DE1146710B

DE1146710B - Switchable overrunning clutch with frustoconical clamping rollers between an inner part of the clutch and an outer part of the clutch

Info

Publication number: DE1146710B
Application number: DEN9419A
Authority: DE
Inventors: Otto Nast
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1954-09-01
Filing date: 1954-09-01
Publication date: 1963-04-04

Description

Schaltbare Freilaufkupplung mit kegelstumpfförmigen Klemmrollen zwischen einem Kupplungsinnenteil und einem Kupplungsaußenteil Die Erfindung bezieht sich auf eine schaltbare Freilaufkupplung mit kegelstumpfförmigen Klemmrollen zwischen einem Kupplungsinnenteil und einem Kupplungsaußenteil, deren den Klemmrollen zugekehrte Flächen parallel zur Mantelfläche der Klemmrollen liegen und als Klemmflächen dafür dienen.Switchable overrunning clutch with frustoconical pinch rollers between an inner coupling part and an outer coupling part The invention relates on a switchable overrunning clutch with frustoconical pinch rollers between an inner coupling part and an outer coupling part, whose facing the pinch rollers Areas are parallel to the outer surface of the pinch rollers and serve as clamping surfaces for it to serve.

Es ist bei Kupplungen bekannt, die als Klemmrollen dienenden Kegelrollen mit Hilfe einer auf der Kupplungswelle verschiebbaren Kupplungshülse axial zu verschieben. Bei einer derartigen bekannten Ausführung liegen die Klemmrollen in sogenannten Taschen, welche aus Ausnehmungen am Umfang der Kupplungswelle bestehen und parallel zur Wellenachse verlaufen. Die Klemmrollen können daher auf der Kupplungswelle nur eine Drehbewegung um die eigene Achse und eine Axialbewegung ausführen, aber keine Rollbewegung um die Welle herum.It is known in clutches, the tapered rollers serving as pinch rollers to move axially with the aid of a coupling sleeve that can be displaced on the coupling shaft. In such a known embodiment, the pinch rollers are in so-called Bags, which consist of recesses on the circumference of the coupling shaft and parallel run to the shaft axis. The pinch rollers can therefore only be on the coupling shaft perform a rotary movement around its own axis and an axial movement, but none Rolling motion around the shaft.

Der Nachteil dieser bekannten Ausführung besteht darin, daß die Kupplungshülse, wenn größere Kräfte durch die Kupplung aufzunehmen sind, bald an ihren die Klemmrollenstimseiten beaufschlagenden Rändern zerstört werden wird, da diese einen großen axialen Kupplungsdruck auf die Klemmrollen ausüben müssen. Hinzu kommt, daß die Klemmwirkung nur durch axiales Verschieben der Kegelklemmrollen beim Einrücken der Kupplung erzeugt wird. Das übertragene Drehmoment der Kupplung ist in erster Linie abhängig von dem axialen Druck, der während der Schaltbewegung ausgeübt wird. Dies ist von Nachteil, denn die Schaltmittel müssen unter großer Belastung betätigt werden.The disadvantage of this known design is that the coupling sleeve, if larger forces are to be absorbed by the coupling, soon at their clamping roller front sides acting edges will be destroyed, as this creates a large axial clutch pressure have to exercise on the pinch rollers. In addition, the clamping effect only through axial displacement of the tapered clamping rollers is generated when the clutch is engaged. The torque transmitted by the clutch is primarily dependent on the axial torque Pressure that is exerted during the switching movement. This is disadvantageous because the switching means must be operated under heavy load.

Es ist ferner bei Reibungskupplungen bekannt, zur Ausübung eines axialen Druckes auf die Reibkörper axial verschiebbare Druckringe mit axialen Steigungsflächen, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind, vorzusehen. Dabei sind Wälzkörper zwischen zwei derartigen Druckringen gelagert, die durch gegenseitiges Verdrehen um ihre gemeinsame Achse eine axiale Kraft auf die Reibkörper ausüben, welche lediglich die Aufgabe haben, statt einer gleitenden Reibung, die bei unmittelbarer Berührung der Steigungsflächen beider Druckringe auftreten würde, eine rollende Reibung zu erzeugen.It is also known for friction clutches to exercise an axial Pressure on the friction body axially displaceable pressure rings with axial slope surfaces, between which rolling elements are arranged to be provided. Rolling elements are between two such pressure rings stored, which by mutual rotation around their common axis exert an axial force on the friction body, which only have the task of instead of sliding friction that occurs with direct contact rolling friction would occur on the incline surfaces of both pressure rings produce.

