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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung, die ein erstes und ein
zweites Element umfasst, die geeignet sind, für die lösbare Verbindung von zwei Leitungen
ineinanderzugreifen.
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Es
ist bekannt, Kupplungen mit doppelter Dichtung für die Anwendungen auf dem Gebiet
der Chemie, für
die Verbindung von Kühlölkreisen
an Pressen und für
die Füllung
eines Kraftfahrzeugbehälters
zu verwenden. Diese Kupplungen können große Nominaldurchmesser
im Hinblick auf die Sicherstellung von erhöhten Durchflüssen haben.
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Bei
den Kupplungen erhöhten
Durchmessers sind die Kupplungskräfte hoch, dahingehend, dass
es manchmal schwer ist, solche Kupplungen manuell zu handhaben.
Tatsächlich,
müssen
die Kupplungskräfte
die Widerstandskräfte
besiegen, die von einer oder mehreren Federn auf ein oder mehrere
Ventile der Kupplung aus geübt
werden, wobei diese Federn Federkonstanten aufweisen, die umso größer sind,
je größer der
Durchmesser der Kupplung ist. Bei dem ersten Teil des Kupplungsvorganges
müssen
die Kräfte
zum Kuppeln gleichfalls die Reibungskräfte der Dichtungen besiegen.
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Es
ist bekannt, insbesondere durch die Kupplungen, die von der Anmelderin
unter der Bezeichnung SPH/BA vertrieben werden, mit einer Kupplung,
genannt Schnellkupplung, eine oder mehrere Verriegelungsrampen auszurüsten. Eine
solche Kupplung wird in dem Dokument GB-A-2155985 beschrieben. Eine
solche Kupplung ist in der 7 dargestellt
und umfasst ein männliches
oder Einsteckelement A, das mit zwei radialen Stiften versehen ist, von
denen nur einer in der Figur mit dem Bezugszeichen 101 erscheint.
Das weibliche oder Aufnahmeelement umfasst eine Schürze 102,
in die das Einsteckelement eingeführt wird und in der zwei Ausnehmungen
eingearbeitet sind, von denen eine einzige in der 7 mit
dem Bezugszeichen 103 zu sehen ist. Die Geometrie der Ausnehmung 103 ist
derart, dass eine große
Kraft für
das Annähern
der Elemente A und B ausgeübt
werden muss, wenn der Stift 101 in der Nähe der Eintrittsöffnung 103a der
Ausnehmung 103 angeordnet ist. Es resultiert daraus, dass
diese Art von Kupplungen nicht mit großen Durchmessern realisiert
werden kann, die auszuübenden
Kräfte
erlauben keine manuelle Handhabung.
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Es
ist gleichfalls bekannt, Schraubkupplungen zu verwenden, die ermöglichen,
die elastischen Rückstellkräfte, die
von den Federn ausgeübt
werden, und die aufgrund der Dichtungen vorhandenen Reibungskräfte zu überwinden.
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Der
Kupplungsvorgang ist jedoch relativ langsam, in dem Maße, in dem
eine große
Anzahl von Umdrehungen verwendet werden muss, um eine maximale Öffnung der
Kupplung zu erreichen.
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Es
sind diese Nachteile, die insbesondere die Erfindung vermeiden will,
indem eine neue Kupplung vorgeschlagen wird, die eine Verriegelungsrampe
aufweist und die manuell handhabbar ist, selbst wenn sie mit einem
relativ großen
Nominaldurchmesser hergestellt ist.
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In
diesem Sinne umfasst die Erfindung eine Kupplung für die lösbare Verbindung
von Leitungen, die ein erstes und ein zweites Element umfasst, die geeignet
sind, entsprechend einer Hauptachse der Kupplung ineinanderzugreifen,
wobei das erste Element mindestens eine in einem Ring gebildete
Rampe für
die Aufnahme eines radial hervorspringenden Teils des zweiten Elements
im Hinblick auf die Verriegelung dieser Elemente in einer Durchgangsstellung der
Kupplung umfasst. Die Rampe schließt eine Eintrittsöffnung ein,
die an einem freien Rand des Ringes festgelegt ist. Diese Kupplung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rampe in Bezug auf eine Ebene
senkrecht zur zuvor erwähnten
Hauptachse einen Neigungswinkel aufweist, der in einer ersten Zone
nahe an der Eintrittsöffnung
geringer ist, als der entsprechende Neigungswinkel in einer zweiten,
weiter entfernt zu dieser Öffnung
als die erste Zone liegenden Zone.
