DE1220211B

DE1220211B - Safety friction clutch

Info

Publication number: DE1220211B
Application number: DEST15083A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wilhelm Stieber
Original assignee: WILHELM STIEBER DR ING
Current assignee: WILHELM STIEBER DR ING
Priority date: 1959-04-29
Filing date: 1959-04-29
Publication date: 1966-06-30

Description

Sicherheitsreibungskupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsreibungskupplung in beiden Drehrichtungen mit einem Satz von zwischen Scheiben angeordneten, durch einen Käfig bei der Drehmomentübertragung in ihrer Lage festgehaltenen Rollen.Safety Friction Clutch The invention relates to a safety friction clutch in both directions of rotation with a set of between discs, through a cage in the torque transmission held in place rollers.

Bei einer bekannten Ausführung ist eine Scheibe mit der Antriebswelle undrehbar verbunden, während die andere Scheibe mit dem Maschinenteil in Verbindung steht, auf welchen die Kraft übertragen werden soll. Mindestens eine der beiden Scheiben hat eine schräg zur Wellenachse stehende Oberfläche. Zwischen den Scheiben befinden sich Rollen oder Kugeln, die durch Käfige geführt sind. Bei der Drehung kommt eine der Kugeln oder Rollen in die engste Stelle des durch die Scheibenflächen gebildeten Keiles zu liegen, klemmt sich dort fest und bewirkt eine Mitnahme der angetriebenen Scheibe.In a known embodiment, a disk is connected to the drive shaft non-rotatably connected, while the other disk is connected to the machine part stands to which the force is to be transmitted. At least one of the two Disc has a surface that is inclined to the shaft axis. Between the panes there are rollers or balls that are guided through cages. When turning one of the balls or rollers comes into the narrowest part of the through the disc surfaces Formed wedge to lie, clamps there and causes the entrainment driven pulley.

Bei einer anderen bekannten Kupplungsvorrichtung ist zwischen zwei hyperboloidischen Flächen zweier koaxialer Elemente ein ringförmiger Raum zur Aufnahme von in Linienberührung mit diesen Flächen stehenden Rollen, deren Achsen windschief zu den Achsen der koaxialen Elemente sind, gebildet. Infolge einer axialen Komponente des Reibungswiderstandes zwischen den Rollen und den mit diesen in Berührung stehenden Flächen werden die koaxialen Elemente in der einen Drehrichtung verriegelt, in der anderen gelöst. Es handelt sich also hier um einen Freilauf.In another known coupling device is between two hyperboloid surfaces of two coaxial elements an annular space for receiving of rollers which are in line contact with these surfaces and whose axes are skewed to the axes of the coaxial elements are formed. As a result of an axial component the frictional resistance between the rollers and those in contact with them Surfaces, the coaxial elements are locked in one direction of rotation, in the other resolved. So this is a freewheel.

Bei einer dritten bekannten Ausführung sind Rollen zwischen zylindrischen Ringen und achsparallel zu diesen oder konische Rollen zwischen zwei Scheiben, deren Spalt dem Öffnungswinkel der Rollen angepaßt ist, angeordnet.In a third known embodiment, rollers are between cylindrical Rings and axially parallel to these or conical rollers between two disks, whose Gap is adapted to the opening angle of the rollers, arranged.

Schließlich ist auch eine Einrichtung zur Erzeugung von Schrauben- oder Längsbewegungen bzw. zum Verschieben mehrerer Maschinenteile bekannt, bei welcher zwischen im wesentlichen parallelen Flächen Rollen im spitzen Winkel zur Bewegungsrichtung kraftschlüssig angeordnet sind.Finally, a device for generating screw or longitudinal movements or to move several machine parts known in which between essentially parallel surfaces rolls at an acute angle to the direction of movement Are arranged non-positively.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsreibungskupplung zu schaffen, die bei gleicher Größe der Kupplungsorgane ein Vielfaches des Drehmomentes der bekannten Einrichtungen übertragen kann bzw. umgekehrt die Kupplung bei gleich großem Drehmoment um ein entsprechend großes Maß kleiner wird.In contrast, the invention is based on the object of a safety friction clutch to create a multiple of the torque with the same size of the coupling elements the known devices can transfer or vice versa the clutch at the same large torque is smaller by a correspondingly large amount.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Rollen in an sich bekannter Weise' geschränkt angeordnet sind, um die beiden Kupplungsscheiben gleitend und rollend zu verbinden.The solution to the problem is that the roles in per se known Way 'are arranged set to slide around the two clutch plates and to connect rolling.