Schließlich sind überholkupplungen bekannt, die Steigungsflächen aufweisen, auf welche die Rollen auflaufen und sich dadurch zwischen den Kupplungsflächen verklemmen. Dabei ist es schwierig, eine solche Kupplung auf einfache Art abschaltbar auszuführen.Finally, overrunning clutches are known that have inclined surfaces, on which the rollers run up and thereby get stuck between the coupling surfaces. It is difficult to design such a clutch so that it can be switched off in a simple manner.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Ausführungen dadurch, daß die kegelstumpfförmigen Klemmrollen an beiden Endflächen stumpf kegelförmig ausgebildet sind, gemeinsam mit ihren kleinen Endkegeln an einer konischen Stützscheibe, mit ihren großen Endkegeln an einer mit dem Kupplungsaußenteil drehfest, aber axial verschieblich verbundenen Druckscheibe anliegen und daß die Druckscheibe in an sich bekannter Weise für jede Klemmrolle eine nach Art einer Gewindefläche axial ansteigende Druckfläche aufweist, auf welche die Klemmrolle beim Einkuppeln mit ihrem großen Endkegel aufläuft.The invention avoids the disadvantages of the known designs in that that the frustoconical pinch rollers are frustoconical on both end faces are formed, together with their small end cones on a conical support disc, with their large end cones on one with the coupling outer part rotatably, but axially slidably connected thrust washer and that the thrust washer in itself As is known, one axially increasing in the manner of a threaded surface for each pinch roller Has pressure surface on which the pinch roller when engaging with its large End cone runs up.

Im Gegensatz zu den bekannten Kupplungen findet bei der Kupplung nach der Erfindung eine axiale Verschiebung des Druckringes ohne Belastung bis zur Anlage seiner Druckfläche an die großen Endkegel der Kegelrollen (Schaltbewegung) und eine axiale Verschiebung der zwischen dem konzentrisch zueinander angeordneten Kupplungsinnenteil und Kupplungsaußenteil liegenden Klemmrollen durch die Steigung der Druckflächen (Selbsthemmung) statt. Die Klemmrollen werden nicht nur durch die mittels der Druckscheibe ausgeübte axiale Kraft, sondern vor allem durch Auflaufen auf die gewindeflankenähnlichen Steigungsflächen der Druckscheibe in den ringförmigen Keilspalt zwischen dem Kupplungsinnenteil und dem Kupplungsaußenteil verklemmt. Der Kraftaufwand für das Einkuppeln ist also gering. Der Aufbau der Kupplung ist verhältnismäßig einfach und die Klemmwirkung hoch. Die Kupplung eignet sich infolge dieser hohen Klemmwirkung der Klemmrollen zur übertragung großer Kräfte, ohne daß Beschädigongen zu befürchten sind. Die Erfindung ist z: B. bei Zahnräderwechselgetrieben anwendbar, deren Gangstufen unabhängig von der Geschwindigkeit leicht ein- und ausschaltbar sein sollen. So können Kupplungen nach der Erfindung in einem an sich bekannten Zahnräderwechselgetriebe mit ständig im Eingriff stehenden Räderpaaren für jede Gangstufe Verwendung finden, wobei die Räder der Paare auf zwei parallelen Wellen angeordnet sind und in je einem Rad eines Paares eine Kupplung vorgesehen ist, über die das Rad mit seiner Welle koppelbar ist.In contrast to the known couplings, the coupling takes place after the invention an axial displacement of the pressure ring without loading up to the plant its pressure surface to the large end cone of the tapered rollers (switching movement) and a axial displacement of the clutch inner part, which is arranged concentrically to one another and clutch outer part lying pinch rollers due to the incline of the pressure surfaces (Self-locking) instead. The pinch rollers are not only driven by the means of the pressure disc exerted axial force, but mainly by running onto the thread flank-like Incline surfaces of the pressure disc in the annular wedge gap between the inner clutch part and the coupling outer part jammed. The effort required for engaging is therefore small amount. The construction of the coupling is relatively simple and the clamping effect high. The coupling is suitable due to this high clamping effect of the pinch rollers for the transmission of large forces without damage to fear are. The invention is applicable, for example, to gear change transmissions, their gear steps should be easy to switch on and off regardless of the speed. So can clutches according to the invention in a known gear change transmission with constantly engaged pairs of wheels for each gear stage use, the wheels of the pairs being arranged on two parallel shafts and in one each Wheel of a pair is provided with a coupling via which the wheel with its shaft can be coupled.

