DE3233073C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Freilaufkupplung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Freilaufkupplung ist aus der DE-OS 30 40 550 bekannt.

Die dort gezeigte Freilaufkupplung weist zwischen einem Außen- und einem Innenring Seitenelemente 10 auf, welche als Lagerung zwischen den beiden Ringen dienen. Die Seitenelemente sind dabei als Ringscheiben ausgebildet und stehen mit dem Außen- und Innenring über jeweilige schmale Umfangsflächen in Berührung. Eine Kraft­ übertragung ist somit durch die begrenzte Kontaktfläche ebenfalls eingeschränkt. Die Führungsfläche dieser Seitenelemente für einen (Draht-)Käfig, der die Klemmkörper der Freilaufkupplung aufnimmt, ist ebenfalls begrenzt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Freilaufkupplung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die die Übertragung höherer Kräfte erlaubt bzw. bei gleichbleibenden Kräften den Verschleiß erniedrigt und damit die Lebensdauer erhöht.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Freilaufkupplung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß weist das Seitenelement am inneren Umfang Gleit­ abschnitte auf, die sich in axialer Richtung erstrecken und die eine vergrößerte Kontaktfläche zwischen Seitenelement und Innenring herstellen. Die Kontaktfläche zwischen dem Seitenelement und dem Käfig wird ebenfalls vergrößert.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Seitenelement entweder aus einem Lagerwerkstoff hergestellt oder aber mit einem Lagerwerkstoff beschichtet, so daß die Funktion als Gleitlager verbessert erfüllt wird.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine im Radialschnitt gezeigte Teilansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht bei einer Schnittführung entlang der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine Frontansicht des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Klemmkörpers,

Fig. 4 eine Seitenansicht des in Fig. 3 gezeigten Klemmkörpers,

Fig. 5 eine Frontansicht eines Käfigs,

Fig. 6 eine Ansicht eines Schnitts entlang der Linie A-A in Fig. 5,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des in den Fig. 5 und 6 gezeigten Käfigs,

Fig. 8 eine Frontansicht einer ringförmigen Seitenplatte,

Fig. 9 eine Ansicht eines Schnitts entlang der Linie A-A in Fig. 8,

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht, die die ringförmige Seitenplatte der Fig. 8 und 9 zeigt, wobei ein Abschnitt der Seitenplatte entfernt ist,

Fig. 11 eine im Radialschnitt gezeigte Teilansicht, die die Hauptbestandteile einer Ausführungsform zeigt, in der die Klemmkörper in Abständen zueinander eingesetzt sind, und

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht des in der Ausführungsform gemäß Fig. 11 vewendeten Käfigs.

In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind eine Vielzahl von Klemmkörpern 3, die sich untereinander bzw. gegenseitig berühren, zwischen einen Außenring 1 und einen Innenring 2 eingesetzt, wobei jeder Klemmkörper mittels einer Ringbandfeder 5 und eines Käfigs 9 in Eingriffs- bzw. Funktionseingriffsrichtung vorgespannt bzw. gehalten ist. Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, ist durch die Mitte des Klemmkörpers eine Nut 12 zur Aufnahme der Ringbandfeder 5 ausgebildet. Die dem Innenring 2 zugewandte innenliegende Klemmkörperoberfläche 13 ist kreisförmig gestaltet, und die dem Außenring 1 zugewandte außenliegende Oberfläche 14 ist als asymmetrische Nockenoberfläche ausgestaltet, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die Nut 12 besitzt einen Nutgrund 15, der so geneigt verläuft, daß nur ein Nutende 12′ in Berührung mit der Ringbandfeder 5 kommt, wenn der Klemmkörper zwischen den Innen- und den Außenring eingesetzt ist. Unter zwangsweiser Einwirkung der Ringbandfeder 5 bringt demgemäß das eine Nutende 12′ die innenliegende Oberfläche 13 des Klemmkörpers 3 in Berührungskontakt mit der äußeren ringförmigen Oberfläche 2′ des Innenrings und die außenliegende Oberfläche 14 des Klemmkörpers in Berührungskontakt mit der inneren ringförmigen Oberfläche 1′ des Außenrings. Wie in den Fig. 5 bis 7 gezeigt ist, weist der Käfig 9 einen elastischen Walzdraht auf, der einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und wechselweise hin- und hergebogen ist, so daß er einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Abschnitt 16 und einen sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitt 17 ausbildet, wobei seine beiden Enden miteinander verbunden sind, wodurch ein endloser Ring ausgebildet wird. Der sich in axialer Richtung erstreckende Abschnitt bzw. Teil 17 ist bei diesem dargestellten Ausführungsbeispiel lose in einen zwischen den peripheren bzw. Umfangsoberflächen benachbarter Klemmkörper 3 und dem Innenring 2 ausgebildeten delta- oder dreiecksförmigen Raum eingepaßt, wobei er in Kontakt mit der kreis- bzw. kreiszylinderförmigen Oberfläche 13 des Klemmkörpers 3 bringbar ist.

