DE2027763C3 - Freilaufkupplung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Freilaufkupplung, bestehend aus einem Innen- und einem Außenring und einem in einem ringförmigen Zwischenraum zwischen diesen angeordneten Käfig mit in diesem angeordneten Klemmkörpern, weiche am Innen- und am Außenring etwa linienförmig anliegen und je um eine zur Kupplungsachse parallele Achse begrenzt kippbar sind, wobei der Schwerpunkt eines jeden Klemmkörpers im Einriicksinne hinter der durch die Anlagelinie des Klemmkörpers am Außenring verlaufenden, gedachten Radialcbene gelegen ist.

Bei der bekannten Kupplung dieser Art sind Klemmkörper lose in Käfigausnehmungen eingesetzt und bewegen sich ausschließlich unter der Einwirkung von Zentrifugalkräften sowie von Kräften, die aus einer Berührung der Klemmkörper am Innen- und Außenring resultieren. Bei Freilauf des Außenringes gegenüber dem Innenring und dabei erfolgender Mitnahme der Klemmkörper und des Käfigs sucht die im Schwerpunkt eines jeden Klemmkörpers angreifende Zentrifugalkraft diesen im Einrücksinne um seine Anlagelinie am Außenring zu kippen, so daß mit wachsender Freilaufdrehzahi des Außenringes der Anpreßdruck der Klemmkörper am Innenring wächst. Dies soll ein schnelles Ansprechen der Kupplung bei Änderung der Drehrichtungsverhältnisse zwischen Außen- und Innenring durch Vermeidung von Leerwegen bis zu einer Verklemmung der Klemmkörper für eine Drehmomentübertragung sichern. Bei einer solchen Freilaufkupplung wächst jedoch mit steigender Außenringfreilaufdrehzahl und dementsprechend steigendem Anpreßdruck der Klemmkörper am Innenring Jer aus der Reibung zwischen den Klemmkörpcrn und dem Innenring resultierende Verschleiß mit der Folge, daß eine solche Kupplung bei höheren Freilaufdrehzahlen des Außenringes starker Erwärmung und starkem Verschleiß ausgesetzt ist und entweder 1 der zulässigen Freilaufdrehzahl des Außenringes beschränkt werden muß oder eine nur geringe Lebensdauer bietet. Nähert sich die Freilaufdrehzahl des Außenringes relativ zum Innenring dem Wert Null, so sinken auch die Anpreßdrücke der Klemmkörper am Innenring auf den Wert Null ab, so daß bei der Kupplung ein zuverlässiges, gleichmäßiges und kurzfristiges Einrücken der Klemmkörper für eine Lastübertragung nicht gewährleistet ist.

Bei einer ferner bekannten Freilaufkupplung im wesentlichen der eingangs genannten Art, bei der jedoch die Klemmkörper eine zum Masseschwerpunkt symmetrische Ausbildung besitzen, sind die Klemmkörper durch Einzelfedern im Einrücksinne angefedert. Die lösbar im Käfig abgestützten Spiraldrahtfedern üben auf ihre zugeordneten Klemmkörper eine lediglich in Umfangsrichtung wirkende Kippkraft aus und haben eine Ausbildung und Anordnung, welche die von ihnen auf die Klemmkörper ausgeübten Kräfte von Änderungen des Betriebszustandes, insbesondere von Änderungen in der Freilaufdrehzahl des Außenringes, unbeeinflußt lassen. Da für ein schnelles Einrücken der Kupplung zur Lastübertragung ein gewisser Mindestanpreßdruck der Klemmkörper am Innenring erwünscht ist, treten auch bei dieser vorbekannten Kupplung erhebliche Erwärmung und Verschleißerscheinungen infolge von Reibung der Klemmkörper am Innenring auf, wenn diese Kupplung mit hohen Freilaufdrehzahlen des Außenringes arbeitet.