Es besteht ferner die Möglichkeit; den im eingeschalteten Zustand bestehenden Kraftschluß der treibenden Welle mit dem getriebenen Rad, das den äußeren Kupplungsteil bildet, durch eine für alle Gänge gleichsinnige Schaltbewegung zu lösen. Durch die einer Freilaufkupplung ähnliche Wirkung schaltet sich jeder Gang beim Einschalten des nächsthöheren selbsttätig aus, indem das bisher mit der Welle gekuppelte Zahnrad durch den höheren Gang überholt wird.There is also the possibility; those in the switched-on state existing frictional connection of the driving shaft with the driven wheel, which is the outer Coupling part forms by a shift movement in the same direction for all gears to solve. Each gear changes due to the effect of a one-way clutch when switching on the next higher automatically by doing so with the wave coupled gear is overtaken by the higher gear.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles. Es zeigt Abb. 1 den grundsätzlichen Aufbau der Kupplung, teilweise in Ansicht, teilweise im Schnitt, Abb. 2 einen Schnitt durch ein Getriebe, das mit Kupplungen nach der,Erfindung ausgerüstet ist, Abb. 3 und 4 zwei Ausführungen der die gewindefiankenähnlichen Druckflächen aufweisenden Druckscheibe.Details of the invention emerge from the description of the in the embodiment shown in the drawing. Fig. 1 shows the basic Construction of the coupling, partly in view, partly in section, Fig. 2 is a section by a gearbox equipped with clutches according to the invention, Fig. 3 and 4, two versions of the pressure surfaces that are similar to thread taps Thrust washer.

Gemäß Abb.1 liegen die kegelstumpfförmigen Klemmrollen 2 in der kegeligen Bohrung des Kupplungsaußenteiles, der hier die Nabe eines Rades 23 ist. Die Klemmrollen 2 weisen an ihren beiden Stirnseiten stumpfe Endkegel 2 a, 2 b auf. Mit ihren Endkegeln 2a liegen sie gemeinsam an einer konischen Stützscheibe 3 an, die zugleich als Klemmrollenkäfig ausgebildet sein kann, so daß sie die Klemmrollen im erforderlichen Abstand voneinander hält. Das die Bohrung 1 aufweisende Rad ist auf einer Welle gelagert, die durch die Wände 13 a, 13 b eines Gehäuses geführt ist. An der Wand 13 a ist ein nabenförmiges Widerlager 4 mittels eines Stiftes 14 gegen Drehung gesichert. Es hat am Umfang einen Schraubengang 5, der in eine schraubenförmige Nut eines drehbar auf dem Widerlager 4 sitzenden Schaltringes 9 mit Schalthebel 8 faßt.According to Fig. 1, the frustoconical clamping rollers 2 are located in the conical bore of the coupling outer part, which here is the hub of a wheel 23. The pinch rollers 2 have truncated end cones 2 a, 2 b on their two end faces. With their end cones 2a they jointly rest on a conical support disk 3, which can also be designed as a clamping roller cage, so that it keeps the clamping rollers at the required distance from one another. The wheel having the bore 1 is mounted on a shaft which is guided through the walls 13 a, 13 b of a housing. On the wall 13 a, a hub-shaped abutment 4 is secured against rotation by means of a pin 14. It has a screw thread 5 on the circumference, which engages in a helical groove of a switching ring 9 with a switching lever 8 rotatably seated on the abutment 4.

