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Freilaufkupplung mit Klemmrollen Die Erfindung bezieht sich auf eine
Freilaufkupplung mit einem kreiszylindrischen äußeren Laufring, in einem
Käfig geführten Klenimrollen und einem zum äußeren Laufring gleichachsigen
Klemmstern mit in Umfangsrichtung schwach geneigten Klemmflächen und Steilschultern
als Anlage für die Klemmrollen im Freilaufzustand.
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Bei bekannten Freilaufkupplungen stehen die Klemmrollen unter der
Wirkung von Federn, die zwischen dem die Klemmrollen führenden Käfig und
dem Klemmstern eingeschaltet sind, und zwar ist entweder zwischen jede Klemmrolle
und den Käfig
eine besondere Feder eingeschaltet, oder aber es wirkt eine
gemeinsame Feder über den Käfig gleichzeitig auf sämtliche Klemmrollen. Bei
den meisten bekannten Freilaufkupplungen wirkt die Federkraft auf die Klemmrollen
in Klemmrichtung; sie ist also bestrebt, im Freilaufzustand die Klemmrollen in Berührung
mit dem Kupplungsaußenring und dadurch in ständiger Einrückbereitschaft zu halten.
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Es treten aber auch Anwendungsfälle mit anderen Anforderungen auf,
und zwar wird verlangt, daß nur bei Antrieb des Klemmsterns in einer Richtung eine
Mitnahme des äußeren Laufringes erfolgt, während bei Antrieb vom äußeren Laufring
her bei stillstehendem Kleinnistem der äußere Laufring in beiden Richtungen frei
beweglich sein soll, ohne Berührung mit den Klemmrollen zu haben. Ein solcher Anwendungsfall
liegt beispielsweise bei einem insbesondere für den Bootsantrieb verwendeten Wendegetriebe
vor: Bei Vorwärtsfahrt soll ein Mitlaufen der Zahnräder des Rückwürtsantriebs verhindert
werden, weil sonst infolge der hohen Drehzahlen dieser Räder beträchtliche ölpantschverluste
auftreten. Es müssen deshalb besondere Maßnahmen an der Freilaufkupplung getroffen
werden, um im Freilaufzustand eine Berührung zwischen den Klemmrollen und dem zylindrischen
Außenlaufring der Kupplung unter allen Umständen zu vermeiden. Für das Wiedereinrücken
der Freilaufkupphing bei Umkehr der Relativdrehrichtung können die bei anderen berührungsfreien
Freilaufkupplungen angewendeten Reibungshilfskupplungen in Form von Schleppfedern,
Schleifschuhen, Schleifringen usw. nicht zur Anwendung kommen, weil die Erwärmung
durch die ständige Reibung untragbar wäre.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer berührungsfreien Kleininrollenfreilaufkupphing
der eingangs genannten Gattung, die die oben geschilderten Forderungen erfüllt.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die folgenden Maßnahmen gemeinsam angewendet: a)
Jede Steilschulter weist nach außen hin einen hakenförmigen Fortsatz auf, durch
welchen die Klemmrolle im Freilaufzustand der Kupplung außer Berührung mit dem äußeren
Laufring gehalten ist; b) zwischen dem Klenmirollenkäfig- und dem Klemmstern
sind im, Ausrücksinn der Klemmrollen wirkende Federn angeordnet; c) die Federn sind
so bemessen, daß sie bei Freilauf mit maximaler Drehzahl die Klemmrollen entgegen
der an diesen wirkenden Flichkraft in Anlage an den Steilschultern zu halten vermögen.
Bei der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung erfolgt das Wiedereinrücken also nicht
wie bei den bekannten berührungsfreien Freilaufkapplungen durch Reibung, sondern
durch Massenkräfte an den Klemmrollen und am Klemmrollenkafig, die beim schlagartigen
Umschalten einer der Freilaufkapplung parallelgeschalteten Kupplung, z. B. einer
Wendekupplung, die schlagartig einrückt, auftreten. . Es sind zwar bereits
Freilaufkupplungen bekannt, bei denen zwischen konzentrisch angeordneten Kupplungshälften
Mitnehnier in Form von Rollen angeordnet sind. Die innere Kupplungshälfte weist
jeweils in Umfangsrichtung geneigte Flächen mit Anlageschultern für die Rollen und
außerdem auch hakenförmige Fortsätze'an diesen Anlageschultern auf, durch welche
die Rollen in entkappeltem Zustand außer Berührung mit der äußeren Kupplungshälfte
gehalten werden. Die äußere Kupplungshülfte weist aber keine kreiszylindrische Klemmfläche
für die Rollen auf, wie dies bei Klemmrollenfreilaufkapplungen der Fall ist, sondern
in ähnlicher Weise wie die innere Kupplungshälfte muldenförmige Vertiefungen, in
welche die Rollen eintreten können.
