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Dokumentenidentifikation DE10025720C2 29.05.2002
Titel Antriebsanordnung mit Freilaufkupplung
Anmelder GKN Walterscheid GmbH, 53797 Lohmar, DE;
GKN Walterscheid Getriebe GmbH, 02681 Kirschau, DE
Erfinder Eidam, Manfred, Dipl.-Ing., 02681 Wilthen, DE;
Rauschenbach, Stefan, 02681 Crostau, DE
Vertreter Harwardt Neumann Patent- und Rechtsanwälte, 53721 Siegburg
DE-Anmeldedatum 25.05.2000
DE-Aktenzeichen 10025720
Offenlegungstag 13.12.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 29.05.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.05.2002
IPC-Hauptklasse F16D 47/04
IPC-Nebenklasse F16D 41/12   F16D 7/02   F16D 67/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung mit einer Freilaufkupplung, die eine Kupplungshülse, eine in der Kupplungshülse drehbar um eine Drehachse gelagerte Kupplungsnabe sowie Mittel umfaßt, die bei Antrieb der Kupplungsnabe in einer Antriebsdrehrichtung eine Drehmitnahme der Kupplungshülse in Antriebsdrehrichtung bewirken und eine schnellere Rotation der Kupplungshülse in Antriebsdrehrichtung als der Kupplungsnabe ohne Drehmitnahme zulassen, umfaßt.

Freilaufkupplungen sind in den verschiedensten Konstruktionsvarianten bekannt. In vielen Antriebssystemen werden Freilaufkupplungen als Überholkupplungen eingesetzt, um den Antrieb vor nachlaufenden Massen zu schützen. Je nach Größe der rotierenden Massen und den Reibwiderständen im System entstehen unterschiedliche Nachlaufzeiten für die rotierenden Elemente. Insbesondere bei landwirtschaftlichen Maschinen ist es von Bedeutung, die Nachlaufzeit der rotierenden Massen und Arbeitswerkzeuge so zu begrenzen, daß die Bedienperson ungefährdet Arbeiten an der Landmaschine vornehmen kann, z. B. Fremdkörper entfernen kann. Es ist auch bekannt, für eine Reduzierung der Nachlaufzeiten separate elektrische, hydraulische oder mechanische Bremsen vorzusehen. Dies ist aufwändig, d. h. erfordert hohe Kosten und separate Steuerungselemente.

Die DE 298 17 476 U1 zeigt eine Antriebsanordnung mit einer Freilaufkupplung, welche eine Kupplungshülse und eine Kupplungsnabe aufweist. Die Kupplungsnabe ist drehfest mit einer Antriebswelle eines Antriebsmotors verbunden. Koaxial zu einer Drehachse der Antriebswelle weist die Kupplungshülse einen Antriebszapfen auf, der drehfest mit einer Welle eines Getriebes verbunden ist. Mit der Antriebswelle ist ferner eine Druckscheibe drehfest verbunden, gegen die sich eine koaxial zur Drehachse angeordnete Reibscheibe abstützt. Die Kupplungshülse ist wiederum mit einer Stirnfläche gegen die Reibscheibe axial abgestützt. Zum Aufbringen eines Reibmoments ist die Kupplungshülse von einer Druckfeder in Richtung zur Reibscheibe beaufschlagt, wobei die Druckfeder gegen den Antriebszapfen und ein Widerlager im Getriebe abgestützt ist. Somit wird erreicht, dass in einer Drehrichtung Drehmomente vom Antriebsmotor zum Getriebe über die Freilaufkupplung und in der anderen Drehrichtung über die Druckscheibe und die Reibscheibe übertragen werden. Diese Antriebsordnung weist jedoch eine große axiale Baulänge auf und umfasst eine Vielzahl von Bauteilen, was zu einem hohen Montageaufwand führt. Zudem ist das maximal erreichbare Reibmoment stark eingeschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung zu schaffen, welche kostengünstig die Möglichkeit bietet, die Nachlaufzeiten der rotierenden Massen und Arbeitswerkzeuge zu reduzieren, die Anzahl der Bauteile und damit den Montageaufwand zu reduzieren und höhere Reibmomente zur Verfügung zu stellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Antriebsanordnung umfassend eine Freilaufkupplung mit einer Kupplungshülse, mit einer in der Kupplungshülse um eine Drehachse drehbar gelagerten Kupplungsnabe sowie mit Mitteln, die bei Antrieb der Kupplungsnabe in einer Antriebsdrehrichtung eine Mitnahme der Kupplungshülse in Antriebsdrehrichtung bewirken und eine schnellere Rotation der Kupplungshülse in Antriebsdrehrichtung als der Kupplungsnabe ohne Drehmitnahme zulassen, wobei die Kupplungshülse eine erste Stirnfläche und eine zweite Stirnfläche aufweist, und zwei Tellerfedern, welche jeweils gegen eine der beiden Stirnflächen mit Vorspannung über eine Reibfläche abstützt sind, und welche mit der Kupplungsnabe über parallel zur Drehachse verlaufende und der Kupplungsnabe zugeordnete Ansätze oder Stifte sowie den Tellerfedern zugeordnete Ausnehmungen, in die die Ansätze oder Stifte eingreifen, verbunden sind, vorgesehen.

