DE4231411A1 - Freilaufkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Freilaufkupplung mit einer Nabe und einer darauf relativ drehbar gelagerten Hülse und mit Mitteln zur Drehmomentübertragung, die ein Überholen des treibenden Kupplungsteiles der Freilaufkupplung durch das angetriebene Kupplungsteil zulassen.

Freilaufkupplung, bei denen Sperrklinken zur Drehmoment­ übertragung genutzt werden, sind bekannt. Dabei können die Sperrklinken durch reibgesteuerte Schalteinrichtungen in und bzw. aus der Drehmomentübertragungsposition bewegt werden. Ferner sind auch kraftschlüssige Freiläufe bekannt. Neben der Freilauffunktion ist jedoch häufig eine Überlastfunktion gefordert, um zu verhindern, daß die Bauteile des Antriebstranges überlastet werden. Hierzu sind Überlastkupplungen vorgesehen, die bei Überschreiten eines bestimmten übertragbaren Momentes die Kupplung in eine abgeschaltete Position überführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Freilauf­ kupplung zu schaffen, die zusätzlich auch eine Überlast­ funktion ausüben kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der antreibbaren Hülse umfangsverteilt Klemmelemente zuge­ ordnet sind, welche eine ringförmige Reibflächen auf­ weisende Reibanordnung, die mit der Nabe drehfest ver­ bunden ist, und diese seitlich beaufschlagende Druck­ scheiben übergreifen, daß die Klemmelemente jeweils um eine radial bezüglich der Drehachse verlaufende Schwenk­ achse schwenkbar mit der Hülse verbunden sind, wobei die Schwenkachse auf der Drehachse versetzt zu der die Reiban­ ordnung übergreifenden Ausnehmung der Klemmelemente ange­ ordnet ist, und daß ein Steuerring reibschlüssig zwischen den Klemmelementen und der Nabe angeordnet ist, wobei der Steuerring und die Klemmelemente Steuerflächen zur Ab­ stützung der Klemmelemente in einer Drehmomentüber­ tragungsposition und zur Überführung der Klemmelemente in eine Freilaufposition aufweisen.

Von Vorteil bei dieser Ausbildung ist, daß ein einfacher Aufbau erreicht wird, wobei das Sperrmoment aus den Reaktionskräften des eingeleiteten Drehmomentes aufgebaut wird. Der Reibschluß erlaubt jedoch gleichzeitig, daß bei Eintreten einer Überlast ein Rutschen eintritt, so daß ein Schutz gegen Überlastung gegeben ist.

Dieses Prinzip kann auch auf eine Freilaufkupplung über­ tragen werden, die für die Drehmomentübertragung in zwei Drehrichtungen eingesetzt werden kann. Hierzu ist in Aus­ gestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Klemmelemente und der Steuerring mit Steuerflächen für die Drehmoment­ übertragung in zwei Drehrichtungen versehen sind und mit der Nabe je Klemmelement ein schwenkbeweglicher Schalt­ hebel verbunden ist, der von einem ortsfest angeordneten Schaltelement beaufschlagbar ist und drehrichtungsabhängig den Steuerring gegenüber den Klemmelementen in die Frei­ laufposition überführt.

Zur Überführung der Klemmelemente in die Drehmomentüber­ tragungsposition ist der Steuerring vorzugsweise je Klemm­ element mit einer Ausnehmung versehen, in welche die Klemmelemente zur Beaufschlagung der Druckscheiben eintauchen. Es ist auch möglich, eine der Druckscheiben einteilig mit dem Steuerring auszubilden. Bei einer ersten Ausgestaltung umfaßt die Reibanordnung einen Ringansatz der Nabe, der seitlich ringförmige Reibflächen bildet.

