DE1903495A1 - Kaefig fuer eine Freilaufkupplung - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. HARRY ROEVER -

68 MANNHEIM-PEUDENHEIM -AM BOGEN 23 -POSTFACH 124

23, Januar 1969 R/C

Josef Zuleger, Ingenieur Neckargemünd, Saar straße 1

Käfig für eine Freilaufkupplung

Die Erfindung betrifft einen Käfig für eine Freilaufkupplung, die aus einem Ringrillen-Kugellager und zwischen dessen Innen- und Außenring neben den Laufkugeln kippbar angeordneten Klemmkörpern aufgebaut ist.

Aus den Eintragungsunterlagen des deutschen Gebrauchsmusters 1 924 671 ist eine mit einem Ringrillen-Kugellager kombinierte Freilaufkupplung bekannt, bei der der Käfig des Kugellagers durch Stifte vernietet ist, die gleichzeitig die durchbohrten Klemmkörper aufnehmen und bei der die Stifte und die Klemmkörper Einkerbungen zur Aufnahme von die gleichzeitige Sicherung und Anfederung der Klemmkörper bewirkenden Ringfedern aufweisen. Bei dieser bekannten Konstruktion müssen die Klemmkörper nicht nur durchbohrt, monämrsi auch in einer genau bestimmten Lage geschlitzt wer-

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den. Außerdem müssen die recht kleinen Klesnnkörper innerhalb des durch die Lage der Kugeln begrenzten engan Abstands montiert werden, was insbersondere bei kleineren Lagergr%en nicht einfach ist. Aus der deutschen Aus le ge schrift DAS I 264 886 sind ferner Freilaufkupplungen bekannt, bei denen derA&ßen- und der Innenring sowie die Kugeln eines normalen Ringrillen-Kugellagers verwendet werden, während anstelle des bei 4er Massenanfertigung von Kugellagern anfallenden Käfigs zwei aus Kunststoff gespritzte Käfigringe mit an ihren einander abgewandteis Stirnflächen je einen Kraus von Taschen für im Einkuppelsinn angefederte Klemme tücke und je ©ine die Taschen stiraseitig nach außen hin -abschließende, dünne --.Abs-chluß-" scheibe vorgesehen sind, die sämtlich 'saitssiaand@"r. verbunden sind« ■'■■■ Bei Freilaufkupplungen drlser Bauart wesrden die Klemmkörper, der Außen- und der Innenring üblicherweise dnrefe Federkraft ständig in. Berührung gehalten, um im Bedarfsfall die Kupplung sofort in Eingriff zn bringen. Die erforderliche Federkraft ist abhängig vom Gewicht des Klemmkörpers j sie soll abglichst so auf den Klemmkörper wirken, daß auch Achsungenaiiigkeiten zwischen Außen- und Innenring ausgeglichen werden. Ist die Federkraft zn groß, so bewirkt sie, daß das Schleppmoment und damit Reibung und Abnützung der Freilaufkupplung erhöht werden? ist die Federkraft dagegen zu klein, so besteht die Gefahr, daß nicht alle Kleisakörper gieichseitig zum Eingriff kommen, was zur Folge feat_e daß die Freilaufkupplung das erforderliche Drehmoment nicht voll übertragen- kann= Beide Möglichkeiten führen zu einem vorzeitigen Verschleiß der Freilauf-³ kupplung. Speziell bei kleinem -Fre-ilaufki^Ltingen- ist es deshalb schwierig, die erforderliche Federkraft- sm bestiiraen uüd zu ver;- - ■

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wirklichen und die Federn konstruktiv unterzubringen. Außerdem werden hier zwar der Außen- und Innenring und die Kugeln eines normalen Ringrillen-Kugellagers verwendet,, man muß aber auf den bei der Massenfertigung der normalen Ringrillen-Kugellager anfallenden Käfig verzichten und einen aus vier Einzelteilen bestehenden, aus Kunststoff gespritzten Käfig verwenden, der komplizierte Werkzeuge und Spezialschweiemaschinen für die gegenseitige Verbindung der Einzelteile erfordert.