Ein gleichzeitiges Gleiten und Rollen der Wälzkörper zum Übertragen eines Drehmomentes ist bei keiner der erwähnten bekannten Kupplungseinrichtungen verwirklicht. Die geschränkte Anordnung der Rollen war bei einer'lösbaren Klemmverbindung bekannt, d. h. bei einer Einrichtung, die dazu dient, zwei Maschinenteile durch Kegel und dazwischenliegende Rollen fest miteinander zu verbinden. Die Kegel und Rollen erzeugen dabei lediglich den Anpreßdruck.Simultaneous sliding and rolling of the rolling elements for transferring a torque is not in any of the known coupling devices mentioned realized. The crossed arrangement of the rollers was in the case of a detachable clamping connection known, d. H. in the case of a device that serves to carry two machine parts through To connect cones and intermediate rollers firmly together. The cones and Rollers only generate the contact pressure.

In den Figuren ist der Erfindungsgegenstand in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 eine Ausführung in Draufsicht für ebene Reibflächen zur übertragung von Drehmomenten mit je einer Rolle je Käfigfenster, F i g. 2 einen Achsschnitt der Anordnung nach Fig.1, F i g. 3 eine Anordnung wie F i g. 1, jedoch mit zwei Rollen in jedem Käfigfenster, F i g. 4 einen Achsschnitt einer ähnlichen Ausführung wie in F i g. 2 gezeigt, jedoch mit tellerförmigen Reibscheiben und Balligen Rollen, F i g. 5 einen Achsschnitt mit ähnlicher Ausführung wie in F i g. 4 gezeigt, jedoch mit Nadelrollen, F i g. 6 eine Ausführung im Achsschnitt, bei der zur Kraftübertragung der die Rollen führende Käfig dient.In the figures, the subject matter of the invention is shown in several exemplary embodiments shown, namely shows F i g. 1 an embodiment in plan view for flat friction surfaces for the transmission of torques with one roller per cage window, FIG. 2 one Axial section of the arrangement according to Figure 1, F i g. 3 shows an arrangement as in FIG. 1, however with two rollers in each cage window, FIG. 4 is an axial section of a similar one Execution as in FIG. 2, but with plate-shaped friction disks and crowns Roles, fig. 5 shows an axial section with a design similar to that in FIG. 4 shown but with needle rollers, F i g. 6 an embodiment in axial section, in the case of the power transmission which serves the cage guiding the rollers.

