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Freilaufkupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft
eine Freilaufkupplung, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, mit zwischen
Außen- und Innenring käfiglos angeordneten, federnd in die Sperrstellung angelegten
Klemmsteinen und Mitteln zur Begrenzung des Rückschwingens der Klemmsteine in die
Lösestellung.
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Freilaufkupplungen der vorstehend genannten Art, sogenannte Klemmsteinfreiläufe,
sind an sich bekannt. Bei einer bekannten Ausführungsform liegen die Klemmsteine
mit geringem Abstand voneinander und werden ohne Käfig nur durch eine gemeinsame
Schraubenfeder zusammengehalten. Diese Freilaufkupplungen haben bisher im praktischen
Betrieb, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, keine ausreichend hohe Lebensdauer erreicht,
sondern wurden meist nach kurzer Zeit vorwiegend durch Drehschwingungen in der Kraftübertragung
zerstört. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei einer Schwingung in Klemmrichtung
der Klemmstein gegenüber dem Außen-und Innenring stark elastisch verspannt wird.
Kehrt nun die Schwingung um, so wird die gespeicherte Energie frei, und der Klemmstein
schwingt weit über die zum Lösen erforderliche Stellung zurück. Dieses Rückschwingen
in Löserichtung mußte durch die Schraubenfeder aufgenommen werden, was bei der erheblichen
Energie der Rückschwingung nach kurzer Zeit zur Zerstörung der Federn und damit
des Freilaufes führte.
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Bei einer anderen bekannten Freilaufkupplung liegen die Klemmsteine
in einem Käfig, der zugleich Federzungen zum Anlegen jedes Klemmsteines aufweist.
Hierbei ist zwar jeder Klemmstein mit einer Wulst versehen, die beim Rückschwingen
des Steines am Käfig anschlägt. Dabei wirkt aber die Wulst nur als Drehachse, und
die Federzunge muß dennoch die Energie der Rückschwingung aufnehmen. Der Nachteil
bleibt also derselbe.
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Die Erfindung hat eine Beseitigung des vorstehend erwähnten Nachteils
zur Aufgabe. Sie löst diese Aufgabe bei den eingangs erwähnten Freilaufkupplungen
dadurch, daß das Zurückschwingen jedes Klemmsteines durch mittel- oder unmittelbaren
Anschlag an mindestens einem der benachbarten Steine begrenzt ist.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung gelingt es, die Energie der
Rückschwingung aufzunehmen, ohne dabei die Feder zu belasten. Die Lebensdauer dieser
Feder und damit der ganzen Freilaufkupplung wird auf diese Weise erheblich heraufgesetzt.
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Nach der Erfindung soll die Schwingung eines Steines die Nachbarsteine
nicht beeinflussen, und es wird hierfür eine derartige Anordnung und Ausbildung
der Klemmsteine vorgeschlagen, daß die Richtung der Abstützkraft des schwingenden
Steines an der Anschlagstelle die Mittellinie des bzw. der abstützenden Steine schneidet.
Dies wird praktisch vielleicht nicht immer restlos gelingen, aber auf jeden Fall
wird angestrebt, daß die Richtung der Abstützkraft so nahe wie möglich in Richtung
zur Mittellinie des benachbarten Steines hin verläuft.
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Als Anschläge sind bei einer Ausführungsform nach der Erfindung auf
beiden Seiten der Klemmsteine diagonal zur Längsmittellinie in bekannter Weise Nasen
oder durchgehende Wülste angeordnet, die auf beiden Seiten zumindest annähernd volumengleich
sind. Eine andere Möglichkeit liegt darin, daß als Anschläge in den Lücken zwischen
den Klemmsteinen und dem Außenring Rollen angebracht sind. An diesen Rollen schlagen
die Steine an, während sich die Rollen selbst am Außenring und am benachbarten Klemmstein
abstützen. Auf diese Weise wird die Energie des Rückschwingens auf zwei Stellen
verteilt.
