DE2446518B2 - Käfig für Klemmkörper-Freilaufkupplungen - Google Patents
Käfig für Klemmkörper-FreilaufkupplungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Käfig für Klemmkörper-Freilaufkupplungen
der im Oberbegriff des An-SDruchs 1 beschriebenen Art.
Bei einem bekannten derartigen Käfig für Klemmkörper-Freilaufkupplungen
(DE-OS 2027763) kann durch Verringerung der Druckkraft zwischen jedem
Klemmkörper und dem Innenring der Kupplung bzw. durch Verringerung des Druckanstiegs zwischen jedem
Klemmkörper und dem Innenring bei Freilauf des Außenrings die zulässige Freilaufgeschwincligkeit
des Außenrings in bezug auf die Freilaufgeschwindigkeit des Innenrings vergrößert bzw. verbessert werden.
Die Klemmkörper werden hierbei durch die ihnen jeweils zugeordnete Einzelfeder im Einrücksinne
angefedert. Der Anpreßdruck der Klemmkörper am Innenring bei Freilauf des Außenrings ergibt sich dabei
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 Einzelfeder erzeugte zweite Teilkomponente für den Anpreßdruck mit
wachsender Freilaufdrehzahl des Außenrings abnimmt. Dies ermöglicht es, den Klemmkörpern über
die ihnen zugeordneten Einzelfedern einen Anpreßdruck zu vermitteln, wie er bei Stillstand des Außenrings
und niedrigen Freilaufdrehzahlen desselben er-
wünscht ist, andererseits jedoch den Anpreßdruck auch bis hin zu verhältnismäßig hohen Freilaufdrehzahlen
des Außenrings auf einem gleichmäßigen und niedrigen Wert zu halten, bei dem nur geringe Erwärmung
und Verschleiß eintreten. Bei diesem, eine ver-
besserte Freilaufgeschwindigkeit des Außenrings in bezug auf die Freilaufgeschwindigkeit des Innenrings
aufweisenden Käfig, sind die Einzelfedern in der Weise zwischen den in den Käfigausnehmungen angeordneten
Klemmkörpern angeordnet, daß eine ge-
genseitige Anlage benachbarter Klemmkörper unter keinen Betriebsbedingungen möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Käfig der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei
dem unter Beibehalt seiner Vorteilhaftigkeit hinsichtlieh
einer verbesserten Freilaufgeschwindigkeit des Außenrings in bezug auf die Freilaufgeschwindigkeit
des Innenrings ein Überspringen der Klemmkörper durch Begrenzung der Kippbewegung in der Antriebsphase der Kupplung vermieden ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, daß bei
dieser Ausgestaltung die Ausnehmungen gegeneinander axial versetzt im Käfig angeordnet sind, sind durch
den damit einhergehenden axialen Versatz der
r>o Klemmkörper und der Einzelfedern Anlageflächen
der Klemmkörper in Bereichen zwischen den Einzelfedern geschaffen, die zur Begrenzung der Kippbewegung
der Klemmkörper herangezogen werden können, um sie in der Antriebsphase der Kupplung in
gegenseitige Anlage zu bringen.
Es ist zwar schon ein Käfig für Klemmkörper-Freilaufkupplungen bekannt (GB-PS 1079 599), bei dem
benachbarte Klemmkörper zur Verhinderung eines Uberspringens in gegenseitige Anlage gelangen kön-
bo nen, jedoch erfolgt hierbei die Anfederung der
Klemmkörper nicht durch Einzelfedern, sondern durch ein Paar paralleler, in sich geschlossener, ringförmiger
Schraubenfedern, die seitlich bzw. an den axialen Enden der Klemmkörper angreifen.
b5 In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Käfig von zwei seitlich aneinandergrenzend vereinigten Ringteilen gebildet sein, die lösbar vereinigt und durch Federclips in gegenseitiger Verbindung gehal-
b5 In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Käfig von zwei seitlich aneinandergrenzend vereinigten Ringteilen gebildet sein, die lösbar vereinigt und durch Federclips in gegenseitiger Verbindung gehal-
ten siein können. Hierbei können die beiden Ringteile ineinandergreifende Bereiche zur Winkelzentrierung
sowie ferner ineinandergreifende Bereiche zur gegenseitig konzentrischen Zentrierung aufweisen.