Die in F i g. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung weist einen scheibenförmigen Käfig 1 (F i g.1) mit sechs Fenstern auf, der zentrisch geführt wird. In jedem Fenster ist eine Rolle 2 untergebracht. Die Fenster halten die Rollen in verschiedener Richtung mit Neigungswinkel w zwischen Bewegungsrichtung und Rollenachse. Die Neigungswinkel w zwischen Rollenachse und Bewegungsrichtung. können ogleich oder voneinander verschieden sein. Sie weichen grundsätzlich von 90° ab und bewegen sich im allgemeinen in einer Größe zwischen 20 und 70° bzw. zwischen 110 und 160°. Der Käfig J. mit den Rollen 2 liegt zwischen den Reibflächen der kraftübertragenden Scheiben 3 und 4 (F i g. 2) der Kupplung. Er ist in jeder Drehrichtung frei beweglich. Werde die Scheiben durch axiale Kräfte gegeneinandergedrückt, dann kommen die dazwischenliegenden Rollen ebenfalls unter Druck. Wird eine der Reibflächen angetrieben, so dreht sich der Käfig mit den Rollen - ebenfalls in der gleichen Richtung -, und zwar etwa mit halber Drehzahl. Die Rollen wälzen sich dabei auf den beiden Reibscheiben ab. Infolge der durch den Winkel w bedingten Schräglage zur Bewegungsrichtung führen die Rollen 2 nicht eine reine Rollbewegung, sondern zugleich eine Gleitbewegung aus, so daß zwischen der Rollenumfangsfläche und den Reibflächen der Scheiben gleitende Reibung entsteht. Dies hat zur Folge, daß auch auf die andere Reibfläche in der gleichen Richtung ein Drehmoment übertragen wird. Der Anteil der Gleitbewegung hängt hierbei auch von der Größe des Neigungswinkels w ab. Es ist etwa der Anteil der Drehung gleich dem Sinus, der Anteil der Gleitbewegung gleich dem Cosinus des Neigungswinkels w. _ Die Rollen 2 sind im allgemeinen zylindrisch. In besonderen Fällen können sie auch ballig oder kegelig sein.The in F i g. 1 and 2 shown device has a disk-shaped Cage 1 (F i g.1) with six windows, which is guided centrally. In every window a role 2 is housed. The windows hold the rollers in different directions with angle of inclination w between the direction of movement and the roller axis. The angles of inclination w between roller axis and direction of movement. can be the same or be different from each other. They basically deviate from 90 ° and move generally in a size between 20 and 70 ° or between 110 and 160 °. Of the Cage J. with the rollers 2 lies between the friction surfaces of the force-transmitting Discs 3 and 4 (Fig. 2) of the clutch. It can be moved freely in any direction of rotation. If the disks are pressed against each other by axial forces, then those in between come into play Rolls also under pressure. If one of the friction surfaces is driven, it rotates the cage with the rollers - also in the same direction - approximately with half speed. The rollers roll on the two friction disks. As a result the inclined position to the direction of movement caused by the angle w guide the rollers 2 is not a pure rolling movement, but at the same time a sliding movement, so that sliding friction between the roller circumferential surface and the friction surfaces of the disks arises. This has the consequence that also on the other friction surface in the same Direction a torque is transmitted. The proportion of the sliding movement depends on this also on the size of the angle of inclination w. It's roughly the proportion of rotation equal to the sine, the portion of the sliding movement equal to the cosine of the angle of inclination w. _ The rollers 2 are generally cylindrical. In special cases they can also be convex or conical.

In der Draufsicht nach F i g. 3 sind, ähnlich wie in F i g. 1, in einem scheibenförmigen Käfig 5 Rollen 2 mit Neigungswinkeln zur Umfangsrichtung, und zwar in jedem Fenster zwei Rollen 2 angeordnet. Die Wirkungswei5e ist die :gleiche wie bei Ausführung nach F i g.1. An Stelle von zwei Rollen können auch drei oder mehr Rollen in einem Fenster angeordnet werden, Die Rollen in der Anordnung nach F i g,1 und 3 können - auch verschiedene Neigungswinkel w und verschiedene Länge haben.In the plan view according to FIG. 3, similar to FIG. 1, in a disc-shaped cage 5 rollers 2 with angles of inclination to the circumferential direction, namely two rollers 2 arranged in each window. The mode of action is the same as with the execution according to Fig. 1. Instead of two roles, three or more roles can be arranged in a window, the roles in the arrangement according to F i g, 1 and 3 can - also different angles of inclination w and different lengths to have.

In F i g. 4 wird in einem Achssehnitt eine andere Ausführungsform gezeigt. Die Reibscheiben 6 und 7 haben eine Tellerform. Die Reibflächen dieser Seheiben sind parallel zueinander geordnet. Der nicht dargestellte Käfig hat ebenfalls eine entsprechende Tellerform. Der halbe Kegelwinkel der Tellerflächen ist größer als 45°. Als Wälzkörper werden hier ballige Rollein 8 verwendet.In Fig. 4 shows another embodiment in an axial section shown. The friction disks 6 and 7 have a plate shape. The friction surfaces of this Seheiben are arranged parallel to each other. The cage, not shown, also has a corresponding plate shape. Half the cone angle of the plate surfaces is larger than 45 °. Here, spherical Rollein 8 are used as rolling elements.