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Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in an
sich bekannter Weise eine alle Klemmsteine durchsetzende, ringförmige Schraubenfeder
als Anlegefeder für die Klemmsteine vorgesehen, und die für diese Feder vorgesehenen
Bohrungen in den Klemmsteinen sind an den Enden trichterförmig erweitert.
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Es kann zweckmäßig sein, jedem Klemmstein in an sich bekannter Weise
eine eigene Anlegefeder zuzuordnen. Dies kann erfindungsgemäß z. B. derart erfolgen,
daß in jedem Klemmstein eine Schrägbohrung vorgesehen und in dieser eine Schraubenfeder
angeordnet
ist, die über eine in derselben Bohrung angeordnete Kugel exzentrisch am benachbarten
Klemmstein bzw. an dessen Wulst, angreift. Die Achse der Schrägbohrung soll dabei
annähernd durch die Mittellinie des Klemmsteines verlaufen.
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Eine weitere Möglichkeit liegt darin, an den Klemmsteinen seitliche
Zapfen vorzusehen und an diesen Zapfen eine Stabfeder zu befestigen, die mit einem
Ende oben bzw. unten an dem Zapfen des oder der benachbarten Steine anliegt. Die
Feder kann im Zapfen exzentrisch eingespannt und die Zapfen mit Ringnuten zur Aufnahme
der Federenden versehen sein.
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Die Erfindung wird an Hand von vier in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen nachstehend näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 bis 3 verschiedene
Ausführungen von Freiläufen ohne Käfig im Schnitt, Fig.4 eine weitere Ausführung
eines käfiglosen Freilaufes in der Seitenansicht und Fig.5 einen Klemmstein der
Anordnung nach Fig. 4 im Längsschnitt.
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Nach Fig. 1 sind zwischen dem Außenring 10 und dem Innenring
11 eines Freilaufes die Klemmsteine: 12 angeordnet. Eine gemeinsame
ringförmig Schraubenfeder 13 dient zur Vorspannung der Klemmsteine 12 in Klemmrichtung,
d. h., sie liegt an den abgesetzten Stellen 14 der Klemmsteine
12 an und erteilt dadurch den Klemmsteinen 12 ein Drehmoment entgegen dem
Uhrzeigersinn.
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Die bisherigen Klenunsteine 12 waren entsprechend den gestrichelten
Linien geformt, d. h., sie hatten einen im Querschnitt zylindrischen Mittelteil
15 mit oben und unten anschließenden Vorsprüngen 16 und 17, deren äußerer Umfang
als Klemmflächen dient. Bei dieser Ausbildung kann der Klemmstein 12 aus der Klemmstellung
bei einer auftretenden Schwingung weit im Uhrzeigersinn über die zum Lösen erforderliche
Stellung hinaus' zurückschwingen. Dabei bildeten die äußeren Kanten 18 an den Bohrungen
zweier benachbarter Klemmsteine 12 gewissermaßen eine Schere, welche die Schraubenfeder
13 nach kurzer Zeit zerstörte.
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Dieses Zurückschwingen der Klemmsteine 12 wird nunmehr dadurch verhindert,
daß an den Vorsprüngen 16 und 17 diagonal zum Mittelteil
15 Anschläge, z. B. Nasen oder Wülste 19 und 20 vorgesehen sind. Zwecks einfacherer
Herstellung können die Wülste über die ganze Länge des Klemmsteines 12 durchgehen.
Die Wülste bzw. die Nasen 19 und 20 sind möglichst volumengleich, damit keine ungünstigen
Drehmomente auf den Klemmstein 12 infolge der Fliehkraft wirken können.
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Durch die Wülste 19 und 20 wird die Schwingbewegung
der Klemmsteine 12 begrenzt. Sie schlagen beim Zurückschwingen des Klemmsteines
12 an dem zylindrischen Mittelteil 15 der benachbarten Steine an.