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Dank
der Erfindung erlaubt die Geometrie der Rampe, das von einer Bedienperson
ausgeübte Drehmoment
zum Zusammenfügen
der Bestandteile der Kupplung in eine Kraft umzuwandeln, die ständig an
die durch die elastischen Rückstellmittel
oder durch die Dichtungen der Kupplung erzeugten Widerstandskräfte angepasst
ist.
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Der
relativ geringe Neigungswinkel, der in der Nähe der Eintrittsöffnung der
Rampe verwendet wird, erlaubt die Ausübung einer relativ starken
Kraft durch die relative Drehung der zuvor erwähnten Elemente, was eine große Schubkraft
auf das oder die Ventile der Kupplung hinsichtlich ihres Abhebens
in Bezug auf ihre jeweiligen Sitze erzeugt. Dann, d.h. wenn der
hervorspringende Teil des zweiten Elements in der zweiten Zone der
Rampe ist, ist die Verschiebung der Bestandteile der Kupplung entsprechend
der Richtung der Hauptachse schneller für eine relative, von diesen
Elementen gegebenen Drehung, was der Tatsache entspricht, dass die
Hauptwiderstandskräfte
schon überwunden
sind. So ist das Drehmoment, das die Bedienperson auf den Verriegelungsring
ausüben
muss, während
der Verkupplung der Elemente der Kupplung im Wesentlichen konstant,
wobei dieses Moment in einer an die Länge der Rampe angepassten weise
untersetzt ist, derart, dass eine starke Kraft zu Beginn der Verkupplung
erzeugt wird, und dass eine relativ schnelle axiale Verschiebung
dieser Elemente bei dem späteren
Schritt der Verkupplung gestattet wird. Die Zeit zur Handhabung
der Kupplung ist verringert und optimiert, wobei sie an eine manuelle
Verwendung angepasst bleibt. Insbesondere kann man relativ starke
Federn für
die elastische Rückstellung
der Ventilkörper
in Richtung ihrer jeweiligen Sitze verwenden, was ermöglicht, dass
besser die Auflage der in Kontakt stehenden Flächen des Einsteck- und des
Aufnahmeelementes der Kupplung sichergestellt wird. Man kann darüber hinaus
relativ dichte Dichtungen in Hinblick auf eine verbesserte Dichtigkeit
in Bezug auf die bekannten Kupplungen verwenden.
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Nach
einem ersten vorteilhaften Aspekt der Erfindung umfasst die Rampe
eine dritte Zone, die weiter ent fernt von der Öffnung liegt als die zweite Zone
und deren Neigungswinkel in Bezug auf die zuvor erwähnte Ebene
geringer ist als der entsprechende Neigungswinkel der zweiten Zonen.
Diese dritte Zone bildet eine Übergangszone
zwischen der zweiten Zone und einer Verriegelungsausnehmung für das hervorspringende
Teil des zweiten Elementes. Diese dritte Zone erlaubt, die axiale
Geschwindigkeit der Bestandteile der Kupplung bei der Endphase ihrer
Verriegelung, eine Phase, in der die Federn am meisten komprimiert
sind und die stärksten
Widerstandskräfte
ausüben
und bei der Anfangsphase ihrer Entriegelung zu begrenzen.
