DE2516852A1 - Fliehkraftkupplung mit einstueckigem rotor - Google Patents

Fliehkraftkupplung mit einstueckigem rotor

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DE2516852A1
DE2516852A1 DE19752516852 DE2516852A DE2516852A1 DE 2516852 A1 DE2516852 A1 DE 2516852A1 DE 19752516852 DE19752516852 DE 19752516852 DE 2516852 A DE2516852 A DE 2516852A DE 2516852 A1 DE2516852 A1 DE 2516852A1
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Germany
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rotor
parts
weight
drum
spring
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DE19752516852
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English (en)
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James Fischer
Rudolph Kellermann
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Textron Inc
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D43/00Automatic clutches
    • F16D43/02Automatic clutches actuated entirely mechanically
    • F16D43/04Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by angular speed
    • F16D43/14Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by angular speed with centrifugal masses actuating the clutching members directly in a direction which has at least a radial component; with centrifugal masses themselves being the clutching members
    • F16D43/18Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by angular speed with centrifugal masses actuating the clutching members directly in a direction which has at least a radial component; with centrifugal masses themselves being the clutching members with friction clutching members
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D43/00Automatic clutches
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    • F16D43/04Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by angular speed
    • F16D43/14Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by angular speed with centrifugal masses actuating the clutching members directly in a direction which has at least a radial component; with centrifugal masses themselves being the clutching members
    • F16D2043/145Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by angular speed with centrifugal masses actuating the clutching members directly in a direction which has at least a radial component; with centrifugal masses themselves being the clutching members the centrifugal masses being pivoting

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Description

  • Bezeichnung: Fliehkraftkupplung mit einstückigem Rotor BeschreIbung: Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fliehkraftkupplung, mit der zwischen einem drehenden Antriebsglied und einem drehenden Abtriebsglied eine triebschlüssige Verbindung herstellbar ist, wenn das Antriebsglied eine kritische Drehgeschwindigkeit erreicht oder überschreitet.
  • Die Fliehkraftkupplungen werden in umfangreichem Maße in kraftbetriebenen Werkzeugen und anderen durch Verbrennungsmaschinen angetriebenen Geräten verwendet.
  • Bei Kettensägen z,B. ist eine Fliehkraftkupplung zwischen dem Antriebsmotor und einem Kettenzahnrad angeordnet, von dem aus die Sägekette angetrieben wird.
  • Solange der Antriebsmotor im Leerlauf läuft, ist die Kupplung ausgekuppelt, sodaß die Kette nicht angetrieben wird. Wenn dagegen die Geschwindigkeit der Antriebsmaschine auf einen vorbestimmten Wert gesteigert wird, wird die Kupplung zum Antrieb der Sägekette wirksam. Dadurch wird ein zweckmäßiger Antrieb der Kette erreicht und sichergestellt, daß die Säge kette dann nicht betrieben wird, wenn die Antriebsmaschine gestartet ist und im Leerlauf läuft. Darüber hinaus wird auf diese Weise das erforderliche Startdrehmoment der Antriebsmaschine verringert.
  • Eine Fliehkraftkupplung besitzt normalerweise eine Außentrommel und einen in dieser Trommel vorgesehenen Rotor. Der Rotor bildet dabei das Antriebsglied der Kupplung während die Trommel das Abtriebsglied bildet.
  • Der Rotor besitzt gewöhnlich einen Naben- oder Hauptteil, wenigstens zwei Gewichte, die gesondert ausgebildet und auf dem Hauptteil beweglich angeordnet sind sowie eine oder mehrere Federn, die die Gewichte der Trommel gegenüber außer Eingriff halten, solange der Rotor steht, oder mit einer Geschwindigkeit unterhalb der gewählten kritischen Geschwindigkeit umläuft. Wenndie Drehgeschwindigkeit des Rotors bis zu einem kritischen Wert gesteigert wird, bewegen sich die Gewichte unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft entgegen der Kraft der Federn nach außen, greifen an der Trommel an und schaffen dadurch eine triebschlüssige Verbindung zwischen der Trommel und dem Rotor. Die Herstellung und der Zusammenbau der zu einem Rotor einer Fliehkraftkupplung dieser Art gehörenden Teile verursacht enen beträchtlichen Kostenaufwand. Wegen unvermeidlicher Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Rotorteile ist es bei einer wirtschaftlichen Produktion schwierig, Kupplungen mit stets gleichen Betriebseigenschaften zu produzieren.
  • Derüberhinauskönnen sich die Betriebseigenschaften einer einzelnen Kupplung während der Betriebsdauer ändern, z.B. weil Schmutz zwischen die sich bewegenden Teile des Kupplungsrotors gelangt ist.
