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Klemmkörper für Freilaufkupplungen Die Erfindung bezieht sich auf
einen für Freilaufkupplungen bestimmten, beim Ein- und Auskuppeln eine Kippbewegung
ausführenden Klemmkörper mit zwei konvexen Klemmflächen, die aus mehreren ineinander
übergehenden achsparallelen Zylinderabschnitten mit verschiedenen Radien bestehen,
wobei die beiden zylindrischen Klemmflächen an zwei äquidistanten Kupplungslaufflächen
längs zweier paralleler gerader Berührungslinien anliegen, ferner die Zylinderachsen
beider Klemmflächen gegeneinander versetzt sind und die Zylinderradien sowie die
Lagen der Achsen so gewählt sind, daß der Klemmwinkel v zwischen der Ebene durch
die beiden Berührungslinien und der Ebene durch eine der Berührungslinien und die
zugehörige Zylinderachse eine gewünschte funktionale Abhängigkeit von der Kippbewegung
des Klemmkörpers aufweist.
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Freilaufkupplungen mit Klemmkörpern sind in vielen Ausführungen bekannt.
Eine solche Kupplung besteht im allgemeinen aus zwei konzentrischen kreiszylindrischen
Kupplungslaufringen, zwischen denen Klemmkörper kippbar angeordnet sind. Der eine
Kupplungslaufring ist mit einer treibenden Welle od. dgl., der andere mit einer
getriebenen Welle verbunden. Durch einen Käfig werden die Klemmkörper in gleichen
Abständen gehalten. Der Käfig kann so ausgebildet sein, daß alle Klemmkörper synchron
kippen. Meist sind auch Federn vorgesehen, die die Klemmkörper leicht an - die Kupplungslaufflächen
drücken.
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Die üblichen Klemmkörper sind so ausgebildet, daß sie mit konvexzylindrischen
Klemmflächen an den äquidistanten Laufflächen der Kupplungslaufringe anliegen. Die
geometrischen Achsen der zylindrischen Klemmflächen sind gegeneinander versetzt.
Durch diese geometrische Gestalt der Klemmkörper wird erreicht, daß sie in der einen
relativen Drehrichtung der beiden Kupplungslaufringe zueinander in eine solche Lage
zwischen den Laufflächen kippen, daß die radial gemessene Klemmkörperhöhe relativ
klein ist und die Kupplung frei läuft. Bei einer Umkehrung der relativen Drehrichtung
der beiden Laufflächen kippen die Klemmkörper in entgegengesetzter Richtung, wobei
ihre radiale Klemmkörperhöhe ansteigt. Es ergibt sich dabei ein Verklemmen zwischen
dem Klemmkörper und den beiden Laufringen, so daß die Kupplung kraftschlüssig wird
und ein Drehmoment von dem treibenden zum getriebenen Kupplungslaufring überträgt.
Je größer das übertragene Drehmoment ist, um so fester klemmen sich die Klemmkörper
zwischen die Kupplungslaufflächen, so daß sich ein bestimmter Zusammenhang zwischen
dem Klemmkörperkippwinkel und dem übertragenen Drehmoment ergibt. Die tangential
am Klemmkörper angreifende Kraft verursacht dabei infolge der Exzentrizität der
beiden Klemmflächen eine senkrecht zu den Kupplungslaufflächen wirkende Normalkraft,
deren Größe vom Wert des eingangs definierten Klemmwinkels abhängt. Diese Normalkraft
muß den Klemmkörper so fest an die Laufflächen drücken, daß ein Rutschen der Kupplung
verhindert wird. Je nach der geometrischen Gestalt des Klemmkörpers ergibt sich
zwischen Klemmwinkel und Kippwinkel ein bestimmter funktionaler Zusammenhang, der
im folgenden als Klemmwinkelkurve bezeichnet ist. Da das übertragene Drehmoment
sich normalerweise zwischen Freilauf und Höchstlast in einem weiten Bereich ändert,
wobei sich der Kippwinkel der Klemmkörper und damit auch der Klemmwinkel ändert,
ist die richtige Auslegung der Klemmwinkelkurve für das Verhalten der Klemmkörper
von ausschlaggebender Bedeutung.
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Für die Klemmkörper von Freilaufkupplungen sind bisher die verschiedensten
geometrischen Formen bekanntgeworden. Beispielsweise sind Klemmkörper bekannt, deren
Klemmflächen jeweils aus zwei ineinander übergehenden Zylinderabschnitten bestehen
und deren Klemmwinkel beim Kippen konstant bleibt oder mit fortschreitender Kippung
des Klemmkörpers leicht ansteigt, um eine durch Verformung der Laufflächen bedingte
ungewollte Abnahme des Klemmwinkels auszugleichen.
Diese Klemmkörper
weisen jedoch Nachteile auf. Klemmkörper mit konstantem oder leicht ansteigendem
Klemmwinkel ergeben eine zu kleine Normalkraft bei geringer Belastung, vorzugsweise
im Einkuppelpunkt, wo der Schmiermittelfilmzwischen den Klemmflächen und den Kupplungslaufflächen
durchstoßen werden muß, und eine zu übermäßiger Beanspruchung der Laufflächen führende
Normalkraft bei Höchstlast. Auch wird bei den bekannten Klemmkörpern nicht berücksichtigt,
daß die relative Änderung der Klemmkörperhöhe beim Kippen vom Klemmwinkel abhängt.
Deshalb müssen die Klemmkörper mit konstantem oder leicht ansteigendem Klemmwinkel
zum Erzielen einer vorgegebenen Zunahme der Klemmkörperhöhe um einen ziemlich großen
Winkel gekippt werden, so daß die Anzahl der auf einem gegebenen Kupplungsumfang
Platz findenden Klemmkörper entsprechend klein ist. Dadurch wird die Belastbarkeit
der Kupplung begrenzt, bei Belastung ergibt sich eine entsprechend hohe Beanspruchung
der Kupplungslaufringe.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Klemmkörper zu schaffen,
der die Nachteile der bekannten Klemmkörper nicht aufweist, insbesondere eine zum
sicheren Durchstoßen des Schmiermittelllms auch bei niedriger Belastung ausreichende
Normalkraft liefert, jedoch nach dem Einkuppeln eine zur Übertragung des Drehmomentes
ausreichende, aber nicht unnötig hohe Normalkraft ausübt und eine relativ große
Zunahme der Klemmkörperhöhe pro Grad Klemmkörperkippung aufweist.
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Nach der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß
unter Anwendung der im folgenden näher erläuterten theoretischen Zusammenhänge zwischen
der Geometrie des Klemmkörpers und seiner Klemmwinkelkurve ein Klemmkörper geschaffen
wird, dessen wirksamer Klemmwinkel beim Übergang aus dem Freilaufzustand in den
Kupplungszustand ein beim Einkuppelpunkt liegendes Minimum durchläuft.