Gemäß der dieser Anmeldung zugrunde liegenden Klemmkörperkupplung, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ist die Kupplung mit einem ringförmigen Seitenelement 10 versehen, das zwischen den Seiten 11 der Klemmkörper und dem Käfig 9 vorgesehen ist. Dieses verbesserte Seitenelement 10 arbeitet positions- bzw. lagemäßig mit dem Käfig und den Seitenflächen (d. h., den End- bzw. Stirnwänden) der Klemmkörper zusammen, um transversal wirkenden bzw. Querkräften standzuhalten, und es hält zusätzlich eine saubere Konzentrizität zwischen dem Innen- und dem Außenring aufrecht, um eine exakte bzw. saubere und gleichförmige Drehmomentaufteilung unter der Vielzahl von Klemmkörpern aufrechtzuerhalten, wobei es darüber hinaus zusätzlich weiterhin während der lastfreien Rotation bzw. während des Freilaufbetriebs der Kupplung als Lager zwischen dem Innen- und dem Außenring fungiert, so daß zusätzliche Lager entfallen können.

Im folgenden soll auf die Konstruktion bzw. den Aufbau des Seitenelements 10, wie es in den Fig. 1 und 2 sowie 8 bis 10 dargestellt ist, im einzelnen bzw. genauer eingegangen werden; dieses Seitenelement 10 ist als endloser Ring ausgebildet, der einen sich im allgemeinen nach der Seite hin öffnenden kanalförmigen Querschnitt besitzt. Das Seitenelement 10 weist einen ringförmigen Radialsteg­ abschnitt oder eine ringförmige Seitenwand 22 auf, deren radial außenliegendes Ende mit einer äußeren felgenkranzartigen Ringwand 23 verbunden ist, die sich in axialer Richtung zur Seite hin erstreckt. Das radial innere Ende der Seitenwand 22 steht in Verbindung mit einer inneren reifen- bzw. felgenkranzartigen Umfangswand 24, die sich ebenfalls in axialer Richtung und seitlich erstreckt, wobei diese zuletzt genannte Wand 24 durch eine Vielzahl von in Umfangsrichtung im Abstand zueinander stehenden Gleit­ abschnitten oder Segmenten 18 gebildet ist, die nachfolgend näher beschrieben werden sollen.

Das Seitenelement 10 weist einen durch die äußere Ringwand 23 definierten Außendurchmesser auf, der so dimensioniert ist, daß er in Gleitkontakt mit der inneren Umfangswand 1′ des Außenrings 1 bringbar ist; andererseits weist das Seitenelement 10 einen durch die die Innenwand 24 bildenden Gleitabschnitte 18 definierten Innendurchmesser d₁ auf, der so dimensioniert ist, daß die Innenwand 24 in Gleitkontakt mit der Außenumfangswand bzw. Außenoberfläche 2′ des Innenrings 2 bringbar ist.

Das Seitenelement weist ferner eine Vielzahl von im regelmäßigen Abstand zueinander stehenden Ausnehmungen 19 auf, die sich von der Innenwand des Seitenelements radial nach innen in die Seitenwand 22 öffnen, wobei die Ausnehmungen so geformt sind, daß sie in sich bequem und exakt den Querschnitt der sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitte bzw. der Axialteile des Käfigs 9 aufnehmen können. Wie aus Fig. 8 erkennbar ist, sind die Gleitabschnitte 18 zwischen jedem zweiten Paar benachbarter Ausnehmungen 19 ausgebildet, wohingegen die Seitenwand 22 zwischen den verbleibenden benachbarten Paaren von Ausnehmungen 19 sich radial nach innen erstreckende Zwischenlageabschnitte 20 definiert, die in freien Rändern enden, wodurch ein Innendurchmesser d₂ definiert wird, der etwas größer ist als der Durchmesser d₁. Der Außendurchmesser D (Fig. 5) des Käfigs 9 ist größer als der Innendurchmesser d₂ der mit dem Seitenelement 10 in Verbindung stehenden Zwischenlageabschnitte 20, wobei diese Zwischenlageabschnitte 20 mit genauer Passung in axialer Richtung zwischen die sich in Umfangsrichtung erstreckenden Abschnitte bzw. Umfangsabschnitte 16 des Käfigs 9 und die benachbarten Endoberflächen bzw. endseitigen Stirnflächen 11 der Klemmkörper 3 einpaßbar bzw. einfügbar sind. Der sich in Umfangsrichtung erstreckende Umfangsabschnitt 16 des Käfigs 9, der wechselweise in entgegengesetzten Richtungen in eine U-Form gebracht ist, wirkt während des Einsetzens bzw. Einpassens nicht auf die Innenwand 24 des ringförmigen Seitenelements 10 ein- bzw. überschneidet sich mit dieser Innenwand 24 nicht, wenn der Außendurchmesser des Käfigs 9 reduziert bzw. vermindert wird, indem dessen Elastizität in vorteilhafter Weise ausgenützt wird.