der USA-Patentschrift 3 o22 875 ist außerdem eine mit einem Ringrillen-Kugellager kombinierte Freilaufkupplung bekannt, bei der die von B©si zn -Bord lb©^ die Kugellaufbahn sich erstreckenden Klemmkörper in besolde£·©η msfnahHsetaschen der miteinander durch Miete verbundenen KSfigsrissg® angeordnet sind. Bei dieser Art von Freilaufkupplungen sisiei ^war ia Freilauf©teilung die Klemmkörper von der Kupplmgsoberflache des inneren Larafringes abgehobea, so daß dann die Anordnung als reines Radiallager arbeitet. Wird aber die Laufrichtung umgekehrt, scjtritt zwangsläufig ein unerwünschter Schlupf oder toter Gang "auf, bevor die Klemmkörper zum Eingriff kommen. Auch macht sich das unnötig große Gewicht der auch Sie Lauffläche der Kugeln überspannenden Klemmkörper und die dadurch auftretende hohe Zentrifugalkraft sehr nachteilig bemerkbar. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung ist, daß zwischen den Kugeln wohl Platz ist* der aber bei einem normalen Ringrillen-Kugellager nicht ausreicht, um einen Klemmkörper der erforderlichen Art dazwischen unterzubringen. Zwangsläufig müssen daher die Lager mit weniger Kugeln und damit auch mit weniger Klemmkörpeai augestat-

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tet werden. Dies bedeutet, daß das Lager an Tragfähigkeit, die Freilaufkupplung aber an erforderlichem Ubertragungsmoraent verliert. V --■■"":. ^: '■■"■'■ ■■■■. . " /-.' ".-"■■ ^{: :}■'

Aus der französischen Patentschrift 860 437 sind ferner Klemmkörper ■*■ Freilaufkupplungen mit einem äußeren Laufring und mit an einem Mittelstück, welches das angetriebene Teil bildet,· in Lagern abgestützten Klemmkörpern, die sich in einer Laufrichtung mit dem äusseren Laufring verkeilen, bekannt. Bei diesen Klemmkörper-Freilaufkupplungen sind die Klemmkörper als Dauermagnete ausgeführt, wobei die magnetischen Anziehungskräfte die Andrückfeder für die Klemmkörper ersetzen. Die Klemmkörper sitzen hier¹ in verhältnismäßig tiefen Taschen des Mittelstücks, und diese Taschen haben Anlageschultern für die Klemmkörper sowohl in Leerlaufstellung als auch in Einkuppelstellung. Der Schwenkbereich der Klemmkörper in den nach Art einer Lagerpfanne ausgebildeten Taschen des MittelStücks ist ziemlich groß, so daß auch bei dieser Anordnung bei Umkehr der Drehrichtung zwangsweise ein beträchtlicher Schlupf oder toter Gang vorhanden ist.

Die vorstehend geschilderten Nachteile der bekannten Bauarten von Freilaufkupplungen sollen durch die Erfindung vermieden werden.

Es ist daher die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, Freilaufkupplungen bis herab zu kleinsten Abmessungen zu schaffen, bei denen alle Teile eines kompletten, aus der Kugellagerfertigung anfallenden Ringrillen—Kugellagers mit normalem Käfig sich verwenden lassen, bei denen temperaturempfindliche Kunststoffe vermieden

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sind, die darüberhlnaus auch für höhere Drehzahlen geeignet sind und im Verhältnis zu den bekannten Anordnungen durch einfachere Maschinen unter Einsparung von Arbeitsgängen gefertigt werden können und deren.Grundaufbau außerdem auch noch in den Fällen beibehalter werden kann, in denen die konstruktive unterbringung von Andruckfedern große Schwierigkeiten bereitet bzw. praktisch und wirtschaftlich nicht mehr tragbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß bei einem kompletten Ringrillen-Kugellager mit normalem Käfig der Käfig an jeder Seite mit einer der Größe des Zwischenraumes zwischen dem Innen- und · Außenring des Ringrillen-Kugellagers angepaßten ringförmigen dünnen Metallscheibe verbunden ist, die zwischen den Lagerkugeln, der Teilung des Käfigs entsprechend, mit Stegen zur Aufnahme der Klemmkörper versehen und jeweils in der Kugelmitte mit vorstehenden Auswölbungen am Käfig befestigt, beispielsweise punktverschweißt ist.