In besonders einfacher Weise können die beiden Ringteile von Guß- bzw. Spritzformkörpern gebildet
sein oder solche umfassen, wobei die Formkörper aus Kunststoff bestehen können.
Ferner können die Klemmkörper und der Käfig Verriegelungsbereiche aufweisen, die in Abwesenheit
von Kupplungsringen mittels der Federn in gegenseitigen Verriegelungseingriff überführbar sind. Die
Verriegelungsbereiche verhindern sodann eine radial nach innen gerichtete Verschiebung der Klemmkörper
in bezug auf den Käfig.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Stirnansicht eines Käfigs für Klemmkörper-Freilaufkupplungen,
Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeils 2 aer
Fig. 1,
Fig. 3 einen Teilbereich einer Stirnansicht in größerem Maßstab, aus der ein Bereich des Käfigs, drei
der Klemmkörper und zwei Federn ersichtlich sind,
Fig. 4 eine Stirnansicht: eines der Klemmkörper, die sämtlich identisch ausgebildet sind,
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine der Federn, die sämtlich identisch ausgebildet sind,
Fig. 6 eine Ansicht in Richtung des Pfeils 6 in Fig. 3,
Fig. 7 einen Querschnitt nach der Linie A-A in Fig. 3,
Fig. 8 einen Querschnitt nach der Linie B-B in Fig. 3,
Fig. 9 eine Stirnansicht entsprechend Fig. 3 in kleinerem Maßstab, die dein teilweise in Fig. 3 veranschaulichten
Käfig insgesamt zeigt.
Fig. 10 eine Stirnansicht eines Bereichs eines weiteren Käfigteils,
Fig. 11 eine Ansicht in Richtung des Pfeils 11 in Fig. 10,
Fig. 12 einen Querschnitt nach der Linie A-A in Fig. 10,
Fig. 13 einen Querschnitt nach der Linie B-B in Fig. 10,
Fig. 14 eine Stirnansicht entsprechend Fig. 10 in kleinerem Maßstab, die den bereichsweise in Fig. 10
veranschaulichten Käfigteil insgesamt zeigt, und
Fig. 15 bereichsweise eine Reihe benachbarter Paare von Klemmkörpern in einem Käfig, der in einem
Ringraum zwischen konzentrischen, inneren und äußeren zylindrischen Laufflächen eines Innen- und
eines Außenrings einer Freilaufkupplung angeordnet ist, wobei die verschiedenen Stellungen der Klemmkörper
zur Darstellung kommen.
Wie sich zunächst aus Fig. 15 der Zeichnung ergibt, besteht die Freilaufkupplung aus einem Außenring 10
und einem Innenring 11, wobei in dem ringförmigen Zwischenraum 12 zwischen den einander gegenüberliegenden
zylindrischen Flächen des Innen- und Außenrings Klemmkörper S ringförmig in Umfangsrichtung
angeordnet und in bezug auf die Radialebenen im wesentlichen in der in vollen Linien veranschaulichten
Stellung für eine normale Drehmomentübertragung zwischen dem treibenden und dem getriebenen
Laufring geneigt bzw. gekippt sind. Die in gestrichelten Linien veranschaulichte Stellung der
Klemmkörper stellt deren Kippyenzstellung in der Antriebsphase der Kupplung dar, während die in
strichpunktierten Linien wiedergegebene Stellung der Klemmkörper deren Kippgrenzstellung im entgegengerichteten
Sinn zeigt, wie sie unter bestimmten Bedingungen während einer Freilaufphase der Kupplung
auftreten kann.
