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Diese
Erfindung betrifft Drehkupplungen, um eine Drehbewegung von einem
antreibenden Teil zu einem angetriebenen Teil zu übertragen,
d. h., um ein Antriebsdrehmoment zu übertragen.
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Der
Zweck der Erfindung ist es, eine einfache Drehkupplung zur Verwendung
bei Anwendungen bereitzustellen, bei denen ein Umkehrdrehmoment
nicht auf die Antriebsseite übertragen
werden darf. Mit einem Umkehrdrehmoment meinen wir ein von außen auf
den angetriebenen Teil der Kupplung ausgeübtes Drehmoment. In diesem
Zusammenhang ist die tatsächliche
Drehrichtung, im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn, unwesentlich, die
Erfindung betrifft Drehkupplungen, die in Bezug auf die Drehrichtung
nicht eingeschränkt
werden, statt dessen stellt sie eine Kupplung bereit, bei der ein
Drehmoment frei von der antreibenden Seite zur angetriebenen Seite,
aber nicht umgekehrt, übertagen
wird.
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Es
ist bekannt, daß US-A-2052094
eine Drehkupplung bereitstellt, die einen antreibenden Teil und
einen angetriebenen Teil zum Übertragen
eines Antriebsdrehmoments zwischen denselben, einen feststehenden
Teil, in dem der antreibende und der angetriebene Teil jeweils koaxial
drehbar sind, und einen Satz von Planetenkupplungselementen umfaßt, getragen
durch eine der Komponenten antreibender und angetriebener Teil und
in Drehmoment-Übertragungseingriff
mit der anderen, wobei die Kupplungselemente neben einer ringförmigen Bremsfläche des feststehenden
Teils angeordnet werden. Diese Anordnung beruht auf Federn, um einen
Eingriff mit der Bremsfläche
zu erzeugen. Wenn diese Anordnung mit hoher Geschwindigkeit angetrieben
wird, ist ein gewisses Drehmoment erforderlich, um die Federn von
zwei der Kupplungselemente zusammenzudrücken, und die anderen zwei
Kupplungselemente schleifen auf der Bremsfläche. Dies führt zu einer unzulänglichen
Anordnung.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird die Drehkupplung dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Kupplungselement
die Freiheit hat, unabhängig
im Verhältnis
zu dem antreibenden und dem angetriebenen Teil in jede von zwei
entgegengesetzten Richtungen zu kippen, in einen Eingriff mit der
Bremsfläche und
aus demselben, und dadurch, daß die
Anordnung derart ist, daß ein
durch den antreibenden Teil auf die Kupplungselemente ausgeübtes Antriebsdrehmoment
durch die letzteren ohne Eingriff eines der Kupplungselemente mit
der Bremsfläche
zum angetriebenen Teil übertragen
wird, aber ein durch den angetriebenen Teil auf die Kupplungselemente
ausgeübtes
Umkehrdrehmoment dazu neigt, alle Kupplungselemente in einen Keileingriff
mit der Bremsfläche
zu kippen, um so die Kupplung zu blockieren.
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Die
Kupplung der Erfindung ist einfach und robust und kann in einer
sehr breiten Vielzahl von Anwendungen, zum Beispiel angetriebenen
Rollstühlen,
Winden, Rolladen, radbetätigten
Rudern für
Boote und Schiffe und jedem Landfahrzeug mit einer Drehübertragung
für ein
Antriebsdrehmoment zwischen einer Antriebsseite und einer Abtriebsseite,
verwendet werden, bei denen die Kupplung zum Beispiel zweckmäßigerweise
in die Antriebswelle eingebaut werden kann.
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Es
sollte sich verstehen, daß der
antreibende Teil durch einen Motorantrieb gedreht werden könnte oder
er manuell gedreht werden könnte.
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Am
zweckmäßigsten
werden die Kupplungselemente vom antreibenden Teil getragen.
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Nach
einem bevorzugten Merkmal der Erfindung, bei dem jedes Kupplungselement
eine Kippachse parallel zur Achse der Kupplung definiert, wird jedes
Kupplungselement durch den antreibenden Teil zum Übertragen
des Antriebsdrehmoments in Eingriff genommen durch einen allgemein
tangentialen Schub, ausgeübt
in einem radialen Bereich wesentlich näher der Kippachse als der radiale
Bereich, in dem das Kupplungselement den angetriebenen Teil in Eingriff
nimmt.
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Vorzugsweise
schließt
der antreibende Teil bei dieser Anordnung einen Planetenradträger ein, der
einen mit dem angetriebenen Teil koaxialen Ring umfaßt, wobei
der Ring Sitzflächen
hat, in denen die Kupplungselemente frei in einer radialen Ebene
kippen können,
und die das Antriebsdrehmoment ausüben, und die Kupplungselemente
stehen zur Achse der Kupplung hin in den Bereich ihres Eingriffs
mit dem angetriebenen Teil vor.
