DE2231965A1 - Freilauf-antriebsvorrichtung mit klemmnocken - Google Patents

Description

Freilauf«Antriebsvorrichtung mit Klemmnocken

Die Erfindung bezieht sich auf eine Freilauf-Antriebsvorrichtung mit Klemmnocken, die ein Drehmoment lediglich in einer Drehrichtung zwischen zwei zylindrischen konzentrischen Gleit* bahnen übertragen kann« die durch einen Ring und eine Bohrung gebildet werden.

Bei bekannten Freilauf-Antriebsvorrichtungen werden häufig Klemmelemente oder Nocken verwendet, die mit Hilfe von einem oder mehreren Käfigen mit an die Nocken angepaßten Fenstern in ihrer Lage gehalten werden· Federn oder andere elastische Einrichtungen stützen sich an den Klemmnocken derart ab, daß diese kontinuierlich in Berührung mit den beiden Gleitbahnen gehalten werden.

Die Klemmnocken der bekannten Freilauf-Antriebsvorrichtungen weisen im allgemeinen Seltenflächen mit verschiedenen Formen auf, die an die Käfige und die oben erwähnten elastischen Halteeinrichtungen angepaßt sind» Die Oberflächen der Nocken« die mit den beiden Gleitbahnen in Berührung stehen sollen,

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sind im allgemeinen Teile von Kreiszylindern.

Bei diesen Freilauf-Antriebsvorrichtungen wird das Drehmoment von einer Gleitbahn zur anderen über Reibungskräfte übertragen« die an den Berührungsstellen zwischen den Klemmnooken und den beiden Gleitbahnen entstehen. Bei Betrachtung eines Querschnittes einer derartigen Klemmnocke wird im allgemeinen der Klemmwinkel als der Winkel zwischen der Senkrechten zur Gleitbahn und der Geraden definiert« die die beiden jeweils auf der inneren Gleitbahn und der äußeren Gleitbahn gelegenen Berührungspunkte verbindet« Mit anderen Worten wird der Klemmwinkel zwischen dem senkrechten Auflagedruck der Gleitbahn auf die Nooke und der Resultierenden aus diesem senkrechten Auflagedruck und der Reibungskraft gebildet.

Damit die Freilauf-Antriebsvorrichtung das gewünschte Drehmoment tatsächlich überträgt, ist es entsprechend bekannter mechanischer Prinzipien erforderlich» daß der T&ngens des Klemmwinkels kleiner ist als der Reibungskoeffizient, der im trockenen Zustand nur von der ausgeübten senkrechten Kraft und der Art der miteinander in Berührung stehenden Oberflächen abhängt« Im häufigsten Fall, in dem die Rollbahren und die Klemmnooken aus gehärtetem Stahl- bestehen, zeigt die Erfahrung, daß der Klemmwinkel nicht 7° überschreiten darf, wenn eine wirksame Klemmung der Nocken erreicht werden soll.

Andererseits wird, wenn sich der Klemmwinkel verringert, der auf die Oberflächen der Gleitbahnen ausgeübte Druck erhöht. Im Grenzfall, in dem der Klemmwinkel gegen 0 geht, erzielt man einen unendlichen Druck auf die Gleitbahnen, was eine Zerstörung dieser Gleitbahnen beim Klemmen hervorruft.

Bei bekannten Freilauf-Antriebsvorrlohtungen ändert sich der Klemmwinkel in Abhängigkeit von dem Kippen der Nocken oder

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von Ihrer "Höhe", die als der Abstand definiert let« .der die beiden Berührungspunkte trennt.

Es ist somit zu erkennen« daß bei den bekannten Freilauf-Antriebs vorrichtungen sioh der auf die Gleitbahnen ausgeübte Druck in Abhängigkeit von der Neigung der Nocken ändertο Weiterhin müssen zur Vermeidung eines Gleitens der Nocken relativ kleine nominelle Klemmwinkel derart gewählt werden« daß sichergestellt ist« daß nicht der Wert überschritten wicd^ bei dem keine Klemmung mehr erfolgt.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtungen besteht darin, daß der nominelle Klemmwinkel nicht auf einem vorher bestimmten Wert gehalten werden kann« da sich unvermeidliche Ungenauigkeiten bei der Fertigung der Gleitbahnen und der Berührungsflächen der Nocken ergebenο Daher ist ee wie oben erforderlich» eine ausreichende Spanne vorzusehen« damit der Klemmwinkel unabhängig von den Toleranzen der verwendeten Teile immer kleiner als sein maximaler Wert bleibt.