Die Reibanordnung kann aber auch mit der Nabe drehfest und axial federnd beaufschlagte Reiblamellen umfassen. Vorzugs­ weise sind die Reiblamellen axial am Ringansatz der Nabe abgestützt. Es sind zwei alternative Ausgestaltungen hin­ sichtlich der schwenkbaren Verbindung zwischen den Klemm­ elementen und der Hülse vorgesehen. Die erste Alternative umfaßt die schwenkbewegliche Anordnung der Klemmelemente über einen Lagerbolzen an der Hülse. Alternativ ist es möglich, die Klemmelemente jeweils mit einer seitlichen Stirnfläche in einer radial verlaufenden Nut der Hülse schwenkbeweglich zu halten.

Um zu gewährleisten, daß stets ein Reibkontakt zwischen dem Steuerring und der Nabe einerseits sowie den Klemm­ elementen andererseits gegeben ist, ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß zusätzlich ein Reibring vorgesehen ist, über den der Steuerring zum Boden der Ausnehmung der Klemmelemente reibend abgestützt ist.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungs­ form der Freilaufkupplung,

Fig. 2 eine vereinfachte Draufsicht in abgewickelter Form bezüglich der gegenseitigen Zuordnung der Teile der Reibanordnung und der Klemmelemente sowie des Steuerringes,

Fig. 3 ebenfalls schematisch die Funktionsteile für die Umsteuerung bei Drehrichtungsumkehr und

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Freilauf­ kupplung mit einer unterschiedlichen Anordnung der Klemmelemente im Verhältnis zu der Ausführung nach den Fig. 1 bis 3.