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Nach
bevorzugten Ausführungsbeispielen der
Erfindung können
die Zonen der Rampe im Wesentlichen gradlinig oder gekrümmt sein,
in welchem Fall ihre jeweiligen Neigungswinkel als ihre über die Länge jeder
Zone mittleren Neigungswinkel definiert sind. Man kann außerdem vorsehen,
dass der hervorspringende Teil des zweiten Elementes eine Rolle umfasst,
die freibeweglich auf einer radialen Achse montiert ist, wobei der
Durchmesser der Rolle kleiner ist als die Breite der Rampe. Die
Verwendung einer Rolle erlaubt eine Verbesserung des Wirkungsgrades
der Übertragung
der Bewegung zwischen der Drehung des Ringes und der axialen Verschiebung der
zuvor erwähnten
Elemente, dank einer Begrenzung der erzeugten Reibungen.
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Nach
einem ersten vorteilhaften Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das erste Element geeignet, in das zweite Element
einzugreifen, wobei der Außendurchmesser
des Ringes kleiner als der Innendurchmesser einer Hülse des
zweiten Elementes ist, die mit dem hervorspringenden Teil ausgerüstet ist, das
sich radial in Richtung der Hauptachse der Kupplung erstreckt. In
diesem Fall ist das erste Element das Einsteckelement der Kupplung,
während
das zweite Element das Aufnahmeelement ist.
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Nach
einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das erste Element geeignet, das zweite Element
zu überdecken,
wobei der Innendurchmesser des Ringes größer ist als der Außendurchmesser
eines Körper
des zweiten Elementes, von dem sich radial, entgegengesetzt zur
Hauptachse der Kupplung, das hervorspringende Teil erstreckt. In
diesem Fall bildet das erste Element das Aufnahmeelement der Kupplung,
während
das zweite Element das Einsteckelement bildet.
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Wie
auch immer das betrachtete Ausführungsbeispiel
ist, kann man vorsehen, dass der Ring mit zwei Rampen versehen ist,
die in etwa diametral gegenüberliegen,
während
das zweite Element mit zwei hervorspringenden Teilen versehen ist,
die gleichfalls diametral entgegengesetzt sind. Eine Kupplung mit
mehr als zwei Rampen kann selbstverständlich ins Auge gefasst werden,
wobei man im Rahmen der vorliegenden Erfindung bleibt.
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Nach
unterschiedlichen Ausführungsbeispielen
kann die Rampe eine Tiefe aufweisen, die geringer ist als die Dicke
des Ringes, in welchem Fall sie durch eine Nut gebildet wird, die
auf einer radialen Innen- oder Außenfläche des Ringes eingearbeitet
ist oder kann durch einen Einschnitt gebildet werden, der in den
Ring eingearbeitet ist.
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Die
Erfindung wird besser verstanden und andere Vorteile derselben werden
klarer im Lichte der folgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen
einer Kupplung entsprechend ihrem Prinzip erscheinen, die nur beispielhaft
angeführt
ist und Bezug nimmt auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
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die 1 eine
Seitenansicht mit Teilfreisetzungen einer Kupplung entsprechend
der Erfindung vor dem Verkuppeln ihres Einsteck- und Aufnahmeelementes
ist;
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die 2 ein
axialer Schnitt der Kupplung der 1 bei einem
ersten Schritt der Verkupplung ihrer Einsteck- und Aufnahmeelemente
ist;
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die 3 ein
Schnitt analog zu 2 im verriegelten und Durchgangszustand
der Kupplung ist;
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die 4 eine
abgewickelte Ansicht einer Rampe der Kupplung der 1 bis 3 ist;
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die 5 eine
perspektivische Außenansicht
einer Kupplung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist und
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die 6 eine
abgewickelte Ansicht einer Rampe der Kupplung der 5 ist.
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Die
in den 1 bis 4 dargestellte Kupplung umfasst
ein Einsteckelement A und ein Aufnahmeelement B, die beide mit einer
im Wesentlichen zylindrischen Form mit Kreisquerschnitt vorgesehen
sind. Das Rückteil
des Einsteckelements A ist fluidisch an eine erste Leitung C1 angeschlossen; während das Rückteil des Aufnahmeelementes
B an eine zweite Leitung C2 angeschlossen
ist.
