DE1908137A1

DE1908137A1 - Kaefig fuer Freilaufkupplung mit Federeinsatz

Info

Publication number: DE1908137A1
Application number: DE19691908137
Authority: DE
Inventors: Gehrke Gerard William
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1968-02-21
Filing date: 1969-02-19
Publication date: 1969-09-11
Also published as: DE1908137C3; GB1233965A; DE1908137B2; FR2002304A1; JPS4827336B1; US3500977A

Description

18. Februar 1969

Dr. A. Mentzal Ba./ho Dipl.-Ing. W. Dahlkfe

Patentanwälte ' 1908137

Refrath bei Köln

Frankenforst 137

THE SORRIlTGiIiOIT COMPANY !Torr ing ton j Connecticut (V. St .A.)

"Käfig für Freilaufkupplung mit Federeinsatz¹¹

Die Erfindung betrifft eine Käfigkonstruktion für Freilaufkupplungen,) wobei ein besonderes Augenmerk auf die Konstruktion der Federn des Käfigs und deren Anordnung innerhalb des Käfigkörpers gelegt ist.

In der Vergangenheit sind bereits zahlreiche Versuche unternommen worden, einen kommerziell akzeptierbaren Käfig für re=

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lativ klein* Kuppi.uRgrseinlwJ-tv»« zn schaffen. Oiet'e Käfige h^bfcw KJni imj&Nifciumt geformte Kuna%stoffkonwi;xaifclioji:·, vabel die FocJ-arfc eir;;j?;tk'ki^ :'=«,-,.ifo/nt aini. Diese Käfi^·» h'dbi?n zahl rei-tae Nachts U. ;_r wobei «*-ί :■?-OB¹K- iiy.ih*eil i^.r i.3t_? daß die

ι* Dliüa l'äiige üind j'.iouh £-»iQei"rls:m auf die

und teueren !mißtsteifa bes

Ein zweiter Lösungsweg sieht vor, Jon gesar-ifrsn Käfig au$2 'Blech au ioriaer., v/obQi dit· Feuern ^instücldß ii-ngü^ormt sind. Bei -lieeer Käfigert muß das Metall tür dj.o ^il^rii von dem Ma tall ytinraeri, day bei dei iiir^telxin}^ i^i Itollei-Caechen abfällt. Als 7Jr_t'|ot)i5u-3 sind die ^ederr» von relativ unwirksamer-

Bin weiterer Versuch, eine« luiriedenstellenden Käfig zu schaffen, besteht in der Bildung des Käfigkörpera aus Blech und der Federn ebenfalle aus Blech, wobei die Federn getrennt geformt und an dem Käfigkörper angebracht sind. Wiederuni sind die Federn, hauptsächlich wegen Lagerungsschwierigkeiten, in ihrer Konstruktion nicht von hoher Y/irkung. ^

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, einen Käfig für eine Freilaufkupplung zu schaffen, wobei der Käfigkörper preiswert aus Kunststoff geformt und die Federn getrennt aus Blech, vorzugsweise Stahl, geformt sind, wobei der Käfigkörper eine

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Konstruktion hat, die eino mühelose Lagerung der Federn vor Wirksamkeit gestattet.

Ein weiteree Merkmal der Erfindung let die Schaffung einer Feder in einem Käfig für i.i£\e Freilaufkupplung, die in einer einfach abgestützten Bogenform ausgebildet ist und die eich als im hohen Maße vorteilhaft sowohl von den Kosten als auch von der Lebensdauer her erwiesen hat.

V/eiter bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Käfigkon-Btruktion für Freilaufkupplungen, \.obei der Käfigkörper ohne weiteree aus einem preiewerten Kunststoff geformt sein und eine Konetruktion haben kann, in der Federn wirksamer Form ohne weiteree an Queretegen gelagert werden können, wobei Mittel sur Lagerung der Federn dasu verwendet werden können, dae Halten der Rollen ale ein Teil der Käfigkonstruktion zu erleichtern.

