DE1164166B

DE1164166B - Clamp body coupling

Info

Publication number: DE1164166B
Application number: DEB29174A
Authority: DE
Inventors: Harry P Troendly; Ernest A Ferris; Bertram A Fulton Jun
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1953-09-11
Filing date: 1954-01-09
Publication date: 1964-02-27

Description

Klemmkörperkupplung Die Erfindung bezieht sich auf Klemmkörperkupplungen, bei denen zwischen zwei konzentrischen, kreiszylindrischen Laufringen kippbare Klemmkörper angeordnet sind, die mit gekrümmten Klemmflächen an den Laufringflächen anliegen, durch zwei Klemmkörperkäfige, einen inneren und einen äußeren, von denen der erste dem innenliegenden und der zweite dem außenliegenden Laufring radial naheliegt, geführt werden und beim Kippen an parallel zur Kupplungsachse liegenden Käfigstegen in Umfangsrichtung der Kupplung anliegen.Clamping body coupling The invention relates to clamping body couplings, where clamping bodies are tiltable between two concentric, circular cylindrical races are arranged, which rest with curved clamping surfaces on the raceway surfaces, by two sprag cages, one inner and one outer, the first of which the inner and the second is radially close to the outer race, and when tilting on cage bars parallel to the coupling axis in the circumferential direction of the coupling.

Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung dieser Kupplungen dadurch, daß die beiden in Umfangsrichtung weisenden Flanken der Klemmkörper so geformt sind, daß sie an den ihnen benachbarten Flächen der Käfigstege in jeder Kipplage der Klemmkörper zwischen der Klemm- und der Freilaufstellung mit minimalem Spiel anliegen.The invention aims to improve these couplings by that the two flanks of the clamping bodies pointing in the circumferential direction are shaped in such a way that they are on the adjacent surfaces of the cage bars in each tilted position of the clamping body rest between the clamped and the free-wheeling position with minimal play.

Dabei kann in bekannter Weise der eine Käfig radial außerhalb, der andere radial innerhalb eines Kreises angeordnet sein, auf dem die Mittelpunkte der Klemmkörper liegen.Here, in a known manner, the one cage radially outside, the others may be arranged radially within a circle on which the center points the sprags lie.

Jeder Klemmkörper kann in einer zur Kupplungsdrehachse parallelen Ebene in bekannter Weise Rechteckquerschnitt und in einer dazu senkrechten Ebene einen hantelförmigen Umriß aufweisen.Each clamping body can be parallel to the coupling axis of rotation Plane in a known manner, rectangular cross-section and in a plane perpendicular thereto have a dumbbell-shaped outline.

Bei einer Kupplung nach der Erfindung sind Köpfe und Füße, das sind die radial äußeren und radial inneren Teile der Klemmkörper, während der Kippbewegung aus der Freilauflage in die Kupplungs-oder Klemmlage so an den Stegen der beiden Käfige geführt, daß die Klemmkörper sich genau phasengleich bewegen, und zwar auch unter außergewöhnlichen Betriebsverhältnissen, z. B. bei extremer Temperatur oder bei Vibrations- und Stoßbelastung der Kupplung. Durch die Gleichmäßigkeit der Lastübernahme aller Klemmkörper erhöhen sich die Betriebssicherheit und die Belastbarkeit der Kupplung. Bei unveränderter Nennleistung lassen sich Ersparnisse an Gewicht, Platzbedarf und Herstellungskosten machen.In a coupling according to the invention, heads and feet are, that is the radially outer and radially inner parts of the clamping body, during the tilting movement from the free-wheel to the coupling or clamping position so on the webs of the two Cages guided that the sprags move exactly in phase, and that too under exceptional operating conditions, e.g. B. at extreme temperature or when the coupling is subjected to vibration and shock loads. Due to the uniformity of the load transfer all sprags increase the operational safety and the load capacity of the Coupling. With unchanged nominal output, savings in weight and space requirements can be achieved and make manufacturing costs.