Bei einer weiteren Ausführung einer Freilaufkupplung mit einem Außen- und einem Innenring sowie in dem Zwischenraum zwischen diesen unmittelbar in Umfangsrichtung aneinandergrenzend angeordneten Klemmkörpern und einer gemeinsamen Spiralfeder zur Anfederung derselben ist es bekannt, den Klemmkörpern einen außerhalb der Radialen von der Kupplungsachse zur Berührungslinie zwischen dem Klemmkörper und dem Außenring liegenden Schwerpunkt vorzugeben. Die Lage des Schwerpunktes der Klemmstücke ist dabei so gewählt, daß die Zentrifugalkraft bei einer vorbestimmten Drehzahl gerade ausreicht, um die Wirkung der Federkraft zu überwinden und die Klemmkörper vom Innenring abzuheben.

Dementsprechend liegt der Schwerpunkt eines jeden Klemmkörpers im Einrücksinne vor der durch die Anlagelinie des Klemmkörpe rs am Außenring verlaufenden, gedachten Radialebene mit der Folge, daß bei einem Freilauf des Außenringes die Zentrifugalkraft jeden Klemmkörper im Ausrücksinne zu kippen such». Die auf die gemeinsame Spiralringfeder bei Freilauf des Außenringes und entsprechendem Umlauf dieser Feder einwirkende Zentrifugalkraft mindert die von der Feder auf die Klemmkörper ausgeübte, im Einrücksinne wirkende Federkraft, so daß der Anpreßdruck der Klemmkörper am Innenring bei Freilauf des Außenringes mit steigender Drehzahl immer geringer und schließlich Null wird. Bei einer Freilaufbewegung des Innenringes gegenüber dem Außenring tritt eine erhebliche Reibung zwischen den Klemmkörpern und dem Innenring ein, wohingegen von Erreichen einer auslegungsgemäß festgelegten Freilaufdrehzahl des Außenringes an ein Anpreßdruck für die Klemmkörper am Innenring überhaupt nicht mehr gegeben ist. Bei einem Schalten öer Kupplung, ausgehend von einem Betriebszustand mit höheren Freilaufdrehzahlen des Außenringes, ist daher ein schnelles, gleichmäßiges und zuverlässiges Verklemmen der Klemmkörper zwischen dem Außen- und dem Innenring für eine Lastübertragung nicht gewährleistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Freilaufkupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der innerhalb eines auslegungsgemäß festzulegenden Drehzahlbereiches bei Freilauf des Außenringes ein möglichst gleichmäßiger und niedriger Anpreßdruck verwirklicht ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Freilaufkupplung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper in an sich bekannter Weise durch Einzelfedern im Einrücksinne angefedert sind und die jedem Klemmkörper zugeordnete, diesen um seine die Kippachse bildende Berührungslinie am Außenring unter steter Berührung des Innenringes zu kippen bestrebte Feder einen langgestreckten leichten, an seinem radial inneren Ende am Käfig verankerten, sich unter einem Winkel zur Radialen erstreckenden Blattfederarm umfaßt, der auf seinen Klemmkörper mit einer radial einwärts gerichteten, sich unter Einwirken der bei Freilauf des Außenringes auftretenden Zentrifugalkraft mindernden Federkraftkomponente einwirkt.

Bei der Freilaufkupplung nach der Erfindung ergibt sich der Anpreßdruck der Klemmkörper am Innenring bei Freilauf des Außenringes als Ergebnis einer Kräftebilanzierung, in der die auf einen jeden Klemmkörper einwirkende Zentrifugalkraft mit wachsender Freilaufdrehzahl eine ansteigende Teilkomponente zum Anpreßdruck beisteuert, während andererseits die von der Blattfeder erzeugte zweite Teilkomponente für den Anpreßdruck mit wachsender Freilaufdrehzahl des Außenringes abnimmt. Dies ermöglicht es, den Klcmmkörpern über die ihnen zugeordneten Blattfedern einen Anpreßdruck zu vermitteln, wie er bei Stillstand des Außenringes und niedrigen Freilaufdrehzahlen desselben erwünscht ist, andererseits jedoch den Anpreßdruck auch bis hin zu verhältnismäßig hohen Freilaufdrehzahlen des Außenringes auf einem gleichmäßigen und niedrigen Wert zu halten, bei dem nur geringe Erwärmung und Verschleiß eintreten. Die Freilaufkupplung nach der Erfindung arbeitet somit unter Bedingungen, die bei einem auslegungsgcmäß festzulegenden, weiten Drehzahlbereich Verschleißerscheinungen entgegenwirken und dennoch ein präzises, schnelles und gleichmäßiges Einrücken der Klemmkörper bei Betriebsänderungen für eine Lastübertragung sicherstellen.

