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Freilaufkupplung mit unrunden Klemmkörpern Die Erfindung bezieht sich
auf eine Freilaufkupplung, bestehend aus zwei konzentrisch kreiszylindrischen Laufringen
und dazwischen kippbar angeordneten unrunden Klemmkörpern, die in fensterartigen
Ausnehmungen des treibenden Außenlaufringes in Umfangsrichtung mit Spiel gehalten
sind.
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Freilaufkupplungen dieser Gattung werden vorzugsweise als Rücklaufsperren
für auf einer Achse oder Welle drehbare Räder od. dgl. verwendet. Beim übergang
aus dem Betriebszustand »Freilauf« in den Kupplungszustand führen die Klemmkörper,
deren äußere, konvex gewölbte Klemmflächen am Außenlaufring anliegen, eine Abwälzbewegung
aus. Damit diese Bewegung möglichst ungehindert vor sich gehen kann, haben die Klemmkörper
in den fensterartigen Ausnehmungen des Außenlaufringes in Umfangsrichtung ein reichliches
Spiel. Dieses Spiel kann aber Beschädigungen oder Zerstörungen am Käfig
und
an den Klemmkörpern nicht verhindern, wenn die Klemmkörper vor dem Einkuppeln durch
die an ihnen gegenüber dem verzögerten Außenlaufring auftretenden Schwungkräfte
gegen die in Kupplungsdrehrichtung vordere Abschlußwand des Käfigfensters rutschen
und schon vor ihrer anschließenden Kippbewegung in Einkuppelrichtung mit
. ihrer Vorderseite an der genannten Abschlußwand anliegen. Die Klemmkörper
können in diesem Fall nur unter Gleitbewegung in Umfangsrichtung längs der radial
äußeren Kupplungslauffläche und in radialer Richtung längs der genannten Abschlußwand
in ihre Klemmstellung kippen. Da das Einkuppeln bei Klemnikörper-Freilaufkupplungen
mit großer Klemmkraft stattfindet, können dabei an den aneinanderliegenden Flächen
der Klemmkörper und des Außenlaufringes Beschädigungen und Zerstörungen auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen.
Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß zwischen der Vorderseite des Klemmkörpers und
dem Außenlaufring eine elastisch nachgiebige Abstützung vorgesehen.
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Die nachgiebige Abstützung hält den Klemmkörper während des Freilaufbetriebes
bis zum Einkuppeln und damit auch gegenüber den vor dem Einkuppeln gegenüber dem
verzögerten Außenlaufring wirksam werdenden Schwungkräften, durch welche die Klemmkörper
nach der vorderen Abschlußwand des zugehörigen Käfigfensters hin bewegt werden könnten,
in einem ausreichenden Abstand von dieser Abschlußwand, sie läßt aber beim Einkuppeln
ein Abwälzen des Klemmkörpers am Außenlaufring der Kupplung zu, ohne daß dabei eine
unter hoher Klemmkraft auszuführende Gleitbewegung zwischen dem Klemmkörper und
dem Außenlaufring auftreten kann.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist der Klemmkörper mit dem Außenlaufring
an der in Bewegungsrichtung der vorderen Abschlußwand über einen elastischen Puffer
abgestützt. Ein solcher Puffer kann so ausgebildet werden, daß neben der angestrebten
reinen Abwälzbewegung des Klenunkörpers zwischen dem Innen- und Außenlaufring der
Kupplung keine oder nur eine vernachlässigbar geringe Gleitbewegung an der vorderen
Abstützstelle auftritt.
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An sich ist es bei Freilaufkupplungen mit in einem Käfig kippbar
angeordneten Klemmkörpern bekannt, am Käfig elastisch nachgiebige Zungen
hervorragen zu lassen, die die benachbarten Klemmkörper abstützen. Auch elastische
Zwischenlagen aus Gummi od. dgl. sind hierfür bekannt. Sie dienen aber jeweils als
Vorspannfedern, die die Klemmkörper im Einkuppelsinn belasten sollen, damit im Augenblick
der Umkehr der Relativdrehrichtung der beiden Kupplungslaufringe die Kupplung sofort
greift.
