DE1915516A1

DE1915516A1 - Freilaufkupplung

Info

Publication number: DE1915516A1
Application number: DE19691915516
Authority: DE
Inventors: Nobno Takada
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1968-03-29
Filing date: 1969-03-26
Publication date: 1969-10-09
Also published as: JPS5121093B1; FR2005106A1; BE730683A; DE1915516B2; GB1254342A; US3557921A

Description

Dipl.-lng. Heinz Ltsi«r, Patentanwalt D - 8 München 81, Cosimastrafc· 81 · Telefon: (0811) 48 38 20

KOYO SEIKO COMPANY Ltd.,

2, Unagidani-nishinocho, Minamiku

Osaka /JAPAN L 8648 Qg/he,

FREILAUFKUPPLUNG

Die Erfindung betrifft eine Einweg- oder Freilauf- bzw. überhol-Kupplung, welche auch als Klemmrichtgesperre bekannt ist. Solche Kupplungen werden durch die relative Drehrichtung der beiden Kupplungs-Hälften geschaltet. In der einen Bewegungsrichtung erfolgt eine Mitnahme, in der anderen der Freilauf.

Unter den bekannten Ausführungsformen solcher Kupplungen finden sich u.a. die sog. Klemmrollen-Freiläufe, welche in einer spezifischen Ausführungsform zwischen einem Aussenteil und einem Innenteil angeordnete, zylindrische Klemmkörper besitzen, die in ihrer Umfangsflache teilweise verformt sind. Wird entweder der Aussen- oder der Innenteil in positiver Drehrichtung gedreht, also in einer Richtung, in welcher keine Mitnahme der Klemmkörper stattfinden soll,dann wird die Oberfläche dieser Klemmkörper in gleitender Berührung mit den Oberflächen der Innen- und Auesenteile gehalten, im Regelfall nur mit der Oberfläche des Innenteils, wird dagegen einer dieser beiden Teile in der entgegengesetzten Drehrichtung gedreht, also in einer negativen Drehrichtung, dann wird ein Teil der vorerwähnten, verformten Oberfläche der Klemmkörper in eine kuppelnde Wirkverbindung mit der Oberfläche eines der Teile gebracht. Solche Freilaufkupplungen sind nun Insbesondere darin nachteilig, dass während des Freilaufes die Oberfläche der einzelne] Klemmkörper mit den Oberflächen der Innen- und Aussenteile ruckartig in Berührung kommt, so dass bei Herbeiführung der

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Kupplung (Umkehrung der Drehrichtung entweder de» Inne/n- oder des Aussenteils) die Keilflächen der Klemmkörper sich in die Oberfläche der Teile einkeilen, was entweder in einem raschen Verschleiss der Oberflächen der Klemmkörper oder der Oberflächen der Innen- und Aussentelle resultiert, wodurch die Lebensdauer solcher Kupplungen stark beeinträchtigt wird. Es ist auch darauf hinzuweisen, dass bei solchen Freilaufkupplungen zur Ermöglichung eines einwandfreien Preilaufes und eines ungestörten, raschen Herbeiführens einer Kupplung der Teile es erforderlich ist, die einzelnen Klemmkörper beispielsweise mittels Federn genauestens in ihrer Lage zu halten, welche zwischen den Klemmkörpern und dem Aussenteil oder einem Käfig angeordnet sind. Es muss wohl nicht näher begründet werden, dass mit einem solchen Aufbau eine Komplizierung herbeigeführt ·.. wird, wobei eine erhöhte Gefahr eines möglichen Brechens der Federn oder des Käfigs besteht, ausserdem ist es erforderlich, die einzelnen Körper mittels spezieller Schablonen und Werkzeuge mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu schleifer

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Freilaufkupplung zu schaffen, welche eine gleitende Reibung nahezu vollständig vermeidet, wie aufgezeichnet, wird eine solche gleitende Reibung bei vorbekannten Ausfuhrungsformen zwischen den Klemmkörpern einerseits und den Oberflächen»der Innen- und Aussenteile andererseits erzeugt. Nach der Grundkonzeption vorliegender Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass man dem Innenteil und dem Aussenteil die Form eines konischen Rollenlagers gibt und dass man als Klemmkörper Rollen vorsieht, welche die Form eines Zylinders, eines Kegelstumpfes, einer Kugel, eines Hyperboloids od. dgl. aufweist, wobei diese Klemmkörper zwischen dem Innen- und dem Aussenteil ad angeordnet sind, dass ihre Achse mit der Mantellinie der Oberflächen des Innen- und des Aussenteils ein/ä-n ^eignefcen Nei-