Die Feder ist vorzugsweise als U- oder V-förmige Blattfeder ausgebildet und weist einen weiteren langgestreckten Federraum auf, der mit dem ersten Federarm an dessen radial innerem Ende verbunden und am Käfig befestigt ist. Dieser zweite langgestreckte

ίο Federarm kann fest mit dem Käfig verbunden, z. B. in diesem eingegossen, kann jedoch statt dessen auch lösbar mit dem Käfig verbunden sein, was es ermöglicht, im Bedarfsfalle einzelne Blattfedern auszuwechseln. Zur Erleichterung eines Ein- und Ausbaus sowie zu einer präzisen Abstützung von lösbar mit dem Käfig verbundenen Blattfedern kann der zweite langgestreckte Federarm in Verriegelungseingriff mit einer sich axial und radial erstreckenden Tasche im Käfig stehen.

so in der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt, es zeigt

Fig. 1 einen Umfangsbereich einer erfindungsgemäßen Freilaufkupplung mit verschiedenen Formen

«5 von Federn,

Fig. 2 eine vereinfachte Ansicht ähnlich Fig. 1 einer zweiten Ausführung,

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 einer dritten Ausführung.

Die in Fig. 1 dargestellte Kupplung besteht in bekannter Weise aus einem Außen- und einem Innenring 10 und 11 mit einem dazwischen befindlichen ringförmigen Zwischenraum 12, in dem ein Ring von über den Umfang verteilten Klcmmkörpern 14 angeordnet ist, welche gegenüber Radialebenen geneigt sind und im wesentlichen die dargestellte Lage einnehmen.

Die radial inneren und äußeren Stirnflächen 14a und 14fc der Klemmkörper 14 weisen eine von einem Kreisbogenabschnitt oder von zusammengesetzten Kreisbogenabschnitten gebildete Kontur auf. Die Klemmkörper 14 sind so geneigt, daß die raidale innere Stirnfläche 14a eines jeden Klemmkörpers eine dem Innenring 11 nächstgelegene unter Ecke 14ö' aufweist. Die Gesamtform der Klemmkörper ist so gestaltet, daß, wenn sie eine stärker radiale Lage annehmen, ihre in radialer Richtung gemessene Gesamthöhe zunimmt. Daraus resultiert das Bestreben, die Breite des Zwischenraums 12 zu übersteigen und

sich zur Übertragung eines Drehmoments zwischen beiden Ringen 10, 11 zu verklemmen.

Jedem Klemmkörper 14 ist als Einzelfeder eine Blattfeder 21 zugeordnet. Die Blattfedern weisen einen langgestreckten leichten Blattfederarm 21a auf, der sich von seinem radial inneren Ende unter einem Winkel zur Radialen zu seinem freien, mit dem Klemmkörper 14 in Eingriff stehenden freien Ende nach außen in den Zwischenraum 12 erstreckt. Die Blattfeder 21 übt jeweils eine geringe Kraft /auf ihren Klemmkörper 14 aus, von der eine Komponente radial nach innen gerichtet ist. Die Kraft / drückt die radial innere Stirnrichtung 14a des Klemmkörpers bei Ii in im wesentlichen lineare Berührung mit dem Innenring 11 und ist bestrebt, den Klemmkörper im

wesentlichen um eine Berührungslinie g zwischen der radial äußeren Stirnfläche 14b des Klemmkörpers und dem Außenring 10zu kippen (in Fig. 1 entgegen dem Uhrzeigersinn).

