DE3914120C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Klemmrollenfreilaufkupplung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bei einer bekannten Klemmrollenfreilaufkupplung dieser Art (DE 37 09 710 A1) sind die Vorsprünge als Dauermagnete ausgebildet, welche auf die Klemmrollen eine magnetische Anzugskraft ausüben und dadurch die Klemmrollen mit den Klemmflächen des Außenringes in Eingriff zu bringen suchen. Die Dauermagnete bedingen jedoch eine erhebliche Verteuerung der Fertigung der Kupplung. Außerdem machen die von den Dauermagneten erzeugten Magnetfelder die Kupplung für alle Anwendungen ungeeignet, bei denen Magnetfelder störend sind.

Es sind ferner Klemmrollenfreilaufkupplungen bekannt (DE 33 09 233 C2 und EP 02 30 987 A1), bei denen ein Klemmflächen bildender Außenring von einem Außenteil umgeben ist, das mit einer radial einwärts gerichteten flanschartigen Seitenfläche des Außenrings auf einer Seite axial abschließt, während der Außenring auf der anderen Seite von einem Ring axial abgeschlossen ist, von dem Vorsprünge axial abstehen, die in einen radial außen von dem Außenring und radial innen von einer Welle begrenzten Raum hineinragen und zwischen denen die Klemmrollen sitzen. Bei einer Ausführungsform dieser bekannten Klemmrollenfreilaufkupplung (DE 33 09 233 C2) sind die Klemmrollen in Richtung auf die zugeordneten Klemmflächen mittels Federn vorgespannt, die zusammen mit den Klemmrollen in die betreffenden Ausnehmungen einzeln eingesetzt sind. Bei einer anderen bekannten Ausführungsform (EP 02 30 987 A1) soll nur durch eine besondere Formgebung der von dem Außenring gebildeten Klemmflächen und der mit den Klemmrollen zusammenwirkenden Flächen der axialen Vorsprünge dafür gesorgt sein, daß sich die Klemmrollen bei entsprechender Drehrichtung gegen die Klemmflächen anpressen. In beiden Fällen ist zwar die Ausbildung von Magnetfeldern vermieden. Bei der Ausführungsform mit Einzelfedern ist die Montage jedoch relativ aufwendig und insbesondere bei Kupplungen mit kleinem Außendurchmesser, z. B. einem bei Büromaschinen anzutreffenden Außendurchmesser von 10 bis 20 mm, auch schwierig. Die Ausführungsform ohne Federn stellt besonders hohe Präzisionsanforderungen bei der Fertigung. Gleichwohl kann es in der Praxis zu Betriebsstörungen kommen, beispielsweise wenn die Kupplung innerhalb eines weiten Temperaturbereichs arbeiten muß.

Des weiteren ist eine Klemmrollenfreilaufkupplung bekannt (US 39 93 176), die einen Außenring mit als Klemmflächen ausgebildeten, sich vom Innenumfang des Außenrings radial auswärts erstreckenden Ausnehmungen, den Ausnehmungen zugeordnete Klemmrollen und einen Käfig mit axialen Stegen aufweist, die sich in Umfangsrichtung zwischen die Klemmrollen erstrecken, wobei an Stelle eines der Stege ein Federelement vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässig arbeitende, vielseitig einsetzbare Klemmrollenfreilaufkupplung zu schaffen, bei der ein Anpressen sämtlicher Klemmrollen an die zugehörigen Klemmflächen gewährleistet ist und die gleichwohl eine besonders einfache und rasche Montage erlaubt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Klemmrollenfreilaufkupplung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs gelöst.

Weil bei der Klemmrollenfreilaufkupplung nach der Erfindung an den Vorsprüngen Federelemente für die Anpressung der Klemmrollen in den Ausnehmungen einstückig angeordnet sind, lassen sich sämtliche Federelemente in einem Zug in die Ausnehmungen genau einbringen, indem einfach die Ringscheibe in den Außenring von dessen einer Seite aus eingesetzt wird. Im Vergleich zu einer Klemmrollenfreilaufkupplung mit in die Ausnehmungen einzeln eingesetzten Federn ist die Montage wesentlich vereinfacht. Gleichwohl ist jeder der Klemmrollen ein eigenes Federelement zugeordnet. Dauermagnete sind nicht erforderlich.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform einer auf einer drehbaren Welle sitzenden Klemmrollenfreilaufkupplung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen genuteten Bereich des Außenrings entlang der Linie III-III der Fig. 1;

