DE1908137C3

DE1908137C3 - Käfig fur eine Klemmrollenfreilauf-Kupplung

Info

Publication number: DE1908137C3
Application number: DE1908137A
Authority: DE
Inventors: Gerard William Litchfield Conn. Gehrke (V.St.A.)
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1968-02-21
Filing date: 1969-02-19
Publication date: 1975-12-04
Also published as: DE1908137A1; GB1233965A; FR2002304A1; US3500977A; JPS4827336B1; DE1908137B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Käfig für eine Klemmrollenfreilauf-Kupplung mit zwei Seitenringen, die unter Bildung von Taschen zur Aufnahme von Klemmrollen durch auf dem Umfang gleichmäßig verteilte Querstege miteinander verbunden sind, die jeweils eine Halterung einer die Klemmrollen in Einrückstellung haltenden Blattfeder aufweisen. Bei einem bekannten Käfig der vorbeschriebenen Art sind die Andrückfedern V-förmig gestaltet und einstückig mit der vom Quersteg getragenen Halterung ausgebildet. Bricht bei diesem bekannten Käfig einer der Federarme einer Andrückfeder ab, so wird dann, durch die Mitteleinspannung der Feder zuerst nur auf ein Ende des Wälzkörpers ein Druck ausgeübt. Dann wird sich jedoch die aus Kunststoff bestehende Halterung der Feder verformen, indem sie dem durch nur einen Arm ausgeübten Drehmoment nicht zu widerstehen vermag. Die zugeordnete Klemmrolle ist dann frei und wird nicht mehr in ihre Einrückstellung gedrückt. Die dem bekannten Käfig umfassende Klemmrollenfreilauf-Kupplung ist damit nicht mehr betriebssicher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Käfig und die durch eine Blattfeder gebildete Andrückfeder so zu verbessern, daß die Betriebssicherheit der Klemmrollenfreilauf-Kupplung selbst dann gewährleistet ist, wenn bei den Andrückfedern einer der Andrückarme abbricht. Diese Aufgabe wird bei einem Käfig der vorbeschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jeder Steg an seinen axialen Enden und in seiner Mitte radial auswärts gerichtete Vorsprünge aufweist, die mit in einer gemeinsamen Ebene liegenden, gegeneinander gerichteten Flächen an die gegenüberliegenden Seiten einer Basis der Andrückfeder anliegen, die in zwei konvergierende und auf den jeweiligen Wälzkörper einwirkende Federarme übergeht. Während bei dem bekannten Käfig die Lage der Federarme nur durch die zentrale Halterung gesichert ist, wird das Festlegen der Feder beim erfindungsgemäßen Käfig durch die Federwirkung der Feder selbst bewirkt. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Feder bewirkt die Basis der Andrückfeder in Verbindung mit den radial auswärts gerichteten Vorsprüngen an den Stegen den Sitz der Andrückfeder und sichert selbst dann deren Lage und Wirkung, wenn einer der beiden konvergierenden Federarme abgebrochen ist. Durch diese spezielle Ausbildung der Andrückfeder,

ίο die mit ihren beiden Federarmen auf den Mittelbereich der zugeordneten Klemmrolle einwirkt, bleibt diese Wirkung auch dann erhalten, wenn einer der Arme in seiner Federkraft nachläßt oder abbricht. Auf diese Weise ist der Druck in die Einrückstellung der Klemmrolle so lange sichergestellt, wie einige Teile der Feder, nämlich deren Basis und ein Arm vorhanden sind.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Andrückfeder in an sich bekannter Weise eine allge-

ao meine Bogenform mit einem im wesentlichen flachen Basisteil auf. Durch diese Formgebung wird auch der Basisteil der Feder beim Einwärtsbewegen der beiden Federarme zur Federwirkung herangezogen. Ein Überbiegen oder Knicken der Feder ist in den vorgebogenen Bereichen daher unmöglich.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Käfigs für eine Klemmrollenfreilauf-Kupplung ist in der Zeichnung dargestellt. In dieser Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf den Käfig, wobei Teile des oberen Seitenringes weggebrochen und einige Stege im Querschnitt dargestellt sind,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 1, Fig.4 eine schaubildliche Ansicht eines Steges

und einer diesem zugeordnete Andrückfeder in auseinandergezogener Stellung in einem größeren Maßstab und

F i g. 5 ein Kräfteschema einer der Federn.

Der als Ganzes mit 11 bezeichnete Käfig für eine Klemmrollenfreilauf-Kupplung 10 umfaßt zwei Seitenringe 14, 15 und diese verbindende und über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Querstege 16. Zwischen den Querstegen sind Taschen zur Aufnahme von Klemmrollen 13 gebildet.