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Ausführungsformen erfindungsgemäßer Klemmkörper sind in den Zeichnungen
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine geschnittene Teilansicht einer Freilaufkupplung,
F i g. 2 eine Seitenansicht eines üblichen Klemmkörpers zwischen dem inneren und
dem äußeren Laufring einer Freilaufkupplung, F i g. 3 eine vergrößerte Seitenansicht
eines üblichen Klemmkörpers mit geometrischen Einzelteilen, F i g. 4 die Klemmwinkelkurve,
die mit einem Klemmkörper gemäß F i g. 3 erhalten wird, F i g. 5 und 5 a zwei erfindungsgemäße
Klemmkörper mit je einer zusammengesetzten Klemmfläche, F i g. 6 die Klemmwinkelkurve,
wie man sie mit den erfindungsgemäßen Klemmkörpern nach F i g. 5 oder 5 a erhält,
F i g. 7 einen ähnlichen Klemmkörper wie in F i g. 5, jedoch um 180° gedreht, F
i g. 8 und 8 a Seitenansichten von zwei weiteren erfindungsgemäßen Klemmkörpern
mit je zwei zusammengesetzten Klemmflächen, F i g. 9 die Klemmwinkelkurve, wie sie
mit dem Klemmkörper nach F i g. 8 erhalten werden kann und in die zusätzlich mit
gestrichelten Linien eine bekannte Klemmwinkelkurve eingetragen ist, F i g. 9 a
die Klemmwinkelkurve, wie man sie mit einem erfindungsgemäßen Klemmkörper nach F
i g. 8 a erhält, F i g. 10 und 11 weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Klemmkörper,
F i g. 12 eine Seitenansicht eines nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten hergestellten
Klemmkörpers der Grundform nach F i g. 5, F i g. 13 einen Klemmkörper zwischen zwei
planparallelen Laufflächen Lo und L1, wobei einige für die theoretischen Betrachtungen
wichtige geometrische Größen eingezeichnet sind.
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F i g. 1 zeigt einen Teil einer Freilaufkupplung mit einem inneren
Kupplungslaufring 1 und einem äußeren Kupplungslaufring 3. In dem zwischen den Laufflächen
2 und 4 dieser Kupplungslaufringe gebildeten ringförmigen Raum befinden
sich zwei starre ringförmige Käfige 5 und 7 mit Öffnungen
6 bzw. 8
für die Klemmkörper 9, deren äußere Klemmflächen 11 an der
äußeren Lauffläche 4 und deren innere Klemmflächen 12 an der inneren Lauffläche
2 anliegen. Zwischen den Käfigen 5 und 7 ist ein elastischer Ring 13 angeordnet,
der ebenfalls Öffnungen für die Klemmkörper 9 aufweist. Am Ring
13 sind Federzungen ausgebildet, die die Klemmkörper 9 so vorspannen,
daß ihre Klemmflächen 11 und 12 an den Laufringflächen 4 bzw. 2 anliegen.
Die Öffnungen 6 und 8 der starren Käfige 5 bzw. 7 weisen
radiale Wände auf; die an diesen Wänden anliegenden Flächen der Klemmkörper 9 sind
so ausgebildet, daß sie im ganzen Kippbereich der Klemmkörper eine nahezu spielfreie
Führung erfahren, so daß die Klemmkörper 9 durch die Käfige 5 und
7 gleichphasig gekippt werden.
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Wenn sich die Laufringe 1 und 3 in Pfeilrichtung relativ
zueinander drehen, befinden sich die Klemmkörper 9 im Freilaufzustand. Dabei werden
sie durch die Federzungen des Federbandes 13 mit ihren Klemmflächen 11 bzw.12
an die Laufflächen 4 bzw. 2 gedrückt. Der Anpreßdruck ist jedoch so gering, daß
der Schmiermittelfilm zwischen den Klemmkörpern und den Laufflächen nicht durchbrochen
wird und eine freie gegenseitige Drehbewegung der Laufringe 3 bzw. 1 möglich ist.
Wenn jedoch die Kupplungslaufringp 3 und 1 in entgegengesetzter Richtung
relativ zueinander gedreht werden, kippen die Klemmkörper 9 entgegen dem
Uhrzeigersinn und klemmen sich mit ihren Klemmflächen 11 bzw. 12
zwischen
die Laufflächen 4 bzw. 2, so daß eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Kupplungslaufringen
1 und 3 entsteht.
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In F i g. 2 ist ein Klemmkörper üblicher Ausführung zwischen zwei
konzentrischen zylindrischen Kupplungslaufflächen 23 und 24 dargestellt.
Die Lauffläche 23 am inneren Laufring 21 hat den Radius Ri, die Lauffläche
24 am äußeren Kupplungslaufring 22 hat den Radius R,. Der Klemmkörper 20
weist eine innere zylindrische Klemmfläche 25 mit dem Radius r1 und der Zylinderachse
P sowie eine äußere zylindrische Klemmfläche 26 mit dem Radius r, und der Zylinderachse
Q auf. Die Achsen P, Q sind gegeneinander versetzt. Die innere Klemmfläche
25 des Klemmkörpers 20 berührt die innere Lauffläche 23 im Punkt S,
die äußere Klemmfläche 26 berührt die äußere Lauffläche 24 im Punkt
T.
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Bekanntlich liegt der Berührungspunkt zweier Kreise auf der Verbindungslinie
der Kreismittelpunkte. Demnach liegt der Punkt S auf der Verbindungslinie des Punktes
P mit dem Mittelpunkt O der Laufringe; der Punkt T liegt entsprechend auf der Verlängerung
der Geraden 0Q. Der zwischen den
Geraden PS und ST gebildete Winkel
v ist der innere Klemmwinkel für die Flächen 23, 25. Der zwischen den Geraden
ST und TO gebildete Winkel w ist der äußere Klemmwinkel für die Flächen
24, 26. Ferner ist noch der Winkel POQ = z eingezeichnet. Aus einer Betrachtung
des Dreiecks OST ergibt sich, daß z -f- w -f- (180° - v) = 180° ist, d. h.,
die Summe der Winkel z und w ist gleich dem Klemmwinkel v. Das radiale Maß J des
Klemmkörpers 20 wird Klemmkörperhöhe genannt. Die erwähnten Winkel ändern sich in
ihrer Größe, wenn der Klemmkörper 20 in verschiedene Stellungen innerhalb des möglichen
Kippbereichs kippt.
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Nachdem der Klemmkörper sich zwischen den Laufflächen 23 und 24 verklemmt
hat, kann auf Grund der zwischen den Klemmflächen 25 und 26 und den zugehörigen
Laufflächen 23 bzw. 24 auftretenden Reibungskräfte fi und f, ein Drehmoment zwischen
den beiden Laufringen 22 und 21 übertragen werden. Nach bekannten physikalischen
Gesetzen greifen diese Reibungskräfte fi und f, tangential in den Berührungspunkten
S und T an.
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Das Drehmoment ist physikalisch definiert als das Produkt Kraft mal
Kraftarm. Die im Punkt S angreifende Reibungskraft fi erteilt demnach dem Klemmkörper
20 ein Drehmoment vom Betrag firi; entsprechend erteilt die im Punkt T angreifende
Reibungskraft f, ein Drehmoment foro. Wegen des am Klemmkörper 20 herrschenden Gleichgewichts
müssen diese beiden Drehmomente gleich groß und einander entgegengerichtet sein.
Da r, größer ist als ri, ist die Reibungskraft fi größer als die Reibungskraft fo.