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gungswinkel einschliesst. Eine solche Ausführungsform bringt neben der Überwindung der aufgezeichneten Nachteile vorbekannter Freilaufkupplungen den Vorteil, dass die Kupplung selbst während des Freilaufes als Wälzlager wirkt, es gehört zum Wissensstand des einschlägigen Fachmannes, dass im Regelfall bei Verwendung vorbekannter Freilaufkupplungen diesen ein Wälzlager zuzuordnen ist. In der erfindungsgemässen Ausführungsform fungieren also die einzelnen Klemmkörper nicht nur als solche, wenn Innen- und Aussenteile miteinander gekuppelt sind, sie fungieren darüberhinaus während des Freilaufes der Kupplung auch als Lagerkörper. Diese Doppelfunktion wird erreicht, ohne dass es erforderlich wäre, die einzelnen Kopp; ■ während des Freilaufes beispielsweise mittels Federn und Käfigen genauestens in ihrer Lage zu halten, die Körper sind in einer Linienberührung mit den Oberflächen des Innen- und Aussenteils über die Gesamtlänge gehalten, wodurch die Kupplung, wirkt sie während des Freilaufes als Lager, vergleicl bar höhere Lasten aufnehmen kann, während sie andererseits, wenn Innen - und Aussentell miteinander gekuppelt sind, ein vergleichbar höheres Drehmoment zu übertragen vermag. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsformen erkennbar.

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Perspektivansicht zur Veranschaulichung des Grundprinzips vorliegender Erfindung, gezeigt sind die Konturen der Oberflächen des Innen - und Aussenteils sowie einer Rolle, die mit diesen in Passberührung steht,

Figur 2 eine Perapektivanslshfc, teilweise weggebrochen, einer das Grundprinzip nach Figur 1 verwirk-

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Figuren 3
und k

Figur 5

Figur 6

Figur 7

Figur 8

Figur 9

Höhenden Ausführungsform,

Abwicklungen zur Erläuterung der Funktion vorliegender Erfindung, Figur 3 zeig/t die Bewegungsrichtung der Rolle an der Oberfläche des Aussenteils und Figur Ί zeigt die Bewegungsrichtung der Rolle an der Oberfläche des Innemteils,

eine Abwicklung der Ausführungsform eines zwischei dem Innen- und dem Aussenteil angeordneten Käfigs: zum Halten der Rollen,

eine der Figur 1 entsprechende, schematische Perspektivansicht, die Rolle weist dabei die Form eines Kegelstumpfes auf,

einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform nach Figur 6,

eine Perspektivansicht, teilweise im Schnitt _f einer Ausführungsform, bei welcher die Rolle eine kugelähnliche Form aufweist, und

eine Perspektivansicht, teilweise im Schnitt, einer Ausführungsform, bei welcher die Rolle eine hyperbolische Oberfläche aufweist.

In der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 5 bezeichnet einen Innerteil und 2 einen Aussenteil. Die Oberflächen dieser beiden Teile sind mit la bzw. 2a bezeichnet, zwischen beiden Teilen sind Rollen 3 angeordnet. Ein Flansch k dient als ein Anschlag, er ist entlang des Umfanges des Innenbereiches grösseren Durchmessers des Innenteils 1 ausgeformt. Zwischen Innen- und Aussenteil ist zum Halten der einzelnen Rollen

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ein Käfig 5 angeordnet, welcher mit öffnungen 6 versehen ist. *■

Die zylindrischen Rollen 3 sind zwischen den Oberflächen la und 2a von Innen - und Aussenteil 1,2 angeordnet, sie weisen die Form eines konischen Rollenlagers auf. Die Achse b Jeder Rolle 3 ist zu den Mantellinien dieser beiden Oberflächen unter einem geeigneten Neigungswinkel O angeordnet.. Das eine Ende Jeder Rolle 3 ist mit der Führungsfläche de« Flansches H in Berührung gehalten, der entlang des Umfange» des Endbereiches grösseren Durchmessers des Innenteils ausgeformt ist. Indem nun die Oberflächen la und 2a des Innen- baw. Aussenteils die zylindrischen Rollen 3 zwischen sich aufnehmen, welche mit ihrer Achse gegen die Mantellinie a dieser Oberflächen den Neigungswinkel O- einschliessen, ist dem Inn«n- und dem Aussenteil in Übereinstimmung mit diesem Neigungswinkel θ der Rollen 3 Jeweils eine hyperbolische Oberfläche aufgegeben, wie dies in den Figuren 1 und 2 veranschaulicht ist, um so über die Gesamtlänge der Rollen eine Linienberührung herbeizuführen Die Krümmung der hyperbolischen Oberflächen hängt, wie ohne weiteres erkennbar, von der Grosse des Neigungswinkels Q, von dem Vertikalwinh»l der Mantellinie der Oberflächen la, 2a der Innen - und Aueenteile 1, 2 der Formgebung der Rollen, dem Durchmesser der Innen- und Aussenteile usw. ab. Durch die vorerwähnte Linienberührung wird die Fähigkeit der hier angesprochenen Gattung von Freilaufkupplungen erhöht, da, wenn Innen- und Aussenteil miteinander gekuppelt sind, ein erhöhtes Drehmoment zu übertragen, während andererseits, nämlich während des Freilauf es, die Kupplung nahezu in idealer Vollendung als Wälzlager wirkt. Die erfindungsgemäss herbeigeführte Linienjberührung hält die Rollen ständig in einer genau bastiramten Lage.