Fig. 4 eine auseinandergezogene, teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung der Klemmrollenfreilaufkupplung gemäß den Fig. 1 bis 3;

Fig. 5 einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform einer auf einer drehbaren Welle sitzenden Klemmrollenfreilaufkupplung;

Fig. 6 einen Schnitt durch den genuteten Bereich des Außenrings entlang der Linie VI-VI der Fig. 5;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der Ringscheibe der Anordnung nach Fig. 6;

Fig. 8 einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform der Klemmrollenfreilaufkupplung;

Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX der Fig. 8;

Fig. 10 einen Längsschnitt entlang der Linie X-X der Fig. 8;

Fig. 11 einen Schnitt eines Teils des Außenrings, der die Form und den Keilwinkel eines der keilförmigen Räume erkennen läßt;

Fig. 12 in größerem Maßstab eine perspektivische Ansicht eines Federelementes und

Fig. 13 eine teilweise aufgebrochene perspektivische, auseinandergezogene Darstellung der dritten Ausführungsform der Klemmrollenfreilaufkupplung.

Bei der in den Fig. 1 bis 4 veranschaulichten ersten Ausführungsform weist die Klemmrollenfreilaufkupplung einen Außenring 1, ein Außenteil 2, Klemmrollen 3 und eine Ringscheibe 4 auf.

Der Außenring 1 ist aus einem porösen Eisenwerkstoff gefertigt, und er ist an seinem Innenumfang mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen in Form von Axialnuten 5 ausgestattet, wie dies insbesondere aus Fig. 4 zu erkennen ist. Jeder der Nuten 5 ist an beiden Seitenkanten 6 und 6′ abgerundet, um Beschädigungen, wie Spanbildung und dergleichen, zu vermeiden. Der Boden jeder der Nuten 5 verjüngt sich oder verläuft schräg in einer der entgegengesetzten Drehrichtungen, um eine Nockenfläche 7 entstehen zu lassen. Auf diese Weise werden zwischen den Nockenflächen 7 und einer drehbaren Welle 8 keilförmige Räume 9 ausgebildet.

Der Außenring 1 ist an seinem Außenumfang mit einer Mehrzahl von verhältnismäßig flachen Axialnuten 10 versehen, die mit Rippen 11 an der Innenumfangsfläche des Außenteils 2 in Eingriff kommen können, das auf die Außenumfangsfläche des Außenringes aufgesetzt ist. Auf diese Weise werden der Außenring 1 und das Außenteil 2 an einer gegenseitigen Drehung gehindert.

Das Außenteil 2 weist einen zylindrischen Abschnitt 12 mit einer zylindrischen Außenfläche (Fig. 4) auf. An der Innenumfangsfläche des Außenteils 2 ist nahe deren einem Ende eine Ringnut 13 ausgebildet, während am anderen Ende des zylindrischen Abschnitts 12 eine mit dem Abschnitt 12 einstückig verbundene Seitenwand 14 vorgesehen ist. Die Seitenwand 14 ist in ihrer Mitte mit einer runden Öffnung 16 ausgestattet, durch die die drehbare Welle 8 hindurchreicht. Die Seitenwand 14 verschließt das eine Ende der in dem Außenring 1 ausgebildeten Nuten 5.

In jede der Nuten 5 ist eine Klemmrolle 3 eingesetzt (Fig. 2 bis 4).

Das andere Ende jeder Nut 5 ist mittels der zweckmäßig aus Kunststoff gefertigten Ringscheibe 4 verschlossen, die in ihrem mittleren Bereich mit einer runden Öffnung 17 versehen ist, durch welche die drehbare Welle 8 hindurchreicht. Die Öffnung 17 der Ringscheibe 4 und die Öffnung 16 des Außenteils 2 dienen als Radiallager für die Welle 8. Am Außenumfang der Ringscheibe 4 ist eine ringförmige Rippe 18 ausgebildet, die mit der Ringnut 13 in dem Außenteil 2 in Schnappeingriff gebracht werden kann.