Diese Lösung nach der Erfindung hat erstens den Vorteil, daß einerseits die Anwendung temperaturempfindlicher Kunststoffe vermieden /ist und andererseits das geringe Gewicht des kompletten Käfigs auch die Verwendung der Freilaufkupplung bei sehr hohen Drehzahlen gestattet. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß in weiterer Ausbildung der Erfindung bei solchen Freilaufkupplungen, bei denen die Klemmkörper mit dem Außen- und Innenring ständig durch Federkraft in Berührung gehalten werden, je ein dünner, in Richtung auf. den Käfig abgebogener und mit seiner Spitze in Richtung zum Klemmkörper gekröpfter, die Andruckfedern aufnehmender Steg oberhalb und unterhalb der die Klemmkörper haltenden Stege

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in Richtung der Binkuppelbewegung der Klemmkörper zusätzlich anbringbar ist.

Die Erfindung hat femer den Vorteil, daß sie ohne Änderung des Grundaufbaues in weiterer Ausgestaltung der Erfindung durch den Einsatz von als Dauermagnet ausgebildeten Klemmkörper» die Schaffung schlupffrei arbeitender Freilaufkupplungen ermöglicht. Es zeigte sich nämlich überraschenderweise, daß auch Klemmetücke zwischen den konzentrischen Borden der Laufringe eines Ringrillen-Kugellagers sum schlupffreien Arbeiten gebracht werden können, wenn die Klemmkörper so magnetisiert werden, daß die Mitten ihrer beiden Pole auf den Klemmlinien der Klemmkörper liegen« Die magnetischen Kräfte bringen die Klemmkörper iasaer saus Anliegen am Außen- und Innenring. Die magnetische Kraft wird dabei dem Gewicht des Klemmkörpers entsprechend eingestellt! sie ersetzt die mechanische Wirkung von Andruck federn. Damit ist gleichzeitig auch der Teil der Aufgabenstellung gelöst, Freilaufkupplungen zu schaffen, bei denen aus räumlichen Gründen die konstruktive unterbringung der Federn größte Schwierigkeiten bereitet bzw. praktisch und wirtschaftlich nicht tragbar ist.

Permanentmagnetische Teile in Freilaufkupplungen sind an sich bekannt. So ist beispielsweise bei der Klemmrollen-Freilaufkupplung nach der britischen Patentschrift 572 611 außer dem AuSesring, der eine zylindrische Innen-Anlauffläche für die Kiemmrollen aufweist, und dem Innenring, der hierzu keilförmig verlaufende Gegenklemmf lachen besitzt, innerhalb des topfförmig ausgebildeten lanenrings ein kreuzförmiges Teil vorgesehen, das aus j@©±n©m ©tira radial verlaufanden Stabmagnet pro Klemmrolle besteht. Dies© Stabmagnete

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im Innenring dienen aber nicht zur Anfederung der Klemmrolle, sondern vielmehr zu deren sicheren und flatterfreien Halterung in der Leerlaufsteilung. Die Bewegung der Klenanrollen in die Einkuppelstellung erfolgt hier ausschließlich durch Fliehkraft/ d.h. bei

'"' Überschreitung einer bestimmten Drehzahl des antreibenden Innenringes. Das Einkuppeln erfolgt also nicht nur mit ziemlicher Ungenauigkelt, sondern außerdem auch mit erheblichem totem Gang. Der antreibende Innenring und der abtreibende Außenring müssen außerdem aras nicht magnetische^ Werkstoff hergestellt werden, damit sie das Magnetfeld der Stabmagnete nicht in zu starkem Maße schwächen; dadurch wird es unmöglich, für den Innen- νηά Außenring die Werkstoffauswahl nach Verschleiß- und Laufeigenschaften und sonstigen Anforderung©» sra riehten. Die Magnetpole sind in keinem Zeitpunkt durch ©la Eaa§n@tiseh lotendes Teil miteinander kurzgeschlossen, was <&&© Wtirfkra&g hat _B daß die Stabmagnete verhältnismäßig schnell: ihr© sssprüaglidh© magnetische Feldstärke verlieren. Die Magnete sind-außerdem verhältiilsiüSig gsoB rad müssen ziemlich stark sein; infolgedessen sind sie nieht nur teuer, sondern in vielen Anwendungsfällen auch störend, weil ihr starkes magnetisches Feld auch die Umgebung beeinflußt, was in gewissen Anwendungsfällen ■■» man denke beispielsweise an in der Nähe befindliche elektrisch arbeitend© Elemente, Meßgeräte und desgl.- nicht zulässig ist« Auch ist bei dieser bekannten Konstruktion die Ansahl der verwendbaren Klemmkörper ®id damit das durch die Freilaufkupplung übertragbare Drehmoment recht begrenzt; die einzelnen