Die in Fig. 1 dargestellte Freilaufkupplung weist eine Kupplungsnabe 1 auf, die eine Bohrung beispielsweise zur Befestigung auf einem anzutreibenden Teil besitzt. Hierzu kann die Bohrung profiliert sein. Auf der Nabe 1 ist relativ zu dieser drehbar die Hülse 2 angeordnet. Die Hülse 2 ist mit einer Bohrung 4 versehen, mit welcher die Hülse 2 auf der zylindrischen Außenfläche 3 der Nabe 1 aufgenommen ist. Die Nabe 1 ist mit einem von ihrer Außen­ fläche vorspringenden Ringansatz 5 versehen, an dessen beiden seitlichen ringförmigen Reibflächen 6, 6a die beiden Druckscheiben 18, 19 anliegen. Sowohl die Druckscheiben 18, 19 als auch der Ringansatz 5 werden von einem Steuer­ ring 20 überdeckt. Dieser liegt mit seiner Innenfläche 22 reibend auf der Außenfläche 23 des Ringansatzes 5 auf. An der Hülse 2 sind umfangsverteilt Klemmelemente 11 ange­ ordnet. Die Klemmelemente 11 weisen jeweils eine Aus­ nehmung 14 auf, deren Boden 15 in Reibkontakt zum Steuer­ ring 20 bzw. einem weiteren, zwischen Steuerring 20 und der Bodenfläche 15 angeordneten Reibring 24 in Reibkontakt steht. Die Seitenflächen 16, 17 übergreifen die Druck­ scheiben 18, 19 und damit auch den Ringansatz 5. Die Klemmelemente 11 sind radial gegen die Innenfläche 12 des Mantels 7 abgestützt. In der Wandung des Mantels 7 sind Bohrungen angebracht, in welchen der Kopf eines Lager­ bolzens 9 beweglich aufgenommen ist. Der Lagerbolzen 9 weist einen Gewindeschaft auf, mit dem er in die Gewinde­ bohrung 13 des zugehörigen Klemmelementes 11 eingeschraubt ist. Die Klemmelemente 11 sind somit um Schwenkachsen 10 schwenkbeweglich in den Lagerbohrungen 8 über die Lager­ bolzen 9 gehalten. Die Schwenkachsen 10 sind exzentrisch zu der Ausnehmung 14 angeordnet. Die beiden Seitenflächen 16, 17 der Klemmelemente 11 wirken mit dem Steuerring 20 bzw. an diesem vorgesehene Steuerflächen zusammen. Die Hülse 2 stellt das treibende Teil dar, so daß bei Antrieb derselben, durch die exzentrische Anordnung der Ausnehmung 14 im Verhältnis zur Schwenkachse 10 sowie aufgrund der Treibverhältnisse die Klemmelemente 11 in Drehrichtung zurückgehalten werden und zwar auf einem geringen Winkel­ weg, bis der für die Drehmomentübertragung nötige Schwenk­ winkel zum Anpressen der Druckscheiben 18, 19 gegen die Reibflächen 6, 6a des Ringansatzes 5 erreicht ist. Die Steuerung ist anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert. In Fig. 2 ist die Ausbildung des Steuerringes 20 für zwei Antriebsdrehrichtungen dargestellt. Es ist der Ringansatz 5 mit seinen beiden Reibflächen 6, 6a erkennbar. Gegen die Ringfläche 6 liegt die Druckscheibe 19 und gegen die Reib­ fläche 6a die Druckscheibe 18 an. Die Seitenflächen 16, 17 der Ausnehmung 14 des Klemmelementes 11 wirken einerseits mit den Druckscheiben 18, 19 und andererseits mit Steuer­ flächen 26, 26a sowie 27 und Ausnehmungen 25, 25a zusammen. Bei Antrieb der Hülse 2 in Drehrichtung A bewegen sich die Klemmelemente 11 mit der Hülse 2 in Richtung A. Die Nabe 1 bleibt zurück und ebenfalls der an dieser über Reibschluß gehaltene Steuerring 20, bis die Klemmelemente 11 mit der in Drehrichtung vorne liegenden Seitenfläche in Anlage zu einer Anschlagsteuerfläche 26 des Steuerringes 20 kommen, die durch eine Ausnehmung 25 gebildet wird. Bei Erreichen dieser Position verschwenken die Klemmelemente 11 jeweils um ihre Schwenkachsen 10 im linksdrehenden Sinne, d. h. sie bleiben für einen kurzen Zeitraum hinter der sich in Richtung A bewegenden Hülse 2 zurück und tauchen dabei in die Ausnehmung 25 ein und beaufschlagen durch Verkanten über die Seitenflächen 16, 17 ihrer Ausnehmung die Druck­ scheiben 18, 19, welche zwischen sich den Ringansatz 5 ein­ klemmen und den Reibschluß zu dessen Reibflächen 6, 6a erzeugen. Tritt nun der Zustand ein, daß die Hülse 2 abgebremst wird