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Wird der Innenteil 1 in Richtung des in Figur 1 eingezeichnete! Pfeiles A gedreht, dann sind die einzelnen Rollen bestrebt), in Richtung des in Figur 1 eingezeichneten Pfeiles B zu drehen. Wird angenommen, dass die eineeinen Rollen in dieser Richtung drehen, dann rollen sie bezüglich der Oberfläche des Innenteils 1, und zwar in Richtung weg von dem Scheitelpunkt Pi des durch die Mantellinie der Oberfläche dieses Innenteils gebildeten Kegels. In Bezug auf die Oberfläche 2a des Aussemtells rollen sie hingegen in Richtung auf den Scheitelpunkt Po des Kegels zu , der durch die Mantellinie der Oberfläche dieses Aussenteils gebildet wird.

Um Vorgesagtes detaillierter zu erläutern, wird auf die Figuren 3 und ¹J verwiesen. Figur 8 zeigt eine Abwicklung der Oberfläche des Aussenteils, während Figur H eine Abwicklung der Oberfläche des Innenteils zeigt. Wenn auf die Rolle 3 ein in Richtung des Pfeiles B gerichtetes Drehmoment ausgeübt wird, dann neigt sie dazu, sich in Richtung des Pfeilers m an der Fläche 2a des Aussenteils zu bewegen, an der Fliehe la des Innenteils ist sie hingegen bestrebt, in Richtung des Pfeiles η sich zu bewegen. Indem nun der Innenteil 1 mit einem vorstehenden Anschlag 4 entlang des Umfanges seiner Oberfläche la am Ende des grösseren Durchmessers versehen 1st, mit welchen die Endfläche der Rolle 3 in Berührung gehalten ist, wird die Endfläche der Rolle 3 gegen diesen Anschlag H durch das vorerwähnte Drehmoment und durch die Reibkraft angedrückt, die zwischen der ümfangsfläche der Rolle und der Fläche la des Innenteils wirkt, wodurch ein Rollen der Rolle an der Fläche la des Innenteils verhindert wird, mit dem Ergebnis, dass die Rolle 3 und der Innenteil 1 in Bezug aufeinander so wirken, als handle es sich bei Ihnen um einen einstückig«!! Körper. Andererseits erlaubter Aussenteil 2, welcher isit keinem

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vergleichsweisen Flansch versehen ist, dass die Rolle 3 an der Oberfläche 2a in Richtung des Pfeiles m bewegt, was zu dem Ergebnis führt, dass dann, wenn der vertikale Winke' der Mantellinie der Oberfläche 2a des Aussenteils kleiner \st als der Winkel der Gleitreibung zwischen der Oberfläche 2r< und der Rolle 3 diese Oberfläche 2a so wirkt, als habe ma·! es bei ihr mit einem Keil zu tun.

