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Freilaufkupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine Freilaufkupplung
mit zwischen der zylindrischen Innenfläche des Außenteiles und der zylindrischen
Außenfläche des Innenteiles angeordneten kippbaren Klemmkörpern, die durch wenigstens
einen Federring in Berührung mit den zylindrischen Flächen beider Teile gehalten
werden und deren Berührungsflächen zu den jeweils benachbarten Klemmkörpern Kreiszylinderflächen
sind, die mit der äußeren kreiszylindrischen Klemmfläche der Klemmkörper eine gemeinsame
Krümmungsmittellinie haben.
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Bei einer bekannten Freilaufkupplung dieser Art sind die Klemmkörper
als zylindrische Walzen ausgebildet, die jedoch im Bereich ihrer Berührungslinie
mit dem Innenteil von der Zylinderform etwas abweichen, wodurch eine innere Klemmfläche
gebildet ist, die einen kleineren Krümmungsradius hat als die übrigen Flächen. Durch
diese Ausbildung fällt der Massenschwerpunkt der Klemmkörper nicht mit der gemeinsamen
Krümmungsmittellinie der beiden seitlichen Berührungsflächen und der äußeren Klemmfläche
zusammen. Außerdem ist durch die Ausbildung der Klemmkörper als im wesentlichen
zylindrische Walzen die Anzahl der bei gegebenem Kupplungsumfang unterzubringenden
Klemmkörper verhältnismäßig klein. Deswegen werden die wenigen vorhandenen Klemmkörper
bei gleicher Gesamtbelastung der Kupplung wesentlich höher belastet als in dem Fall,
in welchem bei gleichem Kupplungsumfang eine wesentlich größere Anzahl von Klemmkörpern
untergebracht werden kann. Weiter ist bei dieser bekannten Freilaufkupplung .die
an sich schon sehr hohe Flächenpressung an der Berührungsstellz des Klemmkörpers
mit dem Innenring noch dadurch erhöht, daß diese innere Klemmfläche des Klemmkörpers
einen kleineren Krümmungsradius hat als die äußere Klemmfläche. Dadurch tritt eine
außerordentlich hohe örtliche Beanspruchung ein, die sehr schnell zur Zerstörung
des Innenteiles der Freilaufkupplung bzw. der inneren Klemmfläche der Klemmkörper
führt. Die Verhältnisse liegen am Außenteil wesentlich günstiger, weil dort die
sich berührenden Flächen gleichsinnig gekrümmt sind, was bei gegebenem Anpreßdruck
eine geringe Hertzsche Pressung ergibt. Am Innenteil dagegen drücken zwei gegensinnig
gekrümmte Flächen aufeinander, wodurch die Hertzsche Pressung bei gegebenem Anpreßdruck
sehr hoch wird. Diese ungünstige Beanspruchung wird noch durch den kleinen Krümmungsradius
der inneren Klemmfläche der Klemmkörper verstärkt. Die Berührungsstellen der inneren
Klemmflächen der Klemmkörper mit dem Innenteil sind die höchstbelasteten Stellen
der Freilaufkupplung.
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Bei einer anderen bekannten Freilaufkupplung sind die Verhältnisse
am Innenteil nicht so ungünstig, weil bei dieser die innere Klemmfläche eines jeden
Klemmkörpers einen größeren Krümmungsradius hat als die äußere Klemmfläche.
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Ein Nachteil der bekannten Freilaufkupplungen besteht darin, daß der
Massenschwerpunkt des Profilquerschnitts eines jeden Klemmkörpers nicht mit der
Krümmungsmittellinie der Berührungsflächen benachbarter Klemmkörper, die zugleich
Krümmungsmittellinie für die äußere Klemmfläche des Klemmkörpers ist, zusammenfällt.