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Das mit Hilfe des Klemmkörpers 20 zwischen den beiden Kupplungslaufringen
22 und 21 übertragene Drehmoment ist demnach mit den Reibungskräften f i und f,
verknüpft. Diese Reibungskräfte, die je nach der Belastung des Klemmkörpers, d.
h. je nach der Größe des übertragenen Drehmomentes veränderlich sind, können nicht
jeden beliebigen Wert annehmen, sondern sind nach oben durch die zwischen dem Klemmkörper
20 und den Kupplungslaufflächen 23 und 24 herrschenden Reibungskoeffizienten ui
und u, begrenzt und hängen von den Normalkräften Ni und N, ab, die zwischen
dem Klemmkörper 20 und den .Kupplungslaufringen 22 und 21 wirksam sind. Die oberen
Grenzwerte Fi und F, für die beiden Reibungskräfte fi bzw. f, sind durch die bekannten
Beziehungen Fi = ui Ni und F, = u, N, gegeben. In den meisten Fällen
bestehen die äußere und die innere Lauffläche aus dem gleichen Material, beispielsweise
gehärtetem Stahl, so daß die Reibungskoeffizienten ui und u, gleich groß sind. Definitionsgemäß
liegt der Vektor der Normalkraft N" auf der Geraden 0Q und greift am Punkt
T des Klemmkörpers 20 an. Entsprechend liegt der Vektor der Normalkraft
Ni auf der Geraden OP und greift am Punkt S an. Da sich bei einem
gegebenen Belastungszustand der Klemmkörper 20 im Gleichgewicht befindet, muß die
Resultierende der Kräfte Ni und fi auf der Linie ST liegen und entgegengesetzt
gleich der Resultierenden der Kräfte N, und f, sein.
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Da, wie gesagt, fi größer ist als fo, muß N, größer sein als Ni, um
die Gleichgewichtsbedingungen zu erfüllen. Da ferner die Resultierende der Reibungskraft
fi und der Normalkraft N auf der Geraden ST
liegt, die gegen die Normale OP
um den Klemmwinkel v geneigt ist, muß im Gleichgewicht
sein. Es ist klar, daß tg v nicht größer als der Reibungskoeffizient ui sein darf;
falls dies doch der Fall ist, rutscht der Klemmkörper 20, so daß der Kraftschluß
zwischen den Flächen 23 und 24 zumindest teilweise aufgehoben wird.
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Aus der zuletzt abgeleiteten Beziehung fi = Ni - tg v ergibt
sich, daß die Reibungskraft f i direkt proportional der Normalkraft NL und dem Tangens
des Klemmwinkels v ist. Bei einer Steigerung des übertragenen Drehmomentes muß die
Reibungskraft fi zunehmen, und entsprechend vergrößert sich auch entweder Ni oder
tg v oder beide dieser Größen. Der Klemmwinkel v darf jedoch nicht zu groß werden,
da andernfalls der Klemmkörper 20 ins Rutschen kommt.
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Um die Beziehungen zwischen dem Klemmwinkel v, dem Kippwinkel m, um
den der Klemmkörper kippt, und der Klemmkörperhöhe J in einfacher Weise herleiten
zu können, ersetzt man zweckmäßigerweise die zylindrischen Laufflächen 23 und 24
durch planparallele Laufflächen Li und Lo. Die mit dieser Näherung erhaltenen Ergebnisse
sind hinreichend genau. Eine solche Darstellung zeigt F i g. 13, in der im übrigen
die gleichen Bezeichnungen verwendet sind wie in F i g. 2. Der Kippwinkel
m wird zwischen der Verbindungslinie PQ der beiden Krümmungsmittelpunkte
P und Q und der Normalrichtung zu den Laufflächen gemessen. Die Strecke PQ
= e bildet die Diagonale eines rechtwinkligen Dreiecks PKQ, dessen Katheten
die vertikale Exzentrizität e,, und die horizontale Exzentrizität eh der
beiden Krümmungsmittelpunkte P und Q
darstellen. Mit steigender Belastung
der Kupplung muß die Klemmkörperhöhe J zunehmen; der Kippbereich des Klemmkörpers,
d. h. der Bereich, in dem sich der Kippwinkel m beim Kippen des Klemmkörpers ändert,
muß deshalb mindestens zwischen m = 0° und m =l80° liegen. Aus F i
g. 13 ist ersichtlich: J=r,+ri-e-cosm. (1)
Im Bereich zwischen m = 0°
und m = 180° ist cos m eine monoton fallende Funktion. Es ist deshalb für
qualitative Betrachtungen, die sich zudem nur auf den erheblich kleineren tatsächlichen
Kippbereich erstrecken, unerheblich, ob man den Zustand des Klemmkörpers durch den
Drehwinkel m oder durch die Klemmkörperhöhe J beschreibt.
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Für die Änderung der Klemmkörperhöhe J bei Kippung des Klemmkörpers
folgt aus Gleichung (1):
Um die Abhängigkeit des Klemmwinkels v vom Kippwinkel m zu bestimmen, liest man
weiter aus F i g. 13 ab: eh = e - sin m = J - tg v. (3) Da v ein kleiner
Winkel ist, gilt mit guter Näherung:
Daraus folgt für Gleichung (2) unmittelbar:
Da sich innerhalb des tatsächlichen Kippbereiches die Klemmkörperhöhe J nur geringfügig
ändert, folgt daraus mit guter Näherung:
Die Änderung der Klemmkörperhöhe J pro Grad Kippung des Klemmkörpers ist also dem
Klemmwinkel v proportional.
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Ebenfalls unter Benutzung der Tatsache, daß J näherungsweise konstant
bleibt, folgt aus Gleichung (4) weiter:
Nach Gleichung (1) ist e - cos m = ro + ri - J. Setzt man das
in Gleichung (7) ein, so erhält man:
Da die Klemmkörperhöhe J im Kippbereich stets positiv ist, folgt aus dieser Gleichung:
Mit Hilfe dieser Beziehungen kann man jede gewünschte Klemmwinkelkurve durch geeignete
Wahl der geometrischen Daten des Klemmkörpers erzielen.
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Vor dem Einkuppeln, wenn kein Drehmoment übertragen wird, liegt ein
Schmiermittelfihn zwischen den Klemmflächen der Klemmkörper und den Kupplungslaufflächen.
Beim Einkuppeln soll dieser Schmiermittelfilm auch bei kleiner Belastung der Kupplung
rasch und sicher durchstoßen werden, damit die Kupplung zuverlässig greift und eine
übermäßige Wärmeentwicklung durch Gleitreibung vermieden wird. Die Klemmwinkelkurve
der erfindungsgemäßen Klemmkörper ist so ausgelegt, daß der Klemmwinkel v beim Einkuppelpunkt
ein Minimum durchläuft, so daß beim Einkuppeln eine hohe Normalkraft auch bei kleiner
Belastung der Kupplung zur Verfügung steht. Nach dem Durchstoßen des Schmiermittelfilms
ändert sich der Reibungskoeffizient sprunghaft, da dann ein Kontakt Metall-Metall
zwischen den Klemmkörpern und den Kupplungslaufflächen vorliegt. Deshalb sind die
erfindungsgemäßen Klemmkörper weiterhin so ausgelegt, daß ihr Klemmwinkel nach dem
Einkuppeln steil ansteigt, da die stark vergrößerte Reibung eine entsprechende Verkleinerung
der Normalkraft zuläßt. Ein möglichst großer Klemmwinkel bietet dabei einerseits
den Vorteil, daß wegen der kleineren, aber bei metallischem Kontakt noch mit Sicherheit
ausreichenden Normalkräfte die Kupplungslaufringe weniger beansprucht werden, und
ergibt andererseits nach Gleichung (6) einen raschen Anstieg der Klemmkörperhöhe
J, so daß schmale Klemmkörper verwendet werden können und eine große Anzahl von
Klemmkörpern auf einem gegebenen Kupplungsumfang untergebracht werden kann.
