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Freilaufkupplung Freilaufkupplungen, bei denen die übertragungselemente
aus Rollen bestehen, sind wegen der hohen Flächenpressung zwischen den Rollen und
den Flächen der Kupplungsteile nicht für Dauerbetrieb geeignet, da die beanspruchten
Flächen sich schnell abnutzen. Der Ersatz der Rollen durch Elemente, die mit den
Kupplungsteilen in Flächenberührung stehen, stößt jedoch auf Schwierigkeiten. Das
übertragende Element wirkt dann wie ein Keil. Macht man den Keilwinkel genügend
klein, wie es der zur Übertragung des Drehrnomentes nötige Anpreßdruck erfordert,
so wird der Keil in Sperrstellung- zwischen -dem treibenden und dem getriebenen
Kupplungsteil so stark festgeklemmt, daß bei Umkehrung der Drehrichtung des treibenden
Kupplungsteils relativ zum getriebenen Kupplungsteil erhebliche Kraft notwendig
ist, die Kupplung zu lösen. Außerdem läßt sich auf diese Weise nicht die vielfach
verlangte Spielfreiheit erreichen, d. h., die Sperrwirkung setzt bei Umkehrung der
Drehrichtung nicht unverzüglich, sondern erst nach -einer mehr oder weniger großen
Leerdrehung ein. Dadurch werden Kupplungen mit Flächenberührung zwischen- den Kupplungsteilen
für viele Zwecke unbrauchbar.
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Nach der Erfindung wird eine Freilaufkupplung mit Flächenberührung
zwischen den Kupplungsteilen geschaffen, die von den genannten Nachteilen frei ist.
Bei der Kupplung nach der Erfindung besteht in bekannter Weise das übertragende
Element aus einer zwischen dem -treibenden und dem getriebenen Teil liegenden Muffe
mit zwei Schraubenflächen verschiedener Steigung, die in Sperrstellung an ihnen
gleichenden Schraubenflächen des treibenden und des getriebenen Teiles anliegen,
und von denen die eine, Schraubenfläche abgestuft ist. Gemäß der Erfindung haben
die beiden Schraubenflächen gleichen Steigungssinn, und es ist eine Feder vorgesehen,
die einerseits an der Muffe und andererseits am treibenden oder getriebenen Teil
angreift und bestrebt ist, die Schraubenflächen in Berührung mit ihren Gegenflächen
zu halten. Bei einer Kupplung dieser Art ist für die Übertragung des Drehmomentes
die Differenz der Steigungswinkel der beiden genannten Schraubenflächen maßgebend.
Dieser Differenzwinkel kann sehr klein gemacht werden, ohne daß die Kupplung klemmt.
Denn für das Lösen der aneinanderliegenden Flächen der Kupplung ist nicht die Differenz
der Steigungswinkel maßgebend; es hängt vielmehr allein vom Betrag des größeren
der beiden Winkel ab, Diesen Winkel kann man ohne Beeinträchtigung der Fähigkeit
.der Kupplung, hohe Drehmomente zu übertragen, leicht so groß wählen, daß kein Klemmen
eintritt, vielmehr die Sperrwirkung sofort einsetzt, ohne daß die Flächen aufeinander.
gleiten. Läuft die Kupplung im Freilauf und kehrt sich die Bewegungsrichtung des
treibenden Kupplungsteils relativ zum getriebenen Kupplungsteil um, so tritt die
Sperrwirkung unverzüglich ohne Leerdrehung ein.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der nachstehendenBeschreibungvonAusführungsbeispielen
hervorgehen, die in der Zeichnung wiedergegeben sind. Es zeigt Fig. 1 ein Schema
zur Erläuterung der Wirkungsweise der Kupplung nach der Erfindung, Fig.2 eineAusführungsform
derKupplung inSeitenansicht, Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt nach Linie
V-V in Fig. 3, Fig. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI in Fig. 3, Fig. 7 bis
10 Abwicklungen der Elemente der Kupplung nach Fig. 2 bis 6 in vier verschiedenen
Stellungen, Fig. 11 eine zweite Ausführungsform der Kupplung in Seitenansicht, Fig.
12 einen Schnitt nach Linie XII-XII in Fig. 11, Fig. 13 einen Schnitt nach Linie
XIII-XIII in Fig.11. Fig.14 einen Schnitt nach Linie XIV-XIV in Fig:12. Fig. 15
einen Schnitt nach Linie XV-XV in Fig.11 und Fig.16 die innere Muffe der Kupplung
nach Fig. 11 in Ansicht.