Bei eingerückter Kupplung liegen
die Rollen derart zwischen den beiden Kupplungshälften, daß sie in der Hauptsache
in ihrer axialen Mittelebene auf Scherung, nicht wie bei Klenunrollenkupplungen
etwa radial auf Druck beansprucht sind. Besondere Mittel, um die Rollen nach erfolgtem
Auskuppeln wieder in ihre dem gekuppelten Zustand entsprechende Lage,
d. h. in die muldenförinigen Vertiefungen der äußeren Kupplungshälfte hinein
zu bewegen, sind bei diesen bekannten Freilaufkupplungen nicht vorgesehen.
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Allerdings sind auch schon Klemmrollenfreilaufkupplungen mit Klemmsternen
bekannt, bei denen die Anlageschultern der Klemmrollen ebenfalls mit hakenförmigen
Fortsätzen versehen sind. Bei einer bekannten Ausführungsform einer solchen Klemmrollenfreilaufkupplung
erfolgt aber die Bewegung der Klemmrollen aus den Haken heraus in die
Klemmstellung hinein ausschließlich durch Schwerkraft; dies bedeutet, daß
man den Klemmstern zum Einkuppeln in eine ganz bestimmte Stellung bringen muß. Es
ist daher nicht möglich, den Klemmstem in entkuppeltem Zustand umlaufen zu lassen,
weil dann die Klenimrollen nicht in ihren durch die hakenförmigen Fortsätze gebildeten
Aufnahmetaschen bleiben würden. Irgendwelche Einrichtungen, z. B. Federn, zur Festlegung
der Lage der Klemmrollen sind hier nicht vorgesehen.
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Bei einer -anderen bekannten Klemmrollenkupplung ist zusätzlich
zum Klemmstern und zum kreiszylindrischen äußeren Laufring noch ein Führungs-käfig
für die Klenunrollen vorgesehen. Aber auch bei dieser bekannten Freilaufkupplung
sind die Klemmrollen sich selbst überlassen und werden bei gelöster Kupplung nicht
durch irgendwelche Einrichtungen in ihren durch hakenförmige Fortsätze gebildeten
Taschen festgehalten. Wenn daher bei dieser bekannten Freilaufkupplung der Klemmstern
bei gelöster Kupplung umläuft, so ist die Freilaufkupplung nicht berührungsfrei.
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Es sind außerdem Klemmrollenfreilaufkupplungen bekannt, die zwischen
dem Klemmrollenkäfig und dem Klemmstern vorgesehene Federn aufweisen, die
im AusrÜcksinn der Klen-nnrollen wirksam sind. Diese Federn, die am Käfig
befestigt sind, wirken in radialer Richtung auf die Klemmrollen ein, und der Federdruck
ist gegen schwach geneigte Keilflächen des Klemmsterns gerichtet. Infolgedessen
sind die Federn nicht in der Lage, eine Verdrehung des Käfigs im Ausrücksinne hervorzurufen,
zumal
dabei das am Käfig wirkende Bremsmoment der bei dieser Kupplung
erforderlichen Wiedereinrückbreinse überwunden werden muß. Bei Freilaufkupplungen
für hohe Drehzahlen, z. B. 5000 U/Min., für die die erfindungsgemäße Freilaufkupplung
geeignet ist, führen aber schon geringe Berührungen zwischen den Klemmrollen und
ihren Gegenflächen zu einem raschen Verschleiß. Durch die gemeinsame Anwendung der
drei obengenannten Merkmale wird eine Berührung zwischen den Klemmrollen und dem
zylindrischen Kupplungslaufring auch unter ungünstigen Bedingungen vermieden, und
die Rollen werden in einer solchen Entfernung von ihrer Gegenfläche gehalten, daß
auch ein übermäßig starker ölfilm in der Freilaufkupplung kein Mitschleppen der
Klemmrollen bewirken kann. Die im Ausrücksinn der Klemmrollen wirkenden Federn drücken
nämlich die Klemmrollen bei der Freilaufkupplung nach der Erfindung in die durch
die hakenförmigen Fortsätze der Steilschultem gebildeten Mulden, und diese hakenförinigen
Fortsätze halten die Klemmrollen bis zu einer vorgegebenen Drehzahlgrenze, die über
der maximalen Betriebsdrehzahl liegt, zurück, so daß die Klemmrollen entgegen der
an ihnen wirkenden Fliehkraft außer Berührung mit dem äußeren Kupplungslaufring
gehalten werden. Die Drehzahlgrenze, bei welcher die Fliehkraft in der Lage wäre,
das Zurückhalten der Klemmrollen zu überwinden, kann hierbei durch die Länge der
hakenförmigen Fortsätze festgelegt werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Klemmrollenfreilaufkupplung kann, wenn die
Kupplung gelöst ist, der äußere Laufring in beliebiger Drehrichtung gegenüber dem
stillstehenden oder ebenfalls in beliebiger Drehrichtung sich drehenden Klemmstern
umlaufen, wobei in jedem Falle die Klemmrollen außer Berührung mit dem äußeren Laufring
gehalten werden, so daß die Kupplung also im Freilaufbetrieb verschleißlos arbeitet.