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Bei Freilauf des Innenrings 11 dreht sich dieser in 32« vom Innenuml'ang des Käfigs 131 in Richtung

der durch den Pfeil Y veranschaulichten Richtung. radial nach außen, während die Teilflächen 31 6 und

Die Klemmkörper 14 und der Außenring 10 verblei- 326 im wesentlichen parallel zueinander und radial

ben dabei in Stillstand. Während eines solchen Frei- verlaufen und so eine Kammer begrenzen, die in

laufs des Innenrings findet bei h eine leichte Reibung 5 Schnittebene durch die Kupplungsachse einen jeweils

zwischen diesem und den Klemmkörpern statt, die je- rechteckigen Querschnitt hat und in senkrecht zur

doch ziemlich hohe Flächen-Relativgeschwindigkei- Kupplungsachse liegenden Schnittebenen eine asym-

ten bei h zuläßt. metrische Trichterform aufweist. Dabei vergrößert

Bei Freilauf des Außenringes 10 dreht sich dieser sich die Kammer zu jener Seite der durch die Beriih-

in der durch den Pfeil X veranschaulichten Richtung io rungslinie g des Klemmkörpers hindurchführenden

und nimmt die Klemmkörper 14 und die anderen in Radialebene, die dem Schwerpunkt L des Klemm-

dem Zwischenraum 12befindlichen Teile mit. Nur der körpers abgewandt ist. Die parallelen Teilflächen 31 b

Innenring verbleibt im Stillstand. Der Blattfederarm und 32b liegen entgegengesetzten gebogenen FIa-

21 α jeder Blattfeder 21 wird dabei von der durch den chenteilcn 14d und 14e des Klemmkörpers 14 gegen-

Schwerpunkt / des Blattfederarmes wirkende Zentri- '5 über und halten den Klemmkörper ständig in Um-

fugalkraft C radial nach außen gedrückt mit der Folge, fangsrichtung im Abstand zu jeweils benachbarten

daß die auf den Klemmkörper ausgeübte Federkraft / Klemmkörpern sowie die Kippachse des Klemmkör-

gemindert wird. Dementsprechend vermindert sich pcrsparallel zur Kupplungsachse. Die Teilflächen 31b

die aus der Wirkung der Blattfeder 21 resultierende und 32b haben somit die Funktion eines üblichen Kä-

Berührungskraft bei h. ao figs.

