DE6918379U - Freilaufkupplung - Google Patents

Description

Dipl.- Ing. Heinz Lessei, Patentanwalt D - 8 München 81, Cosimastrafce 81 ■ Telefon: (0811) 48 38 20

KOYO SEIKO COMPANY Ltd.,

2, Unagidani-nishinocho, Minamiku

Osaka /JAPAN

L 8648β Gg/he.

FREILAUFKUPPLUNG

Die Erfindung; betrifft eine Einweg- oder Freilauf- bzw. Überhol-Kupplung, welche auch als Kleramrichtgesperre bekannt ist. Solche Kupplungen werden durch die relative Drehrichtung der beiden Kupplungs-Hälften geschaltet. In der einen Bewegungs richtung erfolgt eine Mitnahme, in der anderen der Freilauf.

Unter den bekannten Ausführungsformen solcher Kupplungen finden sich u.a. die sog. Klemmrollen-Freiläufe, welche in einer spezifischen Ausführunesform zwischen einem Aussenteil und einem Innenteil angeordnete, zylindrische Klemmkörper besitzen, die in inrer Umfangsflache teilweise verformt sind. Wird entweder der Aussen- oder der Innenteil in positiver Drehrichtung gedreht, also in eir^r Richtung, in welcher keine Mitnahme der Klemmkörper stattfinden soll,dann wird die Oberfläche dieser Klemmkörper in ^leitender Berührung mit den Oberflächen der Innen- und Aussenteile gehalten, im Regelfall nur mit der Oberfläche des Innenteils, wird dagegen einer dieser beiden Teile in der entgegengesetzten Drehrichtung gedreht, also in einer negativen Drehrichtung, dann wird ein Teil der vorerwähnten, verformten Oberfläche der Klemmkörper in eine kuppelnde Wirkverbindung mit der Oberfläche eines der Teile gebracht. Solche Freilaufkupplungen sind nun insbesondere darin nachteilig, dass während des Freilaufes die Oberfläche der einzelnen Klemmkörper mit den Oberflächen der Innen- und Aussentelle ruckartig in Berührung kon.mt, so dass bei Herbeiführung der

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Kupplung (Umkehrung der Drehrichtung entweder des Innen- oder des Aussenteils) die Keilflächen der Klemmkörper sich in die Oberfläche der Teile einkeilen, was entweder in einem raschen Verschleiss der Oberflächen der Klemmkörper oder der Oberflächen der Innen- und Aussenteile resultiert, wodurch die Lebensdauer solcher Kupplungen stark beeinträchtigt wird. Es ist auch darauf hinzuweisen, dass bei solchen Freilaufkupplungen zur Ermöglichung eines einwandfreien Preilaufes und eines ungestörten, raschen Herbeiführens einer Kupplung der Teile es erforderlich ist, die einzelnen Klemmkörper beispielsweise mittels Federn genauestens in ihrer Lage zu halten, welche zwischen den Klemmkörpern und dem Aussenteil oder einem Käfig angeordnet sind. Es muss wohl nicht näher begründet werden, dass mit einem solchen Aufbau eine Komplizierung herbeigeführt \ wird, wobei eine erhöhte Gefahr eines möglichen Brechens der Federn oder des Käfigs besteht, ausserdem ist es erforderlich, die einzelnen Körner mittels spezieller Schablonen und Werkzeuge mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu schleifer

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Freilaufkupplung zu schaffen, welche eine gleitende Reibung nahezu vollständig vermeidet, wie aufgezeichnet, wirtl eine solche gleitende Reibung bei vorbekannten Ausführung formen zwischen den Klemmkörpern einerseits und den Oberflächen .der Innen- und Aussenteile andererseits erzeugt. Nach der Grundkonzeption vorliegender Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass man dem Innenteil und dem Aussenteil die Form eines konischen Rollenlagers gibt und dass man als Klemmkörper Rollen vorsieht, welche die Form eines Zylinders, eines Kegelstumpfes, einer Kugel, eines Hyperboloids od. dgl. aufweist, wobei diese Klemmkörper zwischen dem Innen- und dem Aussenteilso angeordnet s\nd, dass ihre Achse mit der Mantellinie der Oberflächen des Innen- und des Aussenteils einen geeigneten Nei-