Dieser Schaltring 9 verschiebt, wenn er gedreht wird, über ein Drucklager 16 eine Druckscheibe 6, die auf der Welle axial verschiebbar ist. Die Druck-Scheibe 6 ist an ihrem Umfang mit Nocken 10 versehen, die sich gegen Rippen 11 am Rad 23 legen, wodurch Drehbewegungen der Druckscheibe 6 gegenüber dem Rad 23 unterbunden sind. Die Druckscheibe 6 weist an der den Endkegeln 2 b der Klemmrollen 2 zugekehrten Seite eine der Anzahl der Klemmrollen entsprechende Zahl von gewindeflankenähnlichen, axial ansteigenden Druckflächen 6a auf, auf die die Klemmrollen 2 beim Einkuppeln auflaufen.This switching ring 9 moves, when it is rotated, via a thrust bearing 16 a thrust washer 6 which is axially displaceable on the shaft. The pressure disk 6 is provided on its circumference with cams 10 which rest against ribs 11 on the wheel 23, whereby rotational movements of the pressure disk 6 with respect to the wheel 23 are prevented. On the side facing the end cones 2b of the pinch rollers 2, the pressure disk 6 has a number of thread-flank-like, axially rising pressure surfaces 6a corresponding to the number of pinch rollers, on which the pinch rollers 2 run up during coupling.

Die Stützscheibe 3, gegen die die Endkegel 2a der Klemmrollen 2 anliegen, stützt sich gegen eine Axialfeder 7 und diese über ein Drucklager 15 gegen die Gehäusewand 13 b.The support disk 3, against which the end cones 2a of the pinch rollers 2 rest, is supported against an axial spring 7 and this against the housing wall via a thrust bearing 15 13 b.

Beim Einschalten der Kupplung wird der Schalthebel 8 in Einschaltrichtung geschwenkt, wobei er durch den Gewindegang 5 axial nach links verschoben wird und dabei über das Drucklager 16 die Druckscheibe 6 axial nach links verschiebt. Diese kommt dabei mit ihren Druckflächen 6a zur Anlage an die großen Endkegel 2 b der Kegelrollen und schiebt die Rollen so weit in den kegeligen Keilspalt zwischen Welle und Rad hinein, daß das bei ausgerückter Kupplung vorhandene Spiel zwischen Welle, Kegelrollen und Radnabe beseitigt ist.When the clutch is switched on, the switching lever 8 is pivoted in the switching direction, whereby it is displaced axially to the left by the thread 5 and thereby displaces the thrust washer 6 axially to the left via the thrust bearing 16. This comes with its pressure surfaces 6a to rest on the large end cone 2b of the tapered rollers and pushes the rollers so far into the tapered wedge gap between shaft and wheel that the play between the shaft, tapered rollers and wheel hub when the clutch is disengaged is eliminated.

Wenn das Rad 23 der treibende Teil ist; nimmt es das Druckstück 6 durch die Rippen 11 und die Nocken 10 bei seiner Drehung mit, so daß dessen Druckflächen 6 a auf die Endkegel 2 b auflaufen. Dadurch erfolgt ein selbsttätiges Verstärken der axialen Druckkraft auf die Klemmrollen 2 entsprechend dem zu übertragenden Drehmoment.When the wheel 23 is the driving part; it takes the pressure piece 6 through the ribs 11 and the cams 10 during its rotation, so that its pressure surfaces 6 a run onto the end cone 2 b. This results in an automatic increase in the axial compressive force on the pinch rollers 2 in accordance with the torque to be transmitted.

Ist die Welle der treibende Teil, dann werden beim Einrücken der Kupplung, also beim axialen Verschieben der Kegelrollen 2 nach links in Abb: 1, die Kegelrollen, sobald sie die Bohrung 1 und die Welle berühren, durch Reibung mitgenommen und laufen dabei mit ihren Endkegeln 2 b auf die Steigungsflächen 6a der sich noch nicht drehenden Druckscheibe auf und verklemmen sich dadurch zwischen der Radnabe und der Welle, so daß das Rad 23 von der Welle mitgenommen wird: Dabei dreht sich dann auch die Druckscheibe 6 um die Welle, da sie über die Rippen 11 und die Nocken 10 mit dem Rad 23 gekuppelt ist.If the shaft is the driving part, then when the clutch is engaged, So when axially shifting the tapered rollers 2 to the left in Fig: 1, the tapered rollers, as soon as they touch the bore 1 and the shaft, dragged along by friction and run while with their end cones 2b on the slope surfaces 6a of the not yet rotating Thrust washer and become jammed between the wheel hub and the shaft, so that the wheel 23 is taken along by the shaft: the then also rotates Thrust washer 6 around the shaft, as it has the ribs 11 and the cams 10 with the Wheel 23 is coupled.

