DE2231965C3

DE2231965C3 - Klemmkörper-Freilaufkupplung

Info

Publication number: DE2231965C3
Application number: DE2231965A
Authority: DE
Inventors: Daniel Choisy-Le-Roi Hein; Pierre De Paris Lacroix De Lavalette
Original assignee: SKF Compagnie dApplications Mecaniques SA
Current assignee: SKF Compagnie dApplications Mecaniques SA
Priority date: 1971-06-29
Filing date: 1972-06-29
Publication date: 1978-09-21
Also published as: CA970300A; GB1365749A; FR2144067A5; JPS51647B1; DE2231965B2; ES404357A1; SE387420B; DE2231965A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Klemmkörper-Freilaufkupplung mit zylindrischen konzentrischen Gleitbahnen und mit Klemmkörpern, die mit Hilfe von zumindest einem zylindrischen Käfig und einer elastischen Vorrichtung in Berührung mit den Gleitbahnen gehalten werden und die zwei jeweils mit einer Gleitbahn in Berührung stehende zylindrische Oberflächen aufweisen, wobei die Achsen der zylindrischen Oberflächen jedes Klemmkörpers und die gemeinsame Achse der beiden Gleitbahnen Erzeugungslinien eines Kreis-Zylinders sind.

Bei derartigen Klemmkörper-Freilaufkupplungen wird das Drehmoment von einer Gleitbahn zur anderen über Reibungskräfte übertragen, die an den Berührungsstellen zwischen den Klemmkörpern und den beiden Gleitbahnen entstehen. Bei Betrachtung eines Querschnittes eines derartigen Klemmkörpers wird im allgemeinen der Klemmwinkel als der Winkel zwischen der Senkrechten zur Gleitbahn und der Geraden definiert, die die beiden jeweils auf der inneren Gleitbahn und der äußeren Gleitbahn gelegenen Berührungspunkte verbindet. Damit die Klemmkörper-Freilaufkupplung das gewünschte Drehmoment tatsächlich überträgt, ist es entsprechend bekannter mechanischer Prinzipien erforderlich, daß der Tangens des Klemmwinkels kleiner ist als der Reibungskoeffizient, der im trockenen Zustund nur von der ausgeübten senkrechten Kraft und der An der miteinander in Berührung stehenden Oberflächen abhängt Im häufigsten Fall, in dem die Gleitbahnen und die Klemmkörper aus gehärtetetem Stahl bestehen, zeigt die Erfahrung, daß der Klemmwinkel 7° nicht überschreiten darf, wenn eine wirksame Klemmung der Klemmkörper erreicht werden soll. Andererseits wird, wenn sich der Klemmwinkel verringert, der auf die Oberflächen der Gleitbahnen ausgeübte Druck erhöht Im Grenzfall, in dem der Klemmwinkel gegen 0 geht, entsteht ein unendlich großer Druck auf die Gleitbahnen, was eine Zerstörung dieser Gleitbahnen beim Klemmen hervorruft

Bei bekannten Freilaufkupplungen ändert sich der Klemmwinkel in Abhängigkeit von dem Kippen der Klemmkörper oder von ihrer »Höhe«, die als der Abstand definiert ist, der die beiden Berührungspunkte trennt Dadurch ändert sich der auf die Gleitbahnen ausgeübte Druck in Abhängigkeit von der Neigung der Klemmkörper und es müssen zur Vermeidung eines Gleitens der Klemmkörper relativ kleine nominelle Klemmwinkel derart gewählt werden, daß sichergestellt ist, daß nicht der Wert überschritten wird, bei dem keine Klemmung mehr erfolgt Auf Grund unvermeidbarer Ungenauigkeiten bei der Fertigung der Gleitbahnen und der Berührungsflächen der Klemmkörper kann weiterhin der nominelle Klemmwinkel nicht auf einem vorherbestimmten Wert gehalten werden, und es ist erforderlich, eine ausreichende Spanne vorzusehen, damit der Klemmwinkel unabhängig von den Toleranzen der verwendeten Bauteile immer kleiner als sein maximaler Wert bleibt