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Solche im Einkuppelsinn wirkenden Vorspannfedern sind bei der Freilaufkupplung
nach der Erfindung auch vorhanden. Die erfindungsgemäßen elastischen Abstützungen
zwischen den Klemmkörpern und dem Außenlaufring dienen jedoch nicht diesem Zweck,
haben vielmehr die obengenannte Aufgabe, die Klemmkörper im Abstand von den in Drehrichtung
vorderen Abschlußwänden der Käfigfenster zu
halten, damit beim Einkuppeln
Beschädigungen oder Zerstörungen nicht auftreten können. Diese elastischen Abstützungen
haben wegen der zwischen dem Klemmkörperkäfig und dem treibenden Außenlaufring der
Kupplung bestehenden Verbindung und wegen des in Umfangsrichtung vorhandenen Spieles
der Klemmkörper in den Fensterausnehmungen bei den oben geschilderten Betriebsbedingungen
die genannte
vor' eilhafte Wirkung, durch welche beim Einwälzen
der Klemmkörper übermäßige Beanspruchungen oder Zerstörungen vermieden werden.
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In der Zeichnung zeigen F i g. la bis 1 e ein Ausf ührungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung in fünf verschiedenen, die Arbeitsweise der
Klemmkörper veranschaulichenden Teilquerschnitten eines als Rücklaufsperre dienenden
Freilaufs, bei dem ein massiver Käfig starr mit dem Außenlaufring verbunden
ist; F i g. 2 ist eine der F i g. 1 e entsprechende Darstellung mit
einer abgewandelten Klemmkörperabstützung; F i g. 3 und 4 zeigen zwei
weitere Ausführungen. Die dargestellte, als Rücklaufsperre dienende Freilaufkupplung
besteht aus einem Außenlaufring 1 mit zylindrischer innerer Lauffläche, einem
massiven, mit dem Außenlaufring 1 starr verbundenen Käfig 2, in dessen
Fenstern je ein Klemmkörper 3 gelagert ist, und einem feststehenden
Innenlaufring 4 mit zylindrischer äußerer Lauffläche.
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Der Klemmkörper 3 liegt mit seiner äußeren Klemmfläche abwälzbar
am Außenlaufring 1 und mit .seiner inneren Klemmfläche am Innenlaufring 4
an. Er wird durch eine am Außenlaufring über den Bolzen 6 abgestützte Feder
5 im Einkuppeisinn gekippt. Die genannten Klemmflächen sind exzentrische
Kreiszylinderflächen. Die eine ist so weit verlängert, daß sie an der Wand
2b des Käfigfensters anliegen kann. Dadurch ist zugleich der Schwerpunkt
S des Klemmkörpers 3 so verschoben, daß die Fliehkraft C
der
Kraft der Feder 5 entgegenwirkt, also ein Kippmoment im Auskuppelsinn ausübt.
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An seiner der in Drehrichtung des Außenlaufringes 1 vorderen
Käfigwand 2 a zugekehrten Seite ist der Klemmkörper 3 eben. Dort ist in einer
etwa in Umfangsrichtung verlaufenden Sackbohru ' ng ein aus ölbeständigem
Gummi bestehender Puffer 7 eingesetzt. Bei der in Fig. la dargestellten Ausgangsstellung
steht der Klemmkörper 3 über seine beiden Klemmflächen sowohl mit dem Außenlaufring
1 als auch mit dem Innenlaufring 4 in Berührung.