Die radial inneren und äußeren Stirnflächen 20 und 22 der Klemmkörper sind konvex und in der Weise
ίο ausgebildet, daß in der normalen, drehmomentübertragenden
Stellung der Klemmkörper die radial innere Stirnfläche eines jeden Klemm körpers eine untere
Kante 24 aufweist. Beim Bestreben der Klemmkörper, eine exaktere Radialstellung einzunehmen,
nimmt ihre Gesamthöhe zu. Hieraus resultiert das Bestreben der Klemmkörper, die Breite des Zwischenraums
12 zu übersteigen, wodurch die Klemmkörper zwischen den Kupplungsringen zur Antriebsübertragung
verklemmt bzw. verkeilt werden.
Für jeden Klemmkörper ist eine Einzelfeder 26 vorgesehen, die die Klemmkörper in leichte Berührung
mit dem Innen- und Außenring drücken, wenn diese stationär sind. Jede Feder besitzt einen langgestreckten
Arm 28 von geringem Gewicht, der an einem
radial inneren Ende verankert ist und nach außen in den Zwischenraum 12 mit einem Winkel zur Radialebene
zu seinem anderen freien Ende verläuft, welches am Klemmkörper angreift. Der Arm 28 übt
somit eine kleine Kraft auf den Klemmkörper im Zwi-
jo schenraum 12 aus, die eine radial nach innen gerichtete
Komponente besitzt. Hierdurch wird die Stirnfläche 20 des Klemmkörpers in eine im wesentlichen
linienförmige Berührung mit dem Innenring 11 auf einer in axialer Richtung der Kupplung verlaufenden
Linie gedrückt, wobei die Kraft der Feder bestrebt ist, den Klemmkörper um eine im wesentlichen linienförmige
Berührungszone zwischen se...„r Stirnfläche 22 und dem Außenring 10 zu kippen, die sich ebenfalls
in Axialrichtung der Kupplung erstreckt.
Die Freilaufbewegung des Innenrings erfolgt in Richtung des Pfeils Y, und die Klemmkörper, der
Klemmkörperkäfig und die Federn bleiben sämtlich stationär, falls sich der Außenring dann im Stillstand
befindet. Zwischen den Klemmkörpern und dem Innenring findet eine leichte Reibung statt.
Die Freilaufbewegung des Außenrings erfolgt in Richtung des Pfeils A" unter Mitnahme der Klemmkörper,
des Käfigs und der Federn. Nur der Innenring kann stationär bleiben. Der Arm 28 einer jeden Feder
so wird durch die im Schwerpunkt des Federarms wirkende Zentrifugalkraft nach außen gdrückt und so die
auf den zugehörigen Klemmkörper einwirkende Federkraft des Federarms 28 vermindert. Der Schwerpunkt
jedes Klemmkörpers ist so gelegt, daß er bei einer Freilaufbewegung des Außenrings nahe oder auf
einer Radiallinie durch die Berührungslinie der äußeren Stirnfläche 22 des Klemmkörpers mit dem Außenring
10 liegt. Dadurch wird der Reibungsdruck zwischen dem Klemmkörper und dem Innenring bei
bo Freilauf des Außenrings geringfügig erhöht. Diese Erhöhung
wird durch die Verringerung der Federkraft durch die auf den Federarm wirkende Zentrifugalkraft
bei Freilauf des Außenrings ausgeglichen. Die vorstehend ν« egen des besseren Verständnisses beschriebene
Freilaufkupplung bildet für sich nicht Gegenstand der Erfindung.
