DE19722798C2 - Kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Kupplung ist durch das DE-GM 17 12 948 bekannt. Bei dieser Kupplung ist ein Außenmantel des inneren zweiten Drehteils mit mehreren Ausnehmungen versehen, welche die Steuerkurven und die Führungsflanken bilden. Insgesamt ist das zweite Drehteil in axialer Richtung länglich ausgebildet, so daß nachteiligerweise ein großer Platzbedarf bei dieser bekannten Kupplung erforderlich ist.

Durch die DE-PS 966 553 ist eine Freilaufkupplung mit Rückschlagsicherung bekannt, welche einen Innenkörper, Verschiebeelemente und einen Außenkörper aufweist. Weiterhin ist ein Federring vorgesehen, welcher an den als Rollen ausgebildeten Verschiebeelementen anliegt. Beim Drehen drücken die Rollen den Federring nach außen an die Innenfläche des Außenkörpers. Durch das Andrücken wird das Drehmoment mittels des Federrings von einer Andrehwelle auf ein Schwungrad übertragen. Hierbei bewegen sich die Rollen auf den geneigten Gleitflächen des Innenkörpers, welche als Steuerkurven betrachtet werden können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, die Kupplung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß eine Kupplung mit geringem Platzbedarf geschaffen wird, welche zusätzlich für hohe Drehmomente geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Kupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechend dem kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs ausgebildet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Kupplung liegt die Steuerkurve an dem Verschiebe­ element an, wodurch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Drehteil und dem zweiten Drehteil geschaffen ist. Wird ein Drehteil angetrieben, so rotiert das zweite Drehteil mit derselben Geschwindigkeit mit. Kommt es zu einer Belastung des abtreibenden Drehteils, welches entweder das erste Drehteil oder das zweite Drehteil sein kann, dann bewirkt die anliegende Steuerkurve eine Auslenkung des federbelasteten Verschiebeelements. Bei zunehmender Belastung wird das Verschiebeelement immer weiter ausgelenkt, bis es außer Eingriff mit der Steuerkurve ist und damit eine Entkupplung zwischen dem ersten Drehteil und dem zweiten Drehteil auftritt.

Um einen gleichmäßigen Kraftübertrag zwischen dem ersten Drehteil und dem zweiten Drehteil sowie einen geringen Abrieb der Steuerkurve und des Verschiebeelements zu erreichen, liegt die Steuerkurve formschlüssig an dem Verschiebeelement an. Zusätzlich wird hierdurch ein sehr geringes oder gar kein Spiel zwischen den anliegenden Teilen erreicht, so daß eine Drehung des antreibenden Drehteils unmittelbar auf das abtreibende Drehteil übertragen wird. Ein formschlüssiges Anliegen der Steuerkurve und des Verschiebeelements wird dadurch erreicht, daß das Verschiebeelement als Zylinder und die Steuerkurve als ein Kreisbogen von etwa 90 Grad ausgebildet sind, wobei der Radius des Zylinders zu dem Radius des Kreisbogens komplementär ausgebildet ist. Der kreisförmige Querschnitt des Zylinders sowie der Kreisbogen sind zudem fertigungstechnisch einfach herzustellen.

Nach dem Entkuppeln der beiden Drehteile soll das Wiedereinkuppeln möglichst materialschonend geschehen. Hierfür ist jede Steuerkurve mit einer Führungsflanke zum Einkuppeln des ersten Drehteils und des zweiten Drehteils verbunden ist. Auf jeder dieser Führungsflanken liegt ein Verschiebeelement nach dem Entkuppeln auf. Beim Weiterdrehen des zweiten Drehteils werden nun die Verschiebeelemente bis zur jeweils nächsten Steuerkurve geführt, wobei die Führungsflanke eine stetige Verbindung mit dieser nächsten Steuerkurve aufweist. Weiterhin ist eine geringe Neigung der Führungsflanke derart vorgesehen, daß die Verschiebeelemente sich wieder langsam radial nach innen zur Drehachse des zweiten Drehteils hin bewegen können. Hierdurch werden harte Schläge der Verschiebeelemente auf das zweite Drehteil vermieden. Bei mehreren gleichmäßig über den Umfang des zweiten Drehteils verteilten Steuerkurven und Führungsflanken ergibt sich so eine sägblattartige Ausbildung des zweiten Drehteils.