Die Ringscheibe 4 trägt an ihrer Innenfläche eine Mehrzahl von Gruppen von Vorsprüngen 19, Federelementen 20 und Anschlaggliedern 21. Jede dieser Gruppen kann in einer der Axialnuten 5 des Außenringes 1 aufgenommen werden.

Die Vorsprünge 19 werden in die Nuten 5 derart eingesetzt, daß sie sich gegen die breiteren Seitenwände auf der Seite der Kanten 6 anlegen, um die Ringscheibe 4 in vorbestimmter Position zu halten.

Die Federelemente 20 sitzen auf den Vorsprüngen 19; sie weisen einen sich in Richtung auf die betreffende Klemmrolle 3 verjüngenden Basisabschnitt und einen Kopfabschnitt auf, der gegen die Klemmrolle 3 im Bereich der Kontaktfläche 20′ angepreßt werden kann, um aufgrund der Elastizität der Federelemente die Klemmrolle in den verengten Bereich des betreffenden keilförmigen Raumes 9 vorzuspannen. Die Kontaktfläche 20′ und die Nockenfläche 7 wirken zusammen, um die Klemmrolle 3 daran zu hindern, aus den Nuten 5 in Richtung auf das Zentrum des Außenringes 1 auszutreten.

Die Anschlagglieder 21 erstrecken sich in der Längsrichtung der Nuten 5 unter Aufrechterhaltung eines Abstandes g von der Rückseite der Kontaktfläche 20′. Die Anschlagglieder 21 beschränken die Rückwärtsbewegung der Federelemente 20 auf einen vorbestimmten Bereich.

Bei der Montage der erläuterten Klemmrollenfreilaufkupplung wird die Ringscheibe 4 in den Außenring 1 von dessen einem Ende aus eingesetzt, wobei die Vorsprünge 19 und damit die Federelemente 20 sowie die Anschlagglieder 21 in die vorgesehene Lage innerhalb der zugehörigen Nuten 5 gebracht werden. Die Klemmrollen 3 werden in die Nuten 5 von dem anderen Ende des Außenrings aus eingesetzt, und das Außenteil 2 wird über den Außenring 1 geschoben, bis seine Ringnut 13 mit der Rippe 18 der Ringscheibe 4 in Eingriff kommt. In diesem Zustand drücken sich die Kontaktflächen 20′ der Federelemente 20 gegen die Klemmrollen 3 an, um diese in Richtung auf den verengten Bereich der keilförmigen Räume 9 vorzuspannen. Zusammen mit den Nockenflächen 7 verhindern die Federelemente 20, daß die Klemmrollen 3 aus den Nuten 5 in Richtung auf das Zentrum des Außenringes 1 heraustreten.

Die derart montierte Klemmrollenfreilaufkupplung wird auf die Welle 8 aufgesetzt. Wenn sich die Welle 8 in diesem Zustand in Richtung des Pfeils in Fig. 1 dreht, verkeilen sich die Klemmrollen 3 in den keilförmigen Räumen 9. Dadurch wird erreicht, daß sich der Außenring 1 und das damit verbundene Außenteil 2 zusammen mit der Welle 8 drehen.

Wird die Welle 8 in der entgegengesetzten Richtung gedreht, werden die Klemmrollen 3 entgegen der Vorspannkraft der Federelemente 20 in den erweiterten Bereich der keilförmigen Räume 9 gedrückt, so daß von der Welle 8 kein Drehmoment auf den Außenring 1 und das Außenteil 2 übertragen wird.

Wenn die Federelemente 20 von den Klemmrollen über einen vorbestimmten Abstand hinweg zurückgeschoben sind, legen sie sich gegen die Anschlagglieder 21 an; dadurch werden die Federelemente daran gehindert, sich weiter nach hinten zu verlagern.

In den Fig. 5 bis 7 ist eine zweite Ausführungsform der Klemmrollenfreilaufkupplung veranschaulicht, die sich von der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Ausbildung der Ringscheibe 4 unterscheidet.

Bei dieser zweiten Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Gruppen von Vorsprüngen 19 und Federelementen 20 auf der Ringscheibe 4 um die Mittelöffnung 17 herum in gleichförmigen Winkelabständen verteilt angeordnet. Die bei der ersten Ausführungsform vorgesehenen Anschlagglieder 21 sind weggelassen.