  • Die U.S. Patentschrift 3 718 214 offenbart eine Fliehkraftkupplung, die eine Kupplungstrommel und einen einstückigen Kupplungsrotor besitzt. Der Rotor weist dabei ein sich in gegenüberliegende Richtungen erstreckendes Querstück auf, das einen Nabenteil mit einer zentralen Bohrung, zwei geeignete Gewichtsteile und einstückige dünne Federteile besitzt, die gegenüberliegende. Enden des Querstückes mit den zugehörigen Gewichtsteilen verbindet. Die in der U.S. Patentschrift Nr. 3 718 214 offenbarte Lösung mit einem einstückigen Rotor stellt bereits einen wichtigen Fortschritt gegenüber der Vielzahl von Lösungen anderer vorbekannter Fliehkraftkupplungen dar.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Fliehkraftkupplungen mit einstückig ausgebildeten Rotoren wesentlich zu verbessern. Bei einstückigen Rotoren sind für die die Gewichtsteile mit dem Nabenteil verbindenden Federn hohe Federkonstantencharakteristisch. Dadurch verursacht ein relativ geringes Maß an Verschleiß zwischen den Gewichtsteilen und der Trommel eine relativ große Veränderung hinsichtlich der Geschwindigkeit und des Drehmoments, bei denen die Kupplung wirksam wird.
  • Bei einstückigen Kupplungen ergibt sich auch das hierfür charakteristische Problem des Federarmbruchs.
  • Es ist auch gabe der vorliegenden Erfindung, diese Mängel zu beseitigen und die Lebensdauer einer solchen Kupplung zu erhöhen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Federarme, die die Gewichtsteile mit der Nabe verbinden, länger und dünner ausgebildet, wodurch die Federkonstante der Arme verringert ist. Dadurch kann ein höheres Maß an Verschleiß zwischen den Gewichtsteilen und der Trommel toleriert werden, da die Betriebseigenschaften der Kupplung trotzdem in annehmbaren Grenzen bleiben. Darüberhinaus ist die Form des Kupplungsrotors so geändert, daß die Gewichtsteile der Trommel im wesentlichen gleichzeitig mit ihrem gesamten Außenumfang anliegen. Dadurch werden nicht nur die Betriebseigenschaften der Kupplung verbessert, vielmehr verteilt sich auch der Verschleiß der Gewichtsteile über deren gesamte Umfangsfläche, wodurch auch die Lebensdauer der Kupplung gesteigert wird.
  • Zur Überwindung des Problems des Federarmbruchs sind die Querabmessungen der Arme über ihre länge in kontinuierliche aufeinanderfolgenden Punkten so gewählt, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Faserbelastung in der,radial-gesehen innersten Fläche der Bederarme im wesentlichen überderen gesamte Länge erreicht ictwird wenndiebei der Einwirkung der Zentrifugalkraft auf die Gewichtsteile im Sinne einer Anlage an die Innenfläche der Trommel gebogen und der Antriebskraft ausgesetzt werden, die durch de Federarme von der.Nabe auf dieGewichtsteile ii unddannauf - die Trommel übertragen werden. Eine Konzentrierung der Beanspruchung undder Federspannung auf begrenzte Punkte der Arme, die zur Materialermüdung und zum Bruch der Federarme führen, werden dadurch vermieden. Die höchsten Belastungen in dem einstückigen Rotor treten über die in Radial-~ri&hteng innerstateFläche der~Federarme auf, so daß die a.;u daß % die ~ Regulierung der Belastung entlang dieser Flächen zu einer messbaren Erhöhung der Lebensdauer des Rotors führt.
  • Das Wesen, der Gegenstand und die Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend an einem auf den Zeichnungen dargestellten, bevorzugten vorteilhaften Ausführungsbeispiel weitergehend erläutert.
  • Auf der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fliehkraftkupplung in einem durch die Achse verlaufenden Querschnitt, Fig. 2 die Fliehkraftkupplung in geschnittener Ansicht mit einem Schnittverlauf entsprechend der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3, 4 verschiedene Querschnitte durch einen und 5 Federteil des Kupplungsrotors in den Schnittebenen -3-3, 4-4 und 5-5, Fig. 6 eine schematische Teilansicht des Rotors und Fig. 7 einen schematischen Querschnitt durch einen Federteil, der die Errechnung der Faserbelastung zeigt.