Dadurch kann bei hohen Drehzahlen eine ein Drehmoment auf den einzelnen Klemmkörper
ausübende Fliehkraftwirkung eintreten, z. B., wenn der Klemmkörper bereits abgenutzt
ist oder wenn die gesamte Kupplung außer ihrer Rotation um die eigene Achse noch
eine Umlaufbewegung um eine Zentralachse nach Art eines Planetengetriebes ausführen
muß. Auch bei Rüttelschwingungen und seitlichen Stößen, wie sie z. B. in Verbindung
mit Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugen nicht zu vermeiden sind, entstehen,
wenn Krümmungsmittellinie und Schwerpunkt nicht zusammenfallen, Paare gegeneinander
versetzter paralleler Massenkräfte, d. h. Kippmomente, die die einzelnen Klemmkörper
verdrehen. Wenn eine solche Verdrehung der einzelnen Klemmkörper gegeneinander unter
der Wirkung von Zentrifugalkräften, Rüttelkräften oder seitlichen Stoßkräften eintritt,
dann werden entweder die inneren Klemmflächen der Klemmkörper mit erheblichen Kräften
gegen den relativ zu den Klemmflächen umlaufenden Innenteil der Kupplung gedrückt
oder aber die Klemmkörper werden in entgegengesetzte
Richtung gedreht,
wodurch sich die inneren Klemmflächen der Klemmkörper vom Innenteil lösen. Im ersteren
Fall entstehen bei hohen Relativdrehzahlen zwischen Innen- und Außenteil der Kupplung
hohe Reibkräfte, die sehr schnell zu einer Zerstörung des Innenteiles oder der inneren
Klemmflächen der Klemmkörper durch zu starke Erwärmung führen, so daß eine solche
Freilaufkupplung nur mit begrenzten Differenzdrehzahlen verwendet werden kann. Im
zweiten Fall ergibt sich ein noch schwerer wiegender Nachteil. Wenn eine solche
Freilaufkupplung bestimmungsgemäß von der Freilaufstellung in die Kupplungsstellung
kommt, dann erfolgt der Eingriff der inneren Klemmflächen der einzelnen Klemmkörper
am Innenteil ungleichmäßig. Dadurch werden einzelne Klemmkörper überlastet, weil
sie so lange die gesamte Klemmkraft übertragen müssen, bis auch die übrigen Klemmkörper
an der Lastübertragung teilnehmen, was dann eintritt, wenn diejenigen Klemmkörper,
die zuerst gegriffen haben, unter den hohen, auf sie wirkenden Anpreßkräften so
weit gegenüber dem Innenteil gekippt worden sind, daß auch die übrigen Klemmkörper
an der Kraftübertragung teilnehmen können. Auf diese Weise wird der Innenteil der
Kupplung und die innere Klemmfläche der Klemmkörper durch Überbeanspruchung vorzeitig
zerstört.
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Bei einer bekannten Freilaufkupplung liegt zwar der Querschnittsschwerpunkt
eines jeden Klemmkörpers auf der Krümmungsmittellinie der äußeren Klemmfläche des
Klemmkörpers, wodurch ungünstiger Beanspruchung durch Massenkräfte, die unter dem
Einfluß der Fliehkraft auftreten könnten, entgegengewirkt werden soll. Bei dieser
Kupplung sind jedoch die Berührungsflächen benachbarter Klemmkörper keine Kreiszylinderflächen,
so daß der Platzbedarf der Klemmkörper in Umfangsrichtung der Kupplung sich mit
der Kipplage der Klemmkörper ändert. Dies ist nachteilig mit Bezug auf die der Erfindung
zugrunde liegende Aufgabe einer gleichmäßigen Lustverteilung in der Kupplung bzw.
einer hohen Belastbarkeit und langen Lebensdauer der Kupplung.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Freilaufkupplung
derart auszubilden und zu gestalten, daß die Nachteile der bekannten Freilaufkupplungen
vermieden werden, so daß die Kupplung sich zur Übertragung hoher Drehmomente und
für hohe Differenzdrehzahlen eignet und daß sie eine lange Lebensdauer besitzt,
wobei die Freiiaufkupplung außerdem unempfindlich ist gegen Fliehkraftwirkungen,
Rüttelschwingungen und seitliche Stöße.
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Erfindungsgemäß ist dies dadurch erreicht, daß der Schwerpunkt des
Profilquerschnitts eines jeden Klemmkörpers in der gemeinsamen Krümmungsmittellinie
für die äußere Klemmfläche und die seitlichen Berührungsflächen der Klemmkörper
liegt. Vorteilhaft im Sinn der gestellten Aufgabe ist dabei, wenn in an sich bekannter
Weise die innere Klemmfläche eines jeden Klemmkörpers einen größeren Krümmungsradius
hat als die äußere Klemmfläche.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand dargestellt und beschrieben.