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gungswinkel einschliesst. Eine solche Ausfuhrungsform bringt neben der Überwindung der aufgezeichneten Nachteile vorbekannter Freilaufkupplungen den Vorteil, dass die Kupplung selbst während des Freilaufes als Wälzlager wirkt, es gehört zum Wissensstand des einschlägigen Fachmannes, dass im Regelfall bei Verwendung vorbekannter Freilaufkupplungen diesen ein Wälzlager zuzuordnen ist. In der erfindungsgemässen Ausführungsform fungieren also die einzelnen Klemmkörper nicht nur als solche, wenn Innen- und Aussenteile miteinander gekuppelt sind, sie fungieren darüberhinaus während des Freilaufes der Kupplung auch als Lagerkörper. Diese Doppelfunktion wird erreicht, ohne dass es erforderlich wäre, die einzelnen Körper während des Freilaufes beispielsweise mittels Federn und Käfleen genauestens in ihrer Lage zu halten, die Körper sind in einer Linienberührung mit den Oberflächen des Innen- und Aussenteils über die Gesamtlänge gehalten, wodurch die Kupplung, wirkt sie während des Freilaufes als Lager, vergleich bar höhere Lasten aufnehmen kann, während sie andererseits, wenn Innen - und Aussenteil miteinander gekuppelt sind, ein vergleichbar höheres Drehmoment zu übertragen vermag. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsformen erkennbar.

Es zeigt:

Figur 1 Figur 2

eine schematische Perspektivansicht zur Veranschaulichung des Grundprinzips vorliegender Erfindung, gezeigt sind die Konturen der Oberflächen des Innen - und Aussenteils sowie einer Rolle, die mit diesen in Passberühriansr steht _s

eine Perspektivansicht, teilweise weggebrochen, ainer das Grundprinzip nach Figur 1 verwirk-

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Figuren 3
und 14

Figur 6

Figur 7

Figur 3

Figur 9

Höhenden Ausführungsform,

Abwicklungen zur Erläuterung der Funktion vorliegender Erfindung. Figur 3 zeigt die Bewegungsrichtung der Rolle a.v der Oberfläche des Aussenteils und Figur ^J4 zeigt die Bewegungsrichtung der Rolle an der Oberfläche des Innentells_s

eine Abwicklung der Ausführungsform eines zwlscher dem Innen- und dem Aussenteil angeordneten Käfigs zum Halten der Rollen,

eine der Figur 1 entsprechende, schemattsche Perspektivansicht j die Rolle weist dabei die Form eines Kegelstumpfes auf,

einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform nach Figur 6,

eine Perspektivansicht, teilweise im Schnitt _s einer Ausführungsform, bei welcher die Rolle eine kugelähnliche Form aufweist, und

eine Perspektivansicht, teilweise im Schnitt„ einer Ausführungsform, bei welcher die Rolle eine hvDerbolische Oberfläche aufweist.

In der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 5 bezeichnet einen Innerteil und 2 einen Aussenteil. Die Oberflächen dieser beiden Teile sind mit la bzw. 2a bezeichnet, zwischen beiden Teilen sind Rollen 3 angeordnet. Ein Flansch 4 dient als ein Anschlag, er ist entlang des Umfanges des Innenbereiches grösseren Durchmessers des Innenteils 1 ausgeformt. Zwischen Innen- und Aussenteil ist zum Halten der einzelnen Rollen

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Dipl. nq Heim Leiser. Potentonwalt

ein Käfig ist.

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angeordnet, welcher mit Öffnungen 6 versehen

Die zylindrischen Rollen 3 sind zwischen den Oberflächen la und 2a von Innen - und Aussenteil 1,2 angeordnet, sie weisen die Form eines konischen Rollenlagers auf. Die Achse b Jeder Rolle 3 ist zu den Mantellinien dieser beiden Oberflächen unter einem geeigneten Neigungswinkel O angeordnet. Das eine Ende Jeder Rolle 3 ist mit der Führungsfläche des Planschee b in Berührung gehalten, der entlang des Umfanges des Endbereiches grftsseren Durchmessers des Innenteils ausgeformt ist. Indem nun die Oberflächen la und 2a des Innen- bzw» Aussenteils die .'ylindrlschen Rollen 3 zwischen sich aufnehmen, welche mit ihrer Achse gegen die Mantellinie a dieser Oberflächen den Neigungswinkel O- einschliessen, ist dem Innen- und dem Aussenteil in Übereinstimmung mit diesem Neigungswinkel & der Rollen 3 Jeweils eine hyperbolische Oberfläche aufgegeben, wie dies in den ^icoiren 1 und 2 veranschaulicht ist, um so über die Gesamtlänge der Rollen eine Linienberührunc herbeizuführen. Die Krümmung der hyperbolischen Oberflächen hängt,, wie ohne weiteres erkennbar, von der Grosse des Neigungswinkels G, von dem Vertikalwinkel der Mantellinie der Oberflächen la, 2a der Innen - und Ausenteile I₁ 2 der Formgebung der Rollen, dem Durchmesser der Innen- und Aussenteile usw. ab. Durch die vorerwähnte Llnienberührung wird die Fähigkeit der hier angesprochenen Gattung von Freilaufkupplungen erhöht, da, wenn Innen- und Aussenteil miteinander gekuppelt sind, ein erhöhtes Z ?hmoment zu übertragen, während andererseits, nämlich währ d des Freilaufes, die Kupplung nahezu in idealer Vollendung als Wälzlager wirkt. Die erfindungsgemäss herbeigeführte Linien berührung hält die Rollen ständig in einer genau testlmmten Lage.