Durch eine Drehung des Innenteils 1 wird also in einem solchen Falle die Rolle 3, deren Rollbewegung durch den Anschlag ¹I am Innentell 1 verhindert wird, auf die Fläche 2a des Aussnnteile zu bewegt, und zwar in Richtung des kleineren Durchmessers, wodurch auf die Rolle eine Keilwirkung ausgeübt wird. Infolge dieser Keilwirkung erzeugt der Aussenteil 2 mit seiner Kleramkraft eine hohe Reibungskraft zwischen der ümfangsoberfläche der Rolle 3,den Oberfläche la und 2a, wodurch der Aus !»enteil 2 zusammen mit dem Innenteil 1 als eine Einheit dreht.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ohne weiteres erkennbar, dass bei einer Drehung des Innenteils in einer zu d<>r Pfeilrichtung A entgegengesetzten Richtung die Rolle 3 auf der Oberfläche la des Innenteils in Richtung auf den Scheitelpunkt Pi des Kegels zu gerollt wird, an der Fläche 2a des Aussenteils hingegen in Richtung weg von dem Scheitelpunkt Po. Werden nun die Rollen 3 durch einen Käfig gehalten, beispielsweise den Käfig 5 nach Figur 5, dann erzeugt die vorerwähnte Drehung der Rolle 3 zwischen ihr und der Oberfläche la des Innenteils eine Reibungskraft, welche in einer solchen Richtung A wirkt, dass der Innentell 1 weg von dem Scheit&punkt Pi bewegt wird, während zwischen der Rolle und der Oberfläche 2a des Aussenteils eine Reibungskraft erzeugt wird, welche dazu dient, den Aussenteil 2 in Rbhtung auf den Sheitelpnkt P ο zu zu bewegen. Die Rolle 3 rollt also vorwärts, während sie einen geringfügigen Schlupf relativ zu den Oberfläche la und 2a bewirkt

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wodurch die Kupplung als ein Wälzlager fungiert, welches einem herkömmlichen, konischen Rollenlager ±1 seiner Wirkung vergleichbar ist.

Der vorerwähnte Käfig 5 kann in beliebiger Art und Weise herge· stellt werden, beispielsweise durch Ausstanzen mittels einer Presse, Bohren, Giessen usw. Indem die Gleitreibung, die während der Rollbewegung der Rollen erzeugt wird, äusserst gering ist, kann dieser Käfig als Haltekörper für die Rollen am einfachsten mittels eines Ausstanzens hergestellt werden.

Bei der in den Efeuren 6 und 7 dargestellten AusfUhrungsform finden als Klemmkörper Rollen 13 in der Form eines Kegelstiwpfefa Verwendung. Der prinzipielle Aufbau dieser Ausführungsform entspricht demjenigen der Ausführungsform nach Figur 1. Indem die Rollen 13 eine Kegelstumpfform besitzen, fallen die Scheitelpunkte an den Schnittpunkten der Mantellinien des Innenteil· 11 und des Aussenteils 12 in einem Punkt P zusammen. Wie im Falle der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 5 besitzt auch hier Jede der Oberflächen 11 a und 12a von Innen- bzw. Aussenteil 11, 12 eine hyperbolische Form, auch hier ist ein Anschlag lH an dem Ende grösseren Durchmessers des Innenteils " ausgeformt. Es ist zu vermerken, dass auch diese Ausführungsform nach den Figuren 6 und 7 sowohl als eigentliche Freilaufkupplung wie auch als Wälzlager fungiert.

Bei. der Ausführungsform nach Figur 8 finden als Klemmkörper Rollen 23 Verwendung, welche eine kugelähnliche Formgebung besitzen. Wie aus der Darstellung erkennbar, 1st hier der Oberfläche 21a des Innenteils 21 eine hyperbolische Formgebung gegeben, während der Oberfläche 22a des Aussent dl s 22 eine konische Formgebung aufweisen kann. Dies bringt den Vorteil, dass der Aussenteil in derselben Art und Weise hergestellt werden kann wie der Ausseiteil konischer Rpllenlager herkömmlicher Bauart. Der Innenteil 21 let mit einem Anschlag 2k an dem Ende

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seines grösseren Durchmessers versehen.

In der Ausführungsform nach Figur 9 weisen die als Klemmkörper verwendeten Rollen 33 eine hyperbolische Formgebung auf Dabei kann die Oberfläche 32a des Aussenteils 32 hyperbolisch gestaltet sein, während die Oberfläche 31a des Innenteils 31 eine konische Formgebung besitzen kann, so dass hier der Innenteil in identischer Art und-Weise hergestellt werden kann, wie der Innenteil konischer Rollenlager herkömmlicher Bauart. Die Bezugsziffer 3²I bezeichnet-einen Flansch als Anschlag für die einzelnen Klemmkörper.

Weil die Klemmkörper der Ausführungsformen nach den Figuren 8 und 9 eine andere Formgebung besitzen als die Klemmkörper der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 5, muss auch den Oberflächen der Innen- und Aussenteile demgegenüber eine andere Formgebung gegeben werden. Prinzipiell entsprechen sich Jedoch alle Ausführungsformen in Bezug auf ihren Aufbau, wie auch auf Ihre Funktion.