Jeder Quersteg 16 weist Vorsprünge zum Festlegen von Andrückfedern 12 auf, die die Klemmrollen in ihre Einrückstellung drücken. Darüber hinaus ist jeder Quersteg so gestaltet, daß er einen Sitz für die benachbarte Klemmrolle 13 schafft, wobei dieser Sitz einen Teil der zum Festlegen der Andrückfeder 12

dienenden Halterung bildet. Die Klemmrollen 13 sind entgegen der Kraft der Feder in den Taschen 17 über den Umfang beweglich gehalten.

Jeder Quersteg 16 weist an seinen axialen Enden radial auswärts gerichtete Vorsprünge 18 und in seiner Mitte einen radial auswärts gerichteten Vorsprung 20 auf. Während die der Klemm rolle zugewandten Seiten der Vorsprünge 18 als Sitz für die Klemmrolle ausgebildet sind, sind die Vorsprünge 18, 20, 18 mit in einer gemeinsamen Ebene liegenden, gegeneiander gerichteten Flächen 21, 22, 21 versehen. Da die an den axialen Enden liegenden Vorsprünge 18 einstückig mit den Seitenringen 14 bzw. 15 des Käfigs 11 ausgebildet sind, verstärken diese die Verbindung zwischen den Seitenringen und den Querstegen und bilden mit ihren Flächen 21 ein sicheres Widerlager für die Andrückfeder 12. Der in der Mitte des Steges 16 liegende radial auswärts ge-

richtete Vorsprung 20 ist in Form eines Segments eines Zylinders gestaltet, dessen Schnittfläche 20 mit den Flächen 21 der Vorsprünge 18 fluchtet, also in der gleichen Ebene wie diese liegt.

Die Andrückfeder 12 ist vorzugsweise aus einem Stahlband konstanter Breite und Dicke gefertigt und umfaßt einen Basisteil 28, dessen Länge etwas kurzer als die Länge des Quersteges 16, also des Abstandes der beiden Seitenringe 14, 15 voneinander ist. Dieser Basisteil 28 geht in zwei konvergierende und auf die jeweilige Klemmrolle 13 einwirkende Federarme 29 über. Die Federarme 29 enden in kurzen Flanschen 32, die mit den Abbiegungen 31 an den Klemmrollen 13 anliegen.

Dadurch, daß die gegeneinander gerichteten Flächen der Vorsprünge 18, 20, 18 der Stege i6 in einer gemeinsamen Ebene liegen, wird der Basisteil 28 der Andrückfeder 12 beim Einschieben der Feder zwischen die Vorsprünge so ausgebogen, daß der Basisteil 28 von den Federarmen 29 aus gesehen konkav gekrümmt ist. Die Folge davon ist, daß jede Andrückfeder 12 am Quersteg 16 federnd festgelegt ist.

Beim Einlegen einer Klemmrolle 13 in die jeweilige Tasche 17 kommen die Anlagebereiche 31 der Federarme 29 der Andrückfeder 12 in Anlage an die Mantelfläche der Klemmrolle 13, und die Federarme 29 werden in Richtung des Basisteiles 28 der Feaer gedrückt, wobei eine gewisse Biegung in den Eckbereichen 30 der Andrückfeder 12 auftritt. Ferner erfolgt eine weitere Ausbiegung des Basisteiles durch die Momentpaare, die über die Eckbereiche 30 ausgeübt werden. Wird die Klemmrollenfreilauf-Kupplung 10 zwischen einem üblichen äußeren Kupplungsteil, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist, und einer Welle angeordnet, so werden die Klemmrollen 13 durch die Welle radial nach außen gedrückt und springen über die Seitenringe 14 und 15 vor, um in Anlage an den Auflaufflächen des äußeren Kupplungsteiles zu gelangen. Dadurch erfolgt eine weitere Durchbiegung der Andrückfedern 12, wobei deren Federarme 29 weiter in Richtung zum Basisteil 28 hinbewegt werden.