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Damit auch vor dem Einkuppeln, also im Freilaufzustand, eine rasche
Änderung der Klemmkörperhöhe J erzielt wird, wird bei den erfindungsgemäßen Klemmkörpern
auch in diesem Bereich der Klemmwinkel ziemlich groß gehalten. Die Klemmwinkelkurve
der erfindungsgemäßen Klemmkörper ergibt demgemäß grundsätzlich den in F i g. 6
dargestellten Verlauf des Klemmwinkels. Vor dem Einkuppelpunkt 35, im Bereich 36'-35,
fällt der Klemmwinkel; nach dem Einkuppeln, im Bereich 35-37, steigt der Klemmwinkel
steil an. Nach Gleichung (9) muß also vor dem Einkuppeln die Summe der Krümmungsradien
r. + ri kleiner als die Klemmkörperhöhe J sein und nach dem Einkuppeln größer
als die Klemmkörperhöhe J. Besonders zweckmäßig ist die in F i g. 9 a dargestellte
Klemmwinkelkurve, bei der nach dem Einkuppeln bei 64' ein besonders steiler Anstieg
des Klemmwinkels im Bereich 64'-65'
erfolgt, dem sich ein Bereich
65'-66' mit geringerem Anstieg oder mit konstantem Klemmwinkel anschließt.
Dadurch wird die im Einkuppelpunkt erfolgende sprunghafte Vergrößerung des Reibungskoeffizienten
besonders gut ausgenutzt. Der Klemmwinkel darf jedoch nicht so weit ansteigen, daß
bei Höchstlast erzeugte Normalkraft nicht mehr zum Greifen der Kupplung ausreicht.
Es kann deshalb auch eine Klemmwinkelkurve nach F i g. 9 zweckmäßig sein, bei der
bei Annäherung an die Höchstlast, im Bereich 65-66, der Klemmwinkel wieder etwas
kleiner wird, um die erzeugte Normalkraft entsprechend zu vergrößern.
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F i g. 3 zeigt einen bekannten Klemmkörper 20 mit inneren und äußeren
zylindrischen Klemmflächen 25 und 26, die von den Radien ri und ro erzeugt werden.
Der Klemmkörper ist mit zwei parallelen Seitenflächen 27 und 28 dargestellt.
Ferner ist angenommen, daß er in den Punkten 29 bzw. 30 an planparallelen Laufflächen
anliegt. Die von den Punkten P und Q zu den Punkten 29 und 30 gezogenen
Radien verlaufen parallel zu den Seiten 27 und 28
und unterteilen den
Klemmkörper in folgende Abschnitte: Der Abschnitt A bezeichnet einen äußeren Teil
des Klemmkörpers 20, zu dem der Teil der Klemmfläche 26 zwischen der Seitenfläche
27 und dem Endpunkt 30 des Radius r. gehört. Der Abschnitt B bezeichnet den
Teil der äußeren Klemmfläche 26 zwischen dem Endpunkt 30 des Radius r. und der Seitenfläche
28. Der Abschnitt C bezeichnet den Teil der inneren Klemmfläche 25 zwischen der
Seitenfläche 27 und dem Endpunkt 29 des Radius ri. Der Abschnitt D bezeichnet den
Teil der Klemmfläche 25 zwischen der Seitenfläche 28 und dem Radius ri.
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Die Schnittpunkte der Seitenflächen 27 und 28 mit der Klemmfläche
26 sind mit 31 bzw. 32 die Schnittpunkte zwischen den Seitenflächen 27 und 28 und
der Klemmfläche 25 mit den Bezugszeichen 33 bzw. 34 bezeichnet.
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Die vom Punkt Q durch die Punkte 31 und 30 gezogenen
Radien ro bilden einen Sektor a, der dem Abschnitt A entspricht. Die von dem Punkt
Q durch
die Punkte 32 und 30 gezogenen Radien r. bilden einen
Sektor b, der dem Abschnitt B entspricht. In ähnlicher Weise entsteht
zwischen den vom Punkt P durch die Punkte 33 und 29 gezogenen Radien
ein Sektor c und zwischen den vom Punkt P durch die Punkte 29 und 34 gezogenen Radien
ri ein Sektor d. Die beiden Sektoren c und d entsprechen den Abschnitten
C und D. Es ist zu bemerken, daß die zuvor beschriebenen Abmessungen bezüglich des
Schwerpunktes G des Klemmkörpers 20 symmetrisch liegen. Die Gesamtbreite
des Klemmkörpers 20
zwischen den Seitenflächen 27 und 28 ist mit E bezeichnet.
Der rechtwinklig gemessene Abstand zwischen dem Schwerpunkt G und dem durch den
Punkt 30 gezogenen Radius r" ist mit F bezeichnet. Wegen der Symmetrie des
Klemmkörpers 20 ergibt sich, daß die MaßeA und D und die entsprechenden Sektoren
a und d einander gleich sind. In ähnlicher Weise sind die Maße
B und C und die Sektoren b
und c einander gleich.
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Der in der F i g. 3 dargestellte übliche Klemmkörper 20 wird
normalerweise unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft wegen der Lage des Schwerpunktes
G ausgekuppelt. Wenn der Klemmkörper20 zwischen zylindrischen Laufflächen angeordnet
ist, wie es F i g. 2 zeigt, und zusammen mit dem einen der Laufringe 21 und
22 umläuft, wirkt im Punkt G eine Zentrifugalkraft f, auf den Klemmkörper
20.
Diese Zentrifugalkraft f, ist einer Zentripetalkraft f. gleich, die im
Punkt T durch den Laufring 22 auf den Klemmkörper 20 ausgeübt wird.
Die Zentrifugal- und Zentripetalkräfte f, und fp sind nicht kolinear, so daß sie
ein Kippmoment auf den Klemmkörper 20 ausüben, welches gleich dem Produkt
aus Zentrifugalkraft f, mal Hebelarm F ist. Dieses auf den Klemmkörper
20 wirkende Kippmoment ist bestrebt, ein Kippen im Uhrzeigersinn, also im
Auskuppelsinn, hervorzurufen.
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In F i g. 4 ist für einen üblichen Klemmkörper 20
der Klemmwinkel
v über der Klemmkörperhöhe J aufgetragen, wobei planparallele Laufflächen angenommen
sind. Die Abszisse im Punkt 36 entspricht der geringsten Klemmkörperhöhe zwischen
den Punkten 31 und 34 in F i g. 3. Der Punkt 38 bezeichnet die größte Klemmkörperhöhe
zwischen den Punkten 32 und 33 und dem größten mit dem Klemmkörper
20 erzielbaren Klemmwinkel. Wenn die Kupplung frei läuft, liegen Klemmwinkel
und Klemmkörperhöhe in einem Bereich zwischen den Punkten 36 und
37 der Kurve nach Fig. 4, je nach der Laufringexzentrizität, den Toleranzen,
dem Verschleiß der Klemmkörper usw. Der Punkt 35 ist der mittlere oder Soll-Einkuppelpunkt,
der innerhalb der Grenzen dieses Bereiches liegt. Für die Klemmkörper
20 steht somit der gesamte Bereich zwischen den Punkten 36 und 38 zur Verfügung.
Ein nominelles Maximum, das in einem bestimmten Anwendungsfall nicht überschritten
werden soll, kann jedoch vorgegeben sein, z. B. bei 39. Der normale Arbeitsbereich
liegt somit zwischen den Punkten 35 und 39 und ermöglicht es den Klemmkörpern, den
unter normaler Beanspruchung auftretenden Verformung der Laufringe zu folgen.