Da die Richtung der Abstützkräfte an der Anschlagstelle zumindest annähernd durch
den Mittelpunkt 21 des Steines geht, kann ein schwingender Stein die benachbarten
Steine nicht zu Schwingungen anregen. Es kann auch nur eine Wulst an jedem Stein,
z. B. die Wulst 19, vorgesehen sein, wobei dann das aus den Fliehkräften resultierende
Drehmoment entweder durch die Schraubenfeder 13 aufgenommen oder in anderer
Weise, z. B. durch seitliche Bohrungen an den Klemmsteinen 12 ausgeglichen werden
muß. Als weitere erfindungsgemäße Maßnahme wird die Bohrung 22 zur Aufnahme der
Schraubenfeder 13 an beiden Enden trichterförmig erweitert. Durch diese trichterförmigen
Erweiterungen 23 wird zusammen mit der Begrenzung des Rückschwingens die beschriebene
Scherwirkung der Kanten 18 auf die Schraubenfeder 13 vollkommen vermieden. Die Erweiterungen
23 dürfen nur so tief sein, daß an den abgesetzten Stellen 14 noch ein genügender
Hebelarm für den Angriff der Schraubenfeder 13 zur Verfügung steht.
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Bei der beschriebenen ersten Ausführungsform ist eine Änderung der
Form der Klemmsteine 12 erforderlich. Um dies zu vermeiden bzw. bereits vorhandene
Freiläufe verbessern zu können, kann eine Ausführung nach Fig.2 gewählt werden.
Danach werden die Klemmsteine 12 in der ursprünglichem äußeren Form beibehalten,
lediglich die Bohrungen 22 werden mit trichterförmigen Erweiterungen 23 an den Enden
versehen. In die Lücken zwischen den Klemmsteinen 12 und dem Außenring 10 sind Wälzkörper
bzw. Rollen 24 eingesetzt. An Stelle dafür können auch mehrere Kugeln verwendet
werden.
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Die Wirkung ist dieselbe, wie sie bereits bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 beschrieben wurde. Das Rückschwingen des Steines 12 wird über die Rollen
24 auf den zylindrischen Mittelteil 15 des benachbarten Steines 12 übertragen und
dadurch begrenzt. Die Rollen 24 sollen einen möglichst großen Durchmesser aufweisen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die Klemmsteine 12 in
der äußeren Form etwa ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig.l ausgeführt.
Jedem Klemmstein 12 ist als besondere Anlegefeder eine Schraubenfeder 25 in einer
Schrägbohrung 26 des Klemmsteines 12 zugeordnet. Die Achse der Schrägbohrung 26
geht etwa durch die Mittellinie des Klemmsteines 12. Die Schrägbohrung 26 ist so
gerichtet, daß die Schraubenfeder 25 durch eine Kugel 27 od. dgl. exzentrisch am
benachbarten Stein 12 bzw. an dessen einem Wulst 20 angreifen kann.
Auf diese Weise werden alle Steine in die Klemmstellung gedrückt. Das Rückschwingen
wird wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch verhindert, daß die Wülste
19 und 20 oder eine davon durch Anschlag am zylindrischen Mittelteil 15
die
Schwingungsamplituden begrenzen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 und 5 ist wiederum jedem Klemmstein
12 eine eigene Anlegefeder zugeordnet. Die Klemmsteine 12 sind mit seitlichen Zapfen
28 mit je einer Ringnut 29 versehen. In einer Bohrung 30 der Zapfen
28 sind Stabfedern 31 eingesetzt, die mit ihren Enden oben bzw. unten in den Ringnuten
29 der Zapfen 28 der benachbarten Steine anliegen. Die Stabfedern 31 üben auf den
Klemmstein 12 ein Drehmoment in Klemmrichtung aus. Die Begrenzung des Rückschwingens
erfolgt wie bei den Beispielen nach Fig. 1 und 2 entweder durch Wülste 19 und 20
bzw. durch zusätzlich zwischengelegte Rollen 24. Die Stabfedern
31 können auch nur mit einem Ende auf dem Zapfen 28 eines benachbarten Steines
12 aufliegen. Auch Blattfedern können dafür Verwendung finden.