Ein minimales Spiel zwischen den Klemmkörpern und den Käfigstegen läßt sich durch geeignete Formgebung der Flanken der Klemmkörperköpfe und -füße einerseits und ihrer Anlageflächen an den Käfigstegen andererseits erreichen. Dies sei an Hand der Zeichnungen näher erläutert.Minimal play between the sprags and the cage bars can be achieved by suitable shaping of the flanks of the clamping body heads and feet on the one hand and their contact surfaces on the cage bars on the other hand. this is explained in more detail with reference to the drawings.

F i g. 1 zeigt eine Freilaufkupplung mit kippbaren Klemmkörpern, deren ausgeprägte Köpfe und Füße in je einem Käfig spielfrei geführt sind; F i g. 3 bis 5 lassen die spielfreie Führung der Klemmkörperköpfe und -füße, dargestellt in drei Stellungen, deutlich erkennen. Dabei ist die Klemmkörperform auf die geradflankigen Käfigstege abgestimmt.F i g. 1 shows a one-way clutch with tiltable clamping bodies, whose pronounced heads and feet are each guided free of play in a cage; F i g. 3 to 5 leave the play-free guidance of the clamping body heads and feet, shown in three Clearly recognize positions. The clamping body shape is based on the straight-flanked Matched cage bars.

Umgekehrt ist bei der Ausführung nach den F i g. 6 bis 8 vorgegangen worden. Dort weist der Klemmkörper gerade und parallele Flanken auf, und die Flanken der Käfigstege sind so gestaltet, daß sie den Klemmkörper in jeder Kipplage spielfrei führen.Conversely, in the case of the embodiment according to FIGS. Proceeded 6 to 8 been. There the clamping body has straight and parallel flanks, and the flanks the cage bars are designed so that they play the clamping body in every tilted position to lead.

Eine weitere Abwandlungsmöglichkeit zeigen die F i g. 9 bis 11, bei der wie bei der Ausführung nach F i g. 3 bis 5 die Käfigflanken gerade und parallel verlaufen, auch die Klemmkörperköpfe und -füße im wesentlichen die in den F i g. 3 bis 5 dargestellte Ausbildung aufweisen, jedoch mit stetig gekrümmter Umrißlinie.Another possible modification is shown in FIGS. 9 to 11, at as in the embodiment according to FIG. 3 to 5 the cage flanks straight and parallel run, the clamping body heads and feet are essentially the same as those shown in FIGS. 3 to 5 have the training shown, but with a continuously curved outline.

Eine besonders einfache Form geben schließlich die F i g. 12 bis 14 an; dort sind die Käfigstege zylindrische Zapfen und der Umriß der Klemmkörper ist unter Beachtung der Forderung nach einer spielfreien Führung im gesamten Kippbereich geformt.Finally, FIG. 1 gives a particularly simple form. 12 to 14 at; there the cage bars are cylindrical pins and the outline of the clamp body is taking into account the requirement for play-free guidance in the entire tilting area shaped.

Ergänzend zeigen die F i g. 15 bis 19, daß die Käfigstege nicht über die gesamte axiale Länge das zugrunde gelegte Profil aufzuweisen brauchen, daß es vielmehr genügt, wenn die eine Flanke eine ausgeprägte Anlagestelle für den Klemmkörper in der Mitte, .die andere Flanke zwei solche ausgeprägte Anlagestellen, auf die Axialrichtung der Klemmkörper bezogen, beiderseits der Mitte haben. Die übrigen F i g. 20 bis 26 zeigen schließlich, wie man, ausgehend von einem Klemmkörper mit geraden und parallelen Flanken und einem Käfig mit axialen Stegen, deren Flanken ebenfalls gerade und parallel sind, schrittweise die Kippbewegung des Klemmkörpers verfolgen und dabei diejenige Gestalt für den Klemmkörper und/oder den Käfigsteg gewinnen kann, die eine Lösung der Erfindungsaufgabe gibt.In addition, FIGS. 15 to 19 that the cage bars do not have the entire axial length need to have the underlying profile that it rather, it is sufficient if one flank has a pronounced contact point for the clamping body in the middle, .the other flank two such pronounced contact points on the Axial direction of the sprags related to both sides of the center. the other figures. 20 to 26 finally show how, starting from a clamp body with straight and parallel flanks and a cage with axial webs, their flanks are also straight and parallel, step by step the tilting movement of the clamp body track and that shape for the clamping body and / or the cage web can win that gives a solution to the problem of the invention.