  • Das auf der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kupplung ist als Fliehkraftkupplung für eine Kettensäge ausgebildet. Die Kupplung weist einen einstückigen Rotor 1 innerhalb einer Kupplungstrommel 2 auf. Der Rotor ist dabei einstückig ausgebildet und besitzt einen Nabenteil la, gegenüberliegende Gewichtsteile lb und Federarmteile lc, die die Gewichtsteile jeweils mit der Nabe verbinden. Die Kupplungstrommel 2 weist einen radialen Teilbereich 2a und einen zylindrischen Umfangsrand 2b auf. Ein Kettenzahnrad 3 zum Antrieb der Sägenkette ist mittig auf der Außenseite des radialen Wandbereiches 2a der Kupplungstrommel angeordnet und mit der Kupplungstrommel beispielsweise durch Verschweißen fest vereinigt. Das Kettenzahnrad 3 besitzt eine Vielzahl von Zähnen, die mit einwärts gerichteten Mitnehmern auf der Sägenkette zusammenwirken und die Kette so antreiben.
  • Der Rotor 1 ist auswechselbar aber fest auf einer Welle 4 befestigt, die von der Antriebsmaschine der Kettensäge getrieben wird. Beispielsweise kann die Welle 4 die Fortsetzung der Kurbelwelle der Antriebsmaschine sein.
  • Wie in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt ist, besitzt der Nabenteil des Rotors eine mittige Bohrung, die etwa über die Hälfte ihrer Länge mit einem Innengewinde versehen ist, sodaß der Rotor auf einen Gewindeteil 4a der Welle 4 aufgeschraubt werden kann. In der Rotornabe sind ferner gegenüberliegende Ausnehmungen ld ausgebildet, die zur Aufnahme eines geeigneten Werkzeuges dienen, mit dessen Hilfe der Rotor auf die Welle aufgeschraubt wird.
  • Die aus der Trommel und dem Kettenzahnrad bestehende Einheit ist mit einem Wälzlager 5 auf einem zylindrischen Teil 4b der Welle 4 gelagert und durch eine Mutter 6 auf der Welle festgehalten, die auf einen querschnittsverringerten Gewinde-Endabschnitt 4c der Welle aufgeschraubt ist.
  • Die Kupplungstrommel 2 ist zweckmäßig aus einem niedrig gekohlten weichen Stahlblech gepresst oder gezogen, wobei herkömmliche Formwerkzeuge benutzt werden. Eine Trommel, die ausreichende Fertigungstoleranzen besitzt, kann auf diese Weise bei niedrigen Herstellungskosten produziert werden. Nachfolgende Schleif- nderandere Nachbearbeitungsvorgänge sind nicht erforderlich.
  • Der Nabenteil 1a des Rotors ist insgesamt etwa rautenförmig, wobei sich die Hauptachse zwischen den inneren Enden der Federteile lc und eine kleine Achse senkrecht zur Hauptachse erstreckt. Die Länge der Nabe entlang der Hauptachse beträgt vorzugsweise etwa die Hälfte des Außendurchmessers des Rotors. Die Breite der Nabe entlang der kleinen Achse entspricht nahezu der Hälfte der Länge.
  • Gegenüberliegende Endteile der Nabe sind verjüngt und glatt in die inneren Enden der Federteile lc übergeführt, sodaß sich eine minimale Belastungskonzentration an den Übergängen zwischen den Federteilen und der Nabe ergibt.
  • Die zwei Gewichtsteile lb besitzen eine identische Körperform und sind symetrisch aufeinander abgewandten Seiten des Nabenteils la angeordnet, wobei jedoch der eine Teil gegegenüberdem anderen Teil Teil umgedreht ht liegt. Die Gewichtsteile sind so groß, wie dies die Form des Rotors zulaßt, sodaß die auf die Gewichtsteile einwirkende Zentrifugalkraft diese fest gegen die Innenfläche der Trommel drückt, sowie die Rotationsgeschwindigkeit einen gewählten Wert überschreitet. Daher hat beispielsweise jeder Gewichtsteil lb eine radiale Ausdehnung, die größer ist als der halbe Radius des Rotors und eine Winkelausdehnung zwischen 120°und 1400, vorzugsweise jedoch größer als 130°. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, verbleiben zwischen den Gewichtsteilen und der Nabe nur enge Zwischenräume 7, wobei die Abschnitte le der Gewichtsteile zwischen den Nabenteil la und die Federarmteile lc des Rotors hineinragen. Das Gesamtgewicht der zwei Gewichtsteile beträgt wenigstens 60, jedoch vorzugsweise 70 - 75% des Rotorgewichtes. Beispielsweise wiegt jedes Gewichtsteil eines Kupplungsrotors, der einen Durchmesser von 3" (7,62 cm) ~ und ein Gewicht von 0,74 ounds (335,65 g) g) besitz, etwa 0,26 1bs~(117,90g),~während jedes Gewichtsteil~eines R 0 26~ Ibs eines Rotors, ~der-einenDurchmesser von etwa 2,7" (6,86cm) und ein Gewicht von~0,463 lbs(210,0 g) hat, 0,17 lbs (77,10 g) wiegt.