F i g. 5 zeigt eine gleiche Anordnung wie F i g. 4. Als Wälzkörper- sind zylindrische Rolle 2, und zwar sogenannte Nadelrollen eingesetzt, die sich der durch den Neigungswinkel w bedingten Krümmung auf den Reibscheiben durch elastische Verformung anpassen können.F i g. 5 shows the same arrangement as FIG. 4. As a rolling element are cylindrical roller 2, namely so-called needle rollers used, which the curvature on the friction disks caused by the angle of inclination w by elastic Can adjust deformation.

In F i g. :6 sind in einem scheibenförmigen Käfig 12 in jedem Fenster zwei Rollen angeordnet. Die Rollen liegen jedoch in der Kupplung axial hintereinander, wobei ihre Achsen zueinander parallel sind. Zur Umfangsrichtung sind sie ebenso wie die Rollen in F i g.1 ,oder 3 geneigt, Der Käfig 12 und die Welle 11 bilden eine Einheit. Der Käfig-ist von einem Gehäuse 14 umgeben und mit der Platte 16, die durch einen Sprengring 17 gehalten wird, - so abgeschlossen, daß die Rollen 13 zwischen den beiden Innenflächen der Teile 14 und 16., welche die Reibflächen bilden, liegen.In Fig. : 6, two rollers are arranged in a disc-shaped cage 12 in each window. However, the rollers lie axially one behind the other in the coupling, their axes being parallel to one another. Like the rollers in FIG. 1 or 3, they are inclined to the circumferential direction. The cage 12 and the shaft 11 form a unit. The cage - is surrounded by a housing 14 and with the plate 16, which is held by a snap ring 17, - so closed that the rollers 13 between the two inner surfaces of the parts 14 and 16, which form the friction surfaces, are.

Werden die Teile 14 und 16 mit ihren Reibflächen gegen die Rollen 13 gedrückt, so überträgt der Käfig 12 ein Drehmoment vgn der Welle i1 über- die -Rollen 13 auf die Reibflächen der Teile 14 und 16, welche mit der Welle 15 drehfest verbunden sind. Das von der Welle 11 auf die Welle 15 zu übertragende Mome4t wird also hier über derl Käfig geleitet.If the parts are pressed 14 and 16 with their friction surfaces against the rollers 1 3 so transmits the cage 12, a torque VGN the shaft i1 exceeds the castors 13 on the friction surfaces of the parts 14 and 16 which are rotationally fixedly connected to the shaft 15 . The torque to be transmitted from the shaft 11 to the shaft 15 is thus conducted here via the cage.

Die nt elen Bauformen nach den FF i g. 1 bis 6 übertragbaren Kräfte und Momente sind proportional 11 en axial wirkenden Anpreßkräften.The nt elen designs according to FF i g. 1 to 6 transferable forces and moments are proportional to 11 en axially acting contact pressure.

Die hier beschriebenen Ausführungsformen lassen sich auch mehrfach hintereinander nach Art von Lamellenkupplungen anordnen. Damit ergibt sich wie dort eine Vergrößerung der Drehmomente.The embodiments described here can also be used several times Arrange one behind the other like multi-plate clutches. So it turns out like there an increase in the torques.

Die beschriebene Reibungskupplung läßt sich auch zur Übertragung von Kräften in gerader Richtung verwenden.The friction clutch described can also be used to transmit Use forces in a straight line.

Sie stellt damit eine Drehkupplung mit unendlich großem Radius dar. Die notwendige gegenseitige Führung der Reibelemente kann mit an sich bekannten Mitteln erfolgen.It thus represents a rotary joint with an infinitely large radius. The necessary mutual guidance of the friction elements can be known per se Funds are made.