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Es ist aus F i g. 4 zu ersehen, daß der Klemmwinkel des bekannten
Klemmkörpers 20 bei Zu-oder Abnahme der Klemmkörperhöhe ebenfalls zu-oder
abnimmt.
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Von besonderem Interesse ist der Teil der Kurve zwischen den Punkten
35 und 36, wo der Klemmwinkel abnimmt. Wie oben dargelegt wurde, ist die Änderung
der Klemmkörperhöhe je Grad Klemmkörperkippung näherungsweise dem Klemmwinkel proportional.
Bei einem kleinen Klemmwinkel ist die Änderung der Klemmkörperhöhe je Grad Klemmkörperkippung
relativ klein. Um daher einen vorgegebenen Gesamthub zu erreichen, wie er in der
F i g. 4 dargestellt ist, muß der Klemmkörper relativ breit und mit relativ langen
Klemmflächen 25, 26 versehen sein.
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Die F i g. 6 zeigt eine Klemmwinkelkurve eines erfindungsgemäßen Klemmkörpers
für den Fall planparalleler Laufflächen. Zwischen den Punkten 36' und 37 verläuft
die Klemmwinkelkurve etwa V-förmig und weist am Soll-Einkuppelpunkt 35 ein
Minimum auf, während die Punkte 36' und 37 wesentlich höher liegen. Zwischen diesen
Punkten 36' und 37 liegt der Einkuppelbereich des Klemmkörpers. Wichtig ist, daß
die Klemmkörperhöhe J zwischen den Punkten 35 und 36' abnimmt, während sich der
Klemmwinkel vergrößert. Die Änderung der Klemmkörperhöhe je Grad Klemmkörperkippung
ändert sich mit dem Klemmwinkel, und zwar derart, daß sie in der Nähe des Punktes
36' wesentlich größer ist als am Soll-Einkuppelpunkt 35. Somit ist der bei
vorgegebener Breite des Klemmkörpers erzielbare Gesamthub der Klenunkörperhöhe wesentlieh
größer als bei einem Klemmkörper, dessen Klemmwinkelkurve den in F i g. 4 dargestellten
Verlauf hat. Hieraus folgt, daß erfindungsgemäße Klemmkörper mit einer Klemmwinkelkurve
gemäß F i g. 6 einen vorgegebenen Gesamthub mit einer geringeren Klemmkörperkippung
erreichen als die bekannten Klemmkörper gemäß F i g. 3.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Klemmkörpers mit Klemmwinkelkurve
gemäß F i g. 6 besteht darin, daß die zur Drehmomentübertragung erforderlichen Klemmkräfte
den physikalischen Veränderungen an den Berührungsstellen zwischen den Klemmflächen
25, 26 und den Kupplungslaufflächen 23, 24 angepaßt sind. Vor dem
Einkuppeln entspricht der Reibungswinkel einem geschmierten metallischen Kontakt,
d. h., die Klemmkörper gleiten während des Freilaufbetriebes auf einem Schmiermittelfilm,
der zu Beginn des Einrückens erst durchbrochen werden muß. Nachdem das Einkuppeln
erfolgt ist, besteht ein ungeschmierter Kontakt mit einem erheblich vergrößerten
Reibungswinkel. Um den Verschleiß beim Einkuppeln möglichst klein zu halten, wird
nach der Erfindung der Klemmwinkel am Einkuppelpunkt besonders klein gewählt, um
den Schmiermittelfilm rasch und sicher zu durchbrechen. Nach dem Einkuppeln kann
der Klemmwinkel auf den Reibungswinkel der trockenen Reibung vergrößert werden.
Nach F i g. 6 steigt die Klemmwinkelkurve des in F i g. 5 dargestellten Klemmkörpers
beiderseits des Punktes 35, also bei kleiner werdender und auch bei größer
werdender Klemmkörperhöhe relativ steil an. Hierdurch wird es möglich, am Punkt
35 den erwünschten, relativ kleinen Einkuppel-Klemmwinkel zu verwenden, während
nach dem Einkuppeln der rasch größer werdende Klemmwinkel der sprunghaften Vergrößerung
des Reibungswinkels folgt, wobei alle zuvor beschriebenen Vorteile erreicht werden.
Bei einer solchen Kupplung kann z. B. der Klemmwinkel im Punkt 35 zwischen 1,9 und
2,6° liegen.
Ein erfindungsgemäßer Klemmkörper 40 nach F
i g. 5 mit einer Klemmwinkelkurve nach F i g. 6 hat, um einen Vergleich mit dem
bekannten Klemmkörper nach F i g. 3, 4 zu erleichtern, die gleichen Abmessungen
wie der in F i g. 3 dargestellte bekannte Klemmkörper. Eine Ausnahme hiervon macht
nur der Teil in der unteren rechten Ecke der F i g. 5. Die Radien ro und r= sind
denen des Klemmkörpers nach F i g. 3 gleich. Die Abmessungen A, B,
C, D
und E sind identisch, und die Sektoren a, b, c
sind ebenfalls denen in F i
g. 3 gleich. Die äußere Klemmfläche 26 des Klemmkörpers 40 ist mit der in F i g.
3 dargestellten Klemmfläche 26 identisch. Die innere Klemmfläche 25' hingegen unterscheidet
sich von der Klemmfläche 25 des in F i g. 3 dargestellten Klemmkörpers 20. Wenn
die Punkte 32 und 33 des Klemmkörpers 40 an den Kupplungslaufflächen anliegen, arbeitet
der Klemmkörper an dem Punkt 38 der Klemmwinkelkurve der F i g. 6. Wird der Klemmkörper
in eine Lage geringerer Klemmkörperhöhe gekippt, so folgt die Klemmwinkelkurve der
F i g. 6. Ist der tiefste Punkt 35 der Klemmwinkelkurve erreicht, so steigt zufolge
der abgewandelten Klemmfläche 25' der Klemmwinkel bei einer weiteren Verminderung
der Klemmkörperhöhe wieder an. Beispielsweise liegt der Punkt 44 der Klemmfläche
25' an der inneren Lauffläche an, wenn die Klenmmkörperstellung dem Punkt
35 der Klemmwinkelkurve nach F i g. 6 entspricht. Tangential an den Bogen
33-44 anschließend ist ein kürzerer Bogen 44-43 vorgesehen mit einem Radius
Ei, welcher kleiner ist als der Radius ri. Der Mittelpunkt X des Bogens 44-34'
liegt stets auf einer radialen Verbindungslinie vom Punkt P zum Punkt
44. Die Summe (ro + Ei) ist kleiner als die Klemmkörperhöhe. Hieraus
ergibt sich, wie oben abgeleitet worden ist, eine Vergrößerung des Klemmwinkels
bei Verminderung der Klemmkörperhöhe. Wenn die Punkte 31 und 43 des Klemmkörpers
40 an den Laufflächen anliegen, ist der Punkt 36' der Klemmwinkelkurve nach F i
g. 6 erreicht. Die Klemmwinkelkurven nach F i g. 4 und 6 können zwischen den Punkten
35 und 38 identisch sein; die Änderung der Klemmkörperhöhe vom Punkt 35 zum Punkt
36' in F i g. 6 ist jedoch wesentlich größer als die Änderung der Klemmkörperhöhe
vom Punkt35 zum Punkt 36 in F i g. 4. Hierdurch wird mit dem erfindungsgemäßen Klemmkörper
nach F i g. 5 ein größerer Gesamthub erreicht, was die genannten Vorteile mit sich
bringt. Aus F i g. 5 ist zu entnehmen, daß von der Klemmfläche 25', die an der inneren
Lauffläche anliegt, der zwischen den Punkten43 und 34' gelegene Teil nicht
benutzt wird. Es kann somit für einen gegebenen Kippbereich des Klemmkörpers an
der inneren Klemmfläche eine geringere Klemmkörperbr2ite als an der äußeren Klemmfläche
vorgesehen werden. Ein Ziel bei der Konstruktion von Klemmkörpern liegt darin, die
Klemmkörperbreite zu vermindern. Aus den oben angestellten Berechnungen geht hervor,
daß die Krümmungsmittelpunkte P, Q der Klemmflächen ohne Beeinträchtigung der Klemmwinkelkurve
verlegt werden können, vorausgesetzt, sie behalten ihre Lage relativ zueinander
bei und die Summe der Radien gegenüberliegender Klemmflächen bleibt unverändert.