Weitere bekannte Vorrichtungen sehen eine Anordnung der Mittelpunkte der Berührungskurven der Nocken mit gleichem Abstand von den Berührungspunkten vor. Obwohl diese Anordnung in gewissem Ausmaß die Verringerung der Klemmwinkeländerungen ermöglicht« wird bei diesen Vorrichtungen der gewünschte praktisch konstante Klemmwinkel nicht erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde« eine Freilauf-Antriebsvorrichtung zu schaffen« die die vorstehend genannten Nachtelle vermeldet und den Klemmwinkel auf einem praktisch konstanten Wert hält« der in einem größeren Bereich gewählt werden kann« als die Klemmwinkel bei bekannten Vorrichtungen. Auf diese Weise wird eine bessere Wirkungsweise und eine geringere Abnutzung der Gleitbahnen erreicht. Weiterhin hat die

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Ungenauigkeit der Herstellung der verschiedenen in Berührung stehenden Teile praktisoh keinen Einfluß auf den Wert des Klemmwinkels und damit auf die Wirkungswelse der Freilauf-Antriebs vorrichtung. Weiterhin soll die Form der Kleimnnooken so gewählt sein« daß die Abnutzung der Gleitbahnen gleich ist, wodurch eine Erhöhung der Lebensdauer der Freilauf-Antriebs vorrichtung erreicht wird·

Die erfindungsgemlße Freilauf-Antriebsvorrichtung weist in an. sich bekannter Welse zwei zylindrische konzentrische Gleitbahnen, Klemmnocke, die mit den Gleitbahnen mit: Hilfe zumindest eines zylindrischen Käfigs in Berührung gehalten werden und eine elastische Vorrichtung auf, die die Nocken in BerUhrungssteilung bringt« Die Klemmnooken der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen zwei zylindrische Oberflächen auf, die jeweils mit einer der Gleitbahnen in Berührung stehen.

Die Achsen der zylindrischen Berührungsflächen Bind Mantellinien eines Zylinders, dessen eine diametrale Ebene durch die gemeinsame Achse der beiden Gleitbahnen und die Achse der zylindrischen Oberfläche der Klemmnocke definiert ist, die mit der inneren Gleitbahn in Berührung steht«

Aufgrund dieser besonderen Anordnung der Achsen der BerUhrungsoberfläohen der Klemmnocken ruft eine Änderung der Neigung der Nocken praktisch iceine Änderung des Klemmwinkelß hervor.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Freilauf -Antriebsvorrichtung ist der Krümmungsradiuis der mit der äußeren Gleitbahn in Berührung stehenden Nockenoberfläohe kleiner als der Krümmungsradius der mit der inneren Gleitbahn in Berührung stehenden Nookenflache« Der Unterschied zwischen den beiden Krümmungsradien ist derart gewählt, daß die Hertz*sehen DrUoke auf die beiden Gleitbahnen gleich sind« Ea ist praktisch

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bekannt, daß der Hertz¹ sehe Druck» der bei der Berührung zwischen zwei zylindrischen Oberflächen ausgeübt wird, von der Summe oder der Differenz der reziproken Krümmungsgradien dieser beiden Oberflächen abhängte Die Gleichheit der Drücke auf die beiden Gleitbahnen, die eine gleichmäßige Abnutzung sichert, kann somit in einfacher Weise dadurch erzielt werden, daß ein derartiger Unterschied zwisohen den Krümmungsradien der beiden BerUhrungsflachen der Klemmnocken vorgesehen wird·

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeleimung noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen schematisohen Schnitt einer Klemmnocke, deren Seitenflächen vereinfacht sind;

FIg· 2 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Freilauf-Antriebsvorrichtung, die Klemmnocken verwendet, deren Berührungsoberfliichen denen der Klemmnocken nach Fig* I entspricht;

Fig· 3 zwei aufeinanderfolgende Stellungen der Klemmnocke«

Wie es in Figo 1 dargestellt ist, steht der Querschnitt der Klemmnocke 1 der Ausführungsform der Freilauf-Antriebsvorrichtung über die Oberflächen 2 und 3 und einer äußeren Gleitbahn bzw. einer inneren Gleitbahn 5 in Berührung, Die Seitenflächen 6 und 7 der Klemmnooke 1 sind zur Vereinfachung der Zeichnung stilisiert und duroh Ebenen ersetzt·

Die beiden Gleitbahnen k und 5 sind in Fig. 1 durch konzentrische Kreise dargestellt, deren Mittelpunkt aufi'erhalb der Zeichnung liegt, da die Radien der beiden Kreise sehr groß sind. Die Berührungsflächen 2 und 3 der Nooke 1 sind in glei-

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ο/ β

eher Weise in der Figur durch Kreise dargestellt, deren Mittellpunkte 2a bzw. 2a und deren Radien 2b bzw« 3b sind.