Bei der Montage bzw. beim Zusammenbau der derart aufgebauten Freilaufkupplung bzw. des so ausgebauten Klemmklotz- Freilaufs werden der Klemmkörper 3, der Käfig 9, die ringförmigen Seitenelemente 10 und die Ringbandfeder 5 in einer Gesamt-Montageeinheit bzw. en bloc zwischen den Außenring 1 und den Innenring 2 eingepaßt; dann wird ein Anschlag 21 (d. h. ein herkömmlicher Axial-Sicherungsring bzw. Seegerring) zur Begrenzung einer axialen Bewegung am Außenring 1 angebracht. Die Kupplung kann durch Umkehrung der oben beschriebenen Verfahrensschritte aus­ einandergebaut werden.

Die, wie oben beschrieben, zusammengesetzte bzw. aufgebaute Ausführungsform weist die folgenden Vorteile auf:

Wenn der Außenring 1 und der Innenring 2 in und außer Funk­ tionseingriff gelangen, bewegen sich aus verschiedenen Gründen, beispielsweise aufgrund dessen, daß die Klemmkörper 3 nicht exakt die gleiche Form besitzen, einige Klemmkörper 3 in axialer Richtung nach links und einige nach rechts. Die sich seitlich bewegenden Klemmkörper 3 beaufschlagen dann die ringförmigen Seitenelemente 10 auf beiden Seiten gleichzeitig mit Druck. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, berühren jedoch die sich in Umfangsrichtung erstreckenden Abschnitte 16 des Käfigs 9 die Außenseite der an der ringförmigen Seitenwand 22 ausge­ bildeten Zwischenlageabschnitte 20, so daß das Seitenelement 10 derartigen Transversalkräften in jeder Richtung widerstehen kann. Demgemäß können selbst dünne ringförmige Seitenplatten ohne weiteres die Axialdruckbeaufschlagung der sich bewegenden Klemmkörper 3 aufnehmen. Dies ermöglicht unter Reduzierung der axialen Länge der Kupplung - mit Ausnahme der Länge des Klemmkörpers - auf ein Minimum die Schaffung einer kompakten Freilaufkupplung bzw. eines kompakten Klemmklotzfreilaufs. Die Nut 12, in die die Ringbandfeder 5 eingepaßt wird, ist in der Mitte der außenliegenden Oberfläche 14 des Klemmkörpers 3 ausgebildet, wodurch der örtlich auftretende, durch Abrieb hervorgerufene Verschleiß an den Seiten des Klemmkörpers 3 verhindert und die Einsatz­ lebensdauer der Kupplung erhöht wird.

Bedingt durch den Gleitkontakt zwischen dem äußeren Umfang der Wand 23 des ringförmigen Seitenelements 10 und der Innenoberfläche 1′ des Außenrings 1 sowie bedingt durch den Gleitkontakt zwischen den Gleitabschnitten 18 des inneren Umfangs des ringförmigen Seitenelements 10 und der Außenoberfläche 2′ des Innenrings 2 wird die Konzentrizität zwischen dem Außen- und dem Innenring aufrechterhalten. Demgemäß kann der zwischen dem Außen- und dem Innenring verbleibende Freiraum, in den die Klemmkörper 3 eingesetzt sind, gleichmäßig groß gehalten werden, so daß jeder Klemmkörper einen gleichmäßigen Anteil zur Übertragung des Drehmoments beiträgt. Dies führt zu einer Freilaufkupplung, die eine größere Drehmoment-Übertragungskapazität besitzt.

Wenn das ringförmige Seitenelement 10 aus einem Material (wie z. B. aus irgendeiner Kupferlegierung oder aus einem oberflächenbeschichteten Werkstoff) besteht, der sich für ein Gleitlager eignet, so kann die Seitenplatte dann während des lastfreien Betriebs der Freilaufkupplung als Lager zwischen dem Außen- und dem Innenring fungieren, wodurch zusätzliche Lager zwischen dem Außen- und dem Innenring nicht mehr länger benötigt werden.