Es kann somit r. verkleinert werden, wenn man ri und Ei um einen gleichen
Betrag vergrößert. Die sich hierbei ergebenden Klemmkörper weisen nach wie vor die
Klemmwinkelkurve nach F i g. 6 auf. Ein Klemmkörper dieser Form ist in F i g. 5
a dargestellt. Der Klemmkörper 40' der F i g. 5 a entspricht mit seinen Sektoren
a, b, c und d dem Klemmkörper 40 nach F i g. 5 und weist den gleichen
Gesamtkippbereich auf. Der Radius r: für die Klemmfläche 26' ist jedoch im Vergleich
zum Radius ro nach F i g. 5 verkürzt. Die Länge des Bogens 31'-32' und die Abmessungen
A', B' und E' sind proportional zur Verkleinerung des Radius verkleinert.
Der Radius r1 für den Hauptteil der inneren Klemmfläche, d. h. der Krümmungsradius
des Teiles zwischen den Punkten 33' und 44', ist so vergrößert, daß die Summe rö
+ r1 gleich ist der Summe der Radien r. und ri in F i g. 5. Außerdem ist
der Radius EI des kleineren Teiles der inneren Klemmfläche, d. h. der Krümmungsradius
für den Abschnitt zwischen den Punkten 44' und 43', um einen solchen Betrag vergrößert,
daß die Summe r,'+ EI gleich ist der Summe der Radien ro und Ei in F i g.
5. Wenn bei dem Klemmkörper nach F i g. 5 a die Punkte 31' und
43' an den Laufflächen anliegen, entspricht diese Klemmkörperstellung dem
Punkt 36' der Klemmwinkelkurve nach F i g. 6. Liegt der Punkt 44' an der Lauffläche
an, so entspricht diese Stellung dem Einkuppelpunkt 35 der Klemmwinkelkurve nach
F i g. 6. Wenn die Punkte 32' und 33' an den Laufflächen anliegen, entspricht diese
Klemmkörperstellung dem Punkt 38 der Klemmwinkelkurve der F i g. 6. Es werden also
die Klemmflächen des Klemmkörpers 40' vollständig ausgenutzt, indem die Radien so
aufeinander abgestimmt sind, daß die Abrollwege der Klemmflächen auf den Laufflächen
gleich sind. Dabei ergibt sich die wirtschaftlichste Verwendung des Werkstoffes
bei der Herstellung der Klemmkörper. Da der Klemmkörper 40 nach F i g. 5 a an der
inneren Klemmfläche einen kleineren Abrollweg 33-43 aufweist als die äußere Klemmfläche
mit dem Abrollweg31-32, wurde die KlemmkörperbreiteE groß, und es wurde der Abschnitt
43-34' der inneren Klemmfläche nicht ausgenutzt. Dadurch, daß man nach F i g. 5
a den äußeren Radius rö kleiner macht als r., wird der äußere Abrollweg
3I'-32' relativ zum Abrollweg 31-32 kleiner. Weiter wird dadurch, daß man
die inneren Radien ri und Et größer macht als ri und Ei, der Abrollweg
33'-43' größer als der Abrollweg 33-43. Bei geeigneter Wahl der Radien werden
die inneren und äußeren Abrollwege gleich lang. Obwohl die Klemmkörperbreite E'
in F i g. 5 a größer ist als die Sehne des Bogens 33-43 in F i g. 5, ist sie kleiner
als die Sehne des Bogens 31-32. Es ist demgemäß die Breite E' in F i g. 5 a kleiner
als die Breite E in F i g. 3 und 5. Somit hat der Klemmkörper 40' nach F i g. 5
a den Vorteil, schmaler zu sein als der Klemmkörper 20 der F i g. 3, obwohl er einen
größeren Gesamthub ermöglicht als der Klemmkörper 20.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei der F i g. 5 a der Abstand
F zwischen dem Schwerpunkt G' und dem Krümmungsmittelpunkt Q' für die äußere Klemmfläche
26' größer ist als der Abstand zwischen dem Schwerpunkt G des Klemmkörpers 40 in
F i g. 5 und dem Krümmungsmittelpunkt Q der äußeren Klemmfläche 26. Dies bewirkt
im Vergleich mit dem Klemmkörper 40 der F i g. 5, der unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft
auskuppelt, eine verstärkte Auskuppelwirkung für den Klemmkörper 40' nach F i g.
5 a. Demzufolge hebt sich der Klemmkörper
40' bei einer kleineren
Geschwindigkeit vom inneren Laufring ab als der Klemmkörper 40.
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In F i g. 7 ist wieder der Klemmkörper 40' dargestellt, jedoch gegenüber
der F i g. 5 a um 180° gedreht. In dieser Lage, in der die Klemmfläche 26' die innere
Lauffläche berührt, erzeugt die Zentrifugalkraft kein Kippmoment im Auskuppelsinn,
wenn der Punkt 44' die äußere Lauffläche berührt. Diese Stellung entspricht dem
Punkt 35 der in F i g. 6 dargestellten Klemmwinkelkurve, d. h. dem Soll-Einkuppelpunkt.
Es ist zu beachten, daß der Klemmkörper 40', gleichgültig, ob er mit seiner Klemmfläche
26' gemäß F i g. 5 a die äußere Lauffläche oder gemäß F i g. 7 die innere Lauffläche
beaufschlagt, eine Klemmwinkelkurve gemäß F i g. 6 aufweist.
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In F i g. 8 ist ein Klemmkörper 50 dargestellt, der zwischen planparallelen
Laufflächen eine Klemmwinkelkurve nach F i g. 9 aufweist. Seine innere Klemmfläche
ist mit 51, die äußere Klemmfläche mit 52, die geraden Seiten sind mit
53 und 54 bezeichnet. Die Seitenflächen 53 und 54 schneiden die innere
Klemmfläche 51 an den Stellen 55, 56 und die äußere Klemmfläche 52 an den Stellen
57, 58. Der größte Teil der inneren Klemmfläche 51, nämlich der Teil 55-59,
hat den Radius ri mit dem Mittelpunkt P. Der Teil 59-56 der inneren Klemmfläche
51 hat eine kleinere Bogenlänge mit dem Radius Ei, dessen Mittelpunkt auf
der Verbindungslinie der Punkte P und 59 liegt. Der Hauptteil 57-61 der äußeren
Klemmfläche 52 hat den Radius r., der dem Radius ri gleich ist und vom Punkt
Q ausgeht, der horizontal und vertikal gegenüber dem Punkt P versetzt ist. Der Teil
61-58 der äußeren Klemmfläche 52, hat den Radius E, mit seinem Mittelpunkt
auf der Verbindungslinie der Punkte Q und 61. Die Summe der Radien Ei und r. muß
kleiner sein als die minimale Klemmkörperhöhe. Die Summe von E, und ri muß kleiner
sein als die Klemmkörperhöhe in demjenigen Teil des Kippbereiches des Klemmkörpers
50, in dem der Abschnitt 61-58 der Klemmfläche 52 wirksam ist.