Eine kompakte und von den Ausmaßen her kleine Bauweise der Kupplung wird zweckmäßigerweise dadurch erreicht, daß das zweite Drehteil innerhalb einer kreisförmigen Ausnehmung des ersten Drehteils zentral angeordnet ist.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß jedes Verschiebeelement in einem Außenmantel des ersten Drehteils radial verschiebbar angeordnet ist und in die Ausnehmung des ersten Drehteils hineinragt und jede Steuerkurve über den Umfang des zweiten Drehteils verteilt sich radial erstreckend angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform wird durch die radiale Verschiebbarkeit eine kompakte Bauweise insbesondere in axialer Richtung erzielt. Hierbei ist es zweckmäßig, daß jedes Verschiebeelement in einer sich radial erstreckenden läng­ lichen Bohrung in dem Außenmantel des ersten Drehteils angeordnet ist, wobei jedes Verschiebeelement etwa bis zur Länge seines Radius in die Ausnehmung des ersten Drehteils hineinragt.

Alle Verschiebeelemente sind durch ein einziges Federelement federbelastet. Dies reduziert die Anzahl der Komponenten der Kupplung. Als Federelement wird vorteilhafterweise ein Federring aus Metall verwendet, welcher gleichzeitig als Halterung für die Verschiebeelemente dient. Denkbar wären auch Federelemente aus anderen Materialien wie beispielsweise Gummi.

Jedes der beiden Drehteile kann sowohl als Antrieb oder Abtrieb ausgebildet sein oder auch im Betrieb seine Funktion wechseln.

Da bei der erfindungsgemäßen Kupplung ein geringer Abrieb der zusammenwirkenden Teile vorliegt, ist es nicht mehr erforderlich, die Kupplung aus Stahl oder härteren Materialien zu bauen. Vorteilhafterweise können leicht zu bearbeitende Materialien wie beispielsweise Aluminium für das erste Drehteil und das zweite Drehteil oder nur für die Verschiebeelemente oder die Steuerkurven verwendet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei stellen dar:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Kupplung,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Fig. 1 entlang der Linie II-II und

Fig. 3 eine Draufsicht auf das zweite Drehteil.

Die Kupplung 1 weist ein erstes Drehteil 2 und ein zweites Drehteil 3 auf. Das erste Drehteil 2 ist als Abtrieb mit einer Abtriebsachse 4 und das zweite Drehteil 3 ist als Antrieb mit einer Antriebsachse 5 ausgebildet. Die Abtriebsachse 4 und die Antriebs­ achse 5 sind zueinander zentrisch angeordnet. Das erste Drehteil 2 hat die Form einer Scheibe und weist zur Antriebsseite hin gerichtet eine zentrisch angeordnete Bohrung oder kreisförmige Ausnehmung 6 auf. Innerhalb dieser Bohrung 6 ist das zweite Drehteil 3 zentrisch angeordnet. Die Bohrung 6 wird in radialer Richtung von sechs Stegen 7 begrenzt, welche auf einer Ringfläche eines Außenmantels 8 des ersten Drehteils 2 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Stege 7 sind einstückig mit dem Drehteil 2 ausgebildet. Zwischen den einzelnen Stegen 7 sind identische Aussparungen 9 vorgesehen. Im Bereich jeder Aussparung 9 ist in dem Außenmantel 8 eine Ausfräsung 10 vorgesehen. Die Ausfräsungen 10 sind ebenfalls gleichmäßig auf einer Ringfläche des Außenmantels 8 verteilt. In jeder Ausfräsung 10 ist ein Verschiebeelement 11 angeordnet, welches die Form eines Zylinders oder einer Rolle hat und sich mit seiner Längsachse in axialer Richtung erstreckt. Jedes Verschiebeelement 11 ist federbelastet. Hierfür ist ein einziger Federring 12 vorgesehen, welcher einen Innenrand 13 und einen Außenrand 14 aufweist. Der Federring 12 ist auf einer Ringfläche des Außenmantels 8 angeordnet. Diese Ringfläche befindet sich in radialer Richtung gesehen außerhalb der Ringflächenanordnung der Verschiebeelemente 11. Mit seinem Innenrand 13 liegt der Federring 12 an den Verschiebeelementen 11 an und dient somit gleichzeitig als Halterung für die Verschiebeelemente 11 gegen eine nicht federbelastete Verschiebung in radialer Richtung. Zur Antriebsseite hin ist auf den Stegen 7 ein Kreisring 15 angeordnet, welcher mit den Stegen 7 verbunden ist und welcher im Bereich jedes Verschiebeelements 11 eine Ausfräsung 16 aufweist. Die Ausfräsung 16 erstreckt sich ebenso wie die Ausfräsung 10 in radialer Richtung und dient als Führung für eine Oberseite 17 des Verschiebeelements 11. Eine Unterseite 18 des Verschiebeelements 11 ist in der länglichen Ausfräsung 10 geführt. Hierdurch wird ein Kippen des Verschiebeelements 11 beim Verschieben vermieden.

