DE602005001336T2

DE602005001336T2 - Einweg-Kupplung

Info

Publication number: DE602005001336T2
Application number: DE602005001336T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Demura; Makoto Yasui; Masao Komuro
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: DE602005001336D1; US20050199463A1; JP2005291492A; EP1574736B1; US7267213B2; EP1574736A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft eine Einwegkupplung, das heißt eine Kupplung, die nur einen Drehmoment in eine Richtung von ihrem Eingangselement auf ihr Ausgangselement überträgt.
Es gibt eine Vielzahl von Einwegkupplungen, einschließlich derer mit einer großen Drehmomentkapazität, die in Automobilen, Elektrowerkzeugen und so weiter verwendet werden, und solcher mit einer geringen Drehmomentkapazität, die zum Beispiel in Bürogeräten wie beispielsweise Kopierern und PCs und Kameras verwendet werden.
Unter solchen herkömmlichen Einwegkupplungen sind die der Art, die in Patent JP 2904660 offenbart werden bei weitem die bekanntesten, ungeachtet ihrer Drehmomentkapazität. Diese Art von Einwegkupplungen umfassen innere und äußere Ringe und eine Vielzahl von Eingriffselementen, die zwischen dem inneren und äußeren Ring angeordnet sind und von einem Halter gehalten werden, der ebenfalls zwischen dem inneren und äußeren Ring angeordnet ist. Federnde Elemente spannen die Eingriffselemente in eine umlaufende Richtung, um die Eingriffselemente mit beiden, dem inneren und dem äußeren Ring, in Eingriff zu halten, wenn der innere und der äußere Ring sich abhängig voneinander in eine Richtung drehen. Die Eingriffselemente sind typischer Weise Rollen oder Bolzen.
Die Patentveröffentlichung JP 5-332409 offenbart eine andere Art von Einwegkupplung, die ein zylindrisches Element mit einer zylindrischen inneren Fläche, eine Welle, die in das zylindrische Element eingesetzt ist und eine Vielzahl von Nockenflächen auf ihrem Außenumfang hat, gegenüberliegend die zylindrische innere Fläche des zylindrischen Elements und Reibungselemente mit inneren und äußeren bogenförmigen Flächen umfasst, wobei jede in einen keilförmigen Raum, der zwischen der zylindrischen inneren Fläche des zylindrischen Elements und einer der Nockenflächen gebildet wird, aufgenommen wird. Jedes Reibungselement wird durch ein federndes Element in Richtung des engeren Endes des keilförmigen Raums gespannt, sodass, wenn die Welle und das zylindrische Element sich abhängig voneinander in eine Richtung drehen, die innere und die äußere bogenförmige Fläche derselben fest gegen die zylindrische innere Fläche des zylindrischen Elements und die Nockenfläche gepresst werden.
Die zuerst erwähnte Einwegkupplung weist ein Problem in der Form auf, dass der Flächendruck hoch ist, wenn die Eingriffselemente den inneren und den äußeren Ring in Eingriff bringen, weil die Eingriffselemente mit dem inneren und dem äußeren Ring in Linienkontakt gebracht werden. Demzufolge neigen die Kontaktflächen, wenn ein hohes Drehmoment zwischen dem inneren und dem äußeren Ring übertragen wird, dazu, Abdrücke, Abschürfungen und/oder Risse zu erleiden. Das verkürzt das Leben der Kupplung.
Ein Weg, dieses Problem zu verhindern wäre, die Anzahl der benutzten Eingriffselemente zu erhöhen und/oder ihre Größe zu steigern. Aber diese Lösung führt zwangsläufig zu mehr Größe, Gewicht und Kosten der ganzen Kupplung. Demzufolge ist diese Lösung nicht immer zweckmäßig oder vorteilhaft.