. Stabfoagnete dürfen nämlich nicht zu nahe beieinander angeordnet , sein, weil sie sich sonst gegenseitig stören und beeinflussen wür-

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den.- Bei der erfihdungsgemäßen Klemmkörper-Freilaufkupplung^^ müssen dagegen nur die verhältnisMßig kleinen und leichten Klenimkörper magnetisiert werden?,das von Innen nach außen dringende Magnetfeld ist entsprechend schwächer. Im übrigen dienen nach der Erfindung die Magnetkräfte zur Anfederung der Klemmkörper, d.h._";--also mit anderen Worten zur Verhinderung eines toten Ganges. Die Magnetpole der Klemmkörper sind zumindest während des nicht unbeträchtlichen Zeitanteils, während dessen die Freilaufkupplung eingekuppelt ist, magnetisch kurzgeschlossen, so daß die Sehwä- ψ chung ihrer Magnetkraft im Laufe der Zeit beträchtlich geringer ist als bei den bekannten Magneten, bei denen dauernd ein MagnetschluB zwischen den beiden Magnetpolen fehlt*

Weiterhin ist aus der deutschen Auslegeschrift DAS 1 o23 64o noch eine mit Kugeln, Rollen oder dergl. arbeitende Freilaufkupplung bekannt, bei der diese Klemmkörper aus magnetisch leitendem Werkstoff bestehen. Das als massive Scheibe ausgebildete Innenteil dieser Kupplung hat auf die zylindrische Klemmflache des Außenringes zu konvergierende Außenflächen und besteht aus einem Magnet, dessen Pole sich an den dem Außenring nächstgelegenen Stellen befinden und dessen Magnetfeld zwischen dem Kupplungsinnenteil und dem Kupplungsaußenteil durch die Klemmkörper geschlossen wird, wodurch die Klemmkörper ständig in die klemmbereite Lage gezogen werden. Dadurch ergibt sich ein sehr großer Magnet, da ja das gesamte Innenteil als Magnet ausgebildet ist; dies isst mit den weiter oben bereits im Zusammenhang mit der britischen Patent-".." schrift 572 611 geschilderten Nachteilen verbunden. Ein ganz besonders wesentlicher Nachteil dieser Konstruktion besteht aber

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darin, daß man bei dieser Freilaufkupplung nur jeweils zwei Klemmelemente in einer Radialebene der Kupplung anordnen kann, weil ja das innenteil nur zwei Magnetpdtle besitzt. Infolgedessen ist das durch eine splche Freilaufkupplung übertragbare Drehmoment ganz erheblich geringer, als das mit Freilaufkupplungen gleicher Größe, jedoch anderer Bauart zu übertragende Drehmoment.

Die Erfindung wird nachstehend mehr in einzelnen anhand von zwei Ausführungsbeispielen beschrieben und erläutert.

Fig. 1 zeigt die Stirnansicht einer ersten Ausführuhgsform der Freilaufkupplung nach der Erfindung,

Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 zeigt in Form einer teilweise geschnittenen Abwicklung oberhalb der horizontalen Trennlinie die Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 mit mechanischer Anfederung der Klemmkörper unterhalb dieser Symmetrielinie die Anordnung von als Magnete ausgebildeten Klemmkörpern ohne Andruckfedern.

In allen Figuren der Zeichnung ist das gesamte, aus Innenring, Außenring, Kugeln und Kugelkäfig bestehende Ringrillen-Kugellager in strichpunktierten Linien gezeigt; in ausgezogenen Linien sind nur die beiderseits vorgesehenen ringförmigen Metallscheiben dargestellt.

Bei dem in den Figuren 1 und 2 und in der oberen Hälfte der Fig. dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Außenring 7

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und dem Innenring 8 eines Ringrillen-Kugellagers eine ringförmige Seitenscheibe 1 angeordnet, die mit Auswölbungen 6 jeweils in der Mitte der Kugeln Io an dem Käfig 9 des Lagers befestigt ist. Aus der Zeichnung ist ferner die Lage der Klemmkörperhaltestege 2 und die Lage eines zwischen ihnen angeordneten Klemmkörpers 3 zu ersehen. Weiterhin zeigt die Zeichnung die Lage je eines oberhalb und unterhalb der Klemmkörperhaltestege 2 ausgestanzten und gekröpft zum Klemmkörper hingebogenen dünnen Federhaltestegs 4 . zur Aufnahme der Andruckfedern 5.