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Die Wirkungsweise der Kupplung nach der Erfindung sei zunächst an
Hand der schematischen Darstellung der Fig. 1 erläutert. 20 und
21 sind, in Abwicklung dargestellt, kurze Abschnitte des treibenden und des
getriebenen Teils der Kupplung. 22 ist ein keilförmiges - Klemmstück, das in Sperrichtung
das Drehmonnent vom treibenden Teil 20 auf den getriebenen Teil 21 überträgt. An
den Teilen 20 und 21 sind Schraubenflächen 23 und 24 ausgebildet, die in
der Abwicklung als ebene Schrägflächen erscheinen. DerSteigungswinkel
-a
'der -Fläche 23 ist größer als der Steigungswinkel b der Fläche 24-, Das Element
22- stellt in der Abwicklung einen Keil dar, dessen wirksame Flächen 25 und 26 in
der Neigung den Flächen 23 und 24 gleichen. Eine Feder 27 greift--einerseits
am Keil 22 und andererseits am treibenden -teil 20 an und ist bestrebt, die Berührung
zwischen den Flächen 23; 25 einerseits und 24, 26. andererseits ständig aufrechtzuerhalten.
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In. -Sperrichtung dreht sich Teil 20 im Sinne des Pfeiles A unter
Mitnahme des Teiles 21. Für die Größe des übertragbaren Drehmomentes ist dabei die
Differenz zwischen den Winkeln a und b maßgebend. Macht man diesen Differenzwinkel
kleiner als den keibungswinkel, so ist die Größe des Drehmomentes lediglich durch
die mechanische Festigkeit der Kupplungsteile begrenzt.
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In Freilaufrichtung dreht sich Teil 20 im Sinne des Pfeiles B, wobei
kein Drehmoment auf den getriebenen Teil 21 übertragen wird. Beim Übergang zum Freilauf
muß die Haftung zwischen den einander berührenden Keilflächen aufgehoben werden.
Hierzu genügt es, dem Winkel a eine Größe zu geben; die oberhalb des Reibungswinkels
liegt, was ohne weiteres möglich ist. Der Übergang von der DrehrichtungA auf die
Drehrichtung B erfordert -daher keinen Kraftaufwand zum Lösen der Kupplung. Umgekehrt
findet, da die Winkel a und b hinreichend groß gewählt werden können, kein Gleiten
der Flächen aufeinander statt. Ferner wird durch die Feder 27 in Freiläüfrichtung
B ein Spiel zwischen den Keilflächen vermieden. Kehrt sich die Drehbewegung des
Teils 20 um von B auf A, so setzt die Sperrwirkung unverzüglich ein.
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Das in Fig. 1 veranschaulichte Prinzip kann, wie die nachstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele zeigen, in- verschiedener Weise. verwirklicht werden. Von den
beiden Ausführungsbeispielen ist dasjenige nach Fig. 11 bis 16 aus baulichen-Gründen
vorzuziehen. Eine ausführliche Erläuterung soll jedoch für die Ausführung nach Fig.2
bis 10 gegeben werden, da derenFunktiön übersichtlicher ist.
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Nach Fig. 2 bis 6 ist auf einer Welle 28 eine Scheibe 29 drehbar.
Einer dieser beiden Teile bildet den getriebenen, der andere den treibenden Teil
der Kupplung. Für die nachstehende Beschreibung soll einfachheitshalber .angenommen
werden, daß die Scheibe29 den treibenden Teil und die Welle 28 den getriebenen Teil
der Kupplung darstellt.
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Auf der Welle 28 sind beiderseits der Scheibe 29 zwei in der Form
einander gleiche Scheiben 30 und.31 in symmetrischer Anordnung befestigt. Zwischen
der Scheibe 29 und den- Scheiben 30 und 31 liegen konzentrisch-
zueinander Muffen 32 und 33 sowie 34 und 35. An der äußeren Muffe 32 sitzt ein Stift
36 (Fig. 6), an dem eine Schraubenfeder 37 angreift, die an einem Stift 38 der Scheibe
29 eingehakt ist. An der inneren Muffe 33 ist gleichfalls ein Stift 39 befestigt,
der durch einen Schlitz 40 in der äußeren Muffe 32 hindurchragt. An ihm greift eine
Feder 41 an; die an einem Stift 42 der, Scheibe29 eingehakt ist. Entsprechende Federn
und Stifte sind für die Muffen 34 und 35 vorgesehen: In der -Fig. 2 ist nur die
an der Muffe 35 angreifende Feder 43 mit Stiften 44 und 45 sichtbar. Sämtliche Federn
wirken im gleichen Sinne.
