DE4007208C2 - Freilaufkupplung mit Drehmomentbegrenzungsfunktion - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Freilaufkupplung mit Drehmomentbegrenzungsfunktion zum wahlweisen Übertragen von Drehmoment bzw. der Unterbrechung der Drehmomentüber­ tragung, nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Eine solche Kupplung kann als Mechanismus benutzt werden, welcher Papierblätter daran hindert, einander überlappend gefördert zu werden, und die als Teil einer Papierförderwalzeneinheit oder als Zugbremse in einem Mechanismus zum Fördern eines Bandes, eines Streifens oder von Blättern eingesetzt werden kann.

Zu bekannten Freilaufkupplungen gehören eine Pulver-Freilaufkupplung und eine Feder­ kupplungs-Freilaufkupplung die erstgenannte Freilaufkupplung ist zwar leistungsfähig, sie hat jedoch einen komplizierten Aufbau und ist dementsprechend kostspielig. Außerdem ist sie schwierig zu handhaben, weil sie einen integralen Bestandteil einer Welle bildet. Bei der letztgenannten Freilaufkupplung besteht das Problem, daß das Grenzdrehmoment, d. h. das Drehmoment, bei dessen Überschreitung die Drehmomentübertragung unterbrochen wird, zu Schwankungen neigt, und daß die nutzbare Lebensdauer kurz ist.

Um diesen Problemen bekannter Freilaufkupplungen zu begegnen, wurde in der JP-GM- Anmeldung 63-55348 eine verbesserte Freilaufkupplung vorgeschlagen, die den Grundauf­ bau eines Klemmrollen-Freilaufs bzw. einer Überholkupplung hat und die mit vergleichs­ weise niedrigen Kosten gefertigt werden kann. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, weist diese bekannte Freilaufkupplung einen an seiner Innenumfangsfläche mit einer Mehrzahl von Nockenflächen 1 versehenen Außenring 2, einen in dem Außenring 2 sitzenden Käfig 3 aus Kunstharz, Klemmrollen 4, die in Räumen gehalten sind, welche von dem Käfig 3 und den Nockenflächen 1 begrenzt werden, sowie S-förmige Federn 6 auf, die in Ausnehmungen 7 des Käfigs 3 sitzen und die Klemmrollen 4 in einer solchen Richtung vorspannen, daß die Klemmrollen zwischen den Nockenflächen 1 und einer sich durch den Käfig 3 hindurch erstreckenden Welle 5 eingeklemmt werden. Die Nockenflächen 1, gegen welche sich die Klemmrollen 4 unter dem Einfluß der Federn 6 anlegen, haben einen solchen Keilwinkel, daß, wenn die Welle 5 rotiert, ein Grenzdrehmoment auftritt.

Ein Problem beim Abstützen der S-förmigen Federn 6 mittels des aus Kunstharz gefertigten Käfigs 3 besteht darin, daß, wenn die Vorspannkraft der Federn 6 groß ist, diese Kraft den Käfig 3 verformen kann; dadurch kommt es zu Schwankungen des Grenzdrehmoments.

Aus der DE-PS 8 85 331 ist eine Klemmrollen- oder Klemmkugel-Freilaufkupplung bekannt, die einen Außenring mit an seiner Innenumfangsfläche ausgebildeten Nocken­ flächen, einen in dem Außenring sitzenden, mit Taschen ausgestatteten Käfig, einen in dem Käfig sitzenden Innenkörper, zwischen den Nockenflächen des Außenringes und dem Innenkörper in den Käfigtaschen angeordnete Klemmrollen und mit den Klemmrollen zusammenwirkende Federn aufweist. Die Federn sind mit ihrem von der zugehörigen Klemmrolle abgewendeten Ende an der Innenumfangsfläche des Außenringes festgelegt, und sie spannen die Klemmrollen in einer Richtung vor, in welcher die Klemmrollen zwischen den Nockenflächen und dem Innenkörper eingeklemmt werden. Der Käfig ist unter dem Einfluß einer externen Stellkraft so verstellbar, daß wahlweise die Drehmo­ mentübertragung unterbrochen ist oder Drehmoment in einer Richtung übertragen wird.