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Nach
einem anderen bevorzugten Merkmal der Erfindung ist jedes Kupplungselement
eine Walze, deren Hauptteil zylindrisch ist, mit einer Zylinderachse
parallel zur Achse der Kupplung, wobei der Zylinder parallel zu
seiner Achse abgestumpft wird, um eine Keilfläche der Walze zu definieren,
die zu der angrenzenden Bremsfläche
des feststehenden Kupplungsteils zeigt. Vorzugsweise ist dann jede Keilfläche im Querschnitt
bogenförmig
und hat einen geringfügig
kleineren Radius als die Bremsfläche.
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Bei
bevorzugten Ausführungsbeispielen
hat der angetriebene Teil einen radialen Flansch, unterbrochen durch
Sitzflächen
für einen
Eingriff durch die Kupplungselemente.
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Es
wird nun eine Drehkupplung in einer bevorzugten Form nach der Erfindung
beschrieben, nur als nicht einschränkendes Beispiel und unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen, in denen.
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1 eine
vereinfachte Ansicht der Kupplung im Querschnitt längs der
Linie I-I in 2 ist,
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2 eine
Ansicht im Querschnitt längs
der Linie II-II in 1 ist und
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3 eine
fragmentarische Ansicht im Querschnitt längs der Linie III-III in 1 ist,
wobei die Kupplungswalzen schematisch gezeigt werden.
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Die
in 1 gezeigte Kupplung besteht im wesentlichen aus
einem antreibenden Teil 10 und einem angetriebenen Teil 12 zum
ununterbrochenen Übertragen
eines Antriebsdrehmoments vom antreibenden Teil zum angetriebenen
Teil im Normalbetrieb. Die Kupplung hat außerdem einen feststehenden
Teil 14, in dem der antreibende und der angetriebene Teil 10 und 12 jeweils
koaxial auf einer Hauptachse 56 der Kupplung drehbar sind.
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Bei
diesem Beispiel umfaßt
der feststehende Teil 14 einen offenendigen zylindrischen
Körper 16 mit
einem Befestigungsflansch 18, durch den die Kupplung an
dem Fahrzeug oder der anderen Vorrichtung befestigt wird, die bei
diesem Beispiel eine Winde sein soll. Das eine Ende des Körpers 16 wird durch
eine Endplatte 20 verschlossen und das andere durch eine
Endplatte 22. Der Körper 16 und
seine zwei Endplatten werden durch geeignete, nicht gezeigte, Befestigungsmittel,
zum Beispiel durch Schrauben und Muttern und/oder Stiftschrauben,
aneinander befestigt.
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Der
angetriebene Teil 12 der Kupplung umfaßt eine Abdeckung 28,
die auf geeignete Weise an die Windentrommel (nicht gezeigt) gekoppelt
wird. Der angetriebene Teil schließt außerdem eine Abtriebsmuffe 30 ein,
an der die Abdeckung 28, zum Beispiel mit Hilfe eines Keils 32,
befestigt wird, wobei die Abtriebsmuffe 30 koaxial in einem
Lager 34 in der Endplatte 22 des feststehenden
Teils 14 angebracht wird.
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Der
antreibende Teil 10 der Kupplung umfaßt eine antreibende Welle oder
Antriebswelle 24 mit einem vorspringenden Abschnitt 26,
der an den, nicht gezeigten, Motorantrieb der Winde gekoppelt wird. Die
Welle 24 erstreckt sich koaxial durch die Abtriebsmuffe 30,
um so mittelbar durch das Lager 34 im feststehenden Teil 14 und
unmittelbar in einem weiteren Lager 36 in der Endplatte 20 getragen
zu werden. Der antreibende Teil 10 wird durch einen an der
Welle 24 verkeilten Planetenradträger 38 vervollständigt.
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Der
Träger 38 schließt einen
koaxialen integrierten ringförmigen
Ring 40 ein, der durch eine Zahl von Sitzflächen 42 unterbrochen
wird, die jeweils zwei gegenüberliegende
Schubflächen 44 haben, deren
jede allgemein die Form eines Kreisbogens hat. Wie es in 3 gezeigt
wird, liegt der Außenumfang
des Rings 40 gerade in Radialrichtung innerhalb der axialen
Bohrung des Körpers 16,
was eine Bremsfläche 46 darstellt,
wie unten zu sehen sein wird. Der Ring 40 umschließt einen
radialen Flansch 48, der ein integraler Teil der Abtriebsmuffe 30 ist. Der
Flansch 48 wird mit gekrümmten Aussparungen 50 geformt,
die zu den entsprechenden Sitzflächen 42 hin
offen sind.
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Folglich
können
der antreibende Teil 10 und der angetriebene Teil 12 der
Kupplung, die zueinander koaxial sind, einer innerhalb des anderen
gedreht werden und können
beide innerhalb des feststehenden Teils 14 gedreht werden.