Die zweitgenannte Einwegkupplung ist frei von solchen Problemen, weil die innere und die äußere bogenförmige Fläche der Reibungselemente mit der zylindrischen inneren Fläche des zylindrischen Elements und einer Nockenfläche, an Stelle von Linienkontakt, in Flächenkontakt gebracht werden. Aber diese Kupplung weist ein Problem in der Form auf, dass die Welle und das zylindrische Element aufgrund eines Schlupfes, der zwischen der inneren und der äußeren bogenförmigen Fläche der Reibungselemente und der inneren zylindrischen Fläche des zylindrischen Elements und der Nockenflächen entstehen könnte, nicht verlässlich miteinander gesperrt werden können. Darüber hinaus müssen ihre Abmessungen, weil die innere und die äußere bogenförmige Fläche der Reibungselemente dreidimensionale Formen haben, mit einer Dreikoordinaten-Messmaschine gemessen werden, was extrem schwierig ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Einwegkupplung bereitzustellen, die langlebig ist, eine kompakte Größe hat, leicht und wenig kostspielig ist und deren Qualitätskontrolle leicht zu handhaben ist, indem Flächendrücke gesenkt werden, wenn sie in Eingriff kommt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird eine Einwegkupplung bereitgestellt, die einen inneren Ring mit einer ersten zylindrischen Fläche an einem Außenumfang derselben umfasst, wobei die erste zylindrische Fläche einen ersten Krümmungsmittelpunkt hat, einen äußeren Ring mit einer zweiten zylindrischen Fläche an einem Innenumfang desselben, sodass sie der ersten zylindrischen Fläche radial gegenüberliegt, wobei die zweite zylindrische Fläche einen zweiten Krümmungsmittelpunkt hat, der von dem ersten Krümmungsmittelpunkt versetzt ist, und die erste und die zweite zylindrische Fläche einen keilförmigen Raum zwischen einander bilden, ein Keilelement, das in dem keilförmigen Raum angeordnet ist und eine dritte zylindrische Fläche an einem Innenumfang desselben aufweist, sodass sie der ersten zylindrischen Fläche radial gegenüberliegt, wobei die dritte zylindrische Fläche einen dritten Krümmungsmittelpunkt hat, sowie eine vierte zylindrische Fläche an einem Außenumfang desselben aufweist, sodass sie der zweiten zylindrischen Fläche radial gegenüberliegt, wobei die vierte zylindrische Fläche einen vierten Krümmungsmittelpunkt hat, der von dem dritten Krümmungsmittelpunkt radial versetzt ist, und das Keilelement eine sich in Umfangsrichtung ändernde radiale Breite hat, und ein federndes Element, das das Keilelement in einer Richtung spannt, in der die dritte und die vierte zylindrische Fläche in Keileingriff mit der ersten beziehungsweise der zweiten zylindrischen Fläche gebracht werden.
Wenn der innere Ring abhängig von dem äußeren Ring gedreht wird, bewegt sich der enge Teil des keilförmigen Raums in Bezug auf den inneren Ring in Umfangsrichtung. Wenn der innere Ring in eine solche Richtung gedreht wird, dass das enge Teil des keilförmigen Raumes sich dem breiten Teil des Keilelements nähert, werden die oben erwähnte dritte und vierte zylindrische Fläche mit der ersten beziehungsweise der zweiten zylindrischen Fläche in Keileingriff gebracht, sodass das Drehmoment im Folgenden von dem inneren Ring auf den äußeren Ring übertragen wird.
Wenn der innere Ring in die der oben genannten entgegensetzte Richtung gedreht wird, lösen sich die erste und zweite zylindrische Fläche von der dritten und vierten zylindrischen Fläche, und der innere Ring kann leer laufen.
Der keilförmige Raum kann so gebildet werden, dass der Drehmittelpunkt des inneren Rings von dem ersten Krümmungsmittelpunkt versetzt wird und mit dem zweiten Krümmungsmittelpunkt zusammenfällt. In diesem Fall kann der innere Ring einen Außendurchmesser haben, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Keilelements. Alternativ kann das innere Element so angeordnet werden, dass sein Drehmittelpunkt mit dem ersten Krümmungsmittelpunkt zusammenfällt und von dem zweiten Krümmungsmittelpunkt versetzt wird.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Einwegkupplung bereitgestellt, die einen inneren Ring umfasst, der einen Drehmittelpunkt hat und mit einem Paar einander diametral gegenüberliegender teilzylindrischer Flächen an einem Außenumfang desselben versehen ist, wobei die teilzylindrischen Flächen erste Krümmungsmittelpunkte haben, die von dem Drehmittelpunkt versetzt sind, einen äußeren Ring, der um die teilzylindrischen Flächen herum bereitgestellt wird und eine zylindrische Fläche an einem Innenumfang desselben aufweist, die den teilzylindrischen Flächen gegenüberliegt, wobei die zylindrische Fläche einen zweiten Krümmungsmittelpunkt hat, der mit dem Drehmittelpunkt zusammenfällt, jede der teilzylindrischen Flächen und die zylindrische Fläche einen keilförmigen Raum zwischen einander bilden, ein Paar bogenförmiger Keilelemente, die in den jeweiligen keilförmigen Räumen angeordnet sind, und federnde Elemente, die die jeweiligen Keilelemente in Richtungen spannen, um die Keilelemente zwischen der zylindrischen Fläche des äußeren Rings und den jeweiligen teilzylindrischen Flächen einzukeilen.
Um die Kosten einer Einwegkupplung zu senken, können ihr innerer Ring, ihr äußerer Ring und/oder ihr Keilelement oder ihre Keilelemente durch Pressen erzeugt werden.
Durch Erzeugen des inneren Rings, des äußeren Rings und/oder des Keilelements oder der Keilelemente aus gesintertem Material oder einem Kunstharz ist es möglich, das Gewicht und die Kosten der Einwegkupplung zu senken und die Belegung während des leer Laufens zu minimieren, weil solches Material selbstschmierend ist.