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bereits eine Klemmkörper-Freilaufkupplung der eingangs genannten Art bekannt (britische Patentschrift 6 11 545), bei der die Mittelpunkte der zylindrischen Oberflächen der Klemmnocken seitlich versetzt auf beiden Seiten des geometrischen Mittelpunktes angeordnet sind. Diese Mittelpunkte liegen weiterhin auf einem Teilkreis, dessen Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Gleitbahnen zusammenfällt. Durch diese Ausgestaltung wird eine Verringerung der Änderung des Klemmwinkels bei einem Kippen der Klemmkörper verringert, doch ergibt sich immer noch eine erhebliche Änderung des Klemmwinkels.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Klemmkörper-Freilaufkupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Klemmwinkel auf einem praktisch konstanten Wert gehalten wird, so daß der Klemmwinkel in einem größeren Bereich gewählt werden kann und eine bessere Wirkungsweise und eine geringere Abnutzung der Gleitbahnen erreicht wird, ohne daß Herstellungstoleranzen große Einflüsse auf den Wert des Klemmwinkels haben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine diametrale Ebene dieses Kreiszylinders durch die Ebene definiert ist, die die gemeinsame Achse der beiden Gleitbahnen und die Achse der mit der inneren Gleitbahn in Berührung stehenden zylindrischen Oberfläche einer der Klemmkörper enthält, derart, daß die Senkrechte auf die äußere Gleitbahn im Berührungspunkt mit der zylindrischen äußeren Oberfläche des Klemmkörpers die die Achsen der zylindrischen Oberflächen jedes Klemmkörpers verbindende Gerade unter einem rechten Winkel an einem Punkt schneidet, der der Achse der zylindrischen äußeren Oberfläche entspricht.

Durch diese Ausgestaltung der Klemmkörper-Freilaufkupplung wird eine wesentliche Verringerung der

Änderung des Klemmwinkels erzielt, so daß von einem praktisch konstanten KJemmwinkel gesprochen werden kann, selbst wenn bei der Herstellung der die Gleitbahnen bildenden Teile und der Klemmkörper große Toleranzen auftreten. Auf diese Weise kann für den nominellen KJemmwinkel ein besonders hoher Wert gewählt werden, der bis zu 6° und in jedem Fall größer als 4° sein kann, wodurch ausgezeichnete Drehmoment-Übertragungen durch das Klemmen erreicht werden und wobei in jedem Fall die Abnutzung der Gleitbahnen begrenzt ist.

Eine weitere Verringerung der Abnutzung der Gleitbahnen ist dadurch erzielbar, daß der Krümmungsradius der mit der äußeren Gleitbahn in Berührung stehenden Klemmkörperoberfläche kleiner als der Krümmungsradius der mit der inneren Gleitbahn in Berührung stehenden Klemmkörperoberfläche derart ist, daß die Drücke in den Berührungsbereichen beim Klemmen gleich sind. Auf diese Weise wird der Hei tzsche Druck, der bei der Berührung zwischen zwei zylindrischen Oberflächen ausgeübt wird ut.d von der Summe oder der Differenz der Reziprokenkrümmungsradien dieser beiden Oberflächen abhängt, an beiden Berührungsflächen gleich, so daß vermieden wird, daß eine der beiden Gleitbahnen schneller abgenutzt wird als die andere.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform der Klemmkörper-Freilaufkupplung, wobei die Seitenflächen der Klemmkörper vereinfacht dargestellt sind,

F i g. 2 zwei aufeinanderfolgende Stellungen des Klemmkörpers der Klemmkörper-Freilaufkupplung nach Fig. 1.

Wie es in F i g. 1 dargestellt ist, steht der Querschnitt des Klemmkörpers 1 der Ausführungsform der Freilaufkupplung über die zylindrischen Oberflächen 2 und 3 mit einer äußeren Gleitbahn 4 bzw. einer inneren Gleitbahn 5 in Berührung. Die Seitenflächen 6 und 7 des Klemmkörpers t sind zur Vereinfachung der Zeichnung stilisiert und durch Ebenen ersetzt

Die beiden Gleitbahnen 4 und 5 sind in F i g. 1 durch konzentrische Kreise dargestellt, deren Mittelpunkt außerhalb der Zeichnung liegt, da die Radien der beiden Kreise sehr groß sind. Die Berührungsflächen 2 und 3 des Klemmkörpers 1 sind in gleicher Weise in der Figur durch Kreise dargestellt, deren Mittelpunkte 2a bzw. 3a und deren Radien 2b bzw. 3b sind.

Wenn der Klemmkörper 1 sich mit den Gleitbahnen 4 und 5 in Berührung befindet und wenn die auf die Antriebsvorrichtung ausgeübten Kräfte sehr klein sind, so ist die Berührung zwischen den Rächen 2 und 3 und den Gleitbahnen 4 und 5 linienförmig.

Aus F i g. 1 ist zu erkennen, daß die Berührung an den Punkten 8 und 9 erfolgt. Der Klemmwinkel V ist somit zwischen der Senkrechten in Punkt 9 auf der Gleitbahn 5 und der die Berührungspunkte 8 und 9 verbindenden Geraden definiert.

Wenn der Klemmkörper kippt, d. h. während der Übertragung eines Drehmomentes zwischen Gleitbahnen 4 und 5, verformen sich die Berührungsflächen 2 und 3 sowie die Gleitbahnen 4 und 5 elastisch in einem Bereich, der die Berührungspunkte 8 und 9 umgibt.