In den Zeichnungen sind in den verschiedenen Ansichten gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.In the drawings, like parts appear in the several views denoted by the same reference numerals.

Bei der in den F i g. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform einer Klemmkörperkupplung ist 10 der innere Laufring und 11 der dazu konzentrische äußere Laufring.In the case of the FIGS. 1 to 5 illustrated embodiment of a Sprag coupling is 10 the inner race and 11 is the outer concentric therewith Raceway.

Zwischen den Laufringen 10 und 11 sind die Klemmkörper 12 in Umfangsrichtung mit Abstand angeordnet. Jeder Klemmkörper 12 hat zwei Klemmflächen 13 und 14. Diese sind Zylinderflächen und haben gleiche Radien 15,16 um die Punkte 17 und 18.Between the races 10 and 11, the clamping bodies 12 are in the circumferential direction arranged at a distance. Each clamping body 12 has two clamping surfaces 13 and 14. These are cylindrical surfaces and have the same radii 15, 16 around points 17 and 18.

Werden die Klemmkörper 12 aus ihrer Lage nach F i g. 4 im Uhrzeigersinn in die Lage nach F i g. 3 gekippt, so wird der Klemmschluß gelöst. Beim Kippen der Klemmkörper 12 im Gegenzeigersinn aus der Lage nach F i g. 4 in die Lage nach F i g. 5 keilen sich die Klemmkörper zwischen die beiden konzentrischen Laufringe 10 und 11 ein und verbinden dadurch die beiden Laufringe. In der in F i g. 5 dargestellten Stellung übertragen sie das größte Drehmoment.If the clamping bodies 12 are moved from their position according to FIG. 4 clockwise in the situation according to FIG. 3 tilted, the clamp connection is released. When tilting the Clamping body 12 counterclockwise from the position according to FIG. 4 in the position according to F i g. 5 the clamping bodies wedge between the two concentric races 10 and 11 and thereby connect the two races. In the in F i g. 5 shown Position they transmit the greatest torque.

Die Klemmkörper sind gemeinsam in einem innenliegenden Käfig 19 und einem außenliegenden Käfig 20 geführt .und von einem Ring 21 mit federnden Zungen 27 im Einkuppelsinn belastet.The clamping bodies are together in an internal cage 19 and an external cage 20 and guided by a ring 21 with resilient tongues 27 loaded in the coupling direction.

Der außenliegende Käfig 20 hat in gleichen Abständen Fenster 22, deren paralle Flanken mit 22a und 23 bezeichnet sind. Die Flächen 22a und 23 liegen parallel zu einer Radialebene durch die Kupplungsachse. Der innere Käfig 19 ist in gleicher Weise mit Fenstern 25 mit Flanken 24 und 25 a versehen.The outer cage 20 has equally spaced windows 22, whose parallel flanks with 22a and 23 are designated. The surfaces 22a and 23 are parallel to a radial plane through the coupling axis. The inner cage 19 is the same Way provided with windows 25 with flanks 24 and 25 a.

Der aus Bandstahl bestehende Federring 21 weist ebenfalls Öffnungen auf, die auf der einen Seite von einer als Kippachse für den Klemmkörper wirkenden Kante 26 und auf der anderen Seite von der Federzunge 27 begrenzt wird.The spring ring 21 made of strip steel also has openings on, which acts on one side as a tilt axis for the clamping body Edge 26 and on the other side of the spring tongue 27 is limited.

