DE3914120C3 - Klemmrollenfreilaufkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Klemmrollenfreilaufkupp­ lung.

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 bedin­ gen jedoch eine erhebliche Verteuerung der Fertigung der Kupplung. Außerdem machen die von den Dauer­ magneten erzeugten Magnetfelder die Kupplung für al­ le Anwendungen ungeeignet, bei denen Magnetfelder störend sind.

Es sind ferner Klemmrollenfreilaufkupplungen be­ kannt (DE 33 09 233 C2 und EP 02 30 987 A1), bei denen ein Klemmflächen bildender Außenring von einem Au­ ßenteil umgeben ist, das mit einer radial einwärts gerich­ teten flanschartigen Seitenfläche des Außenrings auf ei­ ner 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 zwi­ schen denen die Klemmrollen sitzen. Bei einer Ausfüh­ rungsform dieser bekannten Klemmrollenfreilaufkupp­ lung (DE 33 09 233 C2) sind die Klemmrollen in Rich­ tung auf die zugeordneten Klemmflächen mittels Fe­ dern 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 Form­ gebung der von dem Außenring gebildeten Klemmflä­ chen und der mit den Klemmrollen zusammenwirken­ den Flächen der axialen Vorsprünge dafür gesorgt sein, daß sich die Klemmrollen bei entsprechender Drehrich­ tung gegen die Klemmflächen anpressen. In beiden Fäl­ len ist zwar die Ausbildung von Magnetfeldern vermie­ den. Bei der Ausführungsform mit Einzelfedern ist die Montage jedoch relativ aufwendig und insbesondere bei Kupplungen mit kleinem Außendurchmesser, z. B. ei­ nem bei Büromaschinen anzutreffenden Außendurch­ messer von 10 bis 20 mm, auch schwierig. Die Ausfüh­ rungsform ohne Federn stellt besonders hohe Präzi­ sionsanforderungen bei der Fertigung. Gleichwohl kann es in der Praxis zu Betriebsstörungen kommen, bei­ spielsweise 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 Ausneh­ mungen, den Ausnehmungen zugeordnete Klemmrollen und einen Käfig mit axialen Stegen aufweist, die sich in Umfangsrichtung zwischen die Klemmrollen erstrec­ ken, wobei an Stelle eines der Stege ein Federelement vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zu­ verlässig arbeitende, vielseitig einsetzbare Klemmrol­ lenfreilaufkupplung zu schaffen, bei der ein Anpressen sämtlicher Klemmrollen an die zugehörigen Klemmflä­ chen gewährleistet ist und die gleichwohl eine beson­ ders einfache und rasche Montage erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentan­ spruchs 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 Feder­ elemente in einem Zug in die Ausnehmungen genau einbringen, indem einfach die Ringscheibe in den Au­ ßenring 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 Ausführungs­ form einer auf einer drehbaren Welle sitzenden Klemm­ rollenfreilaufkupplung;

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 aufgebro­ chene perspektivische Darstellung der Klemmrollen­ freilaufkupplung gemäß den Fig. 1 bis 3;

Fig. 5 einen Querschnitt einer zweiten Ausführungs­ form einer auf einer drehbaren Welle sitzenden Klemm­ rollenfreilaufkupplung;

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 Ausführungs­ form 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 Ausfüh­ rungsform der Klemmrollenfreilaufkupplung.

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

Der Außenring 1 ist aus einem porösen Eisenwerk­ stoff gefertigt, und er ist an seinem Innenumfang mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen in Form von Axial­ nuten 5 ausgestattet, wie dies insbesondere aus Fig. 4 zu erkennen ist. Jeder der Nuten 5 ist an beiden Seitenkan­ ten 6 und 6' abgerundet, um Beschädigungen, wie Span­ bildung und dergleichen, zu vermeiden. Der Boden je­ der 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 dreh­ baren Welle 8 keilförmige Räume 9 ausgebildet.

Der Außenring 1 ist an seinem Außenumfang mit ei­ ner Mehrzahl von verhältnismäßig flachen Axialnuten 10 versehen, die mit Rippen 11 an der Innenumfangsflä­ che 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 aus­ gebildeten 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 zweckmä­ ßig aus Kunststoff gefertigten Ringscheibe 4 verschlos­ sen, 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 Radial­ lager für die Welle 8. Am Außenumfang der Ringschei­ be 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, Federele­ menten 20 und Anschlaggliedern 21. Jede dieser Grup­ pen kann in einer der Axialnuten 5 des Außenringes 1 aufgenommen werden.

Die Vorsprünge 19 werden in die Nuten 5 derart ein­ gesetzt, 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 Be­ reich der Kontaktfläche 20' angepreßt werden kann, um aufgrund der Elastizität der Federelemente die Klemm­ rolle in den verengten Bereich des betreffenden keilför­ migen 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 auszutre­ ten.

Die Anschlagglieder 21 erstrecken sich in der Längs­ richtung der Nuten 5 unter Aufrechterhaltung eines Ab­ standes g von der Rückseite der Kontaktfläche 20'. Die Anschlagglieder 21 beschränken die Rückwärtsbewe­ gung der Federelemente 20 auf einen vorbestimmten Bereich.