Wenn die Klemmnocke 1 sich mit den Gleitbahnen 4 und 5 in Be» rührung befindet« und wenn die auf die Antriebsvorrichtung ausgeübten Kräfte·, sehr klein sind« so ist die Berührung zwischen den Flächen 2 und 3 und den Gleitbahnen 4 und 5 linienförmig, ' ■ '

Aus Fig· 1 ist zu erkennen« daß die Berührung an den Punkten und 9 erfolgt. Der Klemmwinkel V ist somit zwischen der Senkrechten in Funkt 9 auf der Gleitbahn 5 und der die Berührungspunkte 8 und 9 verbindenden Geraden definiert.

Wenn die Klemmnocke kippt« d.h. während der übertragung eines Drehmomentes zwischen Gleitbahnen 4 und 5« verformen sich die Berührungsflächen 2 und 3 sowie die Gleitbahnen 4 und 5 elastisch in einem Bereich« der die Punkte 8 und 9 umgibt*

Aus Fig· I ist zu erkennen« daß der Klemmwinkel V geometrisch mit dem Winkel A verbunden ist« der zwischen den Senkrechten auf den Gleitbahren 4 und 5 in den Punkten 8 und 9 gebildet 1st. Der Tangens des Winkels V ist tatsächlich gleich dem Tangens des Winkels A mal einem konstanten Proportionalkoeffizienten« der nur von den Krümmungsradien der beiden Gleitbahnen 4 und 5 abhängt»

Wenn R₂ der Radius der inneren Gleitbahn und R₁ der Radius der äußeren Gleitbahn ist« so kann leicht gezeigt werden« daß»

R₁ -R₀ tg A - -£-£- tgV (1)

Um Jede Änderung des Klemmwinkels V bei einem Kippen der Klemmnooke 1 zu vermeiden« 1st es somit vorteilhaft« den Mit-

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telpunkt 2a der Berührungsfläche 2 In den Berührungspunkt zwlechen der Senkrechten auf der Gleitbahn 4 in Funkt 8 und dem Kreis mit dem Mittelpunkt 3a und einem Radius zu legen, der gleich dem die Mittelpunkte 2a und 3a trennenden Abstand ist·

Auf diese Weise ergibt ein Kippen der Nooke keine Änderung des Winkels A, und der Klemmwinkel V, der mit dem Winkel A verknüpft ist« ändert sich nicht« In der Praxis kann somit gesagt werden« daß der Klemmwinkel sich für eine relativ kleine Änderung der Neigung der Nooke gegenüber ihrer Ausgangsstellung nicht ändert·

Damit diese Bedingung erfüllt 1st* ist es erforderlich und ausreichend« daß die Senkrechte im Punkt 8 auf der Gleitbahn im Punkt 2a senkrecht zur Geraden zwischen 2a und Ja steht·

Wenn mit B der Winkel zwischen der Senkrechten im Punkt 9 auf der Gleitbahn 5 und der Geraden zwischen 2a und Ja definiert ist« so kann geschrieben werdenχ

3av 2a 3a/ 12 sin A sin (A+B)

Aus der Gleichung (2) kann die Änderung des Winkels A, deh_e die Änderung des Winkels V In Abhängigkeit von der Änderung des Winkels B abgeleitet werden« der die Neigung der Nooke darstellt!

K«cos (A+B) /,\

cos A - K.cos (A+B) ^K:>i

Es ist somit zu erkennen« daß die Änderung des Winkel A

0 ist, wenn A + B » 90° ist, was bedeutet, daß die Senkrechte

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in Punkt 8 auf der Gleitbahn 4 in Punkt 2a senkrecht zur Qe* raden zwischen 2a und 3a steht*

Die Tatsache, daß die Senkrechte in Punkt 8 auf der Gleitbahn 4 die Tangente an einem Kreis ist, dessen Mittelpunkt bei 3a liegt und dessen Radius gleich dem Abstand ist« der die Mittelpunkte 2a und 3a trennt« kann auch auf andere Welse ausgedruckt werden»

Geometrieoh 1st es tatsächlich leicht zu erkennen, daß das vorstehende Ergebnis in gleicher Welse erzielt wird, wenn die Mittelpunkte 2a und 3a auf einem Kreis liegen, dessen Durchmesser der Abschnitt der Geraden ist, die den Mittelpunkt 3a mit dem gemeinsamen Mittelpunkt 12 der beiden Gleitbahnen 4 und 5 verbindet·