Um den Drehmomenteingang, der zum Lösen der Kupplung erforderlich ist, zu minimieren, wird ein Wälzlager vorzugsweise zwischen den gegenüberliegenden Flächen der Eingangswelle angebracht, an der der innere Ring befestigt ist und dem äußeren Ring, oder zwischen gegenüberliegenden Flächen der Eingangswelle und dem Gehäuse, das den äußeren Ring trägt.
Ein solches Lager kann ein Rillenkugellager oder ein Nadellager sein.
Da die innere und die äußere zylindrische Fläche des Keilelements oder der Keilelemente mit dem inneren Ring der äußeren zylindrischen Fläche oder Flächen in Keileingriff gebracht werden, werden die Flächendrücke niedrig gehalten. Das verbessert die Lebensdauer der Einwegkupplung.
Die Eingriffsflächen, die auf dem Keilelement oder den -elementen und dem inneren und äußeren Ring erzeugt werden, sind einfache zylindrische Flächen, wobei diese Elemente können leicht gemessen werden können und ihre Qualitätskontrolle ebenfalls einfach ist, was die Wartungskosten reduziert.
Des Weiteren ist es möglich, da die Flächendrücke niedrig gehalten werden können, die Dicke des inneren und des äußeren Rings und des Keilelements oder der -elemente zu reduzieren. Demzufolge können diese Elemente durch Pressen erzeugt oder aus einem gesinterten Material oder Kunstharz hergestellt werden. Das wiederum ermöglicht es, das Gewicht und die Kosten einer Einwegkupplung zu reduzieren.
Durch Anbringen eines Wälzlagers zwischen den gegenüberliegenden Flächen der Eingangswelle und dem äußeren Ring oder zwischen den gegenüberliegenden Flächen der Eingangswelle und dem Gehäuse, das den äußeren Ring trägt, trifft die Eingangswelle auf weniger Drehwiderstand, als wenn ein Gleitlager angebracht wird. Das reduziert den Drehmomenteingang, der zum Lösen der Kupplung erforderlich ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Leistungsmerkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung, wenn diese in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, verständlich. In den Zeichnungen ist:
1 eine Vorderansicht im vertikalen Querschnitt einer Einwegkupplung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine vertikale Querschnittsdarstellung von der Seite derselben;
3 ist eine Vorderansicht derselben, die nur die Eingangswelle, den inneren Ring und das Keilelement darstellt;
4 ist eine Querschnittsdarstellung von vorn der Einwegkupplung aus 1, die darstellt, wie das Drehmoment übertragen wird;
5 ist eine ähnliche Ansicht, die darstellt, wie die Kupplung gelöst wird, und
6 bis 8 sind vertikale Querschnittsdarstellungen von vorn der jeweils zweiten bis vierten Ausführungsform;
9 bis 12 sind vertikale Querschnittsdarstellungen von der Seite der jeweils fünften bis achten Ausführungsform, und
13A bis 13C stellen verschiedene federnde Elemente dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden stellen mit Bezug auf die Zeichnungen die 1 bis 5 die Einwegkupplung nach der ersten Ausführungsform der Erfindung dar. Sie umfasst eine Eingangswelle 1, die drehend von einem Lager 2 getragen wird, das an der radialen inneren Fläche eines Gehäuses H angebracht ist. An einem Ende desselben hat die Eingangswelle 1 einen Endteil mit einer zylindrischen Führungsfläche 3, deren Mittelpunkt mit der Achse (Drehmittelpunkt O1) der Eingangswelle 1 zusammenfällt.
Eine Exzenterwelle 4 steht von dem Endteil der Eingangswelle 1 hervor. Die Exzenterwelle 4 hat einen Mittelpunkt O2, der von dem Drehmittelpunkt O1 der Eingangswelle 1 um einen Abstand e1 versetzt wird. Ein innerer Ring 5 wird auf die Exzenterwelle 4 gepresst.
Der innere Ring 5 hat eine radiale äußere zylindrische Oberfläche 6, deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt O2 der Exzenterwelle 4 zusammenfällt.
Die Einwegkupplung umfasst des Weiteren einen äußeren Ring 7, der um den inneren Ring 5 angeordnet ist und in das Gehäuse H gepresst wird. Der äußere Ring 7 hat eine innere zylindrische Fläche 8, die in Gleitkontakt mit der Führungsfläche 3 der Eingangswelle 1 steht, sodass der äußere Ring 7 abhängig von der Eingangswelle 1 drehbar ist, während er koaxial mit der Eingangswelle 1 gehalten wird. Da der äußere Ring 7 koaxial mit der Eingangswelle 1 steht, wird zwischen der zylindrischen Fläche 8 des äußeren Rings 7 und der zylindrischen Fläche 6 des inneren Rings 5 ein ringförmiger Raum gebildet, sodass sein breitester und sein engster Teil an der Linie angeordnet sind, die die Mittelpunkte O1 und O2 der zylindrischen Flächen 6 und 8 verbindet.