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Wird der Innenteil 1 in Richtung des in Figur 1 eingezeichneter Pfeiles A gedreht, dann sind die einzelnen Rollen bestrebt, in Richtung des in Figur 1 eingezeichneten Pfeiles B zu drehen, Wird angenommen, dass die einselnen Rollen in dieser Richtung drehen, dann rollen sie bezüglich der Oberfläche des Innenteils 1, und zwar in Richtung weg von dem Scheitelpunkt Pi des durch die Mantellinie der Oberfläche dieses Innenteils gebildeten Kegels. In Bezug auf die Oberfläche 2a des Aussenteils rollen sie hingegen in Richtung auf den Scheitelpunkt Po des Kegels zu , der durch die Mantellinie der Oberfläche dieses Aussenteils gebildet wird.

um Vorgesagtes detaillierter zu erläutern, wird auf die Figuren 3 und h verwiesen. Figur 8 zeigt eine Abwicklung der Oberfläche des Aussenteils, während Figur 4 eine Abwicklung der Oberfläche des Innenteils zeigt. Wenn auf die Rolle 3 ein in Richtung des Pfeiles B gerichtetes Drehmoment ausgeübt wird, dann neigt sie dazu, sich in Richtung des Pfeiles m an der Fläche 2a des Aussenteils zu bewegen, an der Fläche la des Innenteils ist sie hingegen bestrebt, in Richtung des Pfeiles η sich zu bewegen. Indem nun der Innenteil 1 mit einem vorstehenden Anschlacr 4 entlang des Umfanges seiner Oberfläche la am Ende des grfisseren Durchmessers versehen ist, mit welchem die Endfläche der Rolle 3 in Berührung gehalten ist, wird die Endfläche der Rolle 3 gegen diesen Anschlag ^ durch das vorerwähnte Drehmoment und durch die Reibkraft angedrückt, die zwischen der Umfangsfläche der Rolle und d>r Fläche la des Innenteils wirkt, wodurch ein Rollen der Rolle an der Fläche la des Innenteils verhindert wird, mit dem Ergebnis, dass die Rolle 3 un^ der Innenteil 1 in Bezug aufeinander so wirken, als handle es sich bei ihnen um einen einstückigen Körper. Andererseits erlaubtjder Aussenteil 2, welcher mit keinem

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vergleichsweisen Plansch versehen 1st, dass die Rolle 3 sich an der Oberfläche 2a In Richtung des Pfeiles m bewegt, was zu dem Ergebnis führt, dass dann, wenn der vertikale Winkel der Mantellinle der Oberfläche 2a des Aussenteils kleiner ist als der Winkel der Gleitreibung zwischen der Oberfläche 2a und der Rolle 3 diese Oberfläche 2a so wirkt, als habe man es bei ihr «lit einem Keil zu tun.

Durch eine Drehung des Innenteils 1 wird also in einem solchen Falle die Rolle 3, deren Rollbewegung durch den Anschlag ¹J am Innenteil 1 verhindert wird, auf die Fläche 2ε. des Aussenteils zu bewegt, und 7,war in Richtung des kleineren Durchmessers, wodurch auf die Rolle eine Keilwirkung ausgeübt wird. Infolge dieser Keilwirkung erzeugt der Aussenteil 2 mit seiner Klemmkraft eine hohe Reibungskraft zwischen der Umfangsoberfläche der Rolle 3,den Oberfläche la und 2a, wodurch der Aussenteil 2 zusammen mit dem Innenteil 1 als eine Einheit dreht.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ohne weiteres erkennbar, dass bei einer Drehung des Innenteils in einer zu der Pfeilrichtung A entgegengesetzten Richtung die Rolle 3 auf der Oberfläche la des Innenteils in Richtung auf den Scheitelpunkt Pi des Kegels zu gerollt wird, an der Fläche 2a des Aussenteils hingegen in Richtung weg von dem ScheilÄpunkt Po. Werden nun die Rollen 3 durch einen Käfig gehalten, beispielsweise den Käfig 5 nach Figur S, dann erzeugt die vorerwöhnte Drehung der Rolle 3 zwischen ihr und der Oberfläche la des Innenteils eine Reibungskraft, welche in einer solchen Richtung wirkt, dass der Innenteil 1 weg von dem ScheitäLpunkt Pi bewegt wird, während zwischen der Rc und der Oberfläche 2a des Aussenteils eine Reibungskraft erzeugt wird, welche dazu dient, den Aussenteil 2 in Rfchtung auf den Stheitelpnkt P ο zu zu bewegen. Die Rolle 3 rollt also vorwärts, während sie einen geringfügigen Schlupf relativ zu den Oberfläche la und 2a bewirkt