Der Schwerpunkt jedes Klemmkörpers 14 ist mit L In seinen beiden Grenzstellungen kommt der bezeichnet. Dieser Schwerpunkt L ist im Einrück- Klemmkörper mit den Teilflächen 31 6 und 32b bzw. sinne hinter der durch die Berührungslinie g des 32b und 31a der Begrenzungswände 31, 32 in Ein-Klemmkörpers 14 am Außenring 10 verlaufenden, griff. In der ersten Grenzstellung liegt der Klemmkörgedachten Radialebene gelegen, d. h. in Fig. 1 rechts »5 per 14 mit seinem Flächenteil 14d an der Teilfläche im Abstand m von der Radialebene durch g, wenn wie 31 b und mit seinem ebenen Flächenteil 14/ an der in Fig. 1 der Einrücksinn als Kipprichtungspfeil zu Teilfläche 32a. In der zweiten Gienzstellung liegt daverstehen ist, der den Klemmkörper im Gegenuhrzei- gegen der Klemmkörper 14 mil seinem Flächenteil gersinn um seine Berührungslinie g zu kippen sucht 14e an der Teilfläche 326 und sein ebener Flächenteil und sich der Radialebene durch diese Berührungslinie 3» 14g am Flächenteil 31a an, wobei der Blattfederarm von links nach rechts gesehen nähert. Während des 21a zwischen diesen Flächen eingezwängt ist.
Freilaufs des Außenringes 10 erhöht die auf den Die Blattfeder 21 ist dabei in einer sich axial und Klemmkörper wirkende Zentrifugalkraft C die Kraft radial erstreckenden Tasche 35 am Käfig 131 abgebei h in dem Verhältnis^, wobei k der Abstand ge- stützt, und zwar in bezug auf die Drehrichtung X an dachter Radialebenen durch h und g ist. Dieser An- 35 der Hinterseite der Kammer 30. Die Tasche 35 weist stieg wird nun durch Minderung der Kraft bei h in- am Innenumfang des Käfigs angrenzend an die Befolge der Minderung der wirksamen Federkraft / des grenzungsfläche 31 der Kammer 30 eine schlitzartige Blattfederarmes infolge der auf diesen wirkenden Mündung 35a auf und erstreckt sich von dieser zu Zentrifugalkraft C ganz oder teilweise ausgeglichen einem geschlossenen, vergrößerten Ende 35b radial mit dem Ergebnis, daß innerhalb eines auslegungsge- 40 nach außen. Eine teilzylindrische Fläche 35c des Kamäß festzulegenden Drehzahlbereiches während des figs an der Mündung 35a bildet den Übergang zur Freilaufs des Außenringes bei A ein gleichmäßiger, Begrenzungsfläche 31 der Kammer. Die Blattfeder 21 niedriger Anpreßdruck verwirklicht ist, der auf Grund ist U- oder V-förmig ausgebildet und mit einem weiteder dort stattfindenden Reibung die zulässige Außen- ren Blattfederarm 216 versehen, der durch einen abring-Freilaufgeschwindigkeit nicht in unerwünschter 45 gerundeten Teil 21c mit dem Blattfederarm 21a ver-Weise beschränkt. Dennoch stehen die Klemmkörper bunden ist. Der Teil 21c schmiegt sich eng an die 14 in jedem Betriebszustand der Freilaufkupplung Fläche 35c an. Der Blattfederarm 216 ist an seinem kraftschlüssig mit dem Innenring in Berührung. in dem Ende 356 der Tasche 35 verriegelten freien

Die Klemmkörper 14 sind jeweils in einer Kammer Ende mit einem hakenförmigen Teil 21a" versehen.

30 in einem als Ganzes mit 131 bezeichneten und in jo Der Blattfederarm 21a sollte so lang wie möglich

dem Zwischenraum 12 angeordneten ringförmigen ausgebildet sein und kann eine Länge aufweisen, die

Käfig festgelegt. mit derjenigen Teilfläche 31a, gemessen in radialer

Die Kammer 30 weist gegenüberliegende Begren- Richtung nach außen, übereinstimmt. Durch das Vor-

zungsflächen 31 und 32 auf, die in Umfangsrichtung sehen eines langen Armes 21a wird Ermüdungser-

im Abstand zueinander in dem Zwischenraum 12 an- 53 scheinungen am angerundeten Teil 21c entgegenge-

geordnet sind und gemeinsam ein Kippen eines wirkt.

Klemmkörpers in beiden möglichen Kipprichtungen Bei einer rechts in Fig. 3 dargestellten Abwand-

in eine Stellung verhindern, die jenseits einer Grenz- lung weist der dort in der Tasche vorgesehene Blattfe-

stellung liegt, in der die Klemmkörper außer An- derarm 216 einen gebogenen Zwischenteil 21 e auf.

triebseingriff mit dem Innen- und dem Außenring 11 60 der die Blattfeder in der Tasche haltert. In diesem

und 10 gelangen, so daß ein Überkippen und ein Her- Fall ist das geschlossene Ende der Tasche nicht ver-

ausspringen eines Klemmkörpers verhindert ist. Die größert.