Die Erfindung ist im nachfolgenden anhand eines Aueführungsbeiepiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Seiohnung sind:

Fig. 1 eine Endansicht auf die Käfigkonstruktion, wobei Teile einee der Stirnringe weggebrochen und einige der Queretege im Schnitt

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gezeigt sind, um die relative Lage der Einzelteile der Käfigkon8truktion klar zu veranschaulichen,

Fig. 2 eine Draufsicht ale Einzelheit mit geechnittenen Teilen der In Pig. I gezeigten Käfigkonstruktion,

Fig. 3 eine Einzelheit in Draufsicht auf die Käfigkonetruktion, wobei lediglich ein einziger Quersteg und eine einzige Feder gezeigt sind,

Fig. 4 eine vergrößerte Perepektivaneicht in auseinandergezogener Daretellung als Einzelheit, in der der Teil der in Fig· 3 gezeigten Käfigkonetruktion um 180° gedreht gezeigt iet, und

Fig. 5 ein Kräfteeoheraa einer der Federn·

In der Zeichnung iet eine Käfigkonetruktion gezeigt, die besondere zur Verwendung ale Teil einer Freilaufkupplung ausgebildet ist. Diese Käfigkonetruktion 10 besteht aus drei Grundelementen. Diese umfassen einen Käfigkörper 11, eine Anzahl

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von Federn 12 und eine entsprechende Anzahl von Eollen 13· Dur KäfigkÖrper 11 iat vorzugsweise aus einem relativ preiswerten Kunststoff gegossen. Die Federn 12 sind vorzugsweise aua Stahlband oder Stahldraht geformt, und die Rollen 13 sind natürlich aus gehärtetem Stahl vorgesehen. Die Rollen 13 sind in bekannter Ausführung vorgesehen , so daii dessen Einzelheiten ohne Belang sintU

Der Behälterkörper 11 iat aue r>wel Seitenringen H und 15 gebildet, die durch sich axial erstreckende Querstege 16 miteinander verbunden sind, wobei die Querstege 16 auf dem Umfang gleichmäßig verteilt sind. Die Querstege 16 sind an den radial inneren Kanten mit den Seitenringen H und 15 verbunden. Die Seitenringe halten die Rollen und die Federn in der vorgesehenen axialen Lage zueinander«

Der ,Jeweilige Quersteg 16 iat eo ausgebildet, daß er müheloa eine der Federn 12 abstützt« Darüber hinaus hat der jeweilige Quersteg 16 eine solche Form, daß er einen Sitz für eine angrenzende Rolle 13 bildet, wobei der Sitz mit einer gegenüberliegenden Feder 12 zusammenwirkt, um die Rolle in dem Käfigkörper 11 zu halten. Es versteht eich, daß der Zwischenraum zwischen zwei nebeneinanderliegenden Querstegen in der Form einer Tasche zu denken ist, der eine der Rollen 13 aufgenommen ist, wie das in Fig. 1 gezeigt ist. Die

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t mit d<sr Bezugezahl 17 versehen

Der jeweilige Quersteg 16 weist zwei im wesentlichen radial nach auüan vorspringende Bndansätze 18 und einen mittleren Ansatz 20 auf. Die Endaneätze sind einstückig mit den Seitenringen 14 und 15 verbunden und verstärken die Verbindungen zwischen den Seitenringon und den Querstegen 16. Die beiden Endansätae 18 haben in einer Ebene liegende Anlageflächen 21 für die Feder, die in einer Richtung gerlohtet sind, während der Ansatz 20 eine Anlagefläohe 22 für die Fe der (Fig. 3) aufweist, die in entgegengesetzter Richtung gerichtet ist und ebenfalle in einer Ebene mit den Flächen 21 liegt.