und beispielsweise in den Stillstand über­ führt wird, so ist es möglich, daß die Nabe 1 die Hülse 2 in Drehrichtung A überholt. Bei Erreichen eines solchen Zustandes bewegt sich der Steuerring 20 zusammen mit der Nabe 1 in Richtung A. Die Klemmelemente werden mit den Seitenflächen 16, 17 in Anlage zu den Steuerflächen 27 des Steuerringes 20 gebracht, wobei sie in eine zu den Plan­ flächen der Druckscheiben 18, 19 ausgerichtete Position überführt werden und der Reibkontakt zu den Druckscheiben 18, 19 aufgehoben wird. Bei Drehrichtungsumkehr, dann, wenn z. B. die Kupplungshülse 2 in Drehrichtung B angetrieben wird, verläuft der Vorgang des Ankuppelns durch Schräg­ stellen der Klemmelemente 11 und Druckbeaufschlagung der Druckscheiben 18, 19 sinngemäß, wobei jedoch die Klemm­ elemente 11 in die Ausnehmung 25a nach Anlaufen gegen die Steuerfläche 26a eintauchen kann, um in Drehrichtung B eine Mitnahme der Nabe 1 zu bewirken. Um eine Eindeutig­ keit der Schaltverhältnisse zu erreichen, ist die aus Fig. 3 als Prinzip dargestellte Umsteuerung vorgesehen, welche aus dem Schalthebel 28 besteht, der schwenkbar an einem Halter 29 befestigt ist, der am Steuerring ange­ ordnet ist. Der Schalthebel 28 weist zwei Anlaufflächen 31, 31a auf, die mit entsprechenden Anlaufflächen 30, 30a an den Enden der Klemmelemente 11, in Umfangsrichtung gesehen, zusammenarbeiten. Es ist jeweils ein solcher Schalthebel zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Klemmelementen 11 angeordnet. Der Schalthebel 28 ragt radial über die Außenkontur des Steuerringes mit seiner Außenfläche 31b hervor und kann in Kontakt zu einem Schaltelement 32 gebracht werden. Das Schaltelement 32 ist ortsfest gegenüber der sich drehenden Freilaufkupplung angeordnet. Es ist über eine Feder 33 in einem Gehäuse 34 radial verschiebbar, bezogen auf die Drehachse X der Freilaufkupplung, angeordnet. Das Gehäuse 34 kann beispielsweise an einem ortsfest an einem Maschinenständer, Rahmen oder dergleichen Element befestigt sein. Ausgehend von der in Fig. 3 gezeigten Position entspricht die Funktionsrichtung der Kupplung Drehrichtung A. Das Schaltelement 32 wird durch den Schalthebel 28 gegen die Feder 33 gedrückt. Durch Drehrichtungsumkehr der treibenden Kupplungsteile in Richtung B stützt sich der Schalthebel 28 am Schaltelement 32 ab und wird in die entgegengesetzte Schaltposition geschoben. Anlauffläche 31a gleitet an der Anlauffläche 30a hoch. Durch die gleichzeitige Drehbewegung des Schalthebels 28 wird der Formschluß mit dem Schaltelement 32 aufgehoben und die Funktionsrichtung der Kupplung entspricht Drehrichtung B.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform, wobei ebenfalls die Hülse 2 auf der Nabe 1 drehbar aufgenommen ist. Die Hülse 2 weist jedoch einen Mantel auf, in dessen Bohrung ein radial verlaufender Abschnitt der Hülse 2 im Übergang zum Mantel 7a vorgesehen ist, der entsprechend der Anzahl und der Anordnung der Klemmelemente 11 umfangsverteilte und radial verlaufende Nuten 36 aufweist. Die Klemm­ elemente 11 greifen mit einer Stirnfläche 37 in jeweils eine zugehörige Nut 36 ein, so daß eine Schwenkbeweglich­ keit um die Schwenkachse 10a gegeben ist. Die dem Mantel 7a zugewandte Außenfläche der Klemmelemente 11 ist gewölbt ausgebildet. Die Klemmelemente 11 weisen ebenfalls Aus­ nehmungen 14 auf, mit denen sie die Reibanordnung, bestehend aus dem Ringansatz 5a, daran angebrachten Reib­ lamellen 35 und den Druckscheiben 18, 19, übergreifen. Die axiale Halterung der Klemmelemente 11 der Hülse 2 gegen­ über erfolgt durch einen sich gegen die andere Stirnfläche der Klemmelemente 11 anlegenden Ring 38, der im Mantel über einen Sicherungsring 39 festgelegt ist. Die Funktion entspricht der im Zusammenhang mit der Ausbildung gemäß den Fig. 1 bis 3 beschriebenen.