Die nur Stand der Technik gemäß § 3.2 PatG bildende DE 39 14 120 A1 beschreibt eine Freilaufkupplung mit Außenring, Innenkörper, Klemmrollen und Vorspannfedern, bei wel­ cher die Klemmrollen in Axialnuten des Außenringes sitzen. Der Boden der Axialnuten bil­ det Nockenflächen, die mit den Klemmrollen zusammenwirken. Die Vorspannfedern sind zusammen mit Positioniergliedern auf einem seitlichen Abschlußteil axial vorstehend mon­ tiert. Die Positionierglieder legen sich gegen Wandteile der Axialnuten an, um das Abschlußteil in vorbestimmter Position zu halten, während die Vorspannfedern die Klemm­ rollen in Klemmeingriff mit den Nockenflächen des Außenringes und dem Innenkörper zu drücken suchen.

Aus DE 33 21 358 A1 und DE-AS 12 58 207 sind Klemmrollen-Freilaufkupplungen bekannt, bei denen Vorspannfedern zum Vorspannen der Klemmrollen Teil eines Draht­ käfigs sind, der in Ausnehmungen eines Außenringes der Kupplung verdrehsicher fixiert ist. Bei einer aus DE 33 09 233 A1 bekannten, ähnlich der Anordnung nach Fig. 7 aufgebauten Freilaufkupplung wird der Käfig von Rückhalteteilen gebildet, die mit einem Gehäuseteil der Kupplung einstückig verbunden sind und die in polygonaler Form in den Außenring eingefugt sind.

Aus der DE 22 64 140 C2, der DE 28 00 996 A1 und der DE 31 38 466 A1 sind Klemm­ körper-Freilaufkupplungen ohne Käfig bekannt, bei denen Vorspannfedern an der Innen­ umfangsfläche eines Außenringes abgestützt sind. Solche käfiglosen Kupplungen sind aber relativ schwierig zu montieren.

Während die vorstehend erwähnten bekannten Freilaufkupplungen eine Drehmoment­ begrenzungsfunktion durch das Zusammenwirken der Nockenflächen in Verbindung mit der aufgeprägten Vorspannung der Vorspannfedern auf die Klemmrollkörper haben, ist aus DE 37 09 710 A1 auch eine Einwegkupplung ohne Vorspannfedern bekannt, bei welcher zwi­ schen Nockenflächen an der Innenumfangsfläche eines Außenringes Magnetmaterialteile angeordnet sind, welche die Klemmrollen in Klemmeingriff mit den Nockenflächen und der Außenumfangsfläche eines Innenkörpers zu halten suchen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach montierbare Freilaufkupplung mit Drehmomentbegrenzungsfunktion zu schaffen, bei welcher der Abstand zwischen den betreffenden Klemmrollen und den Federstützflächen zuverlässig aufrechterhalten wird und die in der Lage ist, Schwankungen des Grenzdrehmoments zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Freilaufkupplung mit Drehmoment­ begrenzungsfunktion zum Übertragen von Drehmoment zwischen einem Innenkörper und einem den Innenkörper umgreifenden Außenring bis zum Erreichen eines Grenzdrehmo­ ments, wobei
an der Innenumfangsfläche des Außenringes eine Mehrzahl von Nockenflächen ausgebildet ist;
zwischen den Nockenflächen und dem Innenkörper eine Mehrzahl von Klemmrollen ange­ ordnet ist;
die Klemmrollen mittels Federn in einer Richtung vorgespannt sind, in welcher sie zwischen dem Außenring und dem Innenkörper eingeklemmt werden;
die Federn eine vorbestimmte Federkraft aufweisen, die bis zum Erreichen des Grenz­ drehmoments ausreicht, um die Klemmrollen zwischen den Nockenflächen) und dem Innen­ körper in Klemmeingriff zu halten, wenn auf den Innenkörper ein Drehmoment in der Dreh­ richtung aufgebracht wird, in welcher die Klemmrollen außer Klemmeingriff zu kommen suchen;
in dem Außenring ein Käfig sitzt, der mit einer Mehrzahl von Taschen zur Aufnahme der Klemmrollen versehen ist;
der Käfig Federführungsflächen zum Führen der radial innenliegenden Seite der Federn aufweist;
der Außenring Federführungsflächen zum Führen der radial außenliegenden Seite der Federn sowie Federstützflächen aufweist, an denen sich die Federn (mit dem von der zuge­ hörigen Klemmrolle abliegenden Ende unmittelbar abstützen; und
die Federn durch die Federstützflächen in Position gehalten sind.