Aneatζ 20 let in der Form eines Segmente eines Zylinders vorgesehen und befindet eich vollkoamen Innerhall) einer radfclen Verlängerung dee jeweiligen Queretegs 16. Andererseits befinden sich die Endansätze 21 an einer Längakante des jeweiligen Queretegs und springen peripher über ihn hinaus, wie das in Fig. 1 gezeigt ist. Biese l&ngskante dee jeweiligen Queretege Ib, an der entlang die Endaneätze 18 angeordnet sind, ist durch die Bezugszahl Z3 gekennzeichnet und ist in einer solchen Weise geneigt, daß tie im wesentlichen radial nach außen gerichtet ist. 3>ie Stirnseite dee jeweiligen Ansätzee ι8 auf der der fläohe 2t entfernten Seite 1st

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duioU die Bezugezahl 24 gekennzeichnet und hat :·ϊι. Schnitt eine winklige Form. Ee let zu lieecbten, daß die Stirnseite 24 öcβ ;ltweiligen Ancatzeo 10 i.dt dor LSn^s? :οϊτί;ΰ 2 3 cles jo-ν»cIj ißc-n. .Querete&o 16 p.upaw.er·η:d.:t., um i Pi au bilden.

Die jeweilige Feder 12 ict vorau&eweise ane oirjcm Stalilband konstanter Breite und Dicke gebildet und umfaßt eine Basis 28 mit einer Länge, die etwas kleiner ale die Länge der Quersteg«:.· 16 ist, wie dae in Fig. 5 iieeeigt ist. Die jeweilige Feder 12 umfaßt ferner awei Arne 29» die mit d«:n EncUm der Bacii· 2G durcli Zwischenstücke ;>0 verLunden ε.·5.ηΛ. Die Arme sinf in konvorgieif.nc-er Lage ?i.t.'..rißntler an^Gordncit ^nA enden an ihron freien Enden in kuraer Manechen 32. Bi.c Flansche 32 tind durch gerundete Rollori^nlageaToechnd tte ?1 rait den Arraun 29 verbunden.

Ir Arhc-tracht der Tateache_f daß die Flächen 21 der Endansätr.e 1f.^: vnd ait Mache 22 de3 };.ittleron .Ausatz-es 20, der von dem jei/oj.li{icn r.\'.rifcte£ 16 getru£,(in ißt, in einer ßemoinotuaen Ebene liegen, uarden die Enden der Feder bei der Anordnung einer Feder 12 am jeweiligen Quersteg 16 an der Basis 28 ausgebogen und nehmen eine Bogenform ein, die in Richtung auf die Arme 29 offen ist. Ale Folge davon ist die jeweilige Feder 12 in ihrer Lage am jeweiligen Quersteg; 16 federnd

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gehalten.

Bei der Anordnung einer Rolle in der jeweiligen Tasche 1? gelangen die Bollenanlagebereiohe 21 der Arme der jeweiligen Feder 12 in Anlage an die Rolle 13, und die Arme 29 v/erden in Richtung auf die Basis 28 geschwungen_f wobei ein gewisses Maß an Biegung in den Zwischenstücken 30 als Folge dieser Bewegung der Arme 29 auftritt. Eine weitere Aufeebiegung der Basis 28 wird als Folge der Momentpaare, die durch die Zwischenstücke 30 auegeübt werden« Wenn die Käfigkonstruktion 10 zwischen einem normalen äußeren Kupplungsteil und einer V/elle montiert wird, werden die Rollen 13 durch ' die Welle radial nach außen gedrückt, um radial über die Endringe H und 15 vorzuspringen und in Anlage an Auflaufflächen des äußeren Kupplungsteils zu gelangen. Als Folge davon tritt eine weitere Ausbiegung der Federn 12 auf, wobei die Arme 29 weiter in Richtung auf die Basis 28 bewegt werden ·

Die Endringe 1^ und 15 sind an ihren äußeren peripheren Flächen mit Vorsprüngen 33 am jeweiligen Quersteg 16 versehen. Die Vorsprünge 33 gelangen in Anlage an Anschlagflächen an normalen äußeren Kupplungsteilen, um damit entweder eine Drehung des Käfigkörpere 11 innerhalb des äußeren Kupp= lungsteils zu verhindern oder eine Relativdrehung zwischen

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dem Käfigkörper und dem äußeren Kupplungsteil zu begrenzen, um damit eine "begrenzte Winkeldrehung zu variieren.