Ein ringförmiges Keilelement 10 wird zwischen dem inneren und dem äußeren Ring 5 und 7 angeordnet. Das Keilelement 10 hat radiale innere und äußere zylindrische Flächen 11 und 12. Das Keilelement 10 ist abhängig von dem inneren Ring 5 drehbar, wobei seine innere zylindrische Fläche 11 in Gleitkontakt mit der zylindrischen Fläche 6 des inneren Rings 5, steht.
Mit Bezug auf 3 hat die äußere zylindrische Fläche 12 des Keilelements 10 ihren Mittelpunkt O3 von dem Mittelpunkt O4 der inneren zylindrischen Fläche 11 des Keilelements 10 um einen Abstand e2 versetzt. Demzufolge hat das Keilelement 10 radial breiteste und engste Teile 10a und 10b, die diametral gegenüber dem jeweils anderen angeordnet sind, sodass seine radiale Breite allmählich von seinem engsten Teil zu seinem breitesten Teil zunimmt. Der breiteste Teil 10a ist breiter als der breiteste Teil des keilförmigen Raumes 9.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, sind der innere Ring 5 und das Keilelement 10 miteinander durch ein federndes Element 13 verbunden, das als Feder in Form des Buchstabens C dargestellt wird. Ein Ende desselben greift in den inneren Ring 5, und das andere Ende greift in das Keilelement 10. Das federnde Element 13 spannt das Keilelement 10 in eine solche Richtung, dass der breiteste Teil 10a sich dem engsten Teil des keilförmigen Raumes 9 nähert, wobei die Teile der inneren und der äußeren zylindrischen Fläche 11 und 12 des Keilelements 10 immer in Kontakt mit der zylindri schen Fläche des inneren Rings 6 und der zylindrischen Fläche des äußeren Rings 8 an den Punkte P1 und P2 in 4 gehalten werden. Die Punkte P1 und P2 werden so angeordnet, dass die Winkel θ1 und θ2 zwischen der Linie, die an beiden Punkten P1 und P2 entlangläuft und den normalen Linien, die an den entsprechenden Punkten P1 und P2 entlanglaufen, den Keilwinkeln des Keilelements 10 jeweils an den Punkten P1 und P2 (normalerweise 1 bis 5 Grad) gleich sind.
Wie in 2 dargestellt, wird eine Abdeckung 14 an der Exzenterwelle 4 nahe ihres freien Endes angebracht, um das offene Ende des äußeren Rings 7 zu schließen. Ein Sicherungsring 15 verhindert, dass die Abdeckung 14 sich von der Exzenterwelle 4 löst.
1 stellt einen Zustand dar, in dem die Eingangswelle 1 mit dem federnden Element, das das Keilelement 10 in die Richtung des Pfeils in 1 spannt, feststeht, wobei Teile der inneren und äußeren zylindrischen Flächen 11 und 12 jeweils mit der zylindrischen Fläche des inneren Rings 6 und der zylindrischen Fläche des äußeren Rings 8 in Kontakt gehalten werden.
In diesem Zustand dreht sich, wenn die Eingangswelle 1 sich in die Richtung des Pfeils in 4 zu drehen beginnt, der innere Ring 5 um den Mittelpunkt O1 der Eingangswelle 1, die von ihrem eigenen Mittelpunkt O2 versetzt wird.
Wenn der innere Ring 5 sich in diese Richtung dreht, dreht sich das Keilelement 10, das durch das federnde Element 13 in die entgegengesetzte Richtung gespannt wird, nur über einen kurzen Abstand abhängig von dem inneren Ring 5, bevor es in dem engen Teil des keilförmigen Raumes 9 verkeilt wird. Während das Keilelement 10 sich über diesen kurzen Abstand dreht, steigen die Flächendrücke zwischen der zylindrischen inneren und äußeren Fläche 11 und 12 des Keilelements 10 und die zylindrische Fläche des inneren Rings 6 und die zylindrische Fläche des äußeren Rings 8 steigen an den Punkten P1 und P2 aufgrund von Kräften in normale Richtungen an den Punkten P1 und P2. Das Keilelement 10 wird demzufolge leicht elastisch verformt, bis es in dem engen Teil des Raumes 9 verkeilt ist. Wenn das Keilelement 10 in dem engen Teil des Raumes 9 verkeilt ist, bringt es sowohl die zylindrische Fläche des inneren Rings 6 als auch die zylindrische Fläche des äußeren Rings 8 in Eingriff und überträgt so das Drehmoment von der Eingangswelle 1 auf den äußeren Ring 7.