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wodurch die rvupplung als ein Wälzlager fungiert, welches einem herkömmlichen j konischen Rollenlager Jn seiner Wirkung vergleichbar ist.

Der vorerwähnte Käfig 5 kann in beliebiger Art und Weise hergestellt werden, beispielsweise durch Ausstanzen mittels einer Presse, Bohren, Oiessen usw. Indem die Gleitreibung, die während der Rollbewegune der Rollen erzeugt wird, äusserst gering ist, kann dieser Käfig als Haltekörper für die Rollen am einfachsten mittels eines Ausstanzens hereestellt werden.

Bei der in den Fluren 6 und 7 dargestellten Ausführungsform finden als Klemmkörper Rollen 13 in der Form eines Kegelstumpfe Verwendung. Der prinzipielle Aufbau dieser Ausführungsform entspricht demjenigen der Ausführungsform nach Figur 1. Indem die Rollen 13 eine Kegelstumpfform besitzen, fallen die Scheitelpunkte an den Schnittpunkten der Mantelllnien des Innenteils 11 und des Aussenteils 12 in einem Punkt P zusammen. Wie im Falle der Aus führungs form nach den Ficruren 1 bis S besitzt auch hier Jede der Oberflächen 11 a und 12a von Innen- b?.w. Aussenteil 11, 12 eine hyperbolische Form, auch hier ist ein Anschlarr. IiJ an dem Ende errttsseren Durchmessers des Innenteils ausgeformt. Es ist zu vermerken, dass auch diese Ausführungsform nach den Figuren 6 und 7 sowohl als eigentliche Freilaufkupplung wie auch als Wälzlager fungiert.

Bei der Ausführunrsform nach Fierur B finden als Klemmkörper Rollen 23 Verwendung, welche eine kugelähnliche Formgebung besitzen. Wie aus der Darstellung erkennbar, ist hier der Oberfläche 21a des Innenteils 21 eine hyperbolische Formgebung gegeben, während der Oberfläche 22a des Aussenteils 22 eine konische Formgebung aufweisen kann. Dies bringt den Vorteil, dass der Aussenteil in derselben Art und Weise hergestellt werden kann wie der Ausserteil konischer Rpllenlager herkömmlicher Bauart. Der Innenteil 21 ist mit einem Anschlag 2M an dem Ende

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seines grösseren Durchmessers versehen.

In der Ausführungsform nach Figur 9 weisen die als Klemmkörper verwendeten Rollen 33 eine hyperbolische Formgebung auf Dabei kann die Oberfläche 32a des Aussenteils 32 hyperbolisch gestaltet sein, während die Oberfläche 31a des Innenteils 31 eine konische Formgebung besitzen kann, so dass hier der Innenteil in identischer Art und Weise hergestellt werden kann, wie der Innenteil konischer Rollenlager herkömmlicher Bauart. Die Bezugsziffer 34 bezeichnet~einen Flansch als Anschlag für die einzelnen Klemmkörper.

Well die Klemmkörper der Ausführungsformen nach den Figuren 8 und 9 eine andere Formgebung besitzen als die Klemmkörper der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 5, muss auch den Oberflächen der Innen- und Aussenteile demgegenüber eine andere Formgebung gegeben werden. Prinzipiell entsprechen sich jedoch alle Ausführungsformen in Bezug auf ihren Aufbau, wie auch auf Ihre Funktion.

