eine nahezu axial gerichtete

Dieser Nachteil liegt auch bei bekannten, als Frei- Kraft wirkt, die also nahezu senkrecht zu dem bei laufkupplungen ausgebildeten Axialkugellagern vor, 30 Drehung in Freilaufrichtung im wesentlichen radialen bei denen die axialen Laufbahnen bei Drehung in Lastdxuck gerichtet ist. Die an den Keilflächen ent-Freilaufrichtung von der axialen Lagerbelastung beansprucht werden und im Kupplungszustand einem
axial wirkenden, hohen Klemmdruck ausgesetzt sind.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, die beim Freilauf des Kugellagers als radiale und axiale Laufbahnen dienenden Flächen von den im Kupplungszustand wirksamen Klemmflächen zu trennen und dadurch eine Beschädigung oder einen schnellen Verschleiß des Kugellagers zu vermeiden.

Ein als Freilaufkupplung ausgebildetes Radialkugellager nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen in der quer zur Kupplungsachse liegenden Mittelebene des Kugelkranzes geteilten, als

stehende axiale Spreizkraft dient zur Erzeugung des Klemmdruckes und wird auf von den radialen Laufbahnen getrennte Klemmflächen übertragen.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß die Kupplungsflächen, d. h. die Reibflächen der Käfigringe und die Gegenflächen an den Laufringen, in an sich bekannter Weise als Kegelflächen ausgebildet sind; diese Kegelflächen ergeben sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß der innere Laufring des Kugellagers einem Außenkonus und der äußere Laufring des Kugellagers einen Innenkonus aufweisen, die mit einem Innenkonus an dem einen Käfigteil bzw. mit einem Außenkonus andern anderen

Sperring ausgebildeten Käfig, dessen "beide Teile 45 Käfigteil eine kraftschlüssige Verbindung eingehen,

durch die Kugeln bei Relativdrehung der Lauf ringe in Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß zwischen

der Sperrichtung axial gespreizt werden und Reib- den beiden Käfighälften Druckfedern angeordnet

flächen aufweisen, mit welchen sie beim Spreizen an sind, die im Freilaufzustand der Kupplung die Reib-

Gegenflächen des äußeren bzw. inneren Laufringes flächen mit geringer Anpressung in Berührung

zur Anlage kommen und dadurch die Laufringe 50 halten.

kraftschlüssig miteinander kuppeln. Der Käfig ist Es ist zweckmäßig, den äußeren und/oder den

hierbei in zwei ringförmige Hälften geteilt, die bis inneren Laufring des Kugellagers in an sich bekannter

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Weise geteilt auszuführen, um den Zusammenbau des Die Wirkungsweise der KugeUager-Freilaufkupp-

Kugellagers wie auch seinen Einbau in eine Maschine lung ist wie folgt:

zu erleichtern. Es wird angenommen, daß der innere Laufring 2

Um die erfindungsgemäße Kugellager-Freilauf- mit einer treibenden Welle, der äußere Laufring 3 kupplung herzustellen, kann von der Bauform eines 5 mit einem anzutreibenden Rad verbunden ist. üblichen Kugellagers ausgegangen werden. Das Kugel- Dreht sich die Welle und damit der innere Lauflager ist lediglich mit zusätzlichen Kegelflächen zu ring 2, wie in Fig. 2 mit Pfeil 11 dargestellt, so wird versehen; dies ist einfach durchzuführen. Außerdem die Hälfte 6 des Käfigs über die Reibfläche 10 ebenist der vorhandene Kugellagerkäfig_: gegen den erfin- falls in Richtung des Pfeiles 11 gedreht, während dungsgemäßen zweiteiligen Käfig mit Schrägflächen io die Käfighälfte 5, die mit dem mitzunehmenden auszutauschen. Die erfindungsgemäße Kugellager- äußeren Laufring 3, 4 in Reibverbindüng (Reib-Freilaufkupplung kann in den üblichen Lagergrößen fläche 9) steht, zurückbleibt. Die Relativbewegung hergestellt werden. der beiden Käfighälften bewirkt, daß die Kugeln an

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind dem be- dien Schultern? der Käfigteile anliegen, von denen schriebenen Ausführungsbeispiel zu entnehmen. 15 sie wie von einem normalen Kugellagerkäfig geführt

Fig. 1 zeigt eine Kugellager-Freilaufkupplung in werden. Eine verklemmende Wirkung tritt dabei nicht einem Axialschnitt nach der Linie I-I der Fig. 2; ein, da die Wölbungen der Schultern 7 dem Radius