Jeder Klemmkörper 12 weist außer den Keilflächen 13, 14 ebene axia e Stirnflächen 28, 29 und in Umfangsrichtung weisende Seitenflächen auf. Die eine Seitenfläche 30 wird von zwei in der gleichen Ebene liegenden Flächen 31, 32 und von zwei schrägen Flächen 33 und 34 begrenzt. Die Fläche 33 liegt an ; der Kante 26 der Feder 21 an, welche die Kippachse für den Klemmkörper bildet. Die andere Seitenfläche 35 des Klemmkörpers weist einen Mittelteil 36 etwa parallel zu den Flächen 31, 32 und beiderseits anschließende Flächen 37, 37a bzw. 38, 39 auf. Die ; Flächen 39, 38 schließen einen stumpfen Winkel a, die Flächen 38, 36 einen .spitzen Winkel a' ein.In addition to the wedge surfaces 13, 14, each clamping body 12 has flat axial end surfaces 28, 29 and side surfaces pointing in the circumferential direction. One side surface 30 is delimited by two surfaces 31, 32 lying in the same plane and by two inclined surfaces 33 and 34. The surface 33 rests on; the edge 26 of the spring 21, which forms the tilt axis for the clamping body. The other side surface 35 of the clamping body has a central part 36 approximately parallel to the surfaces 31, 32 and adjacent surfaces 37, 37a and 38, 39 on both sides. The ; Surfaces 39, 38 enclose an obtuse angle α, and surfaces 38, 36 form an acute angle α '.

Die beiden Käfige 19 und 20 können sich frei um die Kupplungsachse drehen und haben seitlich radiale Bunde 40 und 41.The two cages 19 and 20 can move freely around the coupling axis rotate and laterally have radial collars 40 and 41.

Wenn .die in F i g. 1 bis 5 dargestellte Kupplung bzw. deren Laufringe 10 und 11 die relative Drehrichtung haben, wie sie durch die beiden Pfeile in F i g. 3 dargestellt ist, befinden sich die Klemmkörper 12 in der Lage nach F i g. 3, in der die Fläche 37 an der Fläche 24 des inneren Käfigs 19 und die Kante 38 a an der Fläche 23 des äußeren Käfigs 20 anliegt. Ein Spiel zwischen den Klemmkörpern und den Flanken der Käfigstege von 0,05 bis 0,25 mm, vorzugsweise etwa 0,125 mm, hat zufriedenstellende Ergebnisse erbracht.If. The in F i g. 1 to 5 shown coupling or their races 10 and 11 have the relative direction of rotation as indicated by the two arrows in F i g. 3 is shown, the clamping bodies 12 are in the position according to FIG. 3, in which the surface 37 on the surface 24 of the inner cage 19 and the edge 38 a rests on the surface 23 of the outer cage 20. A game between the sprags and the flanks of the cage bars from 0.05 to 0.25 mm, preferably about 0.125 mm, has produced satisfactory results.

Ändert sich die relative Drehrichtung der Laufringe 10 und 11, so daß sich der außenliegende Laufring relativ zum inneren Laufring im Gegenzeigersinn dreht, dann werden die Klemmkörper in ihre in F i g. 5 dargestellte eingekuppelte Stellung gekippt. Hierbei wird jeder Klemmkörper im Gegenzeigersinn gekippt, und der innere Käfig 19 wird relativ zum Außenkäfig 20 im Uhrzeigersinn bewegt. Infolge der besonderen Formgebung der Seitenflächen 30, 35 der Klemmkörper ist das Kippen bei einer Relativdrehung der Käfige 19, 20 möglich, weil die Dicke des Klemmkörperkopfes und -fußes, in Umfangsrichtung gemessen, beim Kippen der Klemmkörper gleich bleibt. Infolgedessen bleiben die Klemmkörper ständig in Berührung mit den axialen Anlageflächen 22a, 23, 24, 25a der Käfige.If the relative direction of rotation of the races 10 and 11 changes, so that the outer race is counter-clockwise relative to the inner race rotates, then the sprags are in their in F i g. 5 shown engaged Tilted position. Here, each clamp body is tilted counter-clockwise, and the inner cage 19 is moved clockwise relative to the outer cage 20. As a result the special shape of the side surfaces 30, 35 of the clamping body is tilting possible with a relative rotation of the cages 19, 20 because the thickness of the clamping body head and foot, measured in the circumferential direction, remains the same when tilting the clamping body. As a result, the clamping bodies remain in constant contact with the axial contact surfaces 22a, 23, 24, 25a of the cages.