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Zum Vergleich ist der Klemmkörper 20 nach F i g. 3 in F i g. 8 in
gestrichelten Linien eingezeichnet. Die Radien r., ri und die Sektoren a, e sind
mit denen in F i g. 3 identisch. Die Abmessungen A und C sind bei beiden Klemmkörpern
50 und 20
gleich, doch ist die Gesamtbreite des Klemmkörpers
50 kleiner als die des Klemmkörpers 20. Es ist ersichtlich, daß die
Klemmkörper 50 und 20 im oberen Abschnitt links vom Punkt 61 und im
unteren Abschnitt links vom Punkt 59 übereinstimmen. Da merkliche Materialmengen
im rechten Teil in Fortfall gekommen sind, ist der mit 62 bezeichnete Schwerpunkt
gegenüber dem Schwerpunkt des Klemmkörpers 20 deutlich nach links verschoben. Demzufolge
neigt der Klemmkörper 50 in stärkerem Maße als der Klemmkörper 20 dazu, sich
unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft von der inneren Lauffläche abzuheben.
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In F i g. 9 ist die Klemmwinkelkurve des Klemmkörpers 50 eingezeichnet
und zusätzlich als gestrichelte Linie die Klemmwinkelkurve des Klemmkörpers 20 angedeutet,
die zwischen den Punkten 36 und 38 verläuft. In F i g. 9 entspricht der Punkt 63
der Stellung, in der die Stellen 56 und 57 des Klemmkörpers 50 an den Laufflächen
anliegen. Der Punkt 64 gibt den Betriebszustand an, in dem die Stelle 59
der Klemmfläche 51 an der inneren Lauffläche anliegt. Dieser Punkt entspricht auch
dem Punkt 35 der Klemmwinkelkurve des Klemmkörpers 20. Der Punkt 65 der Klemmwinkelkurve
der F i g. 9 kennzeichnet den Betriebszustand beim Anliegen der Stelle
61 der Klemmfläche 52 an der äußeren Lauffläche. Der Punkt 66 der
Klemmwinkelkurve der F i g. 9 entspricht dem Betriebszustand, in dem die Stellen
55 und 58 die Laufflächen berühren. Die Verwendung des Radius Eo in F i g. 8, die
zu einem schmaleren Klemmkörper als dem in F i g. 3 führt, legt die Klemmwinkelkurve
zwischen den Punkten 65 und 66 des Klemmkörpers 50 tiefer, so daß die maximale Klemmkörperhöhe
geringer wird als beim Klemmkörper 20. Dabei ist jedoch der mit dem Klemmkörper
50 erzielbare Gesamthub größer als beim Klemmkörper 20. Im übrigen neigt der Klemmkörper
50 wesentlich stärker dazu, sich unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft von der
inneren Lauffläche abzuheben. Es sei erwähnt, daß der Radius Ei, wenn er von seinem
Krümmungsmittelpunkt zum Punkt 56 gezogen wird, parallel zu dem Radius ra zwischen
den Punkten Q und 57 verläuft. Der von seinem Krümmungsmittelpunkt nach dem Punkt
58 gezogene Radius E, liegt parallel zum Radius ri vom Punkt P nach 55. Dabei
werden die innere Klemmfläche 51 und die äußere Klemmfläche 52 innerhalb
des Kippbereiches des Klemmkörpers 50 vollständig ausgenutzt.
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Wie schon erwähnt, ist die Änderung der Klemmkörperhöhe je Grad Klemmkörperkippung
annähernd proportional zur Größe des Klemmwinkels. Da, wie F i g. 9 zeigt, bei einer
Vergrößerung der Klemmkörperhöhe zwischen den Punkten 64 und 65 der Klemmwinkel
steil zunimmt und anschließend zwischen den Punkten 65 und 66 bei
wachsender Klemmkörperhöhe im wesentlichen konstant bleibt, ergibt sich, daß der
insgesamt erzielbare Hub größer ist als der mit der Klemmwinkelkurve der F i g.
4 erzielbare Hub. Will man diesen Effekt noch steigern, so sollte die Klemmwinkelkurve
eine Gestalt nach F i g. 9 a haben. Darin ist in ausgezogenen Linie eine Klemmwinkelkurve
mit den genannten vorteilhaften Eigenschaften dargestellt und außerdem in gestrichelter
Linie eine Klenmmwinkelkurve für die bekannten Klemmkörper nach F i g. 3 angedeutet.
Ein Klemmkörper mit einer Klemmwinkelkurve nach F i g. 9 a ist in F i g. 8 a dargestellt.
Dieser Klemmkörper 70 hat die gleiche Breite wie der Klemmkörper 50; er hat
eine äußere Klemmfläche 73, eine innere Klemmfläche 74 und zwei Seitenflächen 71
und 72. Der Teil 75-76 der Klemmfläche 74 hat den Radius 77 mit dem Mittelpunkt
78. Gegenüber dem Radius ri des Klemmkörpers 50 ist der Radius
77 vergrößert. Tangential an den Bogen 75-76 anschließend ist ein Bogen
76-79 vorgesehen mit Radius 81, der kürzer als der Radius Ei des Klemmkörpers
50 ist und auf einer Geraden zwischen den Punkten 76 und 78 liegt. Die äußere Klemmfläche
73 des Klemmkörpers 70 weist einen Hauptabschnitt 82-83 auf mit dem Radius
84 um den Punkt 85. Der Punkt 85 ist gegenüber dem Punkt 78
horizontal und vertikal mehr versetzt als der Punkt Q des Klemmkörpers 50 gegenüber
dem Punkt P. Demzufolge ist der Radius 84 länger als der Radius ra des Klemmkörpers
50. Ein kleinerer Teil 83-86 der Klemmfläche 73 besteht aus einem Bogen, der tangential
an den Bogen
83-82 anschließt und den Radius 87 hat, der von einem
Punkt auf der Verbindungslinie der Punkte 85 und 83 ausgeht. Die Radien 87 und 77
sollten zusammen gleich der maximalen Klemmkörperhöhe des Klemmkörpers 70 sein,
wenn dessen Stellen 75 und 86 die Laufflächen berühren. Dies entspricht dem Arbeitspunkt
66' in F i g. 9 a. Dieser Punkt entspricht einer größeren maximalen Klemmkörperhöhe,
als man sie mit dem bekannten Klemmkörper nach F i g. 3 erzielt. Die maximale Klemmkörperhöhe
nach F i g. 3 ist in F i g. 9 a mit dem Bezugszeichen 38 versehen. Der Punkt 65'
der F i g. 9 a entspricht der Kippstellung des Klemmkörpers, in der die Stelle
83 der Klemmfläche 73 die Lauffläche berührt. Der Punkt 64' der F i g. 9
a gibt die Stellung an, in der die Stelle 76 der Klemmfläche 74 die innere Lauffläche
berührt. Der Punkt 63' entspricht der Stellung bei minimaler Klemmkörperhöhe, in
der die Stellen 79 und 82 die innere und die äußere Lauffläche berühren. Wie schon
erwähnt, sind die Klemmkörper so ausgebildet, daß sich ein größerer Gesamthub ergibt.