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Nachstehend wird die Arbeitsweise des Klemmkörpers 3 in Verbindung
mit den F i g. 1 a bis 1 c erläutert: Beim Anfahren des Außenlaufringes
1 samt Kä-fig 2 in Pfeilrichtung (F i g. 1 a) muß der im Fenster
des Käfigs befindliche Klemmkörper 3 beschleunigt werden, wobei er sich an
der Rückwand 2 b des Fensters abstützt. Durch das Anfahren wird dem Klemmkörper
3 eine Abwälzbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn erteilt, die zum Lösen der
Klemmverbindung zwischen Klemmkörper sowie Innen- und Außenlaufring und zu einer
geringen Belastung des federbelasteten Bolzens 6 führt, ohne daß der Klemmkörper
3 dadurch gegenüber dem Innenlaufring 4 schon berührungsfrei werden könnte.
Mit zunehmender Drehzahl des Außenlaufringes 1 läuft auch schon der Klemmkörper
3 entsprechend schneller um die Rotationsachse A um, wodurch die am
Schwerpunkt S angreifende Fliehkraft C der Kraft der Feder
5 entgegenwirkt und schließlich bei einer vorbestimmten Drehzahl unter entsprechender
Zusammendrückung dieser Feder zu einem Abwälzen des Klemmkörpers 3 am Laufring
1 entgegen dem Uhrzeigersinn führt. Diese Drehbewegung ergibt die in F i
g. 1 b dargestellte Stellung des Klemmkörpers, bei der die innere Klemmfläche
vom Innenlaufring 4 einen kleinen Abstand f aufweist und somit gegenüber dem Innenlaufring
berührungsfrei ist. Diese Berührungsfreiheit bleibt so lange erhalten, wie die vorbestimmte
Drehzahl des Außenlaufringes 1 erhalten oder überschritten und die Feder
5 durch die Fliehkraft zusammengedrückt bleibt.
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Hört der Antrieb des Außenlaufringes 1 auf, so hat dies
je nach der Belastung der getriebenen Welle mehr oder weniger schnell ein
Abfallen der Drehzahl des Außenlaufringes 1 nebst Käfig 2 zur Folge,
wogegen der Klemmkörper 3 durch seine Bewegungsenergie zunächst noch mit
etwa gleichbleibender Geschwindigkeit weiterzulaufen versucht. Dies führt zu der
in F i g. 1 c dargestellten Stellung, in der der Klemmkörper an der Vorderwand2a
des Käfigs 2 anliegt. Diese Stellung, bei der der Klemmkörper zunächst immer noch
berührungsfrei gegenüber dem Innenlaufring 4 ist, bleibt erhalten, bis die am Schwerpunkt
S des Klemmkörpers 3 angreifende Fliehkraft (bzw. das daraus resultierende
Moment) die Federkraft (bzw. das durch die Feder 5 auf den Klemmkörper
3 ausgeübte Gegenmoment) unterschreitet. Ist dies der Fall, dann senkt sich
der Klemmkörper 3 radial nach innen in die in F i g. 1 d
gezeichnete
Stellung, bei der die innere Klemmfläche des Klemmkörpers wieder in Berührung mit
dem Innenlaufring 4 kommt. Bei dieser ersten Wiederanlage, bei der der Außenlaufring
1 immer noch, wenn auch verzögert, in seiner Antriebsrichtung umläuft, ist
die Abstützkraft des Klemmkörpers 3 an der Wand 2a des Käfigs 2 nur gering
und entspricht der Massenkraft aus der Verzögerung des Klemmkörpers. Infolgedessen
ist der Puffer 7 bei der in F i g. 1 d
dargestellten Stellung des Klemmkörpers
3 nur wenig zusammengedrückt.
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Hat der Außenlaufring 1 im Laufe seiner weiteren Verzögerung
aufgehört, in Antriebsrichtung umzulaufen, dann tritt der Fall ein, daß die Rücklaufsperre
gegenüber einem Rückwärtslauf des Außenlaufringes 1 wirksam werden soll.