Aus dem in Fig. 2 gezeigten Schnittbild ist die Lage der durch Löten oder Schweissen in der Kugelmitte am Käfig 9 befestigten Ausübungen 6 der Scheiben 1 zu erkennen, die den Kugellagerkäfig 9 und den Freilauf käfig in Form der Scheiben. 1 auf Distanz halten.

Aus Fig. 3 ist in einer Aufsicht in der oberen Hälfte die Lagerung eines Klemmkörpers 3 zwischen den Klemmkörperhaltestegen 2 gezeigt. Ferner ist hierin auch die Form der aus der Scheibe 1 herausgezogenen und mit ihrer Spitze in Richtung auf den Klemmkörper 3 abgekröpften Federhaltestege 4 mit den auf ihnen gelagerten Andruckfedern 5 klar zu ersehen.

In der unteren Hälfte der Fig. 3 ist wiederum ein Klemmkörper 3 zwischen zwei Klemmkörperhaltestegen 2 gezeigt. Bei diesem Aus- _f führungsbeispiel entfallen die Federhaltestege 4 und die Andruckfedern 5? anstelle dessen und die Klemmkörper 3 derart dauermagnetisch, daß die Magnetpole auf den Klemmlinien liegen.

Es ist ohne weiteres zu übersehen, dafi im Vergleich zu der an ; 009831/0812 ^; ■ ^:;

zweiter Stelle beschriebenen bekannten Freilaufkupplung erstens durch die Verwendung des in der Massenfertigung der Kugellagerfabrikation anfallenden Kugellagerkäf ics und zweitens durch die einfache Fertigung des Freilaufkäfigs C ein einziges Schnitt- und Stanzwerkzeug) eine wesentliche Verbilligung der Fertigung erzielt wird. Es leuchtet auch ohne weiteres ein, daß durch den Einsatz einfacherer Maschinen (einer Presse) und die Einsparung von Arbeitsgängen wesentlich rascher gefertigt werden kann, da beim Gegenstand der Erfindung nur einmal gelötet-oder geschweißt werden muß gegenüber einer UltraschallschweiSung an drei Stellen bei der bekannten Ausführung.

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Claims (3)

1. Pate η t a η s ρ r ü c h e

   / 1.)Käfig für eine Freilaufkupplung, die aus einem Ringrillen-Kugellager mit zwei spiegelbildlich gleichen, miteinander verbundenen Käfigringen, die an ihren einander zugekehrten Stirnflächen Taschen für die Lagerkugeln aufweisen, und aus zwischen den Kugeltaschen beidseitig angeordneten unrunden Klemmstücken besteht, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem kompletten Ringrillen^Kugellager der Käfig (9) beidseitig mit einer der Größe des Zwischenraumes zwischen dein Innenring (8) und dem Aüssenring (7) des Ringrillen-Kugellagers angepaßten ringförmigen Metallscheibe (1) verbunden ist, die zwischen den Lagerkugeln (lo), der Teilung des Käfigs entsprechend, mit Stegen (2) zur Aufnahme der Klemmkörper (3) versehen und jeweils in der Kugelmitte mit aus der Scheibe (1) vorstehenden Auswölbungen (6) am Käfig (9) befestigt, beispielsweise punktverschweißt, ist.
2. 2. Käfig nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch je einen in Richtung der Einkuppelbewegung der Klemmkörper (3) oberhalb-und unterhalb der Klemmkörperhalte^teg© (25 angebrachten dünnen?-, in Richtung auf den Käfig (3) abgebogenen und mi te einem vor·=

   deren Teil in Richtung zum. KLeraifeÖEper (3) gekröpften Steg. (4) ■ und zwischen dem Steg (4) und den KlesHmkörpern (3) angeordnete

   Andrückfedern (5). . ·

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3. 3. Käfig nach Anspruch l, gekennzeichnet durch in den Stegen (2) angeordnete unrunde dauermagnetische Klemmkörper mit auf den Klemmlinien angeordneten Magnetpo!mitten.

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