Die Klemmrollen sitzen zwischen den Nockenflächen des Außenringes und der Außenum­ fangsfläche des Innenkörpers. Die Federn, welche die Klemmrollen in einer Richtung vor­ spannen, in welcher diese zwischen den Nockenflächen und dem Innenkörper eingeklemmt werden, werden durch das Zusammenwirken der Federführungsflächen des Käfigs und des Außenringes sowie der Federstützflächen an der Innenumfangsfläche des Außenringes geführt und abgestützt. Dies macht es möglich, den Abstand zwischen den betreffenden Klemmrollen und den Federstützflächen konstant zu halten sowie Schwankungen der Aus­ lenkung der Federn und damit Schwankungen des Grenzdrehmoments zu verhindern.

Wenn der Innenkörper einen Innenring aufweist, ist es möglich, unter Verwendung einer relativ kleinen Anzahl von Einzelteilen unterschiedliche Grenzdrehmomentwerte zu erhal­ ten, indem Federn mit Klemmrollen und Innenringen von unterschiedlichen Größen kombi­ niert werden.

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

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Freilaufkupplung,

Fig. 2 einen Längsschnitt der Freilaufkupplung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Teils der Freilaufkupplung nach den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 einen Teilquerschnitt entsprechend Fig. 1, der erkennen läßt, wie der Wert des gewünschten Grenzdrehmoments eingestellt wird,

Fig. 5 einen Längsschnitt der Freilaufkupplung, der zeigt, wie ein Lösen des Stifts verhin­ dert werden kann, welcher den Innenring mit der Welle kuppelt,

Fig. 6 eine auseinandergezogene perspektivische Teildarstellung der Anordnung nach Fig. 5, und

Fig. 7 einen Teilquerschnitt einer bekannten Freilaufkupplung.

Die vorliegend erläuterte Freilaufkupplung hat grundsätzlich den gleichen Aufbau wie ein Klemmrollen-Freilauf bzw. eine Überholkupplung. Sie weist einen an seiner Innenumfangs­ fläche mit einer Mehrzahl von Nockenflächen 12 versehenen Außenring 11, einen in dem Außenring 11 sitzenden und mit einer Mehrzahl von Taschen 16 ausgestatteten Käfig 13, einen in dem Käfig 13 sitzenden Innenring 14, eine Mehrzahl von Klemmrollen 15, die zwi­ schen den Nockenflächen 12 des Außenringes 11 und der Außenumfangsfläche des Innenringes angeordnet und von zugehörigen Taschen 16 des Käfigs 13 aufgenommen sind, sowie Federn 17 auf, die von an der Innenumfangsfläche des Außenringes 11 ausgebildeten Federstützflächen 18 abgestützt sind, um die Klemmrollen 15 in einer Richtung vorzu­ spannen, in welcher sie zwischen den Nockenflächen 12 und dem Innenring 14 eingeklemmt werden.

Das eine Ende des Außenrings 11 ist mittels eines Deckels 19 verschlossen, der auf die Außenumfangsfläche des Innenringes 14 aufgesetzt ist. Ein aus Kunstharz gefertigtes Außenteil 20 ist auf den Außenring 11 geschoben, um dessen Außenumfangsfläche und sein anderes Ende ebenso wie die Außenumfangsfläche des Deckels 19 abzudecken. Der Innen­ ring 14 ist über einen Stift 24 mit einer Welle 21 gekuppelt, die sich durch den Innenring hindurcherstreckt. Die Welle 21 und der Innenring 14 sind auf diese Weise drehfest mitein­ ander verbunden.