Das zweite Drehteil 3 hat die Form einer Scheibe und ist sägeblattartig ausgebildet. Über den Umfang des zweiten Drehteils 3 sind gleichmäßig verteilt sechs Nasen 19 vorgesehen. Jede Nase 19 wird in Drehrichtung 20 des zweiten Drehteils 3 gesehen von einer Steuerkurve 21 begrenzt. Die Steuerkurve 21 hat die Form eines Kreisbogens von etwa 90° und liegt formschlüssig an der kreisförmigen Außenfläche des Verschiebeelements 11 an. Entgegen der Drehrichtung 20 gesehen schließt sich an jede Steuerkurve 21 mit unstetigem Übergang eine Führungsflanke 22 an, welche ebenfalls die Nase 19 nach außen hin begrenzt. Die Führungsflanke 22 geht entgegen der Drehrichtung 20 gesehen stetig in die nächste Steuerkurve 21 über. In Drehrichtung 20 gesehen geht jede Führungsflanke 22 unstetig in die davor liegende Steuerkurve 21 über. Jede Führungsflanke 22 ist so ausgebildet, daß sie eine geringe Steigung aufweist, wobei der Höhenunterschied zwischen dem Anfang und dem Ende der Führungsflanke 22 etwa dem Radius der Steuerkurve entspricht. Weiterhin entspricht der Radius des Kreisbogens der Steuerkurve 21 dem Radius des als Zylinder ausgebildeten Verschiebeelements 11. Bei zusammengebauter Kupplung ragt jedes Verschiebeelement 11 etwa bis zur Länge seines Radius in die kreisförmige Ausnehmung 6 des ersten Drehteils 2 hinein.

Bei Betrieb der Kupplung 1 wird der Antrieb aktiviert und das zweite Drehteil 3 dreht sich in Drehrichtung 20. Durch die formschlüssige Anlage der Steuerkurven 21 an die Verschiebeelemente 11 wird das erste Drehteil 2 unmittelbar ohne ein Spiel mitgenommen und dreht sich in dieselbe Richtung. Kommt es nun zu einer Lastaufnahme des ersten Drehteils 2, dann verschieben sich die Verschiebeelemente 11 aufgrund der im Anlagebereich auftretenden Radialkräfte entgegen der Kraft des Federrings 12 radial nach außen. Der Anlagebereich zwischen den Steuerkurven 21 und den Verschiebeelementen 11 wird bei zunehmender Belastung immer geringer, wobei jede Steuerkurve 21 auf der Außenfläche jedes Verbindungselements 11 in Drehrichtung 20 entlanggleitet. Bei einem bestimmten Schwellenwert der Belastung liegt die Steuerkurve 21 nicht mehr an der Außenfläche des Verschiebeelements 11 an und das zweite Drehteil 3 dreht sich unter den Verschiebeelementen 11 hindurch. Das abtriebsseitige Drehteil 2 wird nun nicht mehr mitgedreht. Damit ist bei der erfindungsgemäßen Kupplung ein Schutz gegen Überlastung gewährleistet. Die Größe des Schwellenwertes für die Belastung kann sowohl über die Stärke des Federrings als auch über die Form der Steuerkurve 21 in Verbindung mit der Form des Verschiebeelements 11 eingestellt werden. Nach dem Durchdrehen des Drehteils 3 gegenüber den Verschiebe­ elementen 11 ruht nun jedes Verschiebeelement 11 federbelastet auf einer Führungsflanke 22. Beim Weiterdrehen des Drehteils 3 gleitet nun jedes Verschiebeelement 11 entlang der Führungsflanke 22 herab und ragt dabei wieder mehr und mehr in die Ausnehmung 6 hinein. Am tiefsten Punkt der Führungsflanke 22 geht diese über in die Steuerkurve 21, so daß jedes Verschiebeelement 11 wieder zur Anlage mit einer Steuerkurve 21 kommt. Liegt weiterhin eine Überbelastung vor, so wiederholt sich der Vorgang des Entkuppelns der beiden Drehteile. Liegt keine Überbelastung mehr vor, so wird das abtriebsseitige Drehteil 2 wieder mitgedreht.