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An den inneren Stirnseiten der Scheiben 30, 31 sind Schraubenflächen
ausgebildet, die aus einem ansteigenden Teil 46 verhältnismäßig geringer Steigung
und großer Länge und einem -abfallenden.Teil -47 -größerer. Steigung und kleiner
Länge bestehen, wie insbesondere aus den Abwicklungen nach Fig. 7 bis 10 hervorgeht.
An der. Stirnseite der Muffe32, die den Schraubenflächen46,47.gegenüberliegt, sind
Schraubenflächen .48,-49 ausgebildet, die den Flächen 46 und 47 gleichen.
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Die der Muffe 32 zugewandte Stirnseite der Scheibe 29 besteht aus
ebenen Flächenstücken 50, Schraubenflächen.51 mit einer Steigung größer als diejenige
der Flächen 46 und 47; sowie aus Stufen 52, die die Schraubenflächen51 einseitig
gegen die ebenen Flächen 50 abgrenzen.
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An der der Scheibe29 gegenüberliegenden Stirnfläche der Muffe 32 sind
entsprechende ebene Flächen 53, Schraubenflächen 54 und Stufen 55 in Übereinstimmung
mit den Flächen an der Scheibe 29 ausgebildet.
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Für die Wirkungsweise der Kupplung sei zunächst lediglich die Muffe
32 betrachtet, die mit den zugehörigen Stirnflächen der Teile 29 und
30 in Fig. 7 bis 10 abgewickelt gezeichnet ist. Dabei stelle man sich einfachheitshalber
den Teil 30 als feststehend und den Teil 29 als bewegt vor, wobei die Bewegungsrichtung
bei Freilauf durch Pfeile angedeutet ist. Die Muffe 32 entspricht in ihrer Funktion
dem Keil 22 in Fig. 1. Sie bewegt sich, wie die -Pfeile -in den Fig. 7 bis 10 andeuten,
in der gleichen Richtung wie Teil 29, jedoch zeitweise mit erhöhter oder
verminderter Geschwindigkeit, wie durch die von Fig. 7 bis 10 wechselnde Länge der
Pfeile angedeutet wird.
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In allen Stellungen wird durch die Feder 37 ständig Berührung zwischen
den Schraubenflächen 51 und 54
aufrechterhalten. In Fig.7 besteht außerdem
Berührung zwischen den Flächen 46 und-48. Dies entspricht der in F!-. 1 wiedergegebenen
Situation, wobei die Flächen 51, 54 den Flächen 23, 25 und die Flächen
46,48 den-Flächen 24, 26 entsprechen. Bei Umkehrung der Bewegung des Teiles 29 tritt
daher in Fig. 7 unverzüglich Sperrwirkung ein.
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Bewegt sich Teil 29 aus der Stellung nach Fig.7 im Sinne des
Pfeiles B, so führt die Muffe 32 unter dem Einfluß der Feder 37 eine gleichsinnige
Bewegung von größerer Geschwindigkeit aus, bis die Stellung nach Fig. $ erreicht
ist, die den Grenzfall zwischen den Stellungen nach Fig.7 und Fig.9 bildet. Hier
stehen nicht nur die Flächen 46, 48, sondern auch die Flächen 47,49 in Berührung.
Wird die Bewegung des Teiles 29 fortgesetzt, so gelangen die Teile in die Stellung
nach Fig. 9. Die Berührung zwischen den Flächen 46, 48 ist nunmehr aufgehoben, während
die Berührung zwischen den Flächen 47, 49 andauert. Die Muffe 32
nimmt weiterhin
an der Bewegung des Teiles 29 teil, jedoch wegen des Widerstandes, den die Fläche
49 des Teils 32 an der Fläche 47 des Teils 30 findet, mit verminderter Geschwindigkeit.
Kehrt sich in der Stellung nach Fig. 9 die Bewegung des Teiles 29 um, so tritt Sperrwirkung
nicht unverzüglich, -vielmehr erst dann ein, wenn die Muffe 32 unter Rückbewegung
wieder in die Stellung nach Fig.B gelangt ist. Dies ist im allgemeinen unerwünscht;
es wird vermieden durch die zweite Muffe 33, wie nachstehend noch beschrieben werden
wird.
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Aus der Stellung nach Fig. 9 gelangen die Teile bei weiterer Bewegung
in Pfeilrichtung schließlich in -die Stellung nach Fig. 10, die den Grenzfall zwischen
den Stellungen nach F ig. 9 und 7 darstellt. Bei weiterer Bewegung geht das System
wieder in die Stellung nach Fig.7 über. -Die innere Muffe 33 ist der äußeren Muffe
32 ähnlich gestaltet. -Ihre Stirnflächen wirken mit den Flächen 50,
51 der
Scheibe 29 und den Flächen 46, 47 der Scheibe 30 ebenso zusammen wie die entsprechenden
Flächen der Muffe 32. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind die Flächen der Muffe 33
nicht gesondert bezeichnet.