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Der
antreibende und der angetriebene Teil werden mit Hilfe eines Satzes
von Kupplungselementen 52 zusammengekuppelt. Diese werden
in einer Planetenanordnung um die Abtriebsmuffe 30 angeordnet.
Bei diesem Beispiel ist jedes Kupplungselement 52 eine
Walze, deren Hauptteil zylindrisch ist, mit einer Zylinderachse 54 parallel
zur Achse 56 der Kupplung selbst. Jedoch wird dieser Zylinder
bei jedem Element 52 parallel zu seiner Achse abgestumpft,
wie es deutlich in 2 zu sehen ist, um eine Fläche 58 zu
definieren, die in Radialrichtung nach außen zur Bremsfläche 46 hin
zeigt. Bei diesem Beispiel ist jede Fläche 58 im Querschnitt
bogenförmig,
mit einem geringfügig
kleineren Radius als die Bremsfläche 46,
und, wie wir sehen werden, stellt sie unter bestimmten Bedingungen
eine Keilfläche
dar.
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Es
wird zu bemerken sein, daß die
Zylinderachse 54 jeder Walze auf einem Teilkreis liegt,
der zwischen dem Innen- und dem Außendurchmesser des Rings 40 liegt.
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Folglich
wird im Normalbetrieb, wenn ein Drehmoment vom antreibenden Teil 10 zum
angetriebenen Teil 12 übertragen
wird, dieses Drehmoment durch den Ring 40 auf die Walzen 52 übertragen, durch
die passenden Schubflächen 44 (in
Abhängigkeit
von der Drehrichtung), in der Form eines allgemein tangentialen
Schubs in einem radialen Bereich (allgemein durch die Fläche 44 definiert),
so daß dieser
Schub nahe der Achse 54 jeder Walze ist und/oder durch
dieselbe hindurchgeht.
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Die
Walzen 52 stehen in Radialrichtung von Ring 40 nach
innen vor, um in einem anderen radialen Bereich, in die Sitzflächenaussparungen 50 der Abtriebsmuffe
einzugreifen und dadurch das Drehmoment auf den angetriebenen Teil 12 der
Kupplung zu übertragen.
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Bei
dieser normalen Konfiguration liegt jede Walze in einer in Radialrichtung
symmetrischen Haltung in ihrer Sitzfläche 42, wie es bei 52 in 3 in Phantomlinien
gezeigt wird. Es sollte zu bemerken sein, daß der Klarheit wegen in 3 die
Zwischenräume
um die Walzen übertrieben
werden. Die Keilflächen 58 sind
außer
Kontakt mit der Bremsfläche 46.
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Falls
andererseits (zum Beispiel durch die Last auf einer Winde in einem
Durchgangszustand) ein Netto-Umkehrdrehmoment von außen auf
den angetriebenen Teil 12 der Kupplung ausgeübt wird, wird
dieses Umkehrdrehmoment durch die Sitzflächen 50 auf die Kupplungselemente 52 übertragen. Der
radiale Eingriffsbereich der Kupplungselemente 52 mit dem
angetriebenen Teil liegt wesentlich weiter von der Walzenachse 54 als
der radiale Bereich, in dem im normalen Antriebsmodus durch die
Flächen 44 der
Vorwärtsschub
ausgeübt
wird. Daher wird ein Kippmoment auf die Walzen 52 ausgeübt und bewirkt,
daß sie
um die Achsen 54, die daher Kippachsen sind, kippen, wie
es bei 52 in 3 schematisch angezeigt wird.
Dies drückt
die Keilflächen 58 gegen die
Bremsfläche 46 und
neigt folglich dazu, die Kupplung dadurch zu blockieren, daß das Umkehrmoment unmittelbar
zum feststehenden Kupplungsteil 14 und nicht zum Antriebsteil 10 übertragen
wird.
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Um
diesen Bremsvorgang zu unterstützen, kann
die Fläche 46 auf
geeignete Weise mit einer Reibungsbeschichtung oder -auskleidung
behandelt werden.
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Um
zu sichern, daß die
Kupplungselemente 52 zu ihrer normalen symmetrischen Position 52 umkehren
werden, sobald jedes Umkehrdrehmoment weggenommen wird, werden in
radialen Sitzflächen 62 in
der Abtriebsmuffe 30 leichte Schraubenfedern 60,
welche die Rückseite
der Walzen 52 in Eingriff nehmen, um die letzteren zur
Fläche 46 hin
vorzuspannen, angebracht. Diese werden der Klarheit wegen in 1 weggelassen.
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Selbstverständlich können innerhalb
des Rahmens der beanspruchten Erfindung zahlreiche Modifikationen
vorgenommen werden. Die Kupplungselemente können zum Beispiel eine beliebige geeignete
Form haben, die in der Lage ist, beim Ausüben eines Umkehrdrehmoments
in einem Keilvorgang zu kippen, aber diesen Vorgang vermeidet, wenn
das Drehmoment von der Antriebsseite ausgeübt wird. Es kann eine beliebige
geeignete Zahl von Kupplungselementen geben.