Wie nun an Hand der Fig. 1 bis 14 beschrieben wird, sind die Klemmkörper 5 jeweils lose in fenster-
artigen Ausnehmungen 42 in einem als Ganzes mit 40 bezeichneten ringförmigen Käfig angeordnet, der
seinerseits im Zwischenraum 12 angeordnet ist. Die Ausnehmungen öffnen sich radial nach innen und radial
nach außen, und zwar radial nach außen durch einen Umfangsring von Einzelöffnungen 44, wobei die
äußeren Enden der Klemmkörper in den radial äußeren Öffnungen 44 für die Klemmkörperkippbewegung
aufgenommen und geführt sind. Der Käfig umfaßt axial mit Abstand voneinander angeordnete Stirnwände
46 und sich quer zwischen diesen an deren Außenumfang erstreckende Querstücke 50, die die Öffnungen
44 begrenzen. Innerhalb jeder Stirnwand sind Federbefestigungen 54 örtlich begrenzt an diesen in
der Weise gehalten, daß sie axial gerichtete Flächen 58 für einen Eingriff mit benachbarten axialen Stirnflächen
abwechselnder Klemmkörper darbieten. Jeder Befestigungskörper 54 besitzt einen geraden
Schlitz 60, der vom inneren zum äußeren Umfang des Käfigs unter einem kleinen Winkel zur Radialebene
verläuft und sich auch an der Fläche 58 öffnet. In jedem Schlitz 60 (vgl. Fig. 3) ist eine Feder 26 angeordnet.
Die Feder besitzt U-Form mit einem weiteren Federarm 29, der durch einen abgerundeten Bereich 31
mit dem Federarm 28 vereinigt ist. Der Arm 29 ist leicht gebogen und durch Federklemmung im Schlitz
60 festgelegt, wobei der abgerundete Bereich 31 eng passend an einem entsprechend bogenförmigen Bereich
des Befestigungskörpers 54 anliegt. Der Federarm 28 erstreckt sich somit vom Innenumfang des Käfigs
nach außen und besitzt eine solche Länge, daß er nahezu vollständig entlang der sich in Umfangsrichiung
erstreckenden Fläche 59 des Befestigungskörpers 54 zur radial inneren Fläche des benachbarten
Querstücks 50 verläuft, wenn er zur Anlage an der Fläche 59 voll ausgelenkt ist.
Die Feder 26 besitzt eine axiale Breite, die etwa geringer als die axiale Tiefe ihres Befestigungsschlitzes
60 ist, und ist daher auf eine Seite des Käfigs beschränkt, um am zugehörigen Klemmkörper örtlich
an einer Seite anzugreifen.
Die radial äußeren Enden der Klemmkörper 5 sind mit konvex gekrümmten seitlichen Lagerflächen 70
versehen, deren Radien bzw. Bogen an den in Umfangsrichtung verlaufenden ebenen und parallel einander
gegenüberliegenden Flächen der öffnungen 44 gleiten. Die Klemmkörper besitzen eine Querschnittsform
in radialen Ebenen, die einen eingeschnürten Bereich zwischen einander gegenüberliegenden
Hohlrundungen 72 und 74 in der in Umfangsrichtung vorauslaufenden bzw. nachlaufenden
Seite der Klemmkörper aufweist. Die vorauslaufcnde Seite jedes Klemmkörpers weist einen einstükkigcn,
nach vorn vorspringenden Bereich bzw. eine Nase 76 auf, die eine ebene Querberührungsfläche
78 darbietet, die im wesentlichen in radialer Richtung von der Ecke 24 zur Hohlrundung 72 verläuft und
eine in Umfangsrichtung vordere Fortsetzung des Klemmkörpers von beträchtlichem Ausmaß darstellt.
Die Verlängerung "'»erstreckt sich über das Axialmaß des Klemmkörpers und hat radial nach außen eine
beträchtliche Höhe. Die Fläche 78 ist daher verhältnismäßig groß und stellt eine Anschlag- bzw. Berührungsfläche
zur Verhinderung eines Übcrspringcns der Klemmkörper dar.