Aus ier vorstehenden Beschreibung der einzelnen Ausführungsformen ist erkennbar, dass entweder sowohl die Oberfläche des Innenteils wie auch die Oberfläche des Aussenteils oder alternativ eine dieser Oberflächen und die Unfangsflache der einzelnen Rollen eine hyperbolische Formgebung besitzen, was zu dem Ergebnis führt, dass die Rollen im montierten Zustand unter e'ien vorbestimmten Neigungswinkel O liegen, welcher sich bestimmt nach dem gewählten Hyperboloid. Wenn die Kupplung als Wilzlafer fungiert, dann bringt eine solche Anordnung den Vorteil, dass die Rollen leinen hohen Seitendruck ausüben. Der zur Verwendung kommende Käfig kann auf äusserst einfache Art und Weise hergestellt werden, beispielsweise durch Ausstanzen eines Streifens mittels einer Presse.

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Bei den beschriebenen und dargestellten Aus führung formen ist der Anschlag, welcher die Rollbewegung der einzelnen Rollen begrenzt, an dem Ende grösseren Durchmessers des Innenteils ausgeformt. Indem dieser Anschlag eine RoI!bewegung der einzelnen Rollen verhindert, wenn entweder der Innenteil oder der Aussenteil in einer Richtung drehen, kann er auch woanders ausgeformt sein, so beispielsweise am Ende kleineren Durchmessers des Innenteils oder am Ende kleineren oder grösseren Durchmessers des Aussenteils. Dieser Anschlag muss nicht unbedingt einstückig mit dem Innen- oder dem Aussenteil sein, es kann auch ein getrenntes Werkstück sein, welches dann mit einem dieser Teile verbunden ist. Eine Freilaufkupplung nach der Erfindung kann in dem bewegenden Teil einer Maschine in genau derselben Art und Weise montiert werden wie ein konisches Rollenlager mit einer oder mit zwei Reihen von Rollen herkömmlicher Bauart.

Wenn in der Beschreibung von "Innen- und Aussenteil" gesprochen wurde, so sind damit insbesondere Ringkörper gemeint,die mit Oberflächen versehen sind, welche Spuren für die Klemmkörper bilden.

Claims (8)

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1. Freilaufkupplung mit einem Innen- und einem Aussenteil und mit zwischen beiden angeordneten Klemmkörpern, d a durch gekennzeichnet, dass Innen- und Aussenteil (1,2; 11,12; 21,22; 31,32) die Formgebung eines konischen Rollenlagers aufweisen, dass die Klemmkörper Rollen (3; 13; 23; 33) sind, deren Achse unter einem geeigneten Neigungswinkel θ gegen die Mantellinie der Oberflächen (la,2a; 11a,12a; 21a,22a; 31a,32a) von Innen- und Aussenteil liegt, und welche über ihre Gesamtlänge in einer Linienberührung mit diesen Oberflächen von Innen- und Aussenteil «ehalten sind, unddass ein Endbereich entweder der Oberfläche des Innenteils oder der Oberfläche des Aussenteils mit einem Anschlag (4; 14; 24; 34) versehen ist, mit welchem eine Endfläche der Rollen zur Verhinderung einer Rollbewegung in Berührung bringbar ist, wenn die Kupplung betätigt wird.

2. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch

g. ekennzeichnet , dass die Rollen (3,13) entweder Zylinderform oder Kegelstumpfform aufweisen und dass die Oberflächen (la, 2a; 11a, 12a) sowohl des Innenteils (1; 11) wie auch des Aussenteils (2; Ii) hyperbolisch ausgebildet sind,

3. Freilaufkupplung nach Anbruch 1, dadurch ge· kennzeichne; dass die Rollen (23) kugelähnlich ausgebildet sind und da'-s den Oberflächen (21a bzw. 22a) sowohl des Innen- wie auch des Aussenteils (21 bzw. 22) eine solche Formgebung gegeben ist, dass die Rollen über ihre Gesamtlänge mit diesen Oberflächen in einer Linien-

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berührung gehalten sind.

4. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, uadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (23)kugelähnlich ausgebildet sind, und dass der Oberfläche (22a) des Aussenteils (22) eine konisch Formgebung gegeben ist.

5. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (33) hyperbolisch ausgebildet sind.

6. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (33) hyperbolisch ausgebildet sind, und dass der Oberfläche (31a) des Innenteils (3D eine konische Formgebung gegeben ist.

7. Freilaufkupplung mindestens nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass den Rollen ein Käfig (5) zugeordnet ist, weicher in öffnungen (6) die einzelnen Rollen hält»

8. Freilaufkupplung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , dass der Käfig (5) aus einem Streifen hergestellt ist, in welchem die öffnungen (6) durch Ausstanzen erzeugt sind.

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