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Man
bemerke mit X-X' die
Hauptachse der Kupplung, die aus den Elementen A und B gebildet wird,
d.h. die Hauptachse der Elemente A und B in den Konfigurationen
der 1 bis 3.
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Das
Element A umfasst einen Körper 11,
der aus einem Basisteil 12 und einem Ring 13 im
Ganzen gesehen zylindrischer Form gebildet ist. Ein Stößel 14 ist
vorgesehen, um fest in Bezug auf den Körper 11 befestigt
zu sein, wobei er auf die Achse X-X' zentriert ist.
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Ein
ringförmiger
Ventilkörper 15 ist
um den Stößel 14 herum
angeordnet und elastisch von einer Feder 16 in Richtung
eines Sitzes 17 vorgespannt, der im Inneren des Ringes 13 gebildet
wird. Zwei Dichtungen 18 und 19 stellen jeweils
die Dichtigkeit zwischen dem Ventilkörper 15 und dem Stößel 14 einerseits
und zwischen diesem Ventilkörper
und dem Ring 13 andererseits sicher.
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Das
Aufnahmeelement B umfasst einen Körper, der aus einem Mittelteil 22 und
aus einer Hülse 23 gebildet
wird, die um das Teil 22 herum befestigt ist und sich über dessen
Vorderfläche 22a hinaus entgegengesetzt
zur Leitung C2 erstreckt. Das Teil 22 bildet
ebenfalls einen zentralen Anschlag 22b, der auf der Achse
X-X' in der Konfiguration
der 1 bis 3 angeordnet ist und die Abstützung einer
Feder 26 gestattet, die auf einen Ventilkörper 25 eine
elastische Kraft ausübt,
die ihn auf einen in dem Teil 22 gebildeten Sitz 27 zu
drücken
versucht. Eine Dichtung 28, die an dem Ventilkörper 25 befestigt
ist, stellt die Dichtigkeit zwischen diesem Ventilkörper und dem
Teil 22 sicher.
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Ein
Ring 13 ist mit zwei Rampen versehen, die durch Nuten 30 und 30' gebildet werden,
die in die radialen Außenfläche 13a des
Ringes 13 eingearbeitet sind. Die Geometrie der Nut 30 erscheint übersichtlicher
in der 4. Diese Nut erstreckt sich von einer Öffnung 31 ab,
die an dem freien Rand des Ringes 13b des Ringes 13 gebildet
ist, entgegengesetzt zur Leitung C1 und
definiert die Vorderfläche
des Elementes A. Die Nut 30 umfasst gleichfalls eine Rastvertiefung 32,
die das Ende der Nut 30 entgegengesetzt zur Öffnung 31 bildet.
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Ausgehend
von der Öffnung 31 ist
die Nut 30 in drei Zonen Z1, Z2, Z3, im Ganzen gesehen
gradlinig, aufgeteilt, wobei die Zone Z1 näher an der Öffnung 31 liegt als
die Zone Z2, die selbst näher
an dieser Öffnung
liegt als die Zone Z3. Man bemerke mit jeweils Z1-Z'1, Z2-Z'2 und Z3-Z'3 die geometrischen Mittelachsen
der Zonen Z1, Z2 und Z3. Mit α1 ist der Winkel zwischen der Achse Z1-Z'1 und einer Ebene P,
senkrecht zur Achse X-X' und
durch den freien Rand 13b gehend, bezeichnet. In gleicher
Weise ist mit α2 der Winkel zwischen der Achse Z2-Z'2 und der Ebene P
und mit α3 der Winkel zwischen der Achse Z3-Z'3 und der Ebene P
bezeichnet.
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Der
Winkel α1 ist kleiner als der Winkel α2, während der
Winkel α3 gleichfalls kleiner als der Winkel α2 ist.
Die Winkel α2 und α3 können
gleich oder unterschiedlich sein.