Die Federelemente 20 reichen bis zur Innenseite der Ringscheibe 4, und sie erstrecken sich schräg in Richtung auf die zugehörige Klemmrolle 3. Am Kopfabschnitt der Federelemente befindet sich die Kontaktfläche 20′, die auf die zugehörige Klemmrolle 3 zugerichtet ist. Die Klemmrollen werden von den Kontaktflächen 20′ und den Nockenflächen 7 abgestützt. Die Federelemente 20 sind aus Gründen der Verstärkung und Flexibilität über ihre volle Länge V-förmig abgeknickt. Aufgrund dieses verstärkten Aufbaus sind Anschlagglieder, wie sie bei der ersten Ausführungsform vorgesehen sind, nicht notwendig.

Die Klemmrollenfreilaufkupplung gemäß der zweiten Ausführungsform wird in der gleichen Weise montiert und benutzt wie die Klemmrollenfreilaufkupplung der zuvor erläuterten ersten Ausführungsform.

Bei der in den Fig. 8 bis 13 veranschaulichten dritten Ausführungsform sind die an der Innenumfangsfläche des Außenringes 1 ausgebildeten Axialnuten 5 mit Seitenwänden 30 und 31 versehen, die bezüglich der Vorwärtsdrehrichtung der Welle 8 (in Fig. 8 durch einen Pfeil angedeutet) an der Vorderseite bzw. der Rückseite jeder Nut angeordnet sind. Die Nuten 5 weisen an ihrem Boden nahe den vorderen Seitenwänden 30 jeweils eine Nockenfläche 7 auf, die einen Keilwinkel 2α (bei dieser Ausführungsform von etwa 10 Grad) mit Bezug auf eine Tangente zu der drehbaren Welle 8 bildet (vergleiche Fig. 11). Ferner sind die Nuten 5 an ihrem Boden nahe der hinteren Seitenwand 31 mit einer Tasche 32 zur Aufnahme jeweils eines Vorsprunges 19 ausgestattet.

Bei dieser Ausführungsform ist der Außenring 1 an seiner Innenumfangsfläche an dem der Ringscheibe 4 zugewendeten Ende mit Ausschnitten 33 versehen (Fig. 13) um bei der Montage eine Fehlausrichtung des Außenringes 1 zu verhindern.

Die Ringscheibe 4 weist an ihrem Außenumfang Positioniernuten 34 auf, die den gleichen Querschnitt wie die Nuten 10 des Außenringes 1 haben und die bei der Montage mit den Nuten 10 ausgerichtet werden können.

An der Innenseite der Ringscheibe 4 sitzen mehrere Gruppen von Vorsprüngen 19 und Federelementen 20, wobei jeweils eine Gruppe einer der Nuten 5 des Außenringes 1 zugeordnet ist.

Bei der Montage kommen die Vorsprünge 19 mit den hinteren Seitenwänden 31 der Nuten 5 in Kontakt, und die Vorsprünge 19 werden in den am Boden der Nuten 5 vorgesehenen Taschen 32 engpassend aufgenommen. Dadurch läßt sich die Ringscheibe 4 in eine vorbestimmte Position bringen. Die Außenfläche der Kopfabschnitte der Vorsprünge 19 ist verjüngt, um das Einführen in die Nuten 5 zu erleichtern. Die Vorsprünge 19 haben vorzugsweise eine Länge, die gleich oder größer als die der Federelemente 20 ist, wodurch die Federelemente 20 vor der Montage geschützt werden.

Die Federelemente 20 sitzen an der Innenseite der Vorsprünge 19, und sie haben einen V-förmig abgewinkelten Querschnitt. Wie aus Fig. 12 hervorgeht, weist jedes Federelement 20 einen Basisabschnitt 36, einen Zwischenabschnitt 37 und einen Kopfabschnitt 38 auf. Die Basisabschnitte 36 verlaufen senkrecht zu der Innenfläche der Ringscheibe 4, während die Zwischenabschnitte 37 und die Kopfabschnitte 38 sind dabei weniger stark geneigt als die Zwischenabschnitte 37, und ihre Innenfläche verläuft senkrecht zu der Innenseite der Ringscheibe 4 (vergleiche Fig. 9). Die Kopfabschnitte 38 sind auf diese Weise dünner als der andere Teil der Federelemente 20.