Fig. 2 zeigt einen Teil eines ringförmigen, längs des der Kugeln entsprechen. Das auf den inneren Lauf-Teilkreises der Kugeln geführten und in die Zeichen- ring 2 von der Welle übertragene Drehmoment kann, ebene gestreckten Schnittes nach der Linie II-II der 20 wenn man von der schwachen Reibung zwischen den Fig. 1. Käfighälften und den Lauf ringen absieht, nicht auf

Die Kugellager-Freilaufkupplung nach dem dar- den äußeren Laufring und damit auf das mit dem gestellten Ausführungsbeispiel besteht im wesent- äußeren Laufring verbundene Rad übertragen werlichen aus Teilen, die zu einem üblichen Kugellager den. Die Kugellager-Freilaufkupplung wirkt bei diegehören: Lagerkugeln 1, ein innerer Laufring 2 und 25 sem Drehsinn als frei laufendes Kugellager, ein äußerer Laufring 3, 4. Der äußere Laufring ist Bewegt sich dagegen die treibende Welle und der

geteilt ausgeführt und besteht aus den beiden HaM- mit ihr verbundene Innenring 2 in Richtung des ten 3 und 4, die über radiale Flansche miteinander Pfeiles 12, so wird die Hälfte 6 des Käfigs über die verschraubt sein können. Die Kugeln1 werden von Reibfläche 10 in Richtung des Pfeiles 12 mitgenorneinem Käfig umgeben, der aus zwei gleich großen 30 men, während die Käfighälfte5 infolge ihrer Reib- und gleichgeformten Hälften 5 und 6 besteht. Die verbindung mit dem äußeren Laufring 3, 4 zuriick-Hälften 5, 6 liegen in axialer Richtung einander bleibt. Die Relativbewegung der beiden Käfighälften gegenüber, sie besitzen Ausnehmungen, in denen die führt zu einem Auflaufen der Kugeln an den Schräg-Kugeln geführt sind. Die Innenfläche einer jeden flächen 8. Zunächst wird eine Relativdrehung der Ausnehmung besteht im wesentlichen aus zwei Teil- 35 Käfighälften durch die zwischen den Reibflächen aufflächen 7, 8, von denen die Schulter 7 gewölbt ist, tretende Reibungskraft eingeleitet. Die notwendige, wobei die Wölbung einen Krümmungsradius aufweist, an sich geringe Anpressung wird von zwischen den der dem Radius der Lagerkugel entspricht und diese Käfighälften 5 und 6 angeordneten, nicht dargestellten bei der Bewegung in Freilaufrichtung führt. Die Druckfedern bewirkt. Die entstandene Reibungskraft zweite Teilfläche 8 ist als Schrägfläche ausgebildet, 40 wird an den Schrägflächen in Komponenten zerlegt, die in einem begrenzten Bereich eben und zur Kugel- von denen eine im Sinne einer Vergrößerung der laufrichtung und gegenüber der radialen Ebene be- Relativdrehung der Käfighälften wirkt. Eine größere züglich der Kugellagerachse schwach geneigt ist. Die Komponente verursacht ein Spreizen der Käfig-Ausgestaltung der Innenflächen der einander gegen- hälften, wodurch der Reibungsschluß an den Reibüberliegenden Aufnehmungen der beiden Käfighälf- 45 flächen 9 und 10 verstärkt wird, bis schließlich eine ten 5, 6 sind in ihrer Form und Größe gleich. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen den Käfighälften Schrägflächen 8 und die Schultern 7 liegen dabei einerseits und den Laufringen andererseits erzielt ist. jeweils diagonal einander gegenüber. Der Kraftfluß geht vom inneren Laufring 2 über die

Die ringförmige Käfighälfte 5 weist eine in radialer Konusreibfläche 10 auf die Käfighälfte 6, von dort Richtung außenliegende, als Kegelfläche ausgebildete 50 über die Schrägfläche der Käfighälfte 6 auf die Oberfläche und die ringförmige zweite Käfighälfte 6 Kugel 1, weiter über die gegenüberliegende Schrägeine entsprechende, ebenfalls als Konusfläche aus- fläche 8 auf die Käfighälfte 5 und über die Konusgebildete Innenfläche auf. reibfläche 9 auf den äußeren Laufring 3, 4.