Die Seitenringe. 14 und 15 sind an ihren äußeren Mantelflächen im Bereich jedes Quersteges 16 mit Vorsprüngen 33 versehen. Diese wirken mit Anschlagflächen an den üblichen äußeren Kupplungsteilen zusammen, um entweder ein Drehen des Käfigs 11 innerhalb des äußeren Kupplungsteiles zu verhindern oder eine Relativdrehung zwischen dem Käfig und dem äußeren Kupplungsteil zu begrenzen und damit eine begrenzte Winkeldrehung zu ermöglichen. Der Käfig Il trägt an den Stirnflächen der Seitenringe 14 und 15 je eine Anzahl von Vorsprüngen 34 bzw. 35, um die Lage des Käfigs im äußeren Kupplungsteil sicherzustellen. Die Relativlage des Käfigs zum äußeren Kupplungsteil ist derart, daß bei eingerückter Kupplung die Klemmrollen 13 fester gegen die Andrückfedern 12 gedrückt werden, wodurch ein weiteres Ausbiegen der Federaime 29 erfolgt. Die Andrückfedern 12 stehen somit nicht nur unter einer konstanten Belastung, sondern es tritt darüber hinaus eine wiederholte weitere Durchbiegung auf Grund dss Ein- und Ausrückens der Kupplung auf.

In F i g. 5 der Zeichnung ist die Belastung einer Andrückfeder 12 schematisch dargestellt. Die Andrückfeder 12 ist an den Enden der Federarme 29

ίο durch zwei Kräfte P/2 gleichmäßig belastet, wobei P gleich der Gesamtlast ist, die von den Klemmrollen 13 auf die Andrückfedern 12 ausgeübt wird. Der auf die Andrückfeder 12 ausgeübten Kraft stehen entgegengesetzt gerichtete Kräfte gegenüber, die auf die Enden des Basisteiles 28 einwirken und die ebenfalls P/2 betragen.

Aus Fi g. 5 ist zu ersehen, daß zwei Abmessungen von Bedeutung sind. Die erste ist mit L bezeichnet und ist gleich dem halben Abstand zwischen den Angriffspunkten der Gegenkräfte, die auf den Basisteil 28 der Andrückfeder 12 einwirken. Das andere Maß ist mit α bezeichnet und gibt den Abstand zwischen den nebeneinanderliegenden Wirk- und Gegenkräften an.

Bei einer einfachen Feder, also bei einer solchen mit einem abgestützten Ende und in Hebelausführung wird die maximal zulässige Belastung durch die folgende Formel bestimmt:

Maximale Belastung = — — = K.

2 U

Dabei ist

E = Elastizitätsmodul,

y = Ausbiegung in Richtung P,

h — Stärke der Feder,

L = Länge.

Wird die Feder am Ende abgestützt, so ist L gleich der Hälfte des Abstandes zwischen den beiden Endabstützungen. Andererseits ist bei einer Hebelausführung der Feder L gleich dem Abstand zwischen der Federabstützung und der angelegten Kraft. Daraus

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

Maximale Belastung =

6EyIi

[n² + lad + Id* - 6a^L] 5 (α + d)

Durch Ersetzen von K für = wird

2 L²

maximale Belastung =

4KL*

[α² +-lad- +Id* + 6 a* L] 5 {a + d)

Es liegt also auf der Hand, daß die Klemmrollenfreilauf-Kupplung 10 mit dem Käfig 11 gegenüber den bekannten Konstruktionen viele Vorteile aufweist. Diese Vorteile betreffen nicht nur die Feder, die so ausgelegt werden kann, daß sie eine maximale Lebensdauer unter den erforderlichen Betriebsbedin-

gungen hat, sondern auch eine Konstruktion, die preiswert hergestellt und variiert werden kann, um besonderen Betriebsbedingungen und ungewöhnlichen Einsatzbedingungen gerecht zu werden, beispielsweise besonders hohen Betriebstemperaturen und bestimmten Schmierzustiinden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Käfig für eine Klemmrollenfreilauf-Kupplung mit zwei Seitenringen, die unter Bildung von Taschen zur Aufnahme von Klemmrollen durch auf dem Umfang gleichmäßig verteilte Querstege miteinander verbunden sind, die jeweils eine Halterung einer die Klemmrollen in Einrückstellung haltenden Blattfeder aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steg (16) an seinen axialen Enden und in seiner Mitte radial auswärts gerichtete Vorsprünge (18, 20, 18) aufweist, die mit in einer gemeinsamen Ebene liegenden, gegeneinander gerichteten Flächen (21, 22, 21) an die gegenüberliegenden Seiten einer Basis (28) der Andrückfeder (12) anliegen, die in zwei konvergierende und auf den jeweiligen Wälzkörper (13) einwirkende Federarme übergeht.

2. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückfeder (12) in an sich bekannter Weise eine allgemeine Bcgcnform mil einem im wesentlichen flachen Basisteil (28) aufweist.