Die F i g. 6 bis 8 zeigen eine Ausführung, die der nach F i g. 3 bis 5 ähnlich ist, jedoch sind die Flanken 57a, 58a, und 59, 60 der Käfigstege bei 57, 58 und 61, 62 abgeschrägt. Die Käfige sind mit 51 und 52, die in Umfangsrichtung weisenden Flächen der Klemmkörper 50 mit 53 und 54 bezeichnet.The F i g. 6 to 8 show an embodiment which is similar to that of FIG. 3 to 5, however, the flanks 57a, 58a, and 59, 60 of the cage bars at 57, 58 and 61, 62 are beveled. The cages are denoted by 51 and 52, the surfaces of the clamping bodies 50 facing in the circumferential direction are denoted by 53 and 54.

Bei der in den F i g. 9 bis 11 dargestellten Ausführung haben die Klemmkörper 112 einen hantelförmigen Querschnitt und werden mittels einer Schnurfeder 121a, die in bekannter Weise durch Öffnungen der Klemmkörper 112 hindurchgeführt ist, im Einkuppelsinn belastet.In the case of the FIGS. 9 to 11, the clamping bodies 112 have a dumbbell-shaped cross section and are loaded in the coupling direction by means of a cord spring 121a, which is passed in a known manner through openings in the clamping bodies 112.

In den F i g. 12 bis 14 ist ein Klemmkörper 212 dargestellt, der etwa die Form nach F i g. 3 bis 5 hat, jedoch mit kleinen Änderungen im Umriß derart, daß er bei 222, 225 spielfrei an zylindrischen Stegen 219 b, 220 b des inneren Käfigs 219 a und des äußeren Käfigs 220 a anliegt.In the F i g. 12 to 14, a clamping body 212 is shown, which has approximately the shape according to FIG. 3 to 5, but with small changes in outline such that it rests at 222, 225 without play on cylindrical webs 219 b, 220 b of the inner cage 219 a and the outer cage 220 a.

In den F i g. 15 bis 19 ist dargestellt, da.ß die Klemmkörper 12 nicht in ihrer ganzen axialen Länge an den Käfigstegen anzuliegen brauchen. Es genügt, wenn jeder Klemmkörper in den Fenstern 322 und 325 an den Stellen 322a, 323 des Außenkäfigs 320 und den Stellen 324 und 325 a des Innenkäfigs anliegt.In the F i g. 15 to 19 it is shown that the clamping bodies 12 do not need to rest against the cage webs over their entire axial length. It is sufficient if each clamping body in the windows 322 and 325 at the locations 322a, 323 of the outer cage 320 and the locations 324 and 325 a of the inner cage is applied.

Man kann verschiedene Verfahren anwenden, Um die Umrisse der Klemmkörper und die Formen der Käfigfenster zu ermitteln. Eine brauchbare Methode ist in den F .i g. 20 bis 26 dargestellt. Hierbei wird ein Fenster 422 in einem äußeren Modellteil 420 und ein Fenster 425 in einem inneren Modellteil 419 angebracht. Es können Fenster verwendet werden, die parallele Seitenflächen 422a, 423, 424,'425a haben, wobei jede Fläche parallel zu einer Ebene liegt, die durch die Drehachse der Laufringe verläuft. Die Fenster werden übereinandergelegt, wie die F i g. 20 und 21 zeigen. Es kann von einem parallele Seiten aufweisenden Modellklemmkörper 412 ausgegangen werden, der in die Fenster paßt. Die Analogie zwischen dem Modell und einer Kupplung zeigen besonders die F i g. 20 und 21. In der Mitte des Klemmkörpers wird ein Stift P als Drehzapfen eingesetzt, um den der Klemmkörper so gekippt werden kann, daß er die Bewegung beim Kuppeln oder Entkuppeln nachahmt. In dem Beispiel liegt dieser Punkt in der Mitte auf der Verbindungslinie zwischen den Krümmungsrnittelpunkten 417, 418 der beiden Keilflächen. Der Modellklemmkörper 412 wird dann im Uhrzeigersinn bis in die Grenzstellung für Freilauf (F i g. 22) gedreht, z. B. um 25 bis 30°, wobei die die Käfige darstellenden Modellteile 419, 420 entsprechend gedreht werden.Various methods can be used to determine the outlines of the sprags and the shapes of the cage windows. A useful method is shown in Figs. 20 to 26 shown. A window 422 is attached in an outer model part 420 and a window 425 in an inner model part 419. Windows can be used that have parallel side surfaces 422a, 423, 424, '425a, each surface being parallel to a plane passing through the axis of rotation of the races. The windows are placed one on top of the other, as shown in FIG. 20 and 21 show. A model clamping body 412 which has parallel sides and which fits into the window can be assumed. The analogy between the model and a coupling is particularly shown in FIGS. 20 and 21. In the center of the clamp body, a pin P is used as a pivot around which the clamp body can be tilted so that it mimics the movement during coupling or uncoupling. In the example, this point lies in the middle on the connecting line between the points of intersection of curvature 417, 418 of the two wedge surfaces. The model clamping body 412 is then rotated clockwise to the limit position for freewheeling (FIG. 22), e.g. B. by 25 to 30 °, the model parts 419, 420 representing the cages being rotated accordingly.