  • Die Winkelerstreckung der mit der Innenfläche des Randteils 2b der Kupplungstrommel zusammenwirkenden Umfangsfläche 1 f der Gewichtsteile beträgt vorzugsweise wenigstens 1000. Erfindungsgemäß ist die Umfangsfläche 1 f jedes der Gewichtsteile lb mit dem gleichen Radius gekrümmt, wie die Innenfläche des zylindrischen Randteils 2b der Trommel. Wenn der Rotor stillsteht und sich die Gewichtsteile in ihrer zurückgezogenen Lage befinden, wie sie in der Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet ist, verlaufen die Umfangsflächen 1 f der Gewichtsteile zu der Welle 4 exzentrisch. Wenn der Rotor umläuft und die gewählte kritische Geschwindigkeit erreicht, verursacht die auf die Gewichtsteile einwirkende Zentrifugalkraft deren Auswärtsbewegung unter gleichzeitiger elastischer Verformung der Federarme lc, wobei die Umfangsflächen 1 f der Gewichtsteile in Anlage an die Kupplungstrommel gebracht werden.
  • Aufgrund der Raumform der Gewichtsteiteund -der Federarme des Rotors legen sich die Außenflächen 1 f der Gewichtsteile in wesentlichen gleichzeitig über ihre gesamte Länge der Kupplungstrommel an. Das ergibt nicht nur optimale Betriebseigenschaften der Kupplung sondern stellt auch sicher, daß jedweder Verschleiß der Gewichtsteile gleichmäßig erfolgt, sodaß deren Außenflächen über die gesamte Lebensdauer der Kupplung den Innenflächen der Kupplungstrommel angepaßt bleiben. Darüber hinaus bleibt die Kupplungsfläche zwischen Rotor und Trommel während der gesamten Kupplungslebensdauerim wesentlichen bei allen oberhalb der kritischen Kupplungsgeschwindigkeit liegenden Betriebsgeschwindigkeiten konstant.
  • Die Federarme lc des Rotors besitzen innere Endbereiche, die nahezu radial von den diametral gegenüberliegenden Bereichen der Nabe la abstehen, sowie äußere Endbereiche, die nahezu in Umfangsrichtung von den rückwärtigen Enden der Gewichtsteile Ib abstehen, sowie Mittelteile, die die inneren und äußeren Endbereiche der Federarme verbinden. Obgleich es in den Zeichnungen so erscheint, als ob die Federarme aus gesonderten bogenförmigen Abschnitten bestehen, ist ihre Form in Wirklichkeit annähernd die einer Spirale. Gesonderte bogenförmige Abschnitte haben den Vorzug der einfachen Herstellung, jedoch können die Federarme gleichermaßen als eine Spirale ausgebildet sein, beispielsweise als Abwicklung eines Kreises, als logarithmische, als parabolische, als hyperbolische oder als andere Spirale oder eine ähnliche Kurve einer fortlaufenden mathematischen Funktion wie eine Ellipse, eine Parabel, eine Hyperbel oder eine Sinuskurve. Die Federarme schrauben sich radial auswärts und umfangsseitig vorwärts von dem Nabenteil zu den Gewichtsteilen hin mit einer progressiven Steigung des Krümmungsradius. Es ist dabei erkennbar, daß die äußeren Endteile der Federarme vom Rand der Kupplungstrommel radial nach innen abgerückt liegen. Sie liegen demgemäß der Trommel nicht an und sind damit einem Verschleiß nicht ausgesetzt.
  • Mit der dargestellten und beschriebenen Raumform ist es möglich, relativ lange Federarme innerhalb des begrenzten verfügbaren Raumes unterzubringen. So ist beispielsweise das Verhältnis R zwischen der Länge des Federarms (gemessen entlang der Innenseite 1 g des Arms) zu dem Kupplungsdurchmesser bei Eingriff mit der Kupplungstrommel: 0,4 ( R c 0,5 Aufgrund der relativ großen Länge sind die Federkonstanten der Federarme geringer als es bei kürzeren Armen der Fall sein würde. Die geringe Federkonstante in Verbindung mit den relativ schweren Gewichtsteilen und der Gleichmäßigkeit der Krümmung der Außenflächen der Gewichtsteile wie der Kupplungstrommel machen die Kupplung weniger störanfällig für Änderungen des Eingriffs und Schlupfgeschwindigkeiten, bei denen die miteinander in Eingriff kommenden Rotor- und Trommelflächen während des Betriebs verschleißen. Die Lebensdauer der Kupplung ist dadurch spürbar erhöht.