Jedes Federelement 20 ist als Ganzes nachgiebig ausgebildet, wobei die Federkonstanten des Basisabschnitts 36, des Zwischenabschnitts 37 und des Kopfabschnitts 38 in dieser Reihenfolge abnehmen. Mittels der Federelemente 20 werden die betreffenden Klemmrollen 3 in den verengten Bereich der keilförmigen Räume mit dem Keilwinkel 2α vorgespannt. Im Hinblick auf höhere Dauerhaftigkeit und verminderte Beanspruchungen sind die Basisabschnitte 36 vorzugsweise so dünn wie möglich in dem von der Formbarkeit des verwendeten Harzes bestimmten Bereich ausgebildet. Auch die Zwischenabschnitte 37 und die Kopfabschnitte 38 sind vorteilhaft so verjüngt, daß sie von der Spitze der Kopfabschnitte zum unteren Ende der Zwischenabschnitte hin allmählich dicker werden, wodurch das Formen der Federelemente 20 vereinfacht wird.

Weil die Federelemente 20 einen V-förmigen Querschnitt haben, ist ihre Festigkeit in Querrichtung erhöht, und sie können mit den Klemmrollen 3 an zwei fest vorgegebenen Stellen der Innenseite der Kopfabschnitte 38 in stabilen Kontakt gebracht werden.

Die Klemmrollenfreilaufkupplung gemäß der dritten Ausführungsform wird auf der drehbaren Welle 8 in der in Fig. 8 veranschaulichten Weise angeordnet. Dreht sich die Welle 8 in diesem Zustand in Pfeilrichtung, werden die Klemmrolle 3 in den verengten Bereich der keilförmigen Räume geschoben, wodurch Drehmoment von der Welle 8 auf den Außenring 1 und auf das auf dem Außenring fest angeordnete Außenteil 2 übertragen werden kann. Wenn die Welle 8 in entgegengesetzter Richtung gedreht wird, werden die Klemmrolle 3 entgegen der Vorspannkraft der Federelemente 20 in den erweiterten Bereich der keilförmigen Räume geschoben, wodurch die Übertragung von Drehmoment von der Welle auf den Außenring 1 und das Außenteil 2 unterbrochen wird.

Weil die Vorsprünge 19 von den Taschen 32 aufgenommen werden, läßt sich die Ringscheibe 4 nicht gegenüber dem Außenring 1 drehen, selbst wenn auf die Ringscheibe 4 eine Kraft in der Drehrichtung der Welle 8 ausgeübt wird.

Aufbau und Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels entsprechen im übrigen im wesentlichen dem Aufbau und der Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispiels.

Bei der anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele erläuterten Klemmrollenfreilaufkupplung braucht das Außenteil 2 nicht rollenförmig mit zylindrischer Umfangsfläche ausgebildet zu sein. Beispielsweise können am Außenumfangsrand des Außenteils 2 eine Gruppe von Zähnen oder eine Riemenscheibe mit Riemenführungsflächen vorgesehen sein.

Claims (2)

1. Klemmrollenfreilaufkupplung mit

   • (a) einem beidseitig offenen Außenring, der als Klemmflächen ausgebildete Ausnehmungen aufweist, die sich vom Innenumfang des Außenrings radial einwärts über dessen gesamte axiale Breite erstrecken,
   • (b) in den Ausnehmungen angeordneten Klemmrollen und
   • (c) einer den Außenring auf einer Seite axial abschließenden Ringscheibe mit einstückig angeformten Vorsprüngen, die sich axial in die Ausnehmungen erstrecken und die Ringscheibe gegenüber dem Außenring festlegen,
2. dadurch gekennzeichnet, daß

   • (d) Federelemente (20) für die Anpressung der Klemmrollen (3) in den Ausnehmungen (5) einstückig an den Vorsprüngen (19) oder der Ringscheibe (4) angeordnet sind, und
   • (e) ein den Außenring (1) umgebendes Außenteil (2) mit einer radial einwärts gerichteten flanschartigen Seitenfläche (14) den Außenring zur anderen Seite hin axial abschließt.