Aus der vorstehenden Beschreibung der einzelnen Ausführungsformen ist erkennbar, dass entweder sowohl die Oberfläche des Innenteils wie auch die Oberfläche des Aussenteils oder alternativ eine dieser Oberflächen und die Umfangsfläche der einzelnen Rollen eine hyperbolische Formgebung besitzen, was zu dem Ergebnis führt, dass die Rollen im montierten Zustand unter einem vorbestimmten Neigungswinkel O liegen, welcher sich bestimmt nach dem gewählten Hyperboloid. Wenn die Kupplung als Wälzlager fungiert, dann bringt eine solche Anordnung den Vorteil, dass die Rollen leinen hohen .Seitendruck ausüben. Der zur Verwendung kommende Käfig kann auf äusserst einfache Art und Weise hergestellt werden, beispielsweise durch Ausstanzen eines Streifens mittels einer Presse.

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Bei den beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen ist der Anschlag, welcher die Rollbewegung der einzelnen Rollen begrenzt, an dem Ende grösseren Durchmessers des Innenteils ausgeformt. Indem dieser Anschlag eine Rollbewegung.der einzelnen Rollen verhindert, wenn entweder der Innenteil oder der Aussenteil in einer Richtung drehen, kann er auch woanders ausgeformt sein, so beispielsweise am Ende kleineren Durchmessers des Innenteils oder am Ende kleineren oder grösseren messers des Aussenteils. Dieser Anschlag muss nicht un&eälngt einstückig mit dem Innen- oder dem Aussenteil sein, es" kann auch .'"•ein getrenntes Werkstück sein, welches dann mit einem dieser Teile verbunden ist. Eine Freilaufkupplung nach der Erfindung kann in dem bewegenden Teil einer Maschine in genau derselben Art und Weise montiert werden wie ein konisches Rollenlager mit einer oder mit zwei Reihen von Rollen herkömmlicher Bauart.

Wenn in der Beschreibung von "Innen- und Aussenteil" gesprochen wurde, so sind damit insbesondere Ringkörper gemeint,die mit Oberflächen versehen sind, welche Spuren für die Klemmkörper bilden.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

Dtpl.-lng. Heinz leiter, Patentanwalt D - 8 München 81, CoÜMMtrafte 81 · Telefon: (0611) 4838 20

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PATENTANSPRÜCHE

ζ 1.)Prellaufkupplung mit einem Innen- und einem Aussentell — und mit zwischen beiden angeordneten Klenwkörpern, d a -durch gekennzeichnet, dass Innen- und Aussenteil (1,2; 11,12; 21,22; 31,32) die Formgebung eines konischen Rollenlagers aufweisen, dass die Klemmkörper Rollen (3; 13; 23; 33) sind, deren Achse unter einem geeigneten Neigungswinkel 0 gegen die Mantellinie der Oberflächen (la,2a; 11a,12a; 21a,22a; 31a,32a) von Innen- und Aussenteil liegt, und welche über ihre Gesamtlänge in einer Linienberührung mit diesen Oberflächen von Innen- und Aussenteil gehalten sind, unddass ein Endbereich entweder der Oberfläche des Innenteils oder der Oberfläche des Aussenteils mit einem Anschlag (4; 14; 24; 34) versehen 1st, mit welchem eine Endfläche der Rollen zur Verhinderung einer Rollbewegung in Berührung bringbar ist ^ wenn die Kupplung betätigt wird.

2. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch g, ekennse Ichnet , dass die Rollen (3,13) entweder Zylinderform oder Kegelstumpfform aufweisen und dass die Oberflächen (la, 2a; 11a, 12a) sowohl des Innenteils (1; 11) wie auch des Aussenteils (2; I)) hyperbolisch ausgebildet sind.

3· Prellaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (23) kugelähnlich ausgebildet sind und dass den Oberflächen (21a bzw. 22a) sowohl des Innen- wie auch des Aussenteils (21 bzw. 22) eine solche Formgebung gegeben ist, dass die Rollen über ihre Gesamtlänge mit diesen Oberflächen in einer Linien-

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berührung gehalten sind.

4. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (23)kugelähnlich ausgebildet sind, und dass der Oberfläche (22a) des Aussenteils (22) eine konisch Formgebung gegeben ist.

5. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (33) hyperbolisch ausgebildet sind.

6. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch g, e kennzeichnet, dass die Rollen (33) hyperbolisgh ausgebildet sind, und dass der Oberfläche (31a) des Innenteils (31) eine konische Formgebung gegeben ist·

7. Freilaufkupplung mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Rollen ein Käfig (5) zugeordnet ist, welcher in öffnungen (6) die einzelnen Rollen hält.

8. Freilaufkupplung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , dass der Käfig (5) aus einem Streifen hergestellt ist, in welchem die öffnungen (6) durch Ausstanzen erzeugt sind.

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