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Das
Aufnahmeelement B ist mit zwei Ansätzen 40 und 40' versehen, die
jeweils gemäß einer
radialen Richtung Y-Y' von
der Innenfläche 23a der
Hülse 23 und
in Richtung der Achse X-X' erstrecken. Diese
Ansätze
sind jeweils mit einer Rolle 41, 41' ausgerüstet, die frei drehbar auf
dem entsprechenden Ansatz befestigt sind. Die Ansätze 40 und 40' sind als einstückig mit
der Hülse 23 in
den Figuren dargestellt. Sie können
jedoch auch auf die Hülse aufgesetzt
sein und durch jedes geeignete Mittel festgelegt werden.
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Wenn
das Einsteckelement A in das Aufnahmeelement B eingesteckt werden
soll, werden diese zueinander angenähert, wie durch die Pfeile
F1 und F2 dargestellt
ist, bis der freie Rand 13b des Ringes 13 in Abstützung gegen
die Rollen 41 und 41' kommt. Es ist dann möglich auf
das Einsteckelement A eine Drehbewegung aufzubringen, die durch
den Pfeil R1 dargestellt ist, was zur Wirkung
hat, die Öffnungen der
Nuten 30 und 30' bis
in Gegenüberstellung
der Rollen 41 und 41' zu verschieben. Mit anderen Worten
gesagt, kann man "blind" die Eingreifposition
der Rollen 41 und 41' in die Öffnungen 31 und entsprechende
der Nuten 30 und 30' suchen.
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Wenn
die Kraft zur Annäherung
aufrechterhalten wird und da der Durchmesser d dieser Rollen kleiner
als die Breite 1 dieser Nuten ist, dringen die Rollen in
die Öffnungen 31 und
entsprechende ein. Bei Weiterverfolgung dieser Drehbewegung schreitet jede
Rolle 41 und 41' in
Richtung der Rastvertiefung 32 oder 32' der Nut fort,
in die sie eingreift.
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Man
ist dann in der Position der 2, in der die
Annäherungskraft,
dargestellt durch die Pfeile F1 und F2 und erzeugt durch die Weiterverfolgung
der Drehung R1, die durch die Federn 16 und 26 erzeugten
elastischen Rückstellkräfte und
die aufgrund der Dichtungen 18, 19 und 28 erzeugten
Reibungskräfte überwinden
muss. Diese Kraft muss stark sein.
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Unter
Berücksichtigung
der Tatsache dass der Winkel α1 relativ gering ist, ermöglichst die Drehung R1 des Ringes 13 um die Achse X-X' für jede relative
unitarische Drehung der Elemente A und B die Erzeugung einer begrenzten
Verschiebung und eine starke Annäherungskraft,
wobei die Rolle 41 dann in der Zone Z1 ist, wie gestrichelt
in der 4 dargestellt ist.
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Wenn
dann die Ventilkörper 15 und 25 jeweils
von ihren jeweiligen Sitzen 17 und 27 abgehoben
sind und wenn die Dichtungen 18, 19 und 28 nicht
mehr ihre Verschiebung bremsen, kann die Stärke der durch eine unitarische
Drehung R1 erzeugten Kräfte F1 und
F2 verringert werden, insbesondere aufgrund
der Tatsache, dass eine Zirkulation des Fluids zwischen den Leitungen
C1 und C2 anfängt sich
zu etablieren. Bei diesen Bedingungen kann die axiale unitarische
Verschiebung, die für
jede unitarische Drehung des Ringes 13 erhalten wird, größer sein,
was der Tatsache entspricht, dass der Winkel α2 größer als
der Winkel α1 ist, wobei die gestrichelt in der Zone
Z2 dargestellte Rolle 41 schneller parallel zur Achse X-X' fortschreitet, wenn
sie in dieser Zone ist, als wenn sie in der Zone Z1 ist.
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Zum
Zeitpunkt der Kupplung, d.h. in der Konfiguration der 3,
werden die Rollen 41 und 41' in den Endrastausnehmungen 32 und 32' aufgenommen,
was eine Bewegung dieser Rollen in den Rampen in umgekehrter Richtung
vermeidet.