Des weiteren wird der größtmögliche Klemmwinkel, bei dem aber mit Sicherheit noch
kein Rutschen der Kupplung eintritt, schnell erreicht. Auf Grund des größeren Klemmwinkels
in einem wesentlichen Teil des Kippbereiches vermindern sich die Normalkräfte an
den Laufflächen gegenüber den Normalkräften bei bekannten Klemmkörpern, weil, wie
eingangs dargelegt, die an den Laufflächen auftretenden Normalkräfte dem Tangens
des Klemmwinkels umgekehrt proportional sind. Da der Klemmkörper 70 die gleiche
Breite hat wie der Klemmkörper 50 der F i g. 8, ist er schmaler als der bekannte
Klemmkörper 20, so daß sich eine Materialersparnis ergibt. Die schmalere Ausbildung
des Klemmkörpers macht es möglich, eine größere Anzahl solcher Klemmkörper in dem
Ringspalt zwischen den Laufringen anzuordnen, so daß die Belastbarkeit der Kupplung
vergrößert wird.
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Der Klemmkörper 50 der F i g. 8 ist ein stark auskuppelnder Klemmkörper,
weil die Klemmfläche 51 schon bei einer relativ niedrigen Drehzahl von der inneren
Lauffläche abgehoben wird. In F i g. 10 ist der gleiche Klemmkörper wie in F i g.
8 dargestellt, aber um 180° gedreht. Obgleich die Klemmwinkelkurve identisch mit
der des gleichen Klemmkörpers in der Stellung nach F i g. 8 ist, übt nach F i g.
10 die Zentrifugalkraft kein Kippmoment im Auskuppelsinn aus.
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F i g. 11 zeigt den Klemmkörper 70 der F i g. 8 a in einer um 180°
gedrehten Stellung. In dieser Stellung berührt die Klemmfläche 73 die innere Lauffläche,
während die Klemmfläche 74 die äußere Lauffläche berührt. Die Klemmwinkelkurve des
Klemmkörpers 70 ist in F i g. 9 a dargestellt. Wenn sich der Klemmkörper aber in
der Lage nach F i g. 11 befindet, übt die Zentrifugalkraft kein Kippmoment aus.
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In F i g. 12 ist ein in wirtschaftlicher Weise ausgebildeter erfindungsgemäßer
Klemmkörper dargestellt. Dieser Klemmkörper hat eine Klemmwinkelkurve nach F i g.
6. Als spezielles Beispiel sei angegeben, daß dieser Klemmkörper eine Gesamtbreite
(Maß E in F i g. 5) von 4,90 bis 4,95 mm hat. Die Gesamthöhe H kann im Bereich 8,40
bis 8,50 mm liegen. Der Punkt Q kann gegenüber dem Punkt 33 um 2,41 bis 2,47 mm
nach innen versetzt sein, und der Radius ro kann etwa 4,52 bis 4,57 mm betragen.
Der Punkt P kann gegenüber dem Punkt Q nach links um 2,32 bis 0,52 mm versetzt sein.
Der Radius r1 kann gleich dem Radius r. sein. Der Ausgangspunkt X für den
kleineren Radius EL kann gegenüber dem Punkt P um etwa 0,323 mm nach rechts versetzt
sein und etwa 1,2 mm unterhalb des Punktes P liegen. Der Radius EI kann 3,28 bis
3,334 mm betragen. Der Punkt 44, an dem die Hauptklemmfläche 33-44 tangential
in die kleinere Klemmfläche 44-34' übergeht, kann gegenüber dem Punkt 34' um 1,82
mm nach innen versetzt sein, so daß zwischen einer vertikalen Linie durch den Punkt
P und einer Linie durch die Punkte P, X und 44 ein Winkel von 14 bis 16°
entsteht.
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Wie zuvor erwähnt, hat der Klemmkörper nach F i g. 12 eine Klemmwinkelkurve
nach F i g. 6. Bei einem solchen Klemmkörper kann der Punkt 38 der F i g. 6 beispielsweise
einem Klemmwinkel von 43/4° und einer Klemmkörperhöhe von 8,65 mm entsprechen. Der
Punkt 35 kann dann einem Klemmwinkel von 21/4° und einer Klemmkörperhöhe von 8,3
mm und der Punkt 36' einem Klemmwinkel von 3° und einer Klemmkörperhöhe von 8,2
mm entsprechen. Wenn der Klemmkörper nach F i g. 12 ausgehend vom Punkt 35 der F
i g. 6 zum Punkt 36' in die Auskuppelstellung gekippt wird, vergrößert sich der
Klemmwinkel um ein Drittel bei einer Verkleinerung der Klemmkörperhöhe um nur etwa
ein Achtzigstel.
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Nach der Erfindung erhält man kippbare Klemmkörper für Freilaufkupplungen,
die an ihrem Soll-Einkuppelpunkt einen kleinen Klemmwinkel aufweisen, um beim Einkuppeln
auch mit geringer Belastung den Schmiermittelfilm mit hoher Normalkraft durchstoßen
zu können, bei denen aber der Klemmwinkel rasch zunimmt, wenn der Klemmkörper über
diesen Soll-Einkuppelpunkt hinaus in Einkuppelrichtung oder in Auskuppelrichtung
gekippt wird. Wie gezeigt, ist die Änderung der Klemmkörperhöhe je Grad Klemmkörperkippung
dem Klemmwinkel näherungsweise proportional. Wenn ein Klemmkörper vom Soll-Einkuppelpunkt
mit kleinem Klemmwinkel in Einkuppelrichtung gekippt wird, vergrößert sich der Klemmwinkel;
damit wächst der Anstieg des Klemmkörperhubes je Grad Klemmkörperkippung, und die
die Laufflächen belastenden Normalkräfte sinken. In ähnlicher Weise vergrößert sich
der Klemmwinkel auch dann, wenn der Klemmkörper vom Soll-Einkuppelpunkt aus in Auskuppelrichtung
gekippt wird, wobei eine rasche Abnahme der Klemmkörperhöhe je Grad Klemmkörperkippung
eintritt. Demzufolge kann der Gesamthub mit einer geringen Kippung eines schmalen
Klemmkörpers erzielt werden. Klemmkörper nach der Erfindung sind bezüglich des von
der Zentrifugalkraft ausgeübten Kippmomentes variabel, ohne daß die Abmessungen
oder die Klemmwinkelkurve geändert zu werden brauchte. Diese Vorteile lassen sich
schon erzielen, wenn nur drei Krümmungsradien in geeigneter Weise gewählt werden.
Ferner erlaubt der breite Einkuppelbereich der erfindungsgemäßen Klemmkörper relativ
große Toleranzen der Kupplungsteile.
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Ein weiterer Vorteil ist zu erzielen, wenn beide Klemmflächen des
Klemmkörpers zwei ineinander übergehende Abschnitte mit verschiedenem Radius aufweisen.
Nach F i g. 9 a erhält man dabei eine dreiteilige Klemmwinkelkurve mit dem Vorteil,
daß
man die Klemmwinkelkurve im Kupplungslastbereich so hoch wie
möglich legen und den Klemmkörperhub besonders groß machen kann.