Die gegenüberliegende, in Umfangsrichtung nach hinten weisende Seite des Klcmmkörpcrs ist mit einer
cinslückigen, nach rückwärts gerichteten Vcrlängc-
rung 82 in Form eines massiven Ansatzes verschen, dessen Umriß winkelförmig verläuft, indem eine radial
nach außen gerichtete Fläche 83 nach unten von der Hohlrundung 74 ausgeht und sich daran eine radial
nach innen gerichtete Fläche 84 bis zu einer Linie in der Nähe der radial inneren Endfläche des Klemmkörpers
anschließt. Die Verlängerung 82 besitzt wiederum in Umfangsrichtung nach hinten ein beträchtliches
Ausmaß und erstreckt sich über das Axialmaß des Klemmkörpers. Diese nachlaufende Fläche 83
kann mit dem Klcmmkörperring, d. h. mit dem benachbarten Querstück 50 zusammenwirken, um die
Kippbewegung des Klemmkörpers zu begrenzen, die anderenfalls zu einem Herausspringen des Klemmkörpers
führen könnte. Diese Stellung ist in strichpunktierten Linien in Fig. 15 veranschaulicht.
Die Ausmaße der vorderen Nase 76 und der hinteren Verlängerung 82 sind derart, daß deren Flächen
78 und 84 in flachen bzw. ebenen Flächenberührungseingriff gelangen, wie es in gestrichelten Linien in
Fig. 15 dargestellt ist, um das Kippen der Klemmkörper in Überspringrichtung zu begrenzen.
Um diesen Begrenzungseingriff der Klemmkörper in den ringförmig im Käfig gehaltenen Klemmkörpern
trotz des Vorhandenseins der Einzelfedern 26 zu ermöglichen, sind die Klemmkörper versetzt, wodurch
jedes benachbarte Paar von Klemmkörpern in axialer Richtung des Klemmkörperkäfigs einen gegenseitigen
Versatz aufweist. Die Federn 26 sind jeweils an dem Überlappungsbereich benachbarter Klemmkörperpaare
gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Die Federn 26 sind daher in gleicher Weise gestaffelt bzw.
versetzt angeordnet.
Die Federn 26 wirken auf die abgerundeten Bereiche der Verlängerungen 82 zwischen deren Flächen
83 und 84. Obgleich die Federn örtlich an einer Stelle an den Klemmkörpern angreifen, die von der Mittelebene
senkrecht zur Drehachse des Käfigs axial versetzt ist, sind die Klemmkörper daran gehindert, sich
mit ihren Kippachsen aus der parallelen Ausrichtung mit der Käfigachse auf Grund der Flächen 58 und der
einander gegenüberliegenden Innenflächen der Stirnwände 46 des Käfigs zu verdrehen, die flach an den
Stirnflächen der Klemmkörper angreifen.
Wie Fig. 3 zeigt, sind die Federbefestigungskörper 54 an ihren in Umfangsrichtung nachlaufenden Seiten
konkav ausgebildet, um die Verlängerungen 76 unter dem Einfluß der Federn 26 aufzunehmen, wenn der
Käfig nicht mit den Laufringen 10 und 11 versehen ist. Dies verhindert ein Herausfallen der Klemmkörper
aus dem Käfig durch die radial innere öffnung des Käfigdurchgangs insbesondere dann, wenn der
Käfig zwischen die Kupplungsringe 10 und 11 eingesetzt wird.
Wie sich insbesondere aus Fi g. 2 ergibt, besteht der
Käfig 40 aus zwei von Guß- bzw. Spritzformkörpern aus Kunststoff gebildeten Ringteilen 41 und 43, vor
denen jedes eine Seitenumkehrung des anderen ist. abgesehen von einigen kleineren Unterschieden, die
im folgenden erwähnt werden. Die Ringteile 41 und 43 sind an Verbindungsstellen in den Querstücken 5C
zusammengepaßt, von denen jedes aus zwei Teiler bzw. Bereichen gebildet ist, die jeweils mit den Ringteilen
41 und 43 einstückig ausgebildet sind. Die Ringteile 41 und 43 sind durch Federclips 45 zusammengehalten,
deren Enden in Umfangseinschnitter 47 an den äußeren Umfangskanten der Ringteile 41
und 43 untergebracht sind. Die Bereiche der Quer-
stücke 50 am Ringteil 41 sind mit 50' und die Bereiche der Querstücke 50 des Ringteils 43 mit 50" bezeichnet.