Die Reibungskupplung hat folgende Merkmale: Die aus einem Roll- und einem Gleitvorgang zusammengesetzte Bewegung der Rollen gegenüber den Reibflächen erzeugt eine Läppwirkung, die eine zunehmende Verbesserung der Oberflächen bewirkt und die Abnutzung wesentlich vermindert.The friction clutch has the following features: The one from a roll and Movement of the rollers with respect to the friction surfaces combined with a sliding process creates a lapping effect, which leads to an increasing improvement in the surfaces and the wear and tear is significantly reduced.

Bei Wahl z. B. ,gehärteter Stähle erlaubt diese zusammengesetzte Bewegung eine Belastung der Kupplung, die ein Vielfaches der bei Lamellenkupplungen möglichen Werte beträgt.When choosing z. B. Hardened steels allow this compound movement a load on the clutch that is a multiple of that possible with multi-plate clutches Values is.

Infolge der Drehung der Rollen sind alle Reibflächenelemente jeweils nur ganz kurzzeitig in Berührung mit einem Element der Gegenfläche. Dadurch ist die Kühlzeit eines Flächenelementes mehr als hundertmal so groß als die Erwärmungszeit beim Durchgang durch die Berührungszone. Die Reibflächen befinden sich also mehr als 99 p/o der Gesamtzeit im Kühlbereich. Es ist daher möglich, mittels einer an sich bekannten Kühleinrichtung, durch welche ein Kühlmittel zwischen den Rollen und den anderen Reibflächen durchgeführt wird, eine dauernde unmittelbare Kühlung der Reibflächen und damit eine sehr wirksame Abfuhr der Reibungswärme bei .geringem Temperaturgefälle zu erreichen. Infolge der Läppwirkung einerseits und der Möglichkeit der Wärmeabführung bei relativ geringer Erwärmung andererseits gestattet die Kupplung eine große Belastbarkeit in bezug auf Kupplungszeit und Drehmoment.As a result of the rotation of the rollers, all of the friction surface elements are respectively only very briefly in contact with an element of the opposing surface. This is the cooling time of a surface element is more than a hundred times longer than the heating time when passing through the contact zone. The friction surfaces are therefore more than 99 p / o of the total time in the refrigerator. It is therefore possible to use an known cooling device, through which a coolant between the rollers and the other friction surfaces is carried out, a permanent immediate cooling the friction surfaces and thus a very effective dissipation of the frictional heat To achieve temperature gradient. As a result of the lapping effect on the one hand and the possibility On the other hand, the coupling allows heat dissipation with relatively little heating a high load capacity in terms of coupling time and torque.

Infolge des Fehlens einer Flächenberührung ist eine ölfihnbildung wie bei anderen geschmierten Reibungskupplungen nicht möglich. Der übergang von relativer Drehung zum relativen Ruhestand geht daher stetig und stoßfrei vor sich. Die Reibungszahl ist weitgehend unabhängig von der Schmierung und dem Schmiermittel.As a result of the lack of surface contact, there is an oil film as with other lubricated friction clutches, this is not possible. The transition from relative rotation to relative retirement is therefore steady and smooth. The coefficient of friction is largely independent of the lubrication and lubricant.

Die Reibungskupplung ist auf Grund der genannten Eigenschaften verwendbar als schaltbare Kupplung in Triebwerken, Rutschkupplung für Überlast schntzvorrichtungen, Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen, Stoßdämpfer und Bremse, ferner als Prüfeinrichtung zur Bestimmung von Reibungszahlen.The friction clutch can be used due to the properties mentioned as a switchable clutch in engines, slip clutch for overload protection devices, Device for damping vibrations, shock absorbers and brakes, also as test equipment for determining coefficients of friction.

Claims

Claim: Safety clutch in both directions of rotation with a set of interposed discs, through a cage when rotating moment transfer held in their position Roles, characterized that the rollers (2) are arranged set in a known manner to the to connect the two clutch disks (3, 4; 6, 7) in a sliding and rolling manner. Into consideration Drawn pamphlets: German Patent Nos. 364 254, 496 495, 660 546, 680 768, 834 481, 873 023; French Patent Nos. 580 699, 861526; U.S. Patent No. 2 391350.