Bei der erfindungsgemäßen Kupplung wird zusätzlich zum Schutz gegen Überlastung auch ein geringer Abrieb der zusammenwirkenden Teile aufgrund der formschlüssigen Anlage der Steuerkurven an die Verschiebeelemente erzielt. Weiterhin wird durch die Führungsflanken 22 ein sanftes Zurückgleiten der Verschiebeelemente 11 und damit eine Materialschonung sowohl der Verschiebeelemente 11 als auch des zweiten Drehteils 3 erreicht. Durch die geringe Anzahl verwendeter Komponenten für die Kupplung, was insbesondere auf die Verwendung nur eines einzigen Federrings für die Belastung der Verschiebeelemente 11 zurückzuführen ist, ist eine kompakte Bauweise erreicht, so daß die Kupplung auch in kleinster Ausführung gebaut werden kann.

Claims (11)

1. Kupplung mit einem ersten Drehteil (2) und einem zweiten Drehteil (3), welche bewegungsmäßig verbindbar sind, wobei das erste Drehteil (2) mehrere federbelastete Verschiebeelemente (11) und das zweite Drehteil (3) mehrere Steuerkurven (21) zur Verschiebung der Verschiebeelemente (11) derart aufweisen, daß bei Lastaufnahme des ersten Drehteils (2) oder des zweiten Drehteils (3) die Steuerkurven (21) die Verschiebeelemente (11) bis zur Entkupplung des erstens Drehteils (2) und des zweiten Drehteils (3) auslenken und zwischen den Steuerkurven abfallende Führungsflanken (22) zum Einkuppeln des ersten Drehteils (2) und des zweiten Drehteils (3) vorgesehen sind, wobei alle Verschiebeelemente (11) durch ein einziges Federelement (12) federbelastet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Drehteil (3) sägeblattartig ausgebildet ist, wobei jede Steuerkurve (21) als ein Kreisbogen von etwa 90 Grad ausgebildet ist und formschlüssig an der kreisförmigen Außenfläche eines Verschiebeelements (11) anliegt, wobei der Radius des Verschiebeelements zu dem Radius des Kreisbogens komplementär ausgebildet ist, und sich an jede Steuerkurve (21) entgegen der Drehrichtung die Führungsflanke (22) mit geringer Neigung anschließt, wobei der Höhenunterschied zwischen Anfang und Ende der Führungsflanke (22) etwa dem Radius der Steuerkurve (21) entspricht.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Drehteil (3) innerhalb einer kreisförmigen Ausnehmung (6) des ersten Drehteils (2) zentral angeordnet ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verschiebeelement (11) in einem Außenmantel (8) des ersten Drehteils (2) radial verschiebbar angeordnet ist und in die Ausnehmung (6) des ersten Drehteils (2) hineinragt und jede Steuerkurve (21) über den Umfang des zweiten Drehteils (3) verteilt sich radial erstreckend angeordnet ist.

4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verschiebeelement (11) in einer sich radial erstreckenden länglichen Bohrung (10) in dem Außenmantel (8) des ersten Drehteils (2) angeordnet ist.

5. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verschiebeelement (11) etwa bis zur Länge seines Radius in die Ausnehmung (6) des ersten Drehteils (2) hineinragt.

6. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (12) auf dem Außenmantel (8) des ersten Drehteils (2) und in radialer Richtung außerhalb der Ringflächenanordnung der Verschiebeelemente (11) angeordnet ist und an den Verschiebeelementen (11) anliegt.

7. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (12) ein Federring ist.

8. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Drehteil (2) als Abtrieb und das zweite Drehteil (3) als Antrieb ausgebildet ist.

9. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Drehteil (2) als Antrieb und das zweite Drehteil (3) als Abtrieb ausgebildet ist.

10. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verschiebeelement (11) und jede Steuerkurve (21) aus leicht zu bearbeitenden Stoffen wie beispielsweise Aluminium bestehen.

11. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Drehteil (2) und das zweite Drehteil (3) aus Aluminium bestehen.