Bei der veranschaulichten Ausführungsform weist der Innenkörper die Welle 21 und den darauf sitzenden Innenring 14 auf. Der Innenring 14 kann gegebenenfalls auch weggelassen werden, so daß die Gruppe der Klemmrollen 15 oder anders gestaltete Klemmkörper unmittelbar zwischen dem Außenring 11 und der Welle 21 sitzen.

Wenn sich die Welle 21 in der Richtung des Pfeils A in Fig. 1 dreht, wird ihre Drehbewe­ gung über die Klemmrollen 15 auf den Außenring 11 übertragen. Dreht sich die Welle 21 dagegen in entgegengesetzter Richtung, d. h. in Richtung des Pfeils B, erfolgt keine Über­ tragung der Drehbewegung auf den Außenring 11; mit anderen Worten, die Welle läuft leer. Die Kupplung hat auf diese Weise die Funktion einer Einwegkupplung.

Durch Einstellen des Keilwinkels der Nockenflächen 12 und der Vorspannkraft der Federn 17 läßt sich das Grenzdrehmoment für die Drehbewegung der Welle 21 in Richtung des Pfeils B, d. h. das Drehmoment, bei dem die Welle 21 leerzulaufen beginnt, einstellen. Der vorliegend erläuterte Kupplung läßt sich daher als Einweg-Freilaufkupplung mit Mitteln zum Verhindern eines Zurückdrehens einsetzen.

Der metallische Außenring 11 weist an seiner Innenumfangsfläche Ausnehmungen 23 zur Aufnahme der Federn 17 auf. Diese Ausnehmungen 23 stehen in einstückiger Verbindung mit den Nockenflächen 12. Ihre betreffenden Endwände dienen als die Federstützflächen 18 zum Abstützen der Federn 17. Bei dieser Anordnung läßt sich der Abstand zwischen den betreffenden Klemmrollen 15 und den Stützflächen für die Federn 17 konstant halten. Dies bewirkt seinerseits, daß die Vorspannkraft der Federn 17 konstant gehalten wird, wodurch Schwankungen des Grenzdrehmoments verhindert werden.

Dadurch daß der Innenring 14 in dem Außenring 11 angeordnet wird, lassen sich der Deckel 19 und das Außenteil 20 in der in Fig. 2 veranschaulichten Weise montieren, um eine dicht verschlossene Freilaufkupplung zu erhalten. Dies erlaubt es, ein Auslecken von Fett und ein Eindringen von Staub zu verhindern, wodurch das Grenzdrehmoment für eine verlängerte Zeitspanne stabilisiert wird. Um Schwankungen des Grenzdrehmoments mini­ mal zu halten, ist vorzugsweise die Fläche des mit den Klemmrollen 15 in Kontakt stehen­ den Bauteils aufgerauht. Durch Verwenden des Innenringes 14 läßt sich die Oberflächen­ rauheit der Außenumfangsfläche des Innenringes nach Wunsch einstellen.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind der Innenring 14 und die Welle 21 über einen Stift 22 drehfest miteinander verbunden. Der Stift 22 erstreckt sich diametral durch die Welle 21 hindurch, und er greift in Ausnehmungen 31 ein, die am einen Ende des Innenringes 14 an diametral gegenüberliegenden Stellen des Innenrings ausgebildet sind.

Bei dem in den Fig. 5 und 6 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist ein Ring 32 auf den Außenumfang des Innenringes 14 an dessen einem Ende aufgesetzt, um ein Lösen des Stifts 22 zu verhindern. Der Ring 32 ist vorzugsweise aus Kunstharz gefertigt und auf den Innen­ ring 14 aufgepaßt oder mit diesem in anderer zweckentsprechender Weise verbunden.