Dadurch, daß der Axialabschnitt bzw. das Axialteil 17 des Käfigs 9 in die Ausnehmung 19 der ringförmigen Seitenplatte 10 eingepaßt ist, werden äußere Kräfte, die radial nach außen und in Umfangsrichtung gerichtet sind und die auf den Axialabschnitt 17 des Käfigs wirken, wenn der Außenring und der Innenring in und außer Funktionseingriff kommen, durch die ringförmigen Seitenplatten 10 aufgenommen. Folglich wird der Axialabschnitt 17 des Käfigs 9 davon abgehalten, sich in die besagten Richtungen zu bewegen, wodurch er den Klemmkörper 3, der mit dem Axialabschnitt 17 in gleitendem Kontakt steht, stets in einer festgelegten Lage hält. Dies erlaubt eine einfache Konzipierung einer Freilaufkupplung, die sich äußerst gut für die Übertragung des jeweils erwünschten Drehmoments eignet, indem die Klemmkörper 3 in geeigneten Abständen angeordnet und gehalten werden, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist. Die Anzahl der Klemmkörper kann nämlich entsprechend der Größe des eingeleiteten Drehmoments entweder angehoben oder vermindert werden, indem die Klemmkörper nur in jeden zweiten Halteabschnitt des Käfigs - wie dies in Fig. 11 gezeigt ist - oder in jeden dritten Halteabschnitt usw. eingesetzt werden.

Weil der Käfig 9 aus einem Draht bzw. aus einem Walzdraht mit kreisförmigem Querschnitt hergestellt werden kann, können sich der Klemmkörper 3 und der Käfig 9 über ge­ krümmte Oberflächen berühren, wodurch die Drehbewegung des Klemmkörpers 3 und die Betriebsweise der Einweg- bzw. Freilaufkupplung insgesamt sanfter wird.

Die Erfindung ist keinesfalls auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 kann der Käfig 9 beispielsweise so angeordnet sein, daß er an die Innenseite des Außenrings 1 angrenzt. Der Klemmkörper 3 kann umgedreht werden, so daß die Nut 12 zum Innenring 2 hin weist. Darüber hinaus kann auch eine eine Vorspannung nach außen aufbringende Druckfeder in die Nut 12 eingesetzt bzw. eingepaßt werden. In diesem Fall sind die Ausnehmungen 19 entlang dem Außenrand des ringförmigen Seitenelements 10 ausgebildet, wobei die Innenwand 24 durchgehend und die Außenwand 23 in Segmente aufgeteilt ausgebildet sein könnte.

Um die Zwischenräume bzw. Abstände zwischen den Klemmkörpern 3 in geeigneter Weise variieren zu können, kann der Käfig 9, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist, Umfangs­ abschnitte 16 besitzen, die von den Enden der Axialabschnitte mit unterschiedlichen Längserstreckungen (L₁ und L₂) weg verlaufen.

Claims (2)

1. Freilaufkupplung mit einer Vielzahl von Klemmkörpern (3), die in einer Ringreihe angeordnet und innerhalb eines ringförmigen Raums zwischen konzentrischen Innen- (2) und Außenringen (1) positioniert sind und mit einem Käfig (9) geführt sind, wobei der Käfig aus einem mäanderförmig gebogenen Walzdraht besteht, der aneinander anschließende, sich wechselseitig in entgegengesetzte Richtungen öffnende U-Form-Abschnitte aufweist, und dieser Käfig seinerseits von einem Paar ringförmiger Seitenelemente (10) geführt ist, die eine in einer Radialebene liegende Seitenwände (22) haben, die eine Vielzahl von in Umfangsrichtung im Abstand zueinander stehenden Ausnehmungen (19) besitzen, die sich von einem inneren Rand der Seitenelemente (10) radial nach außen in die Seitenwand (22) erstrecken und die sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitte (17) des Käfigs (9) formschlüssig aufnehmen, wobei die Seitenwand (22) jedes Seitenelements (10) Zwischenlage­ abschnitte (20) besitzt, die axial zwischen den sich in Um­ fangsrichtung erstreckenden Teilen (16) des Käfigs (9) und benachbarten End-Stirnflächen (11) der Klemmkörper (3) ange­ ordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem zweiten Paar benachbarter Ausnehmungen (19) zusätzlich am inneren Umfang der Seitenelemente (10) Gleitabschnitte (18) ausgebildet sind, die durch in axialer Richtung einstückig an den Seitenelementen (10) angeformte Abschnitte der Seitenelemente (10) gebildet werden.

2. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Seitenelement (10) entweder aus einem Lagerwerkstoff besteht oder mit einem Lagerwerkstoff beschichtet ist, so daß das Seiten­ element (10) als Lager für eine relative Drehbewegung zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (1) fungieren kann, wenn sich die Kupplung außer Mitnahmeeingriff befindet, und daß die Kupplung im übrigen frei von zusätzlichen Lagereinrichtungen zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (1) ist.