Auf der anderen Seite dreht sich der innere Ring 5, wenn die Eingangswelle 1 sich in die Richtung des Pfeils in 5 dreht, exzentrisch in dieselbe Richtung wie die Eingangswelle 1. Das führt dazu, dass das Keilelement 10 in dem keilförmigen Raum 9 so positioniert wird, dass sein Punkt P2 in einem breiteren Teil des Raumes 9 ist und demzufolge von dem äußeren Ring 7 gelöst wird. Wenn das Keilelement 10 von dem äußeren Ring 7 gelöst ist, gleitet das Keilelement 10 auf die zylindrische Fläche des äußeren Rings 8, die durch das federnde Element 13 gespannt wird. Die Eingangswelle 1 läuft demzufolge leer.
In dieser Anordnung und wie voranstehend vollständig erläutert, bringen die innere und die äußere zylindrische Fläche 11 und 12 des Keilelements 10, wenn die Eingangswelle 1 sich in die Richtung des Pfeils in 4 dreht, umgehend die zylindrische Fläche des inneren Rings 6 und die zylindrische Fläche des äußeren Rings 8 in Eingriff. Darüber hinaus werden die Flächen 11 und 12 mit den Flächen 6 und 8 in Flächenkontakt gebracht. Aufgrund des Flächendrucks werden die Flächendrücke niedrig gehalten, sodass die Einwegkupplung dieser Ausführungsform langlebig ist.
6 stellt die zweite Ausführungsform dar, die sich von der ersten Ausführungsform darin unterscheidet, dass der innere Ring 5 einen Außendurchmesser hat, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Keilelements 10, um einen sichelförmigen Raum 16 zwischen dem inneren Ring 5 und dem Keilelement 10 zu bilden, und dass das federnde Element 13 eine Zug-Schraubenfeder ist.
Andere Elemente sind mit den entsprechenden Elementen der ersten Ausführungsform identisch. Demzufolge werden sie mit identischen Referenznummer bezeichnet, und ihre Beschreibung wird unterlassen.
Der sichelförmige Raum 16 macht es dem Keilelement 10 leichter, sich abhängig von dem inneren und dem äußeren Ring zu drehen und demzufolge in dem keilförmigen Raum 9 zu verkeilen.
7 stellt die dritte Ausführungsform dar, in der der innere Ring 5 so an einer Ausgangswelle 1' angebracht wird, dass der innere Ring 5 und die Ausgangswelle 1' einen gemeinsamen Mittelpunkt O1 haben und um diesen gemeinsamen Mittelpunkt drehbar sind. Die innere zylindrische Fläche 8 des äußeren Rings 7 hat ihren Mittelpunkt O3 von dem Mittelpunkt O1 um einen Abstand e3 versetzt. Das federnde Element 13 der dritten Ausführungsform ist eine Zug-Schraubenfeder, die das Keilelement 10 mit dem äußeren Ring 7 verbindet, um das Keilelement 10 so zu spannen, dass es zwischen der zylindrischen Fläche des inneren Rings 6 und der zylindrischen Fläche des äußeren Rings 8 verkeilt. In dieser Ausführungsform ist der äußere Ring 7 ein Eingangselement, und der innere Ring 5 und die Welle 1' sind Ausgangselemente.
In dieser Ausführungsform, verkeilt das Keilelement 10, wenn der äußere Ring 7 in die Richtung des Pfeils in 7 gedreht wird, zwischen der zylindrischen Fläche des inneren Rings 6 und der zylindrischen Fläche des äußeren Rings 8, wobei der innere und der äußere Ring miteinander gesperrt werden, sodass das Drehmoment von dem äußeren Ring 7 durch das Keilelement 10 und den inneren Ring 5 auf die Ausgangswelle 1' übertragen wird. Wenn der äußere Ring 7 in die Richtung entgegengesetzt der Richtung des Pfeils in 7 gedreht wird, löst sich das Keilelement 10, sodass der äußere Ring 7 leer laufen kann.
In dieser Ausführungsform verkeilt sich das Keilelement 10 ebenfalls umgehend zwischen der zylindrischen Fläche des inneren Rings 6 und der zylindrischen Fläche des äußeren Rings 8, wenn sich der äußere Ring 7 in die Richtung des Pfeils in 7 dreht. Darüber hinaus werden die Flächen 11 und 12 mit den Flächen 6 und 8 in Flächenkontakt gebracht. Die Flächendrücke werden demzufolge niedrig gehalten, sodass die Einwegkupplung dieser Ausführungsform langlebig ist.
8 stellt die vierte Ausführungsform dar, in der der innere Ring 5 an der Eingangswelle 1 so angebracht wird, dass der innere Ring 5 und die Eingangswelle 1 einen gemeinsamen Mittelpunkt O1 haben und um diesen gemeinsamen Mittelpunkt drehbar sind. Der innere Ring 5 wird mit einem Paar diametral gegenüberliegender teilzylindrischer äußerer Flächen 6' gebildet, die Krümmungsmittelpunkte O4 haben, die von dem Mittelpunkt O1 versetzt sind. Ein Paar keilförmiger Räume 9' wird zwischen der zylindrischen inneren Fläche 8 des äußeren Rings 7 und den jeweiligen teilzylindrischen Flächen 6' gebildet. Jeder Raum 9' hat einen radial engsten Teil entlang der Linie, die den Krümmungsmittelpunkt O4 verbindet und von dem engsten Teil zu seinen umlaufenden Enden allmählich breiter wird.