Aus F i g. i ist zu erkennen, daß der Klemmwinkel V geometrisch mit dem Winkel Λ verbunden ist, der zwischen den Senkrechten auf den Gleitbahnen 4 und 5 in den Punkten 8 und 9 gebildet ist. Der Tangens des Winkels V ist tatsächlich gleich dem Tangens des Winkels A mal einem konstanten Proportionalkoeffizienten, der nur von den Krümmungsradien der beiden Gleitbahnen 4 und 5 abhängt.

Wenn R₂ der Radius der inneren Gleitbahn und R\ der Radius der äußeren Gleitbahn ist, so kann leicht gezeigt werden, daß

Um jede Änderung des Klemmungswinkels V bei einem Kippen des Klemmkörpers 1 zu vermeiden, ist es somit vorteilhaft, den Mittelpunkt 2a der Berührungsfläche 2 in den Berührungspunkt zwischen der Senkrechten auf der Gleitbahn 4 in Punkt 8 und dem Kreis mit dem Mittelpunkt 3a und einem Radius zu legen, der gleich dem die Mittelpunkte 2a und 3a trennenden Abstand ist

Auf diese Weise ergibt ein Kippen des Klemmkörpers keine Änderung des Winkels A, und der Klemmwinkel V, der mit dem Winkel A verknüpft ist, ändert sich nicht.

2"> In der Praxis kann somit gesagt werden, daß der Klemmwinkel sich für eine relativ kleine Änderung der Neigung des Klemmkörpers gegenüber seiner Ausgangsstellung nicht ändert.
Damit diese Bedingung erfüllt ist, ist es erforderlich

jo und ausreichend, daß die Senkrechte im Punkt 8 auf der Gleitbahn 4 im Punkt 2a senkrecht zur Geraden zwischen 2a und 3a steht.

Wenn mit ßder Winkel zwischen der Senkrechten im Punkt 9 auf der Gleitbahn 5 und der Geraden zwischen

j) 2a und 3a definiert ist, so kann geschrieben werden:

3n la _ 3<; 12
sin Λ ~ sin(/l + S)

4(i Aus der Gleichung (2) kann die Änderung des Winkels A, d. h. die Änderung des Winkels V in Abhängigkeit von der Änderung des Winkels B abgeleitet werden, der die Neigung des Klemmkörpers darstellt:

d/4 _ KcosjA ι- ß)

dß ~ cos A - K ■ cos (A + B) '

Es ist somit zu erkennen, daß die Änderung des Winkels A 0 ist, wenn A + B= 90° ist, was bedeutet, daß w die Senkrechte in Punkt 8 auf der Gleitbahn 4 in Punkt 2a senkrecht zur Geraden zwischen 2a und 3a steht.

Die Tatsache, daß die Senkrechte in Punkt 8 auf der

Gleitbahn 4 die Tangente an einem Kreis ist, dessen Mittelpunkt bei 3a liegt und dessen Radius gleich dem Abstand ist, der die Mittelpunkte 2a und "ic trennt, kann auch auf andere Weise ausgedrückt werden.

Geometrisch ist es tatsächlich !eicht zu erkennen, da" das vorstehende Ergebnis in gleicher Weise erzielt wird, wenn die Mittelpunkte 2a und 3a auf einem Kreis liegen, bo dessen Durchmesser der Abschnitt der Geraden ist, dir den Mittelpunkt 3a mit dem gemeinsamen Mittelpunkt 12 der beiden Gleitbahnen 4 und 5 verbindet.

Im Ergebnis kann man sagen, daß die durch dir Punkte 2a und 3a gebildeten Achsen d·,··- />lind: isehe:. ι,-, Berührungsflächen 2 und 3 und die gemeinsame Au'isv der beiden Gleitbahnen, die dureh den Punkt 12 gebildet wird, Erzeugungslinien eines Z\lmdcrs 10 sind, von dem eine diametrale Ebene durch die Achse der Gleitbahnen

4 und 5 und die Achse der Oberfläche 3 definiert ist, die mit der inneren Gleitbahn 5 in Berührung steht.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform in schematischer Weise. In dieser Figur ist ein Klemmkörper 1 dargestellt, der mit dem Klemmkörper nach Fig. 1 identisch ist. Der Klemmkörper 1 steht im Punkt 8 mit inneren äußeren Gleitbahn 4 und dem Punkt 9 mit der inneren Gleitbahn 5 in Berührung.

In dieser Stellung ist die Senkrechte im Punkt 8 auf der äußeren Gleitbahn senkrecht zur Geraden zwischen den Punkten 2a und 3a, d. h., sie bildet eine Tangente an dem Kreis mit dem Mittelpunkt 3a und dem Radius, der dem Abstand zwischen den Punkten 2a und 3a entspricht. Der Klemmwinke! ist Vi, der Aι entspricht.