Der Wert des Grenzdrehmoments wird durch die Vorspannkraft der Federn 17, den Durchmesser der Klemmrollen 15 und den Außendurchmesser des Innenrings 14 bestimmt, wenn die Abmessungen des Außenringes 11 unverändert bleiben. Die von Anwendern benötigten Grenzdrehmomentwerte sind von Anwender zu Anwender unterschiedlich. Wenn die Teile für jedes benötigte Grenzdrehmoment auszulegen sind, muß eine große Anzahl von Teilen auf Lager gehalten werden.

Sieht man dagegen mehrere Arten von Federn 17, die unterschiedliche Vorspannkräfte erzeugen, sowie Klemmrollen 15 und Innenringe 14 mit geringfügig unterschiedlichen Abmessungen vor, lassen sich verschiedene Grenzdrehmomentwerte mit einer kleineren Anzahl von Bauteilen erreichen. Durch die Verwendung des Innenringes 14 wird der Bereich der Grenzdrehmomentwerte vergrößert, der in der Praxis verwirklicht werden kann; es wird eine feinere Einstellung der Drehmomente möglich.

Fig. 4 zeigt beispielshalber wie das Drehmoment eingestellt werden kann. In ausgezogenen Linien ist ein Innenring 14 mit einem Außendurchmesser D veranschaulicht. Die Federn 17 bewirken ein Grenzdrehmoment von 2,94×10^-2J, wenn ihre Höhe gleich H ist.

Wenn ein Grenzdrehmoment von 2,75×10^-2 J gefordert ist, braucht nur die Vorspannkraft der Federn herabgesetzt zu werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Innenring 14 durch einen Innenring mit einem Außendurchmesser D1 ersetzt wird, der so bemessen ist, daß die Höhe der Federn gleich H1 wird.

Statt den Außendurchmesser des Innenrings entsprechend Fig. 4 zu ändern, kann die Ein­ stellung des Drehmoments auch dadurch erfolgen, daß der Durchmesser der Klemmrollen 15 geändert wird.

Selbst wenn es sich bei einer Endkontrolle herausstellt, daß der Drehmomentwert nicht innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs liegt, kann er in diesen Bereich gebracht werden, indem der Innenring gegen einen anderen Innenring mit unterschiedlichem Außendurch­ messer ausgetauscht wird.

Claims (2)

1. Freilaufkupplung mit Drehmomentbegrenzungsfunktion zum Übertragen von Drehmoment zwischen einem Innenkörper (14, 21) und einem den Innenkörper umgreifenden Außenring (11) bis zum Erreichen eines Grenzdrehmoments, wobei
an der Innenumfangsfläche des Außenringes (11) eine Mehrzahl von Nockenflächen (12) ausgebildet ist;
zwischen den Nockenflächen (12) und dem Innenkörper (14, 21) eine Mehrzahl von Klemmrollen (15) angeordnet ist;
die Klemmrollen (15) mittels Federn (17) in einer Richtung vorgespannt sind, in welcher sie zwischen dem Außenring (11) und dem Innenkörper (14, 21) eingeklemmt werden;
die Federn (17) eine vorbestimmte Federkraft aufweisen, die bis zum Erreichen des Grenzdrehmoments ausreicht, um die Klemmrollen (15) zwischen den Nockenflächen (12) und dem Innenkörper (14, 21) in Klemmeingriff zu halten, wenn auf den Innenkörper ein Drehmoment in der Drehrichtung aufgebracht wird, in welcher die Klemmrollen (15) außer Klemmeingriff zu kommen suchen;
in dem Außenring (11) ein Käfig (13) sitzt, der mit einer Mehrzahl von Taschen (16) zur Aufnahme der Klemmrollen (15) versehen ist;
der Käfig (13) Federführungsflächen zum Führen der radial innenliegenden Seite der Federn (17) aufweist;
der Außenring (11) Federführungsflächen zum Führen der radial außenliegenden Seite der Federn (17) sowie Federstützflächen (18) aufweist, an denen sich die Federn (17) mit dem von der zugehörigen Klemmrolle (15) abliegenden Ende unmittelbar abstützen; und
die Federn (17) durch die Federstützflächen (18) in Position gehalten sind.

2. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkörper (14, 21) einen Innenring (14) aufweist.