Die an den Käfigstegen oder an den Klemmkörpern abzuschneidenden Teile sind durch gestrichelte Linien und Punktierungen dargestellt. Nachdem auf diese Weise bestimmt worden ist, was entfernt werden muß, damit diese Grenzstellung ohne Störung erreicht werden kann, werden Zwischenstellungen (F .i g. 23) in ähnlicler Weise geprüft und an den Modellteilen angezeichnet, wobei darauf zu achten ist, d,aß immer Berührung zwischen dem Klemmkörper und den beiden benachbarten Käfigstegen erhalten bleibt.The parts to be cut off on the cage bars or on the sprags are represented by dashed lines and dots. After on this Way has been determined what must be removed so that this limit position without Intermediate positions (Fig. 23) are similar Way checked and marked on the model parts, whereby care must be taken d, always ate contact between the clamp body and the two adjacent cage bars preserved.

Nachdem für den Kippbereich bis zur Grenzstellung »Freilauf« der erforderliche Umriß des Klemmkörpers festgestellt worden ist, wird auf dem gleichen Weg die erforderliche Klemmkörperform im Kippbereich bis zur Grenzstellung »Vollast« ermittelt. F i g. 24 zeigt die Verhältnisse in einer Zwischenstellung, also bei Teillast der Kupplung, F i g. 25 in der Grenzstellung »Voltast«. In F i g. 26 ist noch @einmal die Form des Klemmkörpers dargestellt, wie sie sich auf dem beschriebenen Weg zuletzt ergibt.After the necessary Outline of the clamp body has been determined, is the required in the same way Sprag shape determined in the tilting area up to the »full load« limit position. F i g. 24 shows the situation in an intermediate position, i.e. with partial load of the clutch, F i g. 25 in the limit position »Voltast«. In Fig. 26 is @ once again the form of the clamp body shown as it is the last result on the path described.

Claims

Claims: 1. Clamping body coupling, in which between two concentric, circular cylindrical races tiltable sprags are arranged with: curved Clamping surfaces rest on the raceway surfaces, by means of two clamping body cages, one inner and outer, of which the first is the inner and the second radially close to the outer race, be guided and when tilting cage bars lying parallel to the coupling axis in the circumferential direction of the coupling abut that both in the circumferential direction facing flanks of the clamping body (12) are shaped so that they are adjacent to them Surfaces of the cage bars in each tilted position of the clamping body between the clamping and the free-wheeling position with minimal play.

2. Coupling according to claim 1, characterized in that, in a known manner, the one cage (20) radially outside, the other is arranged radially within a circle on which the center points the clamping body (12) lie.

3. Coupling according to claim 1 or 2, characterized in that da.ß each clamping body (12) in a plane parallel to the coupling axis of rotation in known white rectangular cross-section and in a plane perpendicular to it one Has dumbbell-shaped outline. References Considered: U.S. Patents No. 2,385,799, 2,386,013, 2,399,749, 2,404,221, 2,636,584, 2,638,195.