  • Erfindungsgemäß ändert sich die Querabmessung h jeder der Federarmteile 1c in kontinuierlich aufeinanderfolgenden Punkten b über ihre Länge, wodurch so im wesentlichen gleichmäßige Faserbelastungen in der in Radialrichtung am weitesten innen liegende Fläche Q der Federarme über im wesentlichen ihre gesamte Länge sicherzustellen, wenn die Federn unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft auf die Gewichtsteile im Sinne eines Angriffes an der Innenfläche der Trommel gebogen sind und die Antriebskraft über die Federarme von der Nabe auf die Gewichtsteile und dann auf die Trommel übertragen wird. Die Faserbelastung Sigma an jedem der aufeinanderfolgenden Punkte P über die Länge der Federarme kann entsprechend der nachfolgenden Formel errechnet werden, wobei auf die schematischen Darstellungen in den Fig. 6 und 7 Besug genommen wird. Die Beziehungen sind folgende: (3) M = Ft Rt + Bc Rc (5) Ft - 2r (6) c = h/2 und: ==Sigma, Spannung der in Radialrichtung am weitesten innen liegenden Faser des Querschnitts im Punkt P unter Berücksichtigung von b = axiale Dicke des Arms c = 1/2 Querabmessung h des Arms cg = Schwerpunkt der Gewichtsteile Fc = Zentrifugalkraft Ft = tangentiale Antriebskraft h Querabmessung des Arms ln = natürlicher Logarithmus M = Moment um Punkt P m = Masse des Gewichtsteils r = Radius des Rotors rcg = Radialer Abstand des Schwerpunkts des Gewichtsteils von der Drehachse R = Krümmungsradius des Arms im Punkt P Rc = Momentenarm der Zentrifugalkraft Rt = Momentenarm der Antriebskraft T = Maximales Drehmoment der Maschine v = Verlagerungsgeschwindigkeit der Gewichtsteile Die Dimension und Raumform der Federarme sind so gewählt, daß die Faserspannung Sigma an der in Radialrichtung innersten Fläche der Federarme im wesentlichen gleich ist über die gesamte Federarmlänge und kleiner ist als die Ermüdungs- oder Dauerbelastbarkeitsgrenze des Materials, aus dem der Rotor besteht. Die Querabmessung der Federarme in jedem der aufeinanderfolgenden Punkte P über seine ganze Länge ist unter Verwendung der vorangehenden Gleichnungen von einem Computer berechnet. Bei der Formgebung der Federare derart, daß die Faserspannung über die gesamte Länge gleich ist, ist die Flexibilität der Arme ebenfalls gleichmäßig verteilt. Durch Vermeidung einer örtlich begrenzten Biegebeanspruchung und einer örtlich bebrenzten Spannung sowie zur Sicherstellung eines genügend niedrigen Spanriungsniveaus wird auch ein Federarmbruch aufgrund einer Metallermüdung vermieden.
  • In dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispel erweitert sich der Federarm in Axialrichtung gesehen und von dem Nabenteil aus zu den Gewichtsteilen hin betrachtet zuerst in der Querweite h bis zu einem Maximalwert und nimmt dann in der Querweite bis zu dem Übergang zu den Gewichtsteilen lb wieder ab. Diese Armform unterscheidet sich dadurch wesentlich von der Armform, wie sie in der vorerwähnten U.S. Patentschrift 3 718 214 offenbart ist.
  • Dort fand ein relativ kurzer stummelförmiger Federteil Verwendung, der sich im wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckt und mit einer allmählichen Verringerung der Querweite7 ausgehend von dem Nabenteil hin zu dem Übergang zu den Gewichtsteilen verjüngt war. Dieser Federteil war wegen seiner kurzen Länge, seiner g-leichförmigen Querweite und einer relativ mangelhaften Flexibilität in seiner Wirkung begrenzt. Bei dieser älteren Lösung ergibt bereits eine relativ geringe Erhöhung des Spielraums zwischen den Gewichtsteilen und der Trommel im Ruhezustand infolge der Betriebsabnutzung eine unerwünschte Erhöhung~ der Eingriffsgeschwindigkeit der Kupplung und eine Erniedrigung des Drehmoment- Übertragungsvermögens. Mit der Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung, die längere und flexiblere Federarmteile vorsieht, ist eine gleichmäßige Verteilung der Durchbiegung der Federarme über deren gesamte Länge sichergestellt und eine anfängliche Übereinstimmung der Umfangsform der Gewichtsteile mit der Kupplungstrommel erreicht, wobei die Erhöhung des Freiraums zwischen den Gewichtsteilen und der Trommel infolge Abnutzung unbedeutend sind, wenn man sie mit dem ursprünglichen Freiraum vergleicht. Daher verbleiben die Betriebseigenschaften der Kupplung während der gesamten Lebensdauer in akzeptablen Grenzen. Durch die Einhaltung einer gleichmäßigen Faserbelastung bei einem unterhalb der Ermüdungsgrenze oder Dauerfestigkeit des Materials liegenden Werl wird zudem ein vorzeitiger Ausfall der Kupplung durch einen Federarmbruch vermieden.