Die in Fig. 9 veranschaulichte Phase
erstreckt sich bei einer vollen Umdrehung des treibenden Teils 29
über einen
Winkel, der der Länge der Schraubenfläche 47 in Umfangsrichtung entspricht. Die
innere Muffe 33 ist in ihrer Phasenlage derart gegen die Muffe 32 versetzt, daß
sie sich stets in der Phase nach Fig. 7 befindet, während die Muffe 32 die Phase
nach Fig. 9 durcheilt, und umgekehrt. Dadurch wird der Umstand, daß in der Phase
nach Fig. 9 bei Umkehrung der Bewegungsrichtung Sperrwirkung nicht unverzüglich
einsetzt, unschädlich gemacht, da stets mindestens eine der beiden Muffen 32 und
33 sich in der Phase nach Fig.7 befindet und für sofortiges Sperren bei Bewegungsumkehr
sorgt.
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Die Muffen 34 und 35 zwischen der Scheibe 29 und der Scheibe 31 stellen
lediglich eine symmetrische Wiederholung der beschriebenen linken Hälfte der Kupplung
dar. An sich sind für eine Kupplung nach der Erfindung lediglich ein Paar Muffen,
etwa 32 und 33, ausreichend. Die durch Hinzufügen der Muffen 34 und 35 und der Scheibe
31 geschaffene Verdoppelung empfiehlt sich jedoch, um die in dem System auftretenden
axialen Kräfte gegeneinander aufzuheben. Wird nur ein Paar Muffen verwendet, so
muß die Scheibe 29 natürlich auf der Welle 28 gegen axiale Verschiebung gesichert
werden, z. B. durch einen Stellring oder einen Wellenbund.
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Bei der zweiten Ausführungsform nach Fig. 11 bis 16 sind die Schraubenflächen
60 und 61, die den Flächen 46 und 47 der oben beschriebenen ersten Ausführungsform
entsprechen, auf die der Scheibe 29 entsprechende Scheibe 64 verlegt. Diese Flächen
wirken mit entsprechenden Flächen 62 und 63 der äußeren Muffe 65 zusammen. Bei Verwendung
nur einer Muffe, also bei Inkaufnahme des in der Phase nach Fig.9 auftretenden Spieles,
würde die Muffe 65 auf der Welle 66 mit steilgängigem Gewinde, das die Funktion
der Flächen 51 und 54 übernimmt, gelagert werden. Auf diesem Gewinde würde die Muffe
65 in dem .durch die Endscheibe 67 axial begrenzten Raum die gleichen Drehungen
und axialen Verschiebungen ausführen wie die Muffe 32 in Fig. 7 bis 10, wobei die
Feder 37 durch eine Schraubenfeder 68 ersetzt ist, deren abgewinkelte Enden in die
Muffe 65 und in die Endscheibe 67 greifen.
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Soll die Kupplung in allen Stellungen spielfrei arbeiten, so wird
ähnlich wie in Fig. 2 bis 6 eine weitere, innere Muffe 69 vorgesehen, die mit steilgängigem
Gewinde 70 auf der Welle 66 gelagert ist und auf der die äußere Muffe 65 mit einem
weiteren steilgängigen Gewinde 71 drehbar ist. Beide Gewinde stimmen im Steigungssinn
mit demjenigen der Schraubenfläche 60 überein, haben aber eine größere Steigung
als die Flächen 60 und 61. Die Steigung des Gewindes 70 ist kleiner als die Steigung
des Gewindes 71. Die auf die innere Muffe 69 wirkende Feder 72 entspricht in Form
und ; Anordnung der Feder 68. Im Gegensatz zu Fig. 2 bis 6 haben die Endscheiben
67 ebene Stirnflächen.
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In der Wirkungsweise besteht kein grundsätzlicher Unterschied gegenüber
der Bauart nach Fig.2 bis 6. Nur nehmen die Muffen jetzt nicht an der Drehung der
mittleren Scheibe 62, sondern an der Drehung der Welle 66 teil.
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Die Herstellung einer Kupplung nach Fig. 11 bis 16 ist einfacher und
mit größerer Genauigkeit möglich, da die abgestuften Schraubenflächen 46 bis 49
durch Gewinde ersetzt sind.