Aufgrund der Reibanordnung und der Reibverhältnisse dient die Freilaufkupplung gleichzeitig als Überlastkupplung da die Anpreßkräfte, die die Klemmelemente 11 auf die Druck­ scheiben 18, 19 ausüben, durch die Form der Ausnehmungen 25, 25a im Steuerring 20 begrenzt werden.

Bezugszeichenliste

1 Nabe
2 Hülse
3 Außenfläche der Nabe
4 Bohrung der Hülse
5, 5a Ringansatz/Reibanordnung
6, 6a Reibflächen
7, 7a Mantel
8 Lagerbohrung
9 Lagerbolzen
10, 10a Schwenkachse
11 Klemmelement
12 Innenfläche
13 Gewindebohrung
14 Ausnehmung
15 Boden
16, 17 Seitenfläche/Steuerfläche
18, 19 Druckscheiben
20 Steuerring
21 Außenfläche des Steuerringes
22 Innenfläche des Steuerringes
23 Außenfläche des Ringansatzes
24 Reibring
25 Ausnehmung
26 Steuerfläche
27 Steuerfläche
28 Schalthebel
29 Halter
30 Anlauffläche
31, 31a, 31b Anlauffläche
32 Schaltelement
33 Feder
34 Gehäuse
35 Reiblamellen
36 Nut
37 Stirnfläche
38 Ring
39 Sicherungsring
X Drehachse

Claims (10)

1. Freilaufkupplung mit einer Nabe und einer darauf relativ drehbar gelagerten Hülse und mit Mitteln zur Drehmomentübertragung, die ein Überholen des treibenden Kupplungsteiles der Freilaufkupplung durch das angetriebene Kupplungsteil zulassen, dadurch gekennzeichnet, daß der antreibbaren Hülse (2) umfangsverteilt Klemm­ elemente (11) zugeordnet sind, welche eine ringförmige Reibflächen (6, 6a) aufweisende Reibanordnung, die mit der Nabe (1) drehfest verbunden ist, und diese seit­ lich beaufschlagende Druckscheiben (18, 19) über­ greifen, daß die Klemmelemente (11) jeweils um eine radial bezüglich der Drehachse (X) verlaufende Schwenkachse (10) schwenkbar mit der Hülse (2) ver­ bunden sind, wobei die Schwenkachse (10) auf der Dreh­ achse (X) versetzt zu der die Reibanordnung über­ greifenden Ausnehmung (14) der Klemmelemente (11) angeordnet ist, und daß ein Steuerring (20) reib­ schlüssig zwischen den Klemmelementen (11) und der Nabe (1) angeordnet ist, wobei der Steuerring (20) und die Klemmelemente (11) Steuerflächen (16, 17; 26, 27) zur Abstützung der Klemmelemente (11) in einer Drehmoment­ übertragungsposition und zur Überführung der Klemm­ elemente (11) in eine Freilaufposition aufweisen.

2. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmelemente (11) und der Steuerring (20) mit Steuerflächen (16, 17; 26, 26a) für die Drehmomentüber­ tragung in zwei Drehrichtungen versehen sind und mit der Nabe (1) je Klemmelement (11) ein schwenkbeweg­ licher Schalthebel (28) verbunden ist, der von einem ortsfest angeordneten Schaltelement (32) beaufschlag­ bar ist und drehrichtungsabhängig den Steuerring (20) gegenüber den Klemmelementen (11) in die Freilauf­ position überführt.

3. Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerring (20) je Klemmelement (11) eine Aus­ nehmung (25) aufweist, in welche die Klemmelemente (11) zur Beaufschlagung der Druckscheibe (18, 19) eintauchen.

4. Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerring (20) und eine der Druckscheiben (18, 19) einteilig ausgebildet sind.

5. Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibanordnung aus einem Ringansatz (5) der Nabe (1) mit seitlichen ringförmigen Reibflächen (6, 6a) gebildet ist.

6. Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibanordnung mit der Nabe (1) drehfest aber axial federnd beaufschlagte Reiblamellen (35) umfaßt.

7. Freilaufkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reiblamellen (35) axial am Ringansatz (5a) der Nabe (1) abgestützt sind.

8. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmelemente (11) über einen Lagerbolzen (9) schwenkbeweglich mit der Hülse (2) verbunden sind.

9. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmelemente (11) jeweils mit einer seit­ lichen Stirnfläche (37) in einer Nut (36) der Hülse (2) schwenkbeweglich gehalten sind.

10. Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerring (20) zum Boden (15) der Ausnehmung (14) der Klemmelemente (11) über einen radial federnden Reibring (24) abgestützt ist.