  • Der Nabenteil la, die Gewichtsteile lb und die Federarmteile lc des Rotors sind in Axialrichtung vorzugsweise mit im wesentlichen der gleichen Dicke ausgebildet, sodaß die entgegengesetzten Flächen des Rotors in parallelen Ebenen liegen. Der Rotor ist zweckmäßig als effniligesGußstück hergestellt, das den Nabenteil, die Gewichtsteile und die verbindenden Federteile umfasst. In der GußfotmistdabeiJeder Gewichtsteil mit einem der gegenüberliegenden Teile der Nabe durch den Verbindungsabschnitt 8 vereinigt, der einen genügend großen Querschnitt aufweist, damit das Metall während des Gießens leicht hindurchfließen kann. Die J-förmigen Räume 7 zwischen den Gewichtsteilen, der Nabe und den Federteilen sind durch eine geeignete Muldung oder Höhlung hergestellt. Die mittige Bohrung und die Ausnehmungen ld können, wenn dies erwünscht ist, in der gleichen Weise geformt werden. Nachdem der Rotor gegossen ist, wird die zentrale Bohrung entfrittet und auf andere Weise zur Anbringung auf der Welle 4 fertig bearbeitet. Die Dornausnehmungen ld werden gebohrt, wenn sie nicht bereits beim Gießvorgang mit eingeformt sind. Die Umfangsflächen 1 f der Gewichtsteile werden durch eine geeignete Nachbearbeitung oder einen Schliff fertiggestellt, sodaß Bogënflachen mit einem Krümmungsradius gleich dem Innenradius der Trommel entstehen, die aber mit i.»ren Mittelpunkten gegenüber der Mittelachse des Rotors versetzt sind, sodaß die Umfangsflächen der Gewichtsteile von der Trommel nach innen abgerückt sind, solange der Rotor stillsteht oder nur bei geringer Geschwindigkeit umläuft. Wenn die Gewichtsteile aus der Ruhelage unter Durchbiegung der Federarme lc durch die Einwirkung der Zentrifugalkraft nach außen bewegt werden, bewirkt der damit verbundene Lagewechsel der Gewichtsteile, daß deren Umfangsflächen im Augenblick der Anlage an die Trommel konzentrisch zum Rotor und zur Trommel ausgerichtet werden. Daraus folgt, daß die Umfangsflächen 1 f der Gewichtsteile sich der Trommel von Anfang an mit ihrer gesamten Umfangsfläche anlegen. Die gewünschte Form der Umfangsflächen der Gewichtsteile kann durch Exzenterschleifen des Umfangs des Rotors erreicht werden, wenn die Gewichtsteile sich in ihrer innersten Lage befinden.
  • In diesem Fall werden die Verbindungsbereiche 8 der Nabe nicht eher getrennt - beispielsweise durch einen Sägeschnitt oder durch Abschleifen - bevor nicht der Umfang des Rotors fertig-bearbeitet ist. Alternativ kann die Umfangsfläche des Rotors in herkömmlicher Weise fertigbearbeitet werden, indem zuerst die Verbindungsbereiche 8 getrennt werden und die Umfangsfläche des Rotors anschließend geschliffen wird, wobei der Rotor mit der gewünschten Ansprechgeschwindigkeit der Kupplung gedreht wird. Mit dem so durch die Zentrifugalkraft gedehnten Rotor wird der Umfang mit zylindrischer Oberfläche eingeschliffen, deren Radius gleich dem Radius der Innenfläche der Kupplungstrommel ist.Wird der Rotor angehalten, so verlagern sich die-Gewichtsteile in die zurückgezogene Stellung, wodurch die Krümmungsmittelpunkte der Umfangsflächen der Gewichtsteile gegenüber der Rotationsachse des Rotors in der vorher beschriebenen Weise versetzt werden. Mit Ausnahme der Endbearbeitung der Umfangsfläche in der beschriebenen Art benötigen die übrigen Flächen des Rotors keine Nach- oder Endbearbeitung; sie bleiben "wie gegossen".