Das Keilelement 10 dieser Ausführungsform umfasst ein Paar von Keilelementen 10', die jeweils in einem der keilförmigen Räume 9' aufgenommen werden, und hat eine teilzylindrische innere Fläche 11', die in Gleitkontakt mit der teilzylindrischen Fläche 6' steht, und eine teilzylindrische äußere Fläche 12'. Die teilzylindrischen Flächen 11' und 12' haben Krümmungsmittelpunkte, die jeweils so voneinander versetzt sind, dass das Keilelement 10' in radialer Breite an einem Ende desselben am engsten ist und allmählich in Richtung des anderen Endes breiter wird. Jedes Keilelement 10' wird in dem entsprechenden Raum 9' aufgenommen, sodass sein engstes Ende an dem engsten Teil des Raumes 9' angeordnet wird.
Jedes Keilelement 10' wird mit dem inneren Ring 5 durch ein federndes Element 13' verbunden und wird durch das federnde Element 13' so gespannt, dass es in den engen Teil des keilförmigen Raumes 9' verkeilt wird.
Elemente, die voranstehend nicht aufgeführt werden, sind mit den entsprechenden Elementen der ersten Ausführungsform identisch. Demzufolge werden solche Elemente mit identischen Referenznummern bezeichnet, und ihre Beschreibung wird unterlassen.
In dieser Ausführungsform verkeilen die Keilelemente 10', wenn der innere Ring 5 sich gemeinsam mit der Eingangswelle 1 in die Richtung des Pfeils in 8 dreht, zwischen den teilzylindrischen Flächen 6' des inneren Rings 5 und der teilzylindrischen Fläche 8 des äußeren Rings 7. Das Drehmoment wird demzufolge von dem inneren Ring 5 auf den äußeren Ring 7 übertragen. Wenn der innere Ring 5 in die der oben genannten entgegengesetzten Richtung gedreht wird, lösen sich die Keilelemente 10', und der innere Ring 5 kann leer laufen.
Aus denselben Gründen wie in der Beschreibung der ersten bis dritten Ausführungsform dargelegt, werden die Flächendrücke in dieser Ausführungsform ebenfalls niedrig gehalten, sodass die Einwegkupplung dieser Ausführungsform langlebig ist. Des Weiteren ist, da das Paar von Keilelementen 10' mit Bezug auf den Drehmittelpunkt der Eingangswelle 1 symmetrisch angeordnet ist, das Gleichgewicht in der Drehung höher. Demzufolge funktioniert die Einwegkupplung dieser Ausführungsform gut, wenn sie mit einer hohen Geschwindigkeit gedreht wird.
In jeder Ausführungsform können der innere Ring 5, der äußere Ring 7 und das Keilelement 10 (oder die Keilelemente 10') aus einem eisenhaltigen Material oder einem gesinterten Material oder einem Kunstharz mit Selbstschmierung sein. Andernfalls kann von dem inneren Ring 5, dem äußeren Ring 7 oder dem Keilelement 10 (oder den Keilelementen 10') wenigstens einer aus einem gesintertem Material oder einem Kunstharz sein, und die anderen können aus einem eisenhaltigen Material sein.
Sowohl die innere als auch die äußere zylindrische Fläche des Keilelements 10 oder 10', die zylindrische Fläche des inneren Rings 6 oder 6' und die zylindrische Fläche des äußeren Rings 8 haben Krümmungsmittelpunkte, die alle im Inneren des inneren Rings 5 liegen. Das bedeutet, dass das Keilelement 10 oder 10' in konvex zu konkaver Kontakt sowohl mit dem inneren als auch mit dem äußeren Ring gebracht wird. Die Kontaktdrücke sind demzufolge niedrig, was es ermöglicht, die Dicke des Keilelementes 10 oder 10' zu reduzieren. Solch ein dünnes Keilelement kann nicht nur durch eine Bearbeitung wie Drehen geformt werden, sondern auch durch Pressen, sodass auf den Eingriffsflächen Scherflächen gebildet werden.
Wenn die Einwegkupplung in einer Umgebung verwendet wird, wo es erforderlich ist, ein großes Drehmoment zu übertragen, sollten der innere Ring 5, der äußere Ring 7 und das Keilelement 10 (oder die Keilelemente 10') aus wärmebehandeltem oder plattiertem Material sein. Wärmebehandlung kann vollständig härtend, karburierend oder karbonitrierend sein.