Zum Auskuppeln wird der Schalthebel 8 in entgegengesetzter Richtung geschwenkt und dadurch. der Schaltring 9 nach rechts verschoben. IEerbei werden die Klemmrollen 2 in axialer Richtung frei, und sie werden durch die Fliehkraft; unterstützt durch die Axialfeder 7, aus ihrer Klemmlage zwischen Radnabe und Welle gelöst. Sie wandern nach rechts. (Abb; 1); bis sie gegen einen Bund 12 anliegen, der in der Radnabe vorgesehen ist. Die Klemmrollen 2 können sich jetzt nicht weiter nach rechts bewegen. Zwischen ihnen und der kegeligen Bohrung 1 befindet sich in dieser Stellung ein radiales Spiel.To disengage the shift lever 8 is in the opposite direction pivoted and thereby. the switching ring 9 moved to the right. Be part of it the pinch rollers 2 free in the axial direction, and they are due to the centrifugal force; supported by the axial spring 7, from its clamping position between the wheel hub and the shaft solved. You wander to the right. (Fig; 1); until they rest against a collar 12, which is provided in the wheel hub. The pinch rollers 2 can now no longer move move to the right. Between them and the tapered bore 1 is located in radial play in this position.

In Abb. 2 sind Kupplungen nach Abb. 1 in einem Kraftfahrzeuggetriebe eingebaut. Dieses Getriebe enthält vier Vorwärtsgänge I bis IV und einen Rückwärtsgang R. Alle Antriebsräder 23 der Gänge I bis IV und R weisen Kupplungen nach Abb.1 auf. `Dabei ist das Widerlager 4 dieser Kupplungen jeweils an Gehäuserippen 17, 18, 19 befestigt. Die Schalthebel 8 sind nach außen geführt und können einzeln oder gemeinsam betätigt werden.In Fig. 2 are clutches according to Fig. 1 in a motor vehicle transmission built-in. This transmission contains four forward gears I to IV and one reverse gear R. All drive wheels 23 of gears I to IV and R have clutches as shown in Fig.1. `The abutment 4 of these couplings is on housing ribs 17, 18, 19 attached. The shift levers 8 are guided to the outside and can be used individually or together be operated.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Switchable overrunning clutch with frustoconical clamping rollers between an inner coupling part and an outer coupling part, the surfaces of which facing the clamping rollers lie parallel to the lateral surface of the clamping rollers and serve as clamping surfaces for it, characterized in that the clamping rollers (2) are designed to be truncated conical on both end faces, together with their small end cones (2a) on a conical support disc (3), with their large end cones (2b) on a pressure disc (6) connected non-rotatably but axially displaceably to the coupling outer part (1) and that the pressure disc in itself As is known, for each pinch roller has an axially rising pressure surface (6a) in the manner of a thread flank, on which the pinch roller runs with its end cone (2b) during coupling.

2. Coupling according to claim 1, characterized in that that the thrust washer (6) is gesture-proof by means of a screw-type design supported printing device (4, 5) is axially displaceable, the printing device serves as a switching means for engaging and disengaging by pushing it over the thrust washer the pinch rollers (2) in the annular wedge gap between the inner and outer part of the coupling presses.

3. Coupling according to claim 2, characterized in that the coupling outer part (1) in a manner known per se via an axial bearing (15) in the direction in which the annular wedge gaps between the inner and outer part of the coupling narrow, is supported and that between the pressure device (4,5) and the pressure disc (6) a thrust bearing (16) is arranged in a likewise known manner.

4. Coupling according to one of claims 1 to 3, characterized in that the conical inner surface of the coupling outer part (1) on the side from which the pinch rollers (2) are inserted, an annular shoulder (12) for the end faces (2b) of the Has pinch rollers.

5. Coupling according to one of claims 1 to 4, characterized in that the supporting disc (3), on which the conical end surfaces (2a) rest, by an axial spring (7) in Direction towards the pinch rollers (2) is loaded.

6. Coupling according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the coupling inner part in a known manner is a shaft and, in a likewise known manner, the coupling outer part as the hub a gear, a pulley, etc. is formed.

7. Coupling after one of claims 1 to 6, characterized by the use in a known per se Gear change transmission with constantly engaged pairs of gears for each Gear stage, the wheels of the pairs being arranged on two parallel shafts and a clutch is arranged in each wheel of a pair, by means of which the Wheel can be coupled to its shaft.