  • Der Rotor ist aus einer zähen Eisenlegierung gegossen, die eineBruChfti$gke:itvon etwa 130000 psi (9100 kg pro cm ) und einen Elastizitätsmodul in der Größenordnung von 20 000 000 psi (1 400 000 kg pro cm ). Nach dem Guß wird der Rotorwärmabehandelt, damit eine Brinell-Härte von etwa 311 bis 390 erreicht wird. Als Ausgangsmaterial für den Rotor ist beispielsweise eine Legierung geeignet, die von der Standard Automotive Parts of Muskegon, Michigan unter der Bezeichnung SAE J434A Klasse D hergestellt ist und etwa folgende Zusammensetzung besitzt: Gesamtkohlenstoffgehalt 3,1 bis 3,7 % Silicium 2,2 bis 2,6 % Mangan 0,6 bis 0,9 % Molybdän 0,15 bis 0,35 % Nickel 0,7 bis 1,0 % Rest Eisen Das Material besitzt ein spezifisches Gewicht, das etwa gleich dem des Gußeisens ist. Darüberhinaus ist das Material mit dem niedriggekohlten weichen Stahl verträglich, aus dem die Trommel besteht, so daß ein gleichmässiges Zusaimenwirken mit der Trommel ohne Schlagen oder Fressen des Materials gewährleistet ist.
  • Wie in der Fig. 1 erkennbar ist, besitzt der Rotor 1 in Axialrichtung eine Dicke, die annähernd gleich der Axialabmessung der Trommel ist, so daß deren Innenraum im wesentlichen von dem Rotor ausgefüllt wird. Der Radius des Rotors ist so gewählt, daß beim Stillstand der Kupplung die Umfangsflächen 1f des Rotors nicht am Umfangsbereich 2b der Trommel angreifen. Unter der Bezeichnung ist in diesem Sinne eine Anlage der Teile aneinander mit einem Anpressdruck zu verstehen, der ausreicht, um eine Antriebskraft zwischen dem Motor und der Trommel zu übertragen. Ein fehlender Eingriff zwischen Rotor und Trommel setzt daher in diesem Sinne nicht unbedingt das völlige Fehlen jedes Kontaktes voraus. Wenn der Rotor mit der Trommel nicht im Eingriff steht, liegen die Umfangsflächen if extentrisch im Bezug auf die Drehachse des Rotors. Wenn die Antriebswelle Lt und infolgedessen der Rotor 1 mit normaler Leerlaufgeschwindigkeit der Antriebsmaschine angetrieben werden, stehen der Rotor und die Trommel nicht in triebschlüssiger Verbindung. Wenn die Maschine demgegenüber auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit, beispielsweise auf 3500 U.p.M. plus oder minus 200 U.p.M. beschleunigt wird, verlagern sich die Gewichtsteile If des Rotors entgegen der hemmenden Wirkung der Federteile lc nach aussen.
  • Sie kommen dann in SingritS mit der Trommel und bewirken ein Umlauf«der Trommel zusammen mit dem Rotor, wodurch das Kettenzahnrad 3 und infolgedessen auch die Sägenkette, die mit dem Kettenzahnrad umläuft, angetrieben wird. Ein Rotor mit den vorher geschilderten Eigenschaften wird bei einer vorhergehenden kritischen Geschwindigkeit im wesentlichen gleichmssig und gleichzeitig über den gesamten Umfang der Außenflächen if wirksam. Da der Rotor keine G1eltoderSchwenkteile besitzt, arbeitet die Kupplung während ihrer gesamten Lebensdauer zuverlässig und gleichmässig. Darüberhinaus wird durch die vorangehend geschilderten Eigenschaften die Lebensdauer der Kupplung spürbar erhöht.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das in den Zeichnungen dargestellte und vorangehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt; vielmehr sind noch mancherlei Änderungen möglich.