Im Ergebnis kann man sagen, daß die durch die Punkte 2a und 3a gebildeten Aohsen der zylindrischen Berührungsfläohen 2 und 3 und die gemeinsame Achse der beiden Gleitbahnen, die durch den Punkt 12 gebildet wird, Erzeugungslinien eines Zylinders 10 sind, von dem eine diametrale Ebene durch die Achse der Gleitbahnen 4 und 5 und die Aohse der Oberfläche definiert ist, die mit der inneren Gleitbahn 5 in Berührung steht»

Pig. 3 zeigt eine Ausftihrungsform in schematisoher Weise. In dieser Figur 1st ein® Klemmnooke 1 dargestellt, die mit der Klemmnocke nach FIg« 1 identisoh ist· Die Klemmnocke 1 steht im Punkt 8 mit der äußeren Gleitbahn 4 und dem Punkt 9 mit der innen Gieitbehn 5 in Berührung,

In dieser Stellung ist die Senkrechte im Punkt 8 auf der äußeren Gleitbahr senkrecht zur Geraden awlschea den Punkten 2a und 3a, d.h» sie bildet eine Tangente an de:n Kreis mit

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dem Mittelpunkt 3a und dem Radius, der dem Abstand zwischen den Punkten 2a und 3a entspricht* Der Klemmwinkel ist V^, der Aj entspricht_β

Zu Erläuterungszwecken sei angenommen, daß sich die Nooke 1 um den festen Funkt 3a dreht, indem sie auf der inneren Oleitbahn 5 abrollt, wobei der Berührungspunkt immer mit 9 bezeichnet 1st«

Die Oberfläche 2 der Nooke verschiebt sich damit in die Stellung 23,in der sie sich theoretisch im Punkt 83 mit der äußeren Oleitbahn 43 in Berührung befindet«

In Wirklichkeit ist es verständlich, daß sich die innere und die äußere Oleitbahn in den Berührungsbereiohen elastisch verformen β

Aus Flg« 3 1st zu erkennen, daß sich der Mittelpunkt 2a in die Stellung 24 verschiebt, die immer noch auf dem Kreis mit dem Mittelpunkt 3a und dem Radius liegt, der der Strecke zwischen den Punkten 2a und 3a entspricht ο

Es ist verständlich, daß aufgrund der Tatsache, daß in der ersten Stellung die Senkrechte im Punkt 8 auf dar Oleitbahn 4 eine Tangente an den Kreis mit dem Mittelpunkt 3a ist, die Änderung der Lage des Mittelpunktes 2a bis zum Punkt 24 nur eine sehr geringe Änderung des Winkels A ergibt, der vom Wert i zum Wert A₀ übergeht« Der Klemmwinkel V₀ ist praktisch gleich dem Klemmwinkel V*o

Zur Erzielung eines gleiohen maximalen Druckes In den Beruh* rungsberelchen, die die Punkte 8 und 9 beim Klemmen umgeben, doho beispielsweise bei der Verschiebung der äußeren Oleitbahn 4 gegenüber der inneren Gleitbahn 5 in eiiiam dem Pfeil entgegengesetzten Sinn wird der Radius 2b der BerUhrungs-

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fläche 2 kleiner gewählt als der Radius 3b der Berührungsfläche 3 der Klemmnocke 1« Die verschiedenen Werte dieser Radien werden vorteilhafterweise derart gewählt* daß der Hertz¹sehe Druck für die beiden Gleitbahnen 4 und 5 gleich 1st.

In Pig. 2 ist ein Tellsohnitt einer Freilauf-Antriebevorrichtung dargestellt« die in ihrem Prinzip den Nocken 1 nach Pig. I entsprechende Klemmnocken 12 verwendet.

In Fig. 2 weist das Ausführungsbeispiel der Freilauf-Antriebsvorrichtung eine .Bohrung 13 und einen Ring 14 auf, die die Gleitbahnen 4 bzw, 5 nach Fig« 1 bilden« Die Nocken 12 werden mit Hilfe des Käfigs 15 gehalten, der an die Nocken 12 angepaßte Fenster 16 aufweist. Der Käfig 15 kann mit Hilfe von Vor Sprüngen 17 an der Bohrung 13 festgehalten sein.

Eine neuartige Feder 18 von im allgemeinen im wesentlichen zylindrischer Form weist Zungen 19 und Fenster 20 derart auf, daß die Nocken 12 in Berührung mit der Bohrung 13 und dem Ring 14 gehalten werden.