Bei der Montage der erläuterten Klemmrollenfrei­ laufkupplung wird die Ringscheibe 4 in den Außenring 1 von dessen einem Ende aus eingesetzt, wobei die Vor­ sprünge 19 und damit die Federelemente 20 sowie die Anschlagglieder 21 in die vorgesehene Lage innerhalb der zugehörigen Nuten 5 gebracht werden. Die Klemm­ rollen 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 die­ se in Richtung auf den verengten Bereich der keilförmi­ gen Räume 9 vorzuspannen. Zusammen mit den Noc­ kenflächen 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 Außen­ ring 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 Vor­ spannkraft 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 zurückge­ schoben sind, legen sie sich gegen die Anschlagglieder 21 an; dadurch werden die Federelemente daran gehin­ dert, 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 Mehr­ zahl von Gruppen von Vorsprüngen 19 und Federele­ menten 20 auf der Ringscheibe 4 um die Mittelöffnung 17 herum in gleichförmigen Winkelabständen verteilt angeordnet. Die bei der ersten Ausführungsform vorge­ sehenen Anschlagglieder 21 sind weggelassen.

Die Federelemente 20 reichen bis zur Innenseite der Ringscheibe 4, und sie erstrecken sich schräg in Rich­ tung auf die zugehörige Klemmrolle 3. Am Kopfab­ schnitt der Federelemente befindet sich die Kontaktflä­ che 20', die auf die zugehörige Klemmrolle 3 zugerichtet ist. Die Klemmrollen werden von den Kontaktflächen 20' und den Nockenflächen 7 abgestützt. Die Federele­ mente 20 sind aus Gründen der Verstärkung und Flexi­ bilität über ihre volle Länge V-förmig abgeknickt. Auf­ grund 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 Sei­ tenwänden 30 und 31 versehen, die bezüglich der Vor­ wärtsdrehrichtung 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 Posi­ tioniernuten 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 kön­ nen.

An der Innenseite der Ringscheibe 4 sitzen mehrere Gruppen von Vorsprüngen 19 und Federelementen 20, wobei jeweils eine Gruppe einer der Nuten 5 des Au­ ßenringes 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 vorbestimm­ te Position bringen. Die Außenfläche der Kopfabschnit­ te 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 abgewin­ kelten 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 In­ nenfläche der Ringscheibe 4, während die Zwischenab­ schnitte 37 und die Kopfabschnitte 38 sind dabei weni­ ger 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 aus­ gebildet, wobei die Federkonstanten des Basisabschnitts 36, des Zwischenabschnitts 37 und des Kopfabschnitts 38 in dieser Reihenfolge abnehmen. Mittels der Feder­ elemente 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 Zwi­ schenabschnitte 37 und die Kopfabschnitte 38 sind vor­ teilhaft so verjüngt, daß sie von der Spitze der Kopfab­ schnitte zum unteren Ende der Zwischenabschnitte hin allmählich dicker werden, wodurch das Formen der Fe­ derelemente 20 vereinfacht wird.

Weil die Federelemente 20 einen V-förmigen Quer­ schnitt haben, ist ihre Festigkeit in Querrichtung erhöht, und sie können mit den Klemmrollen 3 an zwei fest vorgegebenen Stellen der Innenseite der Kopfabschnit­ te 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, wer­ den 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 übertra­ gen werden kann. Wenn die Welle 8 in entgegengesetz­ ter Richtung gedreht wird, werden die Klemmrolle 3 entgegen der Vorspannkraft der Federelemente 20 in den erweiterten Bereich der keilförmigen Räume ge­ schoben, 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 aufge­ nommen werden, läßt sich die Ringscheibe 4 nicht ge­ genüber dem Außenring 1 drehen, selbst wenn auf die Ringscheibe 4 eine Kraft in der Drehrichtung der Welle 8 ausgeübt wird.

Aufbau und Wirkungsweise dieses Ausführungsbei­ spiels entsprechen im übrigen im wesentlichen dem Auf­ bau und der Wirkungsweise des ersten Ausführungsbei­ spiels.

Bei der anhand der bevorzugten Ausführungsbeispie­ le erläuterten Klemmrollenfreilaufkupplung braucht das Außenteil 2 nicht rollenförmig mit zylindrischer Umfangsfläche ausgebildet zu sein. Beispielsweise kön­ nen am Außenumfangsrand des Außenteils 2 eine Grup­ pe von Zähnen oder eine Riemenscheibe mit Riemen­ führungsflächen vorgesehen sein.

Claims (1)

1. Klemmrollenfreilaufkupplung mit
   einem beidseitig offenen Außenring (1), der Axialnuten (5) aufweist, die sich vom Innen­ umfang des Außenrings (1) radial einwärts über dessen gesamte axiale Breite erstrecken,
   wobei die Axialnuten (5) durch einen als Nockenfläche (7) ausgebildeten Boden sowie Seitenwände mit Seitenkanten (6, 6') gebildet sind und jeweils einen keilförmigen Raum (9) definieren, in denen eine Klemmrolle (3) eingesetzt ist,
   einer den Außenring (1) auf einer Seite abschließenden Ringscheibe (4) mit einstückig angeformten Vorsprüngen (19), die sich axial in die Axialnuten (5) erstrecken und die Ringscheibe (4) gegenüber dem Außenring (1) festlegen,
   Federelementen (20) für die Anpressung der Klemmrollen (3) in den Axialnuten (5), die einstückig an den Vorsprüngen (19) oder der Ringscheibe (4) angeordnet sind,
   und in die Axialnuten (5) eingreifen, wobei die Federelemente (20) zusammen mit den Axialnuten (5) verhindern, daß die Klemmrollen (3) aus den Axialnuten (5) in Richtung auf das Zentrum des Außenringes (1) heraustreten, und wobei
   ein den Außenring (1) umgebendes Außenteil (2) mit einer radial einwärts gerichteten, flanschartigen Seitenfläche (14) den Außenring (1) zur anderen Seite hin axial abschließt.