Begrenzungsflächen 31 und 32 erstrecken sich in der Bei einer weiteren in Fig. 2 dargestellten Ausbil-

Zeichnung senkrecht zur Zeichenebene und sind je- dung der Blattfeder weist der Blattfederarm 216 einen

weils aus zwei sich entlang einer parallel zur Achse 65 gebogenen Teil 21 e und einen hakenförmigen freien

der Freilaufkupplung verlaufenden Linie schneiden- Endteil 21 α" zum Sichern der Blattfeder in der Tasche

den Teilflächen 31a, 316,32a und 326 zusammenge- auf.

setzt. Zunächst konvergieren die Teilflächen 31a und Der Käfig kann als Guß- oder Spritzteil aus Kunst-

stoff ausgebildet sein, jedoch auch aus Metall bestehen. Zweckmäßig besteht er aus mit Glasfiber und Graphit versetztem Nylon. In dem Käfig können die Blattfederarme 21b der Blattfedern 21 auch eingegossen sein, jedoch ermöglicht eine lösbare Festlegung ein leichteres Auswechseln. Die Verwendung gesonderter Blattfedern ermöglicht ferner eine Anpassung an eine leichte, infolge längeren Gebrauchs eintretende Exzentrizität zwischen dem Innen- und dem Außenring. Fig. 3 zeigt eine Ausbildung, bei der der Käfig 45 aus einem zylindrischen Ring mit einer sich über den Umfang erstreckenden Reihe von Fensteröffnungen besteht, in denen abwechselnd jeweils bei 46 Einsätze 47 angebracht sind, welche in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnet, gegenüberliegende Begrenzungsflächen 48, 49 von Kam

mern 50 bilden, die Klemmkörper 14 lose in siel· aufnehmen. Dabei ist jeweils ein Klemmkörper in jeder der freien Fensteröffnungen 51 des Käfigringe; angeordnet.

Die Einsätze 47 können aus extrudierten Kunststoffabschnitten gebildet oder einzeln gegossen sein. Jeder Einsatz weist eine flanschartige Nase 47a auf. die für ein Zusammendrücken in Umfangsrichtung und Durchzwängen der Nase durch die Fensteröffnung 46 mit einem in axialer Richtung verlaufenden Einschnitt 47/) versehen ist. Der Käfigring 45 besteht zweckmäßig aus Metall. Die Anordnung der Blattfedern 21 ist auch bei einer solchen Käfigausführung wie oben beschrieben, wobei in diesem Falle die Ta-

• 5 sehen zur Fcderfestlegung in den Einsätzen ausgebildet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Freilaufkupplung, bestehend aus einem Innen- und einem Außenring und einem in einem ringförmigen Zwischenraum zwischen diesen angeordneten Käfig mit in diesem angeordneten Klemmkörpern, welche am Innen- und am Außenring etwa linienförmig anliegen und je um eine zur Kupplungsachse parallele Achse begrenzt kippbar sind, wobei der Schwerpunkt eines jeden Klem.Tikörpers im Einrücksinne hinter der durch die Anlagelinie des Klemmkörpers am Außenring verlaufenden, gedachten Radialebene gelegen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die »5 Klemmkörper (14) in an sich bekannter Weise durch Einzelfedern (21) im Einrücksinne angefedert sind und die jedem Klemmkörper zugeordnete, diesen um seine die Kippachse bildende Berührungslinie (g) am Außenring (10) unter steter ^a0 Berührung des Innenrings (11) zu kippen bestrebte Feder einen langgestreckten leichten, an seinem radial inneren Ende am Käfig (131, 45) verankerten, sich unter einem Winkel zur Radialen erstreckenden Blattfederarm (21a) umfaßt, ^a5 der auf seinen Klemmkörper mit einer radial einwärts gerichteten, sich unter Einwirken der bei Freilauf des Außenrings auftretenden Zentrifugalkraft (c) mindernden Federkraftkomponente einwirkt. 3<>

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (21) als U- oder V-förmige Blattfeder ausgebildet ist und einen weiteren langgestreckten Feder?rm (21/») aufweist, der mit dem ersten Federarm (21«) an dessen radial innerem Ende verbunden und am Käfig (131, 45) befestigt ist.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite langgestreckte Federarm (21/)) fest mit dem Käfig (131, 45) verbunden, z. B. in diesen eingegossen ist.

4. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite langgestreckte Federarm (21Λ) lösbar mit dem Käfig (131, 45) verbunden ist.

5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite langgestreckte Federarm (21ft) in Verriegelungseingriff mit einer sich axial und radial erstreckenden Tasche (35) im Käfig (131) steht.