Zu Beginn dieses Rückwärtslaufes (in Richtung des Pfeiles M in F i g. 1 e)
findet das zum Einkuppeln des Klemmkörpers 3 notwendige »Einwälzen« statt,
bei dem der mit seinen beiden Klemmflächen am Außen- und Innenlaufring zunächst
bei ruhender Reibung anliegende Klemmkörper zwischen den genannten Laufringen im
Uhrzeigersinn geschwenkt und dabei in die Klemmstellung eingewälzt wird. Wie aus
F i g. 1 e hervorgeht, ist diese Wälzbewegung trotz der bereits vorher vorhanden
gewesenen Abstützung des Klemmkörpers 3 an der Wand 2 a des Käfigs
ohne weiteres möglich, weil hierbei der nachgiebige Puffer 7 zusammengepreßt
werden kann. Läge statt des Puffers 7
der Klemmkörper 3 selbst an der
Wand 2 a an, so könnte das Verklemmen nur unter Gleitreibung zwischen den Klemmflächen
des Klemmkörpers und denen der Laufringe erfolgen. Durch den zusammendrückbaren
Puffer 7 wird also jegliches Rutschen und auch jegliche Kantenpressung des
unter der Belastung des Rückdrehmoments M gegen die Wand 2 a gedrückten Klemmkörpers
3 vermieden.
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Wird der Außenlaufring 1 erneut in seiner Vorwärtsrichtung
angetrieben, so wird dadurch der Klemmkörper 3 durch die Relativdrehung zwischen
dem Außen- und Innenlaufring aus seiner Sperrlage herausgewälzt, wobei er wieder
in die in F i g. la dargestellte Lage gelangt. Bei der weiteren Beschleunigung
des angetriebenen Außenlaufringes 1 wiederholt
sich dann
die bereits beschriebene Arbeitsweise des Klemmkörpers 3.
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Selbstverständlich besitzt die beschriebene Rücklaufsperre außer dem
einen dargestellten Klemmkörper 3 entlang dem Umfang des Käfigs 2 weitere
Fenster mit je einem Klemmkörper, so daß die Belastung der Rücklaufsperre
gleichmäßig verteilt aufgenommen wird.
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Die in F i g. 2 dargestellte Rücklaufsperre unterscheidet sich
von der beschriebenen lediglich durch eine etwas andere Ausführung des am Klemmkörper
3 angeordneten Puffers. Der Puffer besteht hier aus einem kleinen Bolzen
9, der in einem Sackloch des Klemmkörpers 3 verschiebbar geführt und
durch eine darin angeordnete Schraubenfeder 8 belastet ist.
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Bei der Rücklaufsperre nach Fig. 3 ist der als Gummizapfen
ausgebildete Puffer 10 statt im Klemmkörper 3 in einer etwa in Umfangsrichtung
verlaufenden Bohrung des Käfigs 2 eingesetzt. Die Arbeitsweise dieser Rücklaufsperre
ist im übrigen die gleiche, wie oben beschrieben.
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Bei dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht
der Käfig aus einem Stahlblechring 20 von etwa U-förmigem Querschnitt. Die
Käfigfenster werden durch Ausschnitte im Stegteil des U-Profils gebildet. Die in
Antriebsrichtung des Außenlaufringes hintere Rückwand 20 b des Fensters ist
in das U-Profil eingeschweißt, die gegenüberliegende Wand 20 a aber ist durch eine
aus dem dort unterbrochenen Stegteil radial nach innen gebogene elastische Zunge
Z gebildet an der der Klemmkörper 3 wie am Puffer 10 nach F i
g. 3 anliegen kann. Es ist auch möglich, die erfindungsgemäße elastische
Abstützung des Klemmkörpers gegenüber dem Außenlaufring dadurch herbeizuführen,
daß der Käfig gegenüber dem Außenlaufring in dessen Drehrichtung um einen kleinen
Betrag elastisch beweglich ist.