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Dank
der Erfindung ist das Moment, das von der Bedienperson ausgeübt werden
muss, um den Ring 13 in Richtung des Pfeils R1 zu
drehen, relativ konstant, während
die erzeugte Annäherungskraft F1, F2 stärker in
der Konfiguration der 2 ist und ein schnelles radiales
Fortschreiten der Elemente A und B zueinander erhalten wird, wenn
die Ventilkörper
von ihren jeweiligen Sitzen abgehoben sind.
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Die
Zone Z3 hat einen geringeren Neigungswinkel α3 als
der Winkel α2, um der Erhöhung der Widerstandskraft Rechnung
zu tragen, die von den Federn ausgeübt wird, die am Ende des Weges
stark komprimiert sind.
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Wie
es aus den 2 und 3 hervorgeht, ist
die Tiefe P der Nuten 30 und 30' kleiner als die Dicke e des Ringes 13,
was der Tatsache entspricht, dass diese Nuten nicht in das Innenvolumen
des Elementes A münden.
Die Nuten 30 und 30' schwächen nicht
merkbar den Ring 13 in mechanischer Weise.
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In
dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das in 5 dargestellt ist, umfasst das
Einsteckelement A einen Körper 71,
der mit diametral gegenüberliegenden
Ansätzen
ausgerüstet
ist, von denen nur einer in der 5 mit dem
Bezugszeichen 90 erscheint. Das Aufnahmeelement P umfasst
einen Ring 63, der mit zwei Einschnitten versehen ist,
von denen nur einer in der 5 mit dem
Bezugszeichen 80 erscheint. Der Einschnitt 80 ist
in der gesamten Dicke des Ringes 63 gebildet.
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Der
Einschnitt 80 umfasst eine Eintrittsöffnung 81 und eine
Ausnehmung 82 zum Blockieren eines Ansatzes 90 oder
entsprechende, während
er in zwei Zonen Z1 und Z2 aufgeteilt ist, die zwischen der Öffnung 81 und
der Ausnehmung 82 einander folgen. Die Zonen Z1 und Z2
sind gekrümmt
und man definiert eine Mittelachse Z1-Z'1 entsprechend einer mittleren Orientierung
der Zone Z1 in Bezug auf den freien Rand 63b des Ringes 63.
In gleicher Weise definiert man eine Achse Z2-Z'2 entsprechend der mittleren Neigung
der Zone Z2.
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Man
bemerke, dass jeweils β1 und β2 die Neigungswinkel der Achsen Z1-Z'1 und Z2-Z'2 in Bezug auf eine
Ebene P bezeichnen, die durch den freien Rand 63b geht
und senkrecht zur Mittelachse X-X' der Kupplung ist.
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Entsprechend
der Erfindung ist der Winkel β1 kleiner als der Winkel β2.
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In
dieser zweiten Ausführungsform
können die
Rampen auch durch Nuten gebildet werden, die auf der radialen Innenfläche des
Ringes 63 in seine Dicke eingearbeitet sind.
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Die
jeweiligen Durchmesser der Ringe und der Körper der Kupplungen der Erfindung
sind an ihre Art der Zusammenarbeit angepasst. Genauer gesagt ist
der Außendurchmesser
D13 des Ringes 13 kleiner als der
Innendurchmesser d23 der Hülse 23,
während der
Innendurchmesser d63 des Ringes 63 größer ist als
der Außendurchmesser
D71 des Körpers 71, der die
Ansätze 90 trägt.
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Die
Ansätze 90 des
zweiten Ausführungsbeispiels
können
gleichfalls mit Rollen ausgerüstet
sein, um die Reibung in den Rampen 80 und entsprechende
des Ringes 63 zu begrenzen.
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Nach
einer Variante der Erfindung kann die zweite Ausführungsform
eine Endzone umfassen, äquivalent
zu der Zone Z3 des ersten Ausführungsbeispiels.
Tatsächlich
bildet im Falle von gekrümmten Zonen
die Gesamtheit dieser Zonen Z1, Z2 und eventuell Z3 eine Kurve,
die zur Abstützseite
des Ansatzes oder der Rolle konvex ist.