TJm für eine ordnungsgemäße Lageanordnung dee Käfigkörpers innerhalb eines äußeren Kupplungsteils au sorgen, ohne daß ein Klemmen an den Seiten auftritt, ist die äußere Seitenwand des Endrings 1ί· mit einer Anzahl von Ansätzen 3·+ versehen, während die äußere Seite des Endrings 15 mit einem einstückig angeformten Ringvorsprung 35 versehen ist.

Die relative Lage der Käfigkonstruktion zu einem normalen äußeren Kupplungsteil ist derart, daß bei gekuppelter Kupplung die Rollen 13 fester gegen die Federn 12 gedrückt werden, wobei ein weiteres Ausbiegen der Arme 29 erfolgte Die Federn 12 befinden sich also nicht nur unter einer konstanten Belastung, sondern es tritt auch eine wiederholte Biegung derselben aufgrund der Kupplung und Entkupplung der Kupp= lung auf, von der die Käfigkonstruktion 10 ein Teil ist.

Es wird nunmehr Bezug auf die schematische Darstellung in Fig. 5 genommen, in der die Belastung der Feder 12 veranschaulicht ist. Die Feder 12 ist an den Enden der Arme 29 durch zwei Kräfte P/2 gleichmäßig belastet, wobei P gleich der Gesamtlast ist, die von den Rollen auf die Feders 12 ausgeübt wird. Der auf die Feder 12 ausgeübten Last stehen

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entgegengesetzt gerichtete gleiche Kräfte gegenüber, die auf die Enden der Basis 28 ausgeübt werden und die eben·= falls P/2 betragen.

Aue Fig. 5 ist zu ersehen, daß zwei Abmessungen von Bedeutung sind. Das erste Maß L ist gleich 1/2 des Abstandes zwischen den Gegenkräften, die auf die Basis 28 ausgeübt werden. Das andere Maß a ist gleich dem Abstand zwischen neben» einanderliegenden Wirkkräften und Gegenkräften.

In einer einfachen Feder, entweder mit abgestütztem Ende oder in einer Hebelausführung wird die maximal zulässige Belastung durch die folgende Formel bestimmt:

Maxiniale Belastung = 5 Eyh - κ

TT

Dabei ist E » Elastizitätsmodul

y - Ausbiegung in Richtung P h = Stärke der Feder I = Länge.

Wenn die Feder am Ende abgestützt ist, let L gleich 1/2 des Abstandes zwischen den EndabStützungen. Andererseits ist bei einer Hebelausführung der Feder L gleich.dem Abstand zwischen der Federabstützung und der eingelegten Kraft

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Daraus geht hervor, daß bei endabgestützten Federn und bei Hebelariüfeäern, bei denen das Maß L aufgrund von Begrenzungen iia zur Verfügung stehenden Raum festgelegt ist, keine Möglichkeit beateht, eine Federkonstruktion maximalen Wirkungsgrades zu schaffen. Andererseits besteht mit der einfach abgestützten Bogenfeder gemäß der Erfindung eine Möglichkeit zum Variieren der relativen Abmessungen der Feder um eine Federkonstruktion höchsten Wirkungsgrades für die betreffende Anordnung zu schaffen. Das ist auf die Tatsache zurüokzufuhren, daß die maximale Belastung der Feder 12 durch die folgende Formel bestimmt wird:

Maximale Belastung = 6 Eyh

5 [a²+2ad+2d^Z-6a²L ]

Durch Ersetzen von
K für * 3 Eyh wird

Maximale Belastung * K KL

5fa^z+2ad-+2d²+6a^ZL ^V 5 (a+d)

Ee liegt also auf der Hand, daß die Käfigkonstruktion 10 viele Vorteile gegenüber bekannten Käfigkonstruktionen hat. Nicht nur umfassen diese Vorteile eine Feder, die so ausgelegt werden kann, daß sie eine maximale Lebensdauer unter den erforderlichen Betriebsbedingungen hat, sondern auch eine Konstruktion, die preiswert hergestellt und variiert

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werden kann, um besonderen Betriebsbedingungen oder ungewöhnlichen Einsatzbedingungen gerecht zu werden, beiepiels weise hohen Betriebstemperaturen und bestimmten Schmierzuständen.