Zu Erläuterungszwecken sei angenommen, daß sich der Klemmkörper 1 um den festen Punkt 3a dreht, indem er auf der inneren Gleitbahn 5 abrollt, wobei der Berührungspunkt immer mit 9 bezeichnet ist.

Die Oberfläche 2 des Klemmkörpers verschiebt sich damit in die Stellung 23, in der sie sich theoretisch im Punkt 83 mit der äußeren Gleitbahn 43 in Berührung befindet.

In Wirklichkeit ist es verständlich, daß sich die innere und die äußere Gleitbahn in den Berührungsbereichen elastisch verformen.

Aus F i g. 3 ist zu erkennen, daß sich der Mittelpunkt 2a in die Stellung 24 verschiebt, die immer noch auf dem Kreis mit dem Mittelpunkt 3a und dem Radius liegt, der der Strecke zwischen den Punkten 2a und 3a entspricht.

Es ist verständlich, daß auf Grund der Tatsache, daß in der ersten Stellung die Senkrechte im Punkt 8 auf der Gleitbahn 4 eine Tangente an den Kreis mit dem Mittelpunkt 3a ist. die Änderung der Lage des Mittelpunktes 2a bis zum Punkt 24 nur eine sehr geringe Änderung des Winkels A ergibt, der vom Wert A\ zum Wert. Ai übergeht. Der Klemmwinkel V₇ ist praktisch gleich dem Klemmwinkel V\.

Zur Erzielung eines gleichen maximalen Druckes in den Berührungsbereichen, die die Punkte 8 und 9 beim Klemmen umgeben, d. h. beispielsweise bei der Verschiebung der der äußeren Gleitbahn 4 gegenüber der inneren Gleitbahn 5 in einem dem Pfeil 11

in entgegengesetzten Sinn wird der Radius 2f> der Berührungsfläche 2 kleiner gewählt als der Radius 3f der Berührungsfläche 3 der Klemmnocke 1. Die verschiedenen Werte dieser Radien werden vorteilhafterweise derart gewählt, daß der Hertzsche Druck füt

ι i die beiden Gleitbahnen 4 und S gleich ist.

Als Beispiel kann ein Ausführungsbeispiel die folgenden Maße aufweisen:

Strecke 2a—3a = 2 mm
'η Radius Ri = 36 mm
Radius 3b = 4 mm
Anfangswert von A = 1°
Radius Rt = 443 mm

2; Unter diesen Bedingungen ergibt sich eine Änderung des Klemmwinkels von 0,5° für eine Neigung de· Klemmkörpers um 10°.

Zum Vergleich sei angegeben, daß ein Kicmmkörpci von bekannter Art, bei dem der Winkel A + B zi

in Anfang ungefähr gleich 45° ist, eine Änderung de; Klemmwinkels um 2°, d. h, eine vierfach größert Änderung für die gleiche Neigung des Klemmkörper! 10° ergibt.

Hier/u 2 Bhitt Zeiclimitmen

Claims

Patentansprüche:

1. Klemmkörper-Freilaufkupplung mit zylindrischen konzentrischen Gleitbahnen und mit Klemmkörpern, die mit Hilfe von zumindest einem zylindrischen Käfig und einer elastischen Vorrichtung in Berührung mit den Gleitbahnen gehalten werden und die zwei jeweils mit einer Gleitbahn in Berührung stehende zylindrische Oberflächen aufweisen, wobei die Achsen der zylindrischen Oberflächen jedes Klemmkörpers und die gemeinsame Achse der beiden Gleitbahnen Erzeugungslinien eines Kreis-Zylinders sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine diametrale Ebene dieses Kreiszylinders durch die Ebene definiert ist, die die gemeinsame Achse (12) der beiden Gleitbahnen (4,

5) und die Achse (3a) der mit der inneren Gleitbahn (5) in Berührung stehenden zylindrischen Oberfläche (3) einer der Klemmkörper enthält, derart, daß die Senkrechte auf die äußere Gleitbahn (4) im Berührungspunkt (8) mit der zylindrischen äußeren Oberfläche (2) des Klemmkörpers (3) die die Achsen (2a, 3a) der zylindrischen Oberflächen (2, 3) jedes Klemmkörpers (3) verbindende Gerade (2a, 3a^ unter einem rechten Winkel an einem Punkt schneidet, der der Achse (2a) der zylindrischen äußeren Oberfläche (2) entspricht.

2. Klemmkörper-Freilaufkupplung nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsra- j₍₎ dius der mit der äußeren Gleitbahn (4) in Berührung stehenden Klemmkörperoberfläche (2) kleiner ist als der Krümmungsradius der mit der inneren Gleitbahn (5) in Berührung stehenden Klemmkörperoberfläche (3) derart, daß die Drücke in den 3-, Berührungsbereichen beim Klemmen gleich sind.