Wenn der innere Ring 5, der äußere Ring 7 und das Keilelement 10 (oder die Keilelemente 10') aus eisenhaltigem Material sind, sollte Fett in dem Raum oder den Räumen, die zwischen dem Keilelement 10 oder den Keilelementen 10' und dem äußeren Ring 7 gebildet werden, behalten werden, um die Schnittstellen zwischen dem Keilelement 10 oder den Keilelementen 10' und dem inneren und äußeren Ring 5 und 7 zu schmieren.
In der ersten bis vierten Ausführungsform wird der äußere Ring 7 auf eine Führungsfläche 3 der Eingangswelle 1 gesteckt, sodass er abhängig von der Eingangswelle 1 drehbar ist. Wenn das Keilelement 10 zwischen der zylindrischen äußeren Fläche 6 des inneren Rings 5 und der zylindrischen inneren Fläche 8 des äußeren Rings 7 verkeilt wird, wird die Führungsfläche 3 unter Kräften, die auf die oben aufgeführten Kräfte in norma ler Richtung reagieren, fest gegen die zylindrische innere Fläche 8 des äußeren Rings 7 gepresst.
Um die Einwegkupplung in diesem Zustand zu lösen, wird das Drehmoment auf die Eingangswelle 1 in eine Richtung zum Lösen der Kupplung angewendet. Dieses Drehmoment muss relativ groß sein, weil es den Gleitwiderstand, der zwischen der Führungsfläche 3 der Eingangswelle 1 und der zylindrischen inneren Fläche 8 des äußeren Rings 7 entsteht, überwinden muss.
In der fünften Ausführungsform, die in 9 dargestellt wird, wird, um ihren Drehmoment zu reduzieren, ein Rillenkugellager 20 zwischen der Führungsfläche 3 der Eingangswelle 1 und dem äußeren Ring 7 so angebracht, dass die Eingangswelle 1 und der äußere Ring 7 immer aneinander rollen, nicht gleiten. Das reduziert den Drehmomentseingang an der Eingangwelle, der erforderlich ist, um die Kupplung zu lösen.
10 stellt die sechste Ausführungsform dar, in der ein Nadellager 21 zwischen der Eingangswelle 1 und dem äußeren Ring 7 nahe dem Ende der Eingangswelle 1 so angebracht wird, dass die Eingangswelle 1 und der äußere Ring 7 abhängig voneinander rollen.
Da das Nadellager 21 eine größere Kapazität hat, radiale Lasten aufzunehmen als das Rillenkugellager 20 aus 9, hat die Einwegkupplung dieser Ausführungsform ein größeres Nenndrehmoment als die Kupplung aus 9.
Anstatt das Rillenkugellager 20 (9) oder das Nadellager 7 (10) zwischen der Eingangswelle 1 und dem äußeren Ring 7 anzubringen, wird in der siebten Ausführungsform (11) ein Rillenkugellager 22 zwischen der Eingangswelle 2 und dem Gehäuse angebracht, und in der achten Ausführungsform (12) wird ein Nadellager 23 zwischen der Eingangswelle 1 und dem Gehäuse H angebracht. In jeder der Ausführungsformen ist es wichtig, einen Spalt zwischen der Eingangswelle 1 und dem Gehäuse H bereitzustellen, damit die Eingangswelle 1 und der äußere Ring nicht miteinander in Kontakt stehen, wobei der Drehmomentseingang, der zum Lösen der Kupplung erforderlich ist, minimiert wird.
In der ersten und der vierten bis achten Ausführungsform ist das federnde Element 13 eine C-förmige Feder, und in der zweiten und dritten Ausführungsform ist das federnde Element 13 eine Zug-Schraubenfeder. Aber das federnde Element 13 ist nicht auf eine C-förmige Feder oder eine Zug-Schraubenfeder beschränkt. Zum Beispiel kann es eine Druck-Schraubenfeder wie in 13A dargestellt, eine Zug-Schraubenfeder wie in 13B dargestellt, oder eine Blattfeder wie in 13C dargestellt, sein.

Claims

Einwegkupplung, die umfasst: einen inneren Ring (5) mit einer ersten zylindrischen Fläche (6) an einem Außenumfang derselben, wobei die erste zylindrische Fläche (6) einen ersten Krümmungsmittelpunkt (O₂) hat, einen äußeren Ring (7) mit einer zweiten zylindrischen Fläche (8) an einem Innenumfang desselben, die der ersten zylindrischen Fläche (6) radial gegenüberliegt, wobei die zweite zylindrische Fläche (8) einen zweiten Krümmungsmittelpunkt (O₁) hat, der von dem ersten Krümmungsmittelpunkt (O₂) versetzt ist, und die erste und die zweite zylindrische Fläche (6, 8) einen keilförmigen Raum (9) zwischen einander bilden, ein Keilelement (10), das in dem keilförmigen Raum angeordnet ist und eine dritte zylindrische Fläche (11) an einem Innenumfang desselben aufweist, die der ersten zylindrischen Fläche (6) radial gegenüberliegt, wobei die dritte zylindrische Fläche (11) einen dritten Krümmungsmittelpunkt (O₄) hat, sowie eine vierte zylindrische Fläche (12) an einen Außenumfang desselben aufweist, die der zweiten zylindrischen Fläche (8) radial gegenüberliegt, wobei die vierte zylindrische Fläche (12) einen vierten Krümmungsmittelpunkt (O₃) hat, der von dem dritten Krümmungsmittelpunkt (O₄) radial versetzt ist, und das Keilelement (10) eine sich in Umfangsrichtung ändernde radiale Breite hat, und ein federndes Element (13), das das Keilelement (10) in einer Richtung spannt, in der die dritte und die vierte zylindrische Fläche (11, 12) in Keileingriff mit der ersten bzw. der zweiten zylindrischen Fläche (6, 8) gebracht werden.
