DE3233073C2 - - Google Patents
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16D41/06—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
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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.
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