Der äußere Laufring 3 ist mit einer dem Konus Wenn zwischen dem äußeren Laufring 3, 4 und

des Käfigteiles 5 gegenüberliegenden Kegelfläche ver- 55 dem inneren Laufring 2 eine Relativdrehung erfolgt, sehen. Der innere Laufring 2 hat eine entsprechende bei der der äußere Laufring in Richtung des Pfeiles Kegelfläche, die dem Konus des Käfigteiles 6 gegen- 12 weiterdreht, während der innere Laufring zurücküberliegt. Im Kupplungszustand werden die Kegel- bleibt oder in Richtung des Pfeiles 11 gedreht wird, flächen der Käfigringe gegen die Kegelflächen des löst sich die kraftschlüssige Verbindung, und die inneren bzw. äußeren Laufringes gepreßt. Die dann 60 Kupplung wirkt wieder als frei laufendes Kugellager, für die jeweils gegenüberliegenden Konusflächen Die Konuswinkel und der Winkel der Schräggemeinsamen Kegelreibflächen sind mit 9 und 10 be- flächen 8 am Käfig stehen in einem bestimmten Verzeichnet, wobei 9 die Reibverbindungsfläche zwischen hältnis zueinander. Wird der Konuswinkel mit α und dem äußeren Laufring 3 und der Käfighälfte 5 und der Winkel der Schrägfläche 8 mit β bezeichnet, dann die Reibverbindungsfläche zwischen dem inneren 6g muß der Reibungskoeffizient μ an der Konusfläche Laufring 2 und der Käfighälfte 6 bezeichnen. Federn gleich dem oder größer als das Produkt von tgß und drücken die beiden Käfighälften auseinander bis zur sin« sein (,u^tg/J ■ sin α). Die Käfigjhälften 5, 6 so-Anlage der Konusflächen. wie der innere und der äußere Laufring.sind Vorzugs-

weise aus gehärtetem Stahl hergestellt, wobei die Konusflächen mit einer Auflage aus Werkstoff mit geeigneten Laufeigenschaften versehen werden können. Aus Montagegründen ist der äußere Laufring 3, 4 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel geteilt ausgeführt. Es können jedoch auch der innere Laufring 2 oder beide Laufringe geteilt ausgeführt sein.

Die Wirkungsweise der Kugellager-Freilaufkupplung ist entsprechend, wenn der äußere Laufring 3, 4 ίο angetrieben wird. Die Kupplungs- und die Freilaufrichtung liegen dann umgekehrt. Der Kraftnuß nimmt dabei den oben beschriebenen Weg in entgegengesetzter Richtung.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Als Freilaufkupplung ausgebildetes Radialkugellager mit einem inneren und einem äußeren Laufring, dazwischen angeordneten Kugeln und einem Sperring mit Schrägflächen, auf welche die Kugeln in Sperrichtung auflaufen und dadurch den Sperring zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring verklemmen, wohingegen die Kugeln in Freilaufrichtung ungehindert in den Bahnen der Laufringe rollen, gekennzeichnet durch einen in der quer zur Kupplungsachse liegenden Mittelebene des Kugelkranzes geteilten, als Sperring ausgebildeten Käfig, dessen beide Teile (5 und 6) durch die Kugeln (1) bei Relativdrehung der Laufringe (2 bzw. 3, 4) in Sperrrichtung axial gespreizt werden und Reibflächen (9, 10) aufweisen, mit welchen sie beim Spreizen an Gegenflächen des äußeren bzw. inneren Laufringes (3 bzw. 2) zur Anlage kommen und dadurch die Lauf ringe kraftschlüssig miteinander kuppeln.

2. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig in zwei ringförmige Hälften (5, 6) geteilt ist, die bis auf die äußere Reibfläche (9) am Käfigteil (5) und die innere Reibfläche (10) am Käfigteil (6) gleich ausgebildet sind und sich axial gegenüberliegen.

3. Freilaufkupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jede Kugel (1) unmittelbar umgebende Innenfläche der Käfigteile (5, 6) in an sich bekannter Weise aus einer gewölbten, die Kugel bei Freilauf führenden Schulter (7) und aus einer zur Kugellaufrichtung schwach geneigten Keilfläche (8) besteht.

4. Freilaufkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibflächen (9, 10) der Käfigringe (5, 6) und die Gegenflächen an den Laufringen (3, 2) in an sich bekannter Weise als Kegelflächen ausgebildet sind.

5. Freilaufkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Laufring (2) des Kugellagers einen Außenkonus und der äußere Laufring (3) einen Innenkonus aufweisen, die mit einem Innenkonus (10) am Käfigteil (6) bzw. mit einem Außenkonus (9) am Käfigteil (5) eine kraftschlüssige Verbindung eingehen.

6. Freilaufkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Käfighälften (S, 6) Druckfedern angeordnet sind, die im Freilaufzustand der Kupplung die Reibflächen mit geringer Anpressung in Berührung halten.

7. Freilaufkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere und/oder der innere Laufring in an sich bekannter Weise geteilt ausgeführt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 382 481, 697 046;
französische Patentschriften Nr. 569 063, 757 297, 033, 931 685;

USA.-Patentschriften Nr. 1 724 983, 2 009 964;
Zeitschrift »Konstruktion«, Heft 7/1957, S. 256.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen