DE3040550C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Freilaufkupplung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die DE-AS 11 49 948 zeigt eine Freilaufkupplung, die einen Käfig aufweist, zwischen dessen Steg- bzw. Axialabschnitte jeweils mehrere Klemmkörper eingesetzt sind. Die Axialab­ schnitte weisen etwa die gleiche Querschnittsform wie die Klemmkörper auf und sind an ihren beiden Enden sämtlich durch Ringscheiben miteinander verbunden. Die Klemmkörper werden durch eine Ringbandfeder in Anlage an den Innen- und an den Außenring gehalten.

Infolge der klemmkörperartigen Ausgestaltung der Axialab­ schnitte des Käfigs der bekannten Freilaufkupplung ist die zur Kraftübertragung zur Verfügung stehende Umfangslänge eingeschränkt. Die gruppenweise Anordnung mehrerer Klemmkör­ per zwischen zwei Axialabschnitten erfordert zur Herstellung einer Stabilität der Klemmkörper gegen Axialbelastungen eine beidseitige Axialabstützung der Klemmkörper mittels der Ringscheiben. Hierdurch erhält der Käfig eine voluminöse Gestalt, die einen vergleichsweise hohen Werkstoffaufwand erfordert. Des weiteren ergibt sich infolge der Anordnung mehrerer Klemmkörper zwischen zwei Axialabschnitten eine aufwendige Montage der Freilaufkupplung, bei der häufig unerwünschte Lageänderungen der Klemmkörper auftreten, die zu frühzeitiger Werkstoffermüdung infolge lokaler Span­ nungsüberlastungen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Freilaufkupplung derart weiterzubilden, daß ihre Montage bei Sicherung der Positionierung der Klemmkörper vereinfacht ist und daß ihr Käfig mit weniger Werkstoff- und Produktions­ aufwand herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Freilaufkupplung mit einem Käfig, bei dem jeweils zwischen zwei Axialabschnitten ein Klemmkörper aufgenommen ist, ermöglicht schon vor dem Einbau einer aus den Klemmkörpern, dem Käfig und der Ringbandfeder bestehenden Teileinheit der Freilaufkupplung eine exakte Positionierung der Klemmkörper innerhalb dieser Teileinheit, die zwangsläufig auch beim Einsetzen der Teileinheit zwi­ schen den Innen- und den Außenring aufrechterhalten wird. Irgendwelche Lageänderungen der Klemmkörper treten nicht auf. Hierdurch ist die Wahrscheinlichkeit lokaler Spannungs­ überlastungen im Betrieb der Freilaufkupplung wesentlich geringer. Des weiteren erlaubt die wechselseitige Axialab­ stützung aufeinanderfolgender Klemmkörper eine im Vergleich zum Stand der Technik weniger Werkstoff erfordernde Ausge­ staltung des Käfigs, da zur Axialabstützung eines Klemmkör­ pers gegen eine Axialverschiebung immer jeweils zwei abge­ stützte Klemmkörper zur Verfügung stehen.

Die DE-AS 23 61 916 zeigt eine Freilaufkupplung, bei der die Klemmkörper nicht in Anlage sowohl am Innen- als auch am Außenring sind. Zur Kraftübertragung zwischen Innen- und Außenring dient hierbei zusätzlich der Käfig, der mit einem der Ringe reibschlüssig verbunden ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Radialschnitt durch den Haupt­ teil einer erfindungsgemäßen Freilaufkupplung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 3 einen Radialschnitt durch den Hauptteil einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 3;

Fig. 5 eine Frontansicht eines Klemmkörpers;

Fig. 6 eine Seitenansicht des in Fig. 5 gezeigten Klemmkörpers;

Fig. 7 eine Frontansicht eines Käfigs;

Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 7;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht des Käfigs;

Fig. 10 eine Frontansicht einer ringförmigen Seiten­ platte;

Fig. 11 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 10;

Fig. 12 einen Radialschnitt durch die Hauptbestandteile einer Ausführungsform, in der Klemmkörper in Abständen zueinander eingesetzt sind;

Fig. 13, 14 und 15 Frontansichten weiterer Aus­ führungsformen ringförmiger Seitenplatten; und

Fig. 16 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Käfigs.

In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungs­ form der Freilaufkupplung sind eine Vielzahl von Klemm­ körpern 3, die sich untereinander berühren, zwischen einen Außenring 1 und einen Innenring 2 eingesetzt.

Durch die Mitte des Klemmkörpers 3 ist eine Nut 12 ausge­ bildet, in der eine Ringbandfeder 5 Platz findet. Die Nut 12 besitzt einen Nutgrund 15, der geneigt ver­ läuft, so daß nur ein Nutende 12′ in Berührung mit der Ringbandfeder 5 kommt, wenn der Klemmkörper 3 zwischen den Innen- 2 und den Außenring 1 engesetzt ist. Unter Einwirkung der Ringbandfeder 5 bringt demgemäß das eine Nutende 12′ eine innenliegende zylindrische Außenfläche 13 des Klemmkörpers 3 in Berührung mit der Außenoberfläche des Innenrings 2 und eine außenliegende Oberfläche 14 des Klemmkörpers 3 in Kontakt mit der Innenoberfläche des Außenrings 1. Die dem Außenring 1 zugewandte außenliegende Oberfläche 14 ist als asymmetrische Nockenoberfläche ausgestaltet, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, so daß ein Teil der peripheren Oberfläche eines Klemmkörpers 3 in ständigem Kontakt mit dem entsprechenden Teil eines anderen Klemmkörpers 3 stehen kann. Wie in den Fig. 7 bis 9 gezeigt ist, weist ein Käfig 9 einen Walzdraht auf, der einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und der wechselweise hin- und hergebogen ist, so daß er sich in Umfangsrichtung erstreckende Käfigabschnitte 16 und sich in axialer Richtung erstreckende Käfigabschnitte 17 ausbildet, miteinander verbunden sind, wodurch ein endloser Ring ausgebildet wird, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Der Käfig 9 wird in Gleitkontakt mit der innenliegenden Oberfläche des Klemmkörpers 3 gebracht, indem der sich in axialer Richtung erstreckende Abschnitt 17 lose in einen delta- oder dreiecksförmigen Raum 11 eingepaßt wird, der zwischen den peripheren Oberflächen der Klemmkörper 3 und des Innenrings 2 ausgebildet wird.

Bei der Montage einer derartig aufgebauten Frei­ laufkupplung wird zuerst der Klemmkörper 3 zwischen die jeweils benachbarten und in axialer Richtung verlaufenden Abschnitte 17 des Käfigs 9 eingesetzt, wobei die Nut 12, die die Ringbandfeder 5 trägt, nach außen weist. Die Ringbandfeder 5 wird dann in die Nut 12 des Klemmkörpers 3 eingepaßt. Die Klemm­ körper 3 bilden dann zusammen mit der Ringband­ feder 5 und dem Käfig 9 - zwischen diesen Bauteilen werden sie positioniert - eine einteilige Montage­ gruppe. Diese Montagegruppe aus Klemmkörpern 3, Ringbandfeder 5 und Käfig 9 wird zwischen den Außenring 1 und den Innenring 2 eingesetzt. Wie in Fig. 1 gezeigt, beaufschlagt dann die Ringbandfeder 5 das Nutende 12′ der Nut 12 des Klemmkörpers 3, wodurch die innenliegende zylindrische Außenfläche 13 des Klemmkörpers 3 mit der Außenoberfläche des Innenrings 2 und die außenliegende Oberfläche 14 des Klemmkörpers 3 mit der Innenoberfläche des Außenrings 1 in Kontakt ge­ bracht wird. Zugleich fügt sich der sich in axialer Richtung erstreckende Abschnitt 17 des Käfigs 9 lose in den deltaförmigen Raum 11, der zwischen den peripheren Oberflächen der Klemmkörper 3 und des Innenrings 2 ausge­ bildet ist. Die Klemmkörper 3, die Ringbandfeder 5 und der Käfig 9 können aus dem Raum zwischen Außen­ ring 1 und Innenring 2 als Gesamteinheit entfernt werden. Dies ist deshalb möglich, weil der Klemm­ körper 3 in radialer Richtung zwischen der Ringband­ feder 5 und dem sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitt 17 des Käfigs 9 und in axialer Richtung zwischen der Ringbandfeder 5 und dem sich in Umfangs­ richtung erstreckenden Abschnitt 16 des Käfigs 9 gehalten ist.

Weil die Klemmkörper 3 zwischen den Außenring 1 und den Innenring 2 so eingesetzt sind, daß sie sich in Umfangsrichtung untereinander berühren, wird die Gesamt-Querschnittsfläche der Klemmkörper 3 auf ein Maximum gebracht, wodurch die Leistungsfähigkeit der Kupplung bezüglich der Drehmoment-Übertragung erhöht wird. Das Einsetzen der Klemmkörper 3 in einer Montageeinheit zusammen mit der Ringbandfeder 5 und dem Käfig 9 zwischen den Außen­ ring 1 und den Innenring 2 erleichtert die Montage und die Demontage der Kupplung. Weil der Käfig 9, nach der Montage lose in den deltaförmigen Räumen 11 zwischen den Klemmkörpern 3 und dem Außen­ ring 1 oder Innenring 2 bleibt, tritt keine gegen­ seitige störende Beeinflussung zwischen den Klemm­ körpern 3 und dem Käfig 9 auf, so daß der Käfig 9 während der Kraftübertragung nicht beschädigt wird. Das verkleinerte Gewicht des Käfigs 9 reduziert die Massenkräfte in Rotationsrichtung, wodurch der Käfig 9 die Drehbewegung des Klemmkörpers 3 nicht beeinträch­ tigt. Wenn der Käfig 9 aus rundem Walzdraht hergestellt ist, erfolgt die Berührung des Käfigs 9 mit dem Klemm­ körper 3 zwischen gekrümmten Oberflächen, so daß sich der Klemmkörper 3 stoßfrei, sanft und gleich­ mäßig drehen kann. Dies stellt wiederum einen gleich­ mäßigen Betrieb der Kupplung sicher. Wie oben er­ wähnt, wird der Käfig 9 einfach und schnell in einer Baugruppeneinheit mit dem Klemmkörper 3 usw. mon­ tiert und ausgebaut. Wenn der Käfig 9 eingebaut und ausgerichtet ist, liegt er lose innerhalb des deltaförmigen Raums 11. Dies ermöglicht die Her­ stellung des Käfigs 9 durch Verarbeitung von Stahl­ draht, anstatt durch herkömmliche Tiefzieh- oder andere Hochleistungs-Bearbeitungsvor­ gänge. Dies führt wiederum zu einem vereinfachten Herstellungsverfahren und zu niedrigeren Produktions­ kosten nicht nur des Käfigs 9 selbst, sondern darüber hinaus der gesamten Kupplung. Die Verwendung von Stahldraht für die Herstellung des Käfigs 9 schafft die Möglichkeit einer besseren Werkstoff-Verwertung und ermöglicht dadurch die Produktion von Kupplungen, deren Preis noch niedriger liegt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Ausführungsform, die sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 darin unter­ scheidet, daß innerhalb beider Seiten des Käfigs 9 eine ringförmige Seitenplatte 10 vorgesehen ist. Der hier verwendete Käfig 9 ist, wie beispielsweise der in den Fig. 7 bis 9 gezeigte Käfig 9, abwechselnd in ent­ gegengesetzten Richtungen U-förmig gebogen.

Wie in den Fig. 3 und 4 und in den Fig. 10 und 11 gezeigt ist, weist die ringförmige Seitenplatte 10 einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der Innen­ durchmesser des Außenrings 1 und sie besitzt einen Innendurchmesser d, der größer ist als der Außendurch­ messer des Innenrings 2. Entlang dem Innenrand der Seitenplatte 10 sind Ausnehmungen 18 vorgesehen, die in regelmäßigem Abstand zueinander stehen; ein Ende des sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitts bzw. des Axialabschnitts 17 des Käfigs 9 ist in die Aus­ nehmung 18 eingepaßt. Der Außendurchmesser D des Käfigs 9 ist größer als der Innendurchmesser d der ringförmigen Seitenplatte 10. Der sich in Umfangsrichtung erstrecken­ de Abschnitt 16 des Käfigs 9, der wechselweise in entgegengesetzten Richtungen in eine U-Form ge­ bracht ist, wirkt jedoch während des Einsetzens nicht auf die Innenwand der ringförmigen Seitenplatte 10 ein, wenn der Außendurchmesser des Käfigs 9 unter vorteilhafter Ausnutzung seiner Elastizität vermindert wird.

Bei der Montage der so aufgebauten Freilaufkupplung bzw. des so aufgebauten Klemmklotz-Freilaufs werden der Klemmkörper 3, der Käfig 9, die ringförmige Seiten­ platte 10 und die Ringbandfeder 5 in einer Gesamt- Montageeinheit zwischen den Außenring 1 und den Innen­ ring 2 eingepaßt; dann wird ein Anschlag 19 (d. h. ein herkömmlicher Axial-Sicherungsring bzw. Seegerring) zur Begrenzung einer axialen Bewegung am Außenring 1 angebracht. Die Kupplung kann durch Umkehrung der oben beschriebenen Verfahrensschritte auseinander gebaut werden.

Über die sich durch die Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 ergebenden Vorteile hinaus besitzt diese zweite Ausführungform die folgenden Vorteile:

Wenn der Außenring 1 und der Innenring 2 in und außer Eingriff kommen, bewegen sich aus verschiedenen Gründen, beispielsweise aufgrund dessen, daß die Klemmkörper 3 nicht exakt die gleiche Form besitzen, einige Klemm­ körper 3 in axialer Richtung (gemäß Fig. 4) nach links und einigen nach rechts. Die sich seitlich bewegenden Klemmkörper 3 beaufschlagen dann die ringförmigen Seitenplatten 10 auf beiden Seiten gleichzeitig mit Druck. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, berührt jedoch der sich in Umfangsrichtung erstreckende Abschnitt 16 des Käfigs 9 die Außenseite der ringförmigen Seitenplatte 10, so daß die Seitenplatte 10 derartigen Transversal­ kräften in jeder Richtung widerstehen kann. Demgemäß können selbst dünne ringförmige Seitenplatten ohne weiteres die Axialdruckbeaufschlagung der sich be­ wegenden Klemmkörper 3 aufnehmen. Dies ermöglicht unter Reduzierung der axialen Länge der Kupplung - mit Aus­ nahme der Länge des Klemmkörpers - auf ein Minimum die Schaffung einer kompakten Freilaufkupplung bzw. eines kompakten Klemmklotzfreilaufs. Die Nut 12, in die die Ringbandfeder 5 eingepaßt wird, ist in der Mitte der außenliegenden Oberfläche 14 des Klemmkörpers 3 ausge­ bildet, wodurch der örtlich auftretende Abrieb-Ver­ schleiß auf der Seite des Klemmkörpers 3 verhindert und die Einsatz-Lebensdauer der Kupplung erhöht wird.

Dadurch, daß der Axialabschnitt 17 des Käfigs 9 in die Ausnehmung 18 der ringförmigen Seitenplatte 10 ein­ gepaßt ist, werden äußere Kräfte, die radial nach außen und in Umfangsrichtung gerichtet sind und die auf den Axialabschnitt 17 des Käfigs 9 wirken, wenn der Außenring 1 und der Innenring 2 in und außer Eingriff kommen, durch die ringförmigen Seitenplatten 10 aufgenommen. Folglich wird der Axialabschnitt 17 des Käfigs 9 davon abgehalten, sich in die besagten Richtungen zu bewegen, wodurch er den Klemmkörper 3, der mit dem Axialabschnitt 17 in gleitendem Kontakt steht, stets in einer festgelegten Lage hält. Dies erlaubt eine einfache Konzipierung einer Freilaufkupplung, die sich äußerst gut für die Über­ tragung eines erwünschten Drehmoments eignet, indem die Klemmkörper 3 in geeigneten Abständen angeordnet und gehalten werden, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist. Die Anzahl der Klemmkörper 3 kann nämlich entsprechend der Größe des eingeleiteten Drehmoments entsprechend angehoben oder vermindert werden, indem die Klemmkörper 3 nur in jeden zweiten Halteabschnitt des Käfigs 9 - wie dies in Fig. 12 gezeigt ist -, oder in jeden dritten Halteabschnitt usw. eingesetzt werden.

Bei der Montage der ringförmigen Seitenplatte 10 kann bei Verwendung eines Käfigs 9 aus Stahl-Walzdraht besonders dessen Elastizität ausgenützt werden. Darüber hinaus können viele Klemmkörper 3 en bloc bzw. in einer Montagegruppe zwischen den Außenring 1 und den Innenring 2 eingesetzt werden. Dies alles führt zu einer einfachen und schnellen Montage und dadurch zu Freilaufkupplungen mit niedrigen Preisen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 3 kann der Käfig 9 beispiels­ weise so angeordnet sein, daß er an die Innenseite des Außenrings 1 angrenzt. Der Klemmkörper 3 kann umgedreht werden, so daß die Nut 12 zum Innenring 2 weist. Darüber hinaus kann auch eine eine Vorspannung nach außen aufbringende Druckfeder in die Nut 12 ein­ gepaßt werden. In diesem Fall ist die Ausführungs­ form gemäß Fig. 3 und 4 so abgewandelt, daß die Aus­ nehmungen 18 entlang dem Außenrand der ringförmigen Seitenplatte 10 ausgebildet sind.

Es können auch zwei ringförmige Ringbandfedern 5 zur Anwendung kommen. In diesem Fall müssen im Klemmkörper 3 zwei parallele Nuten 12 ausgebildet sein, die diese beiden Ringbandfedern 5 aufnehmen.

Was die Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 betrifft, so kann die ringförmige Seitenplatte 10 so geformt sein, wie dies in den Fig. 13 bis 15 gezeigt ist. Um die Abstände zwischen den Klemmkörpern 3 auf ge­ eignete Weise variieren zu können, kann der Käfig 9, wie dies in Fig. 16 gezeigt ist, Umfangsabschnitte 16 besitzen, die von den Enden der Axialabschnitte 17 mit unterschiedlichen Längserstreckungen (L ₁ und L ₂) weg verlaufen.

Claims (4)

1. Freilaufkupplung mit einer Vielzahl ringförmig zwi­ schen einen Außenring und einen Innenring eingesetzten Klemmkörpern, die jeweils eine etwa mittig zwischen den axialen Klemmkörperenden eingeformte Nut besitzen, in die eine die Klemmkörper in Mitnahmerichtung vorspannende Ring­ bandfeder eingepaßt ist, mit Klemmkörpern, die durch ihre Form kontinuierlich in Anlage aneinandergehalten werden, und mit einem ringförmigen Käfig mit sich axial erstrecken­ den, in Umfangsrichtung miteinander durch Umfangsabschnitte verbundenen Axialabschnitten, zwischen denen die Klemmkörper sitzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (9) aus einem langgezogenen Walzdraht besteht, der aneinander anschließende, sich wechselweise in entgegen­ gesetzte Richtungen öffnende U-Form-Abschnitte aufweist, deren jeweilige Basis die Länge des sich in Umfangsrichtung erstreckenden Käfigabschnitts (16) definiert und deren jeweilige Schenkel die axiale Breite der Käfigabschnitte (17) definieren, und daß die Abschnitte (17) in Umfangs­ richtung so angeordnet sind, daß jeweils ein Klemmkörper (3) zwischen ihnen positionierbar ist.

2. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Klemmkörper (3) auf seiner einen Seite, die im Trageingriff mit einer äußeren ringförmigen Oberfläche auf dem Innenring (2) steht, eine im wesentlichen zylindri­ sche Außenfläche (13) besitzt, und daß die andere Seite des Klemmkörpers (3) als asymmetrische Nockenoberfläche (14) ausgebildet ist, die in Eingriff bzw. in Funktionskon­ takt mit einer inneren ringförmigen Oberfläche des Außen­ rings (1) steht.

3. Freilaufkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die Nut (12) des Klemmkörpers (3) radial nach außen zum Außenring (1) erstreckt und durch einen Nutgrund (15) definiert ist, der bezüglich der Umfangsrich­ tung geneigt verläuft, so daß die Ringbandfeder (5) den Nutgrund (15) nur im Bereich eines Nutendes (12′) berührt und den Klemmkörper (3) in Kipprichtung vorspannt, wodurch die zylindrische Außenfläche (13) jeweils eines Klemmkörpers (3) in Kontakt mit der Nockenoberfläche (14) des benachbar­ ten Klemmkörpers (3) vorgespannt wird.

4. Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von ringförmigen Sei­ tenplatten (10) vorgesehen ist, die jeweils zwischen die in Umfangsrichtung verlaufenden Käfigabschnitte (16) und eine Seite der Klemmkörper (3) einsetzbar sind und die in einem Randabschnitt Ausnehmungen (18) besitzen, in die sich die axialen Abschnitte (17) des Käfigs (9) einfügen, um dessen Bewegung bzw. Verschiebung entgegenzuwirken.