Zum Einschalten der Freilaufkupplung ist lediglich eine gewisse, von der Kraft der
auf den Käfig einwirkenden Feder und vom Trägheitsmoment des Käfigs abhängige
Mindestbeschleunigung des Klemmsterns erforderlich.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Der äußere Laufring 1 weist eine zylindrische Klemmfläche und
der innere Klemmstern 2 ebene Klemmflächen 3 für die Klemmrollen 4 auf. Der
Käfig der Klemmrollen ist mit 5 bezeichnet; er steht gegenüber dem
Klemmstern 2 unter der Wirkung von zwei beiderseits des Käfigs angeordneten Federn
6, die jeweils mit ihrem einen Ende am Klemmsfem 2 und mit ihrem anderen
Ende am Käfig 5 befestigt sind. Die beiden scheibenförmigen Seitenteile des
Käfigs 5 sind durch Distanzbolzen 8 miteinander verbunden. Eine solche
Käfigkonstruktion, bei der die Distanzbolzen das Ein- und Ausrücken dei Klemmrollen
bewirken, ist bekannt.
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Der Klemmstem 2 weist für jede Klemmrolle 4 einen hakenförmigen Fortsatz
13 mit einer dem Klemmrollenradius entsprechenden Steilschulter 14 auf. Der
hakenförmige Fortsatz 13 kann mit der Steilschulter 14 eine durchgehende,
der Mantelfläche der Klemmrolle 4 sich anschmiegende Anlagefläche bilden. Beispielsweise
kann die durch den hakenfönnigen Fortsatz 13 und die Steilschulter 14 gebildete
Anlagefläche jeder Klemmrolle 4 tangential in die Klemmfläche 3 übergehen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel geht jedoch die Fläche 14 in eine Rastvertiefung
15 über; die Steilschulter 14 und die Rastvertiefung 15 können in
einem Arbeitsgang erzeugt werden. Diese Rastvertiefung 15 hat die Wirkung,
daß jede Klenunrolle 4 besonders sicher in der abgehobenen Stellung gehalten wird.
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Die Leerlauf- und die Mitnahmerichtung sind in der Zeichnung durch
entsprechend bezeichnete Pfeile angegeben. Der eingezeichnete Winkel a zwischen
einer Ebene, die durch die Anlagelinie A des Distanzbolzens 8 an der
Klemmrolle 4 und durch die Achse M der Klemmrolle 4 verläuft und einer zweiten Ebene,
die durch die Anlagelinie A und die radial äußerste Berührungslinie B der
Klemmrolle 4 am hakenförmigen Fortsatz 13 verläuft, soll möglichst groß sein;
er muß mindestens gleich dem größtmöglichen Reibungswinkel von etwa 7 bis
12' sein. Je größer dieser Winkel ist, um so kleiner
kann die von
den Federn 6 aufzubringende Kraft sein, um die Klemmrollen 4 in ihrer Abhebestellung
zu halten. Die zylindrische Klemmfläche des äußeren Laufringes 1 ist in der
Zeichnung mit 16 bezeichnet. Der radiale Abhebeabstand zwischen den Klemmrollen
4 und dieser zylindrischen Klemmfläche 16 ist übertrieben dargestellt.