Es zeigt Fig.1 die Stirnansicht einer Freilaufkupplung, Fig.2 den Profilquerschnitt
eines Klemmkörpers und Fig.3 die Längsansicht eines Klemmkörpers.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Freilaufkupplung sind der Innenteilt
und der Außenteil 2 als Ringe ausgebildet. Zwischen dem Innenteil und dem Außenteil
liegen prismatische Klemmkörper 3, die durch die radial nach außen wirkende Kraft
eines Schraubenfederringes 4 in Berührung mit den Kupplungslaufringen 1, 2, also
in Kupplungsbereitschaft gehalten werden. Wie aus Fig.2 ersichtlich ist, hat eine
äußere kreiszylindrische Klemmfläche 5 eines jeden Klemmkörpers zur Anlage an der
zylindrischen Innenfläche des Außenteiles 2 der Kupplung den Krümmungsradius 6.
Die seitlichen zylindrischen Berührungsflächen 7 und 9 zu den jeweils benachbarten
Klemmkörpern haben die Krümmungsradien 8 und 10. Die Flächen 5, 7 und 9 haben eine
gemeinsame Krümmungsmittellinie 16.
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Erfindungsgemäß liegt der Schwerpunkt 11 des Profilquerschnitts eines
jeden Klemmkörpers 3 in der Krümmungsmittellinie 16.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel der Kupplung ist die Klemmfläche 12
eines jeden Klemmkörpers, die zur Anlage an der zylindrischen Außenfläche des Innenteiles
1 bestimmt ist, gleichfalls als Kreiszylinderfläche ausgebildet und besitzt einen
Krümmungsradius 13, der in bekannter Weise größer ist als der Krümmungsradius 6
der kreiszylindrischen Klemmfläche 5.
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Wie aus Fig.3 ersichtlich ist, hat jeder Klemmkörper an seinen Stirnseiten
je eine Aussparung 14 zur Aufnahme eines Federringes 4. Diese Aussparungen sind
so ausgebildet, daß der Schwerpunkt 15 des herausgearbeiteten Materials jeweils
auf der Krümmungsmittellinie 16 liegt wie der Profilschwerpunkt l1. Dadurch wird
erreicht, daß die Lage des Schwerpunktes des Klemmkörpers durch die Aussparungen
nicht verändert wird, sondern auf der Krümmungsmittellinie 16 bleibt.
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Die Freilaufkupplung wirkt in der Weise, daß bei einer Relativdrehung
des Innenteiles 1 in Pfeilrichtung 18 der Klemmschluß sich löst und der Innenteil
1 an den Klemmkörpern 3 vorbeigleiten kann. Dabei wird durch den außermittig am
Punkt 17 angreifenden, nach außen gerichteten Druck des Federringes 4 ein
linksdrehendes Kippmoment auf den Klemmkörper ausgeübt und die Klemmfläche 12 in
Berührung mit der Außenfläche des Innenteiles 1 gehalten. Tritt eine Relativdrehung
des Innenteiles entgegen der Pfeilrichtung 18 ein, so wird die Klemmfläche 12 jedes
Klemmkörpers vom Innenteil mitgenommen und der Klemmkörper klemmt sich entsprechend
dem zu übertragenden Drehmoment zwischen Innen- und Außenteil ein.
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Dadurch, daß die Krümmungsmittellinie der Klemmfläche 5 zugleich Krümmungsmittellinie
der Berührungsflächen 7 und 9 ist, bleibt bei Änderung der Winkelstellung der Klemmkörper
ihr Platzbedarf in Umfangsrichtung erhalten, da dieser der Summe der Krümmungsradien
8 und 10 entspricht und der Teilkreis sich nicht ändert. Wenn der Schwerpunkt 11
jedes Klemmkörpers in der Krümmungsmittellinie 16 der Klemmfläche 5 liegt, entsteht
durch die im Schwerpunkt angreifende Fliehkraft auch bei hoher Drehzahl kein Kippmoment
an den Klemmkörpern. Die Reibung in der Freilaufkupplung wird dann bei sich ändernder
Drehzahl weder größer noch kleiner.
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Durch Wahl eines Krümmung sradius 13 für die am Innenteil 1 anliegende
Klemmfläche 12, der größer ist als der Radius 6 für die äußere kreiszylindrische
Klemmfläche 5, kann die Hertzsche Pressung am Innenteil t derjenigen am Außenteil
2 angeglichen werden. Dadurch ist ohne Vergrößerung der Abmessungen
die
Übertragung wesentlich größerer Drehmomente möglich.