Um die Ringteile 41 und 43 in Umfangsrichtung gegenseitig zu zentrieren, sind acht mit gleichmäßigem
Abstand voneinander angeordnete benachbarte Paare der Bereiche 50', die mit SO'a bezeichnet sind, mit
Zähnen versehen, während die entsprechenden Bereiche 50", die mit 50"a bezeichnet sind, Radialschlitze
zur Aufnahme der Zähne aufweisen.
Um die Ringteile 41 und 43 in radialer Richtung
gegenseitig zu zentrieren, sind weitere acht der Bereiche
50", die mit 50"b bezeichnet sind, örtlich zur Bildung einer Stufe ausgedreht, während die entsprechenden
Bereiche 50', die mit 50'b bezeichnet sind, in gleicher Weise komplementär abgestuft sind, so daß
eine sich überlappende Stoßfuge zwischen den Bereichen 50"fc und 50'/) gebildet ist.
Vier Schlitze 49 sind oben an vier aneinandergrenzenden
Bereichen 50' und 50", die mit 50'e und 50"c bezeichnet sind, zur Aufnahme der Clips 45 gebildet.
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Käfig für Klemm körper-Freilaufkupplungen
mit fensterartigen, auf den Umfang gleichmäßig verteilten Ausnehmungen, in denen jeweils ein
durch eine Einzelfeder angefederter Klemmkörper angeordnet ist, wobei jede Feder bei Freilauf
des Außenringes unter Einwirkung einer auf sie einwirkenden Zentrifugalkraft auf ihren Klemmkörper
eine sich mindernde Federkraft ausübt, und wobei der Schwerpunkt eines jeden Klemmkörpers
nahe an oder in der Radialebene durch die Berührungslinie zwischen dem Klemmkörper
und dem Außenring bei dessen Freilauf angeordnet ist, derart, daß die auf den Klemmkörper bei
Freilauf des Außenringes einwirkende Zentrifugalkraft in Verbindung mit der auf den Klemmkörper
wirkenden Federkraft einen geringen Anpreßdruck zwischen dem Klemmkörper und dem
Innenring zumindest innerhalb eines vorbestimmten Freilaufgeschwindigkeitsbereichs des Außenrings
aufrechterhält, dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Ausnehmungen (42) gegeneinander axial versetzt im Käfig (40) angeordnet sind und
b) die Klemmkörper zur Begrenzung ihrer Kippbewegung in der Antriebsphase der
Kupplung in gegenseitige Anlage bringbar sind.
2. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er von zwei seitlich aneinandergrenzend
vereinigten Ringteilen (41, 43) gebildet ist.
3. Käfig nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß seine beiden Ringteile (41, 43) lösbar
vereinigt und durch Federclips (45) in gegenseitiger Verbindung gehalten sind.
4. Käfig nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringteile (41, 43)
ineinandergreifende Bereiche (50'a, 50"a) zur
Winkelzentrierung besitzen.
5. Käfig nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
beiden Ringteile (41,43) ineinandergreifende Bereiche (50'b, 50' b) zur gegenseitig konzentrischen
Zentrierung aufweisen.
6. Käfig nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
beiden Ringteile (41, 43) von Guß- bzw. Spritzformkörpern gebildet sind oder solche umfassen.
7. Käfig nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper aus Kunststoff bestehen.
8. Käfig nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Klemmkörper (5) und der Käfig (40) Verriegelungsbereiche (76, 54) aufweisen, die in Abwesenheit
von Kupplungsringen (10,11) mittels der Federn (26) in gegenseitigen Verriegelungseingriff
überführbar sind.
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