Es 1st aus Fig. 2 zu erkennen, daß die Nocken 12 zwei zylindrische Berührungsflächen 2 und 3 aufweisen, deren jeweilige Achsen 2a und 3a Brzeugungsllnien eines angenommenen Zylinders sind, der konzentrisch zum Ring 14 und zur Bohrung 13 1st, wenn die Nocken 12 mit dem Ring 14 und der Bohrung 13 in Berührung stehen.

Die KlenmnoGken 12 weisen weiterhin eine ebene Freifläche auf, die die Vereinfachung der Herstellung der Nocken ermöglicht. Es ist zu erkennen, daß während des Betriebs des Freilaufs, d.h«, wenn die Bohrung 13 gegenüber dem Ring 14 in Riohtung des Pfeiles 22 verdreht ist, die ebene Oberfläche einen nicht verwendeten Teil der zylindrischen Oberfläche ersetzt.

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V*..sli<

Schließlich weisen die Seitenflächen der Klemmnocken 12 eine Form auf, die an die Form der Feder 18 und der Fenster 16 des Käfige 15 derart angepaßt 1st, daß die Verbindung der duroh den Käfig 15, die Feder 18 und die Klemmnooken 12 gebildeten Einheit selbst vor der Montage zwischen der Bohrung I^ und dem Ring 14 sichergestellt ist«

Als Beispiel kann ein AusfUhrungsbelspiel die folgenden Maße aufweisen}

Strecke 2a-3a * 2 mm

Radius R₉ s 36 mm

Radius 3b « 4 mm

Anfangswert von A β 1°

Radius R₁ - 44,5

Unter diesen Bedingungen ergibt sich eine Änderung des Klemmwinkels von 0,5° für eine Neigung der Nooke um 10°„

Zum Vergleich sei angegeben« daß eine Klemmnocke von bekannter Art, bei der der Winkel A+B zu Arifang ungefähr gleich 45° ist, eine Änderung des Klemmwinkels um 2°, d»ho eine vierfach größere Änderung für die gleiche Neigung der Nooke um 10° ergibt·

Zusammenfassend 1st festzustellen, da.fi die Erfindung die Schaffung einer Freilauf«Antriebsvorrichtung ermöglicht, bei der die Abnutzung der Gleitbahnen identisch ist und auf einem sehr kleinen Wert gehalten wird. Bei den beschriebenen Freilauf-Antriebsvorrichtungen kann für den nominellen Kleramwinkel ein besonders hoher Wert gewählt werden, der bis zu 6° und in Jedem Fall größer als 4° sein kann, wodurch ausgezeichnete Drehmomentübertragungen duroh das Klemmen erreicht werden, und wobei in Jedem Fall die Abnutzung der Gleitbahnen begrenzt ist.

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Sohließlioh ermöglicht es die Tatsaohe, daß die Änderungen des Klemmwinkels gleich 0 sind« wenn die Nooken kippen, daß größere Ungenauigkeiten bei der Fertigung der verschiedenen in Berührung stehenden Teile und insbesondere der Gleitbahnen zulässig sind* die durch die Oberflächen des Ringes und der Bohrung gebildet wordene

Patentansprüche:

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Claims (2)

1. Patentansprüche s

   Freilauf-Antriebsvorrichtung mit zwei zylindrischen onzentrischen Gleitbahnen und mit Klemmnocken, die mit Hilfe von zumindest einem zylindrischen Käfig und einer elastischen Vorrichtung in Berührung mit den Gleitbahnen gehalten werden, dadurch gekennzeichnet* daß die Nocken zwei zylindrische, jeweils mit einer Gleitbahn (4, 5) in Berührung stehende zylindrische Oberflächen (2 bzw. 3) aufweisen, daß die Achsen (2a, Ja) der zylindrischen Oberflächen (2, 5) jeder Nooke (l) und die gemeinsame Achse (12) der beiden Gleitbahnen (4, 5) Erzeugungslinien eines Zylinders sind, von dem eine diametrale Ebene durch die Ebene definiert 1st, die die gemeinsame Achse (12) der beiden Gleitbahnen (4, 5) und die Achse (3a) der mit der Inneren Gleitbahn (5) in Berührung stehenden zylindrischen Oberfläche (2) einer der Nocken enthält«
2. 2. Freilauf-Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der mit der äußeren Gleitbahn (4) in Berührung stehenden Nookenoberflache (2) kleiner 1st als dei» Krümmungsradius der mit der inneren Gleitbahn (5) in Berührung stehenden Nockenoberfläche (3) derart, daß die Drücke in den Berührungsbereichen beim Klemmen gleich sind«

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