Einwegkupplung nach Anspruch 1, wobei der innere Ring (5) einen Drehmittelpunkt hat, der von dem ersten Krümmungsmittelpunkt (O₂) versetzt ist und mit dem zweiten Krümmungsmittelpunkt (O₁) zusammenfällt.
Einwegkupplung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der innere Ring (5) einen Außendurchmesser hat, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Keilelementes (10)
Einwegkupplung nach Anspruch 1, wobei der innere Ring (5) einen Drehmittelpunkt hat, der mit dem ersten Krümmungsmittelpunkt (O₂) zusammenfällt und von dem zweiten Krümmungsmittelpunkt (O₁) versetzt ist.
Einwegkupplung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei das Keilelement (10) ein Ring ist.
Einwegkupplung, die umfasst: einen inneren Ring (5), der einen Drehmittelpunkt (O₁) hat und mit einem Paar einander diametral gegenüberliegender teilzylindrischer Flächen (6') an einem Außenumfang desselben versehen ist, wobei die teilzylindrischen Flächen (6') erste Krümmungsmittelpunkte (O₄) haben, die von dem Drehmittelpunkt (O₁) versetzt sind, einen äußeren Ring (7), der um die teilzylindrischen Flächen (6') herum vorhanden ist und eine zylindrische Fläche (8) an einem Innenumfang desselben aufweist, die den teilzylindrischen Flächen (6') gegenüberliegt, wobei die zylindrische Fläche (8) einen zweiten Krümmungsmittelpunkt hat, der mit dem Drehmittelpunkt (O₁) zusammenfällt, jede der teilzylindrischen Flächen (6') und die zylindrische Fläche (8) keilförmige Räume (9') zwischen einander bilden, ein Paar bogenförmiger Keilelemente (10'), die in den jeweiligen keilförmigen Räumen angeordnet sind, und federnde Elemente (13'), die die jeweiligen Keilelemente (10') in Richtungen spannen, in denen die Keilelemente (10) zwischen der zylindrischen Fläche (8) des äußeren Rings (7) und den jeweiligen teilzylindrischen Flächen (6') eingekeilt werden.
Einwegkupplung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei wenigstens der innere Ring (5), der äußere Ring (7) oder das Keilelement bzw. die Keilelemente (10) erzeugt wird/werden, indem ein Metall gepresst wird.
Einwegkupplung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei wenigstens der innere Ring (5), der äußere Ring (7) und das Keilelement bzw. die Keilelemente (10') aus gesintertem Material besteht/bestehen.
Einwegkupplung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei wenigstens der innere Ring (5), der äußere Ring (7) und das Keilelement bzw. die Keilelemente (10') aus Kunstharz besteht/bestehen.
Einwegkupplung nach einem der Ansprüche 1–9, wobei das federnde Element bzw. die federnden Elemente (13') aus Blattfedern, Druck-Schraubenfedern, Zug-Schraubenfedern, C-förmigen Federn und Torsions-Schraubenfedern ausgewählt werden.
Einwegkupplung nach einem der Ansprüche 1–10, wobei ein Spalt um das Keilelement oder um jedes des Paars von Keilelementen (10') herum ausgebildet ist und der Spalt Fett enthält.
Einwegkupplung nach einem der Ansprüche 1–11, die des Weiteren eine Welle (1), die an dem inneren Ring (5) befestigt ist, sowie ein Wälzlager (20, 21) umfasst, das zwischen einander gegenüberliegenden Flächen des äußeren Rings (7) und der Welle (1) angebracht ist.
Einwegkupplung nach einem der Ansprüche 1–11, die des Weiteren eine Welle (1), die an dem inneren Ring (5) befestigt ist, ein Gehäuse (H), das den äußeren Ring (7) trägt, und ein Wälzlager (2, 22, 23) umfasst, das zwischen einander gegenüberliegenden Flächen des Gehäuses (H) und der Welle (1) angebracht ist.
Einwegkupplung nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Wälzlager ein Rillenkugellager (20, 22) oder ein Nadellager (21, 23) ist.