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Claims

- 13 Patentansprüche

1. Käfigkonstruktion für eine Freilaufkupplung, gekennzeichnet durch einen Käfigkörper (11) mit zwei Seitenringen (14, 15)» die durch auf dein Umfang verteilte Querstege (16) miteinander verbunden sind, wobei die Seitenringe (Η, 15) und die Querstege (16) auf dem Umfang verteilte Taschen (17) zur Aufnahme von Rollen (13) bilden» die durch die Querstege(16) voneinander getrennt sind, und durch eine von dem jeweiligen Quersteg (16) getragene Feder (12), die in eine angrenzende Tasche (17) vorspringt und eine Basis (28) und zwei konvergierende Arme (29) umfaßt, die mit der Basis (28) durch Zwischenstücke (30) verbunden sind.

2· Käfigkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Feder (12) in einer einfach abgestützten Bogenform vorgesehen ist.

3· Käfigkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder lösbar an den jeweiligen Querstegen (16) gelagert ist.

4. Käfigkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Quersteg (16)

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Ansätze (18, 20) aufweist, die an gegenüberliegenden Flächen der Basis (28) der zugehörigen Feder (12) derart anliegen, daß die jeweilige Feder (12) am jeweiligen Quersteg (16) in der vorgesehenen Lage angeordnet und gehalten ist.

5. Käfigkonstruktion nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (18, 20) des jeweiligen Querstegs (16) in einer aufeinanderzu gerichteten Lage zueinander angeordnet sind und Flächen (21, 22) haben, die an gegenüberliegenden Seiten der Basis (28) der Feder anliegen, wobei die Basis (28) der Feder (12) gebogen ist.

6. Käfigkonstruktion nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Quersteg (16) zwei Ansätze (18) und einen zwischen- und gegenüberliegenden Ansatz (20) umfaßt, die an gegenüberliegenden Seiten der Basis (28) der zugehörigen Feder (12) anliegen, wobei alle in Anlage an die Feder gelangenden Flächen (21, 22) der Ansätze (18, 20) des jeweiligen Querstegs (16) in einer gemeinsamen Ebene liegen.

7. Käfigkonstruktion nach Anspruch 1 bie 6, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Quersteg

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(16) zwei Ansätze (18) und eine zwischen« xma gegenüberliegenden Ansatz (20) aufweist„ die an gegenüberliegenden Seiten der Basis (28) der zugehöriger· Feder (12) derart anliegen, daß die jeweilige Feder (I2) am jeweiligen Quersteg (16) j η der vorgesehenen Lage angeordnet und gehalten wird, wobei die zwei Ansätze (18) am jeweilige;.! Quersteg

(16) Flächen (24') aufweisen, die mit dem jeweiligen Quersteg (16) zur Bildung von Sitzen zur Aufnahme einer Rolle (13) zusammenwirken, wobei die Sitze in eine angrenzende Tasche (17) in gegenüberliegender Lage zu der Feder (12) dieser Tasche (17) zum Zusammenwirken mit der jeweiligen Feder (12) zum Halien einer Rolle ('3) in der jeweiligen Tasche (17) offen sind.

8. Käfigkonstruktion nach Anspruch 7_t dadurch ge=* kennzeichnet, daß in der jeweiligen Taeche

(17) eine Rolle (I3) in einer Klemmlage zwischen den jeweiligen Sitzen und der Feder (12) fitzt.

9. Käfigkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kfe.figkörper (11) aus Kunststoff gegcseen oder gespritzt ist und daß die Federn (12) aus Blech gebildet sind.

10. Feder insbesondere zur Verwendung <!<■■ l'eil einer Käfig«

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konstruktion für eine Freilaufkupplung, insbesondere für eine Käfigkouatruktion nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (12) in einer einfach abgestützten Iiogenform vorgesehen ist, die eine Abstützmittel für die Feder (12) bildende Basis (28) uiid Arme (29) umfaßt, dia sich von gegenüber·= liegenden Enden der Basis (28) erstrecken und freie Enden (31) haben, die Rollenanlagemittel bilden.

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