Claims (11)

  1. Bezeichnung: Fliehkraftkupplung mit einstückigem Rotor
    Ansprüche: Fliehkraftkupplung mit einer um eine Achse drehbaren Kupplungstrommel, die eine Innenfläche mit vorbestimmtem Radius besitzt und mit einem einstückigen Rotor aus federelastischem Material, g e k e n nz e i c h n e t d u r c h einen mittigen, um eine mit der Trommelachse konzentrische Achse drehbaren Nabenteil, der in Rotationsrichtung antreibbar ist, sowie zwei gleiche Gewichtsteile auf diametral gegenüberliegenden Seiten des Nabenteils und zwei gleiche gekrümmte Federteile, die die gegenüberliegenden Bereiche des Nabenteils und jeweils des einen Gewichtsteils miteinander verbinden, wobei die Abmessung des Nabenteils zwischen den Ansatzpunkten der Federteile etwa 50 % bis 60 % des Trommeldurchmessers beträgt und die Gewichtsteile radiale Außenflächen besitzen, die mit der Innenfläche der Trommel in Eingriff bringbar sind und einen Radius aufweisen, der dem der Trommelinnenfläche gleich ist, wobei die Außenflächen der Gewichtsteile im Ruhezustand des Rotors von der Trommelinnenfläche abgehoben und derart exentrisch zur Trommelachse gelagert sind, daß bei Ihrer Verlagerung in die Eingriffsstellung mit der Trommel bei einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit die Außenflächen mit der Trommel konzentrisch sind, ferner das Verhältnis der Länge der Federabschnitte an der in Radialrichtung liegenden Innenseite zum Rotorradius etwa 0,8 bis 1,0 beträgt und die Federteile erste Teilbereiche aufweisen, die sich annähernd radial von dem Nabenteil wegerstrecken, während zweite Teilbereiche in Umfangsrichtung nach rückwärts von den Gewichtsteilen ab stehen und diese Bereiche annähernd konzentrisch zur Trommelachse verlaufen sowie einwärts im Abstand von der Trommelinnenfläche gehalten sind,wobei die ersten Teilbereiche und die zweiten Teilbereiche jeweils durch einen sanft geschwungenen dritten Teilbereich miteinander verbunden werden und wobei die Querabmessung der Federteile in der Rotationsebene des Rotors in ihrer Längsrichtung in fortlaufend aufeinanderfolgenden Punkten so bemessen ist, daß in den in Radialrichtung am innersten liegenden Flächen der Federteile über die gesamte Länge im wesentlichen eine gleiche Faserbelastung auftritt, wenn die Federteile unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft auf die Gewichtsteile im Sinne eines Angriffs an der Trommelinnenfläche gebogen und der durch sie von dem Nabenteil auf die Gewichtsteile und dann auf die Trommel übertragene Antriebskräfte ausgesetzt sind und dabei die Faserbelastung niedriger als die Ermüdungsbelastbarkeit und Dauerfestigkeit des Materials der Federteile ist.
  2. 2. Fliehkraftkupplung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Gewichtsanteil der Gewichtsteile wenigstens 60 % des Gesamtgewichts des einstückigen Rotors beträgt.
  3. 3. Fliehkraftkupplung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Gewichtsanteil der Gewichtsteile etwa 70 % bis 75 % des Gesamtgewichts des einstückigen Rotors beträgt.
  4. 4. Fliehkraftkupplug nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Winkelausdehnung der einzelnen Gewichtsteile etwa 1200 bis 140° beträgt.
  5. 5. Fliehkraftkupplung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ausdehnung der einzelnen Gewichtsteile in Radialrichtung größer ist als der habe Radius des Rotors während des Eingriffs mit der Kupplungstrommel.
  6. 6. Fliehkraftkupplung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bogenausdehnung der Federteile etwa zwischen 650 bis 750 liegt.
  7. 7. Fliehkraftkupplung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Federteile von der Nabe zu den Gewichtsteilen hin spiralförmig radial auswärts und in Umfangsrichtung vorwärts verlaufen, wobei die Längsmittellinie eines jeden Federteiles im wesentlichen einer gleichförmigen mathematischen Funktionskurve wie einer Kreisevolvente, einer logarithmischen Spirale, einer parabolischen Spirale, einer hyperbolischen Spirale, einer Ellipse, einer Parabel, einer Hyperbel oder einer Sinuskurve folgt.
  8. 8. Fliehkraftkupplung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der sich in Umfangs-Feder richtung erstreckende Teilabschnitt der arme etwa gleich der Hälfte der Gesamtlänge der Federarme ist.
  9. 9. Fliehkraftkupplung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Rotor in Axialrichtung annähernd eine gleichmässige Dicke besitzt.
  10. 10. Fliehkraftkupplung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Rotor aus einer zähelastischen Eisenlegierung hergestellt ist, die etwa einer Bruchnestigkeit von 130000 psi (9100 kg 2 pro cm ), einen Elastizitätsmodul von 20000000 psi (1400000 kg pro cm2) und eine Brinell-Härte von etwa 311 bis 390 aufweist.
  11. 11. Fliehkraftkupplung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Legierung etwa folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozenten besitzt: Silicium 2,2 % bis 2,6 % Mangan 0,6 % bis 0,9 % Molybdän 0,15% bis 0,35 % Nickel 0,7 % bis 1,0 % Gesamtkohlenstoffgehalt 3,1 % bis 3,7 % Rest Eisen
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