Von Vorteil bei dieser Antriebsanordnung ist, dass Bauteile der Freilaufkupplung genutzt werden können, um Nachlaufzeiten herabzumindern, d. h. es kann auf einfache Weise eine Freilaufkupplung, die als Überholkupplung eingesetzt wird, gleichzeitig eine Bremsfunktion aufweisen. Durch die Vereinigung beider Funktionen in ein Bauteil wird der zur Verfügung zu stellende Bauraum minimiert, d. h. es wird eine entsprechend kompakte Bauweise erzielt. Darüber hinaus werden auch die Kosten deutlich verringert, da Bauteile der Freilaufkupplung zur Übernahme der Funktion als Bremse genutzt werden können. Um zu erreichen, dass die Tellerfedern vorgespannt werden können und trotzdem ein drehfester Anschluss an die Kupplungsnabe möglich ist, sind die Tellerfedern mit der Kupplungsnabe über parallel zur Drehachse verlaufende und der Kupplungsnabe zugeordnete Ansätze oder Stifte sowie den Tellerfedern zugeordnete Ausnehmungen, in die die Ansätze oder Stifte eingreifen, verbunden.

Um die Reibwirkung zu erhöhen, sind die Reibflächen der Tellerfedern und/oder die zugehörigen Stirnflächen der Kupplungshülse mit reibwerterhöhenden Mitteln versehen. Hierzu kommen eine Reibbeschichtung oder ein Reibbelag in Frage. Als Reibbelag ist beispielsweise ein Karbonpapier vorgeschlagen. Dieses ist vorzugsweise der Reibfläche der Tellerfeder zugeordnet, da das Aufbringen unterhalb der Anlasstemperatur des Werkstoffes, aus dem die Tellerfeder hergestellt ist, erfolgen kann. Es können somit fertig bearbeitete Tellerfedern belegt werden.

Um die Axialverstellung des kleinen Durchmessers der Tellerfeder zum Vorspannen beim Einbau ohne Einfluss auf die Verbindung zur Kupplungsnabe werden zu lassen, ist gesehen, dass die Stifte in Bohrungen der Kupplungsnabe verstellbar einsitzen. Des weiteren ist vorgesehen, die Vorspannung der Tellerfeder einstellbar zu gestalten, um eine Nachjustierung vornehmen zu können.

Vorzugsweise ist eine Freilaufkupplung vorgesehen, die Sperrklinken als Mittel zur Drehmitnahme zwischen Kupplungshülse und Kupplungsnabe aufweist. Solche Freilaufkupplungen sind einfach im Aufbau und gewährleisten ein sicheres Einschalten, d. h. Überführen in die Drehmomentübertragungsposition. Dabei ist von Vorteil, dass die Tellerfedern aufgrund der Reibanordnung dafür sorgen, dass das Einschaltverhalten der Freilaufkupplung verbessert wird, indem dieses sanfter gestaltet wird.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplungshülse ein Zahnrad trägt und die Kupplungsnabe mit einer Getriebewelle verbunden ist und beide Bestandteil eines Getriebes sind. Somit kann der Reibbelag bzw. Reibfläche auch für den Nasslauf ausgeführt werden. Die beim Abbremsen der nachlaufenden Massen entstehende Reiberwärmung kann über die im Getriebegehäuse vorhandene Ölfüllung leicht abgeführt werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anhand derselben näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung in Zuordnung zu einer Getriebewelle eines Getriebes,

Fig. 2 einen Schnitt II-II gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht einer Tellerfeder als Einzelteil im vergrößerten Maßstab zu Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht zu Fig. 3 im Schnitt und

Fig. 5 einen Abschnitt eines Getriebes, in welches die erfindungsgemäße Antriebsanordnung integriert ist.

Nachfolgend werden zunächst die Fig. 1 und 2 zusammen beschrieben.

Mit der Kupplungshülse 1 ist ein stirnverzahntes Zahnrad 2 einstückig verbunden. Die Kupplungshülse 1 ist um die Drehachse 3 drehbar. Sie besitzt eine auf der Drehachse 3 zentrierte Lagerbohrung 4, in der umfangsverteilt Stützausnehmungen 5 mit sich parallel zur Drehachse 3 erstreckenden Stützflächen 7 befinden. Es sind insgesamt sechzehn solcher Stützausnehmungen 5 vorgesehen. Diese sind gleichmäßig auf dem Umfang der Lagerbohrung 4 verteilt angeordnet. Des weiteren sind zwei Schmierbohrungen 6 erkennbar, die vom Außenumfang der Kupplungshülse 1 ausgehen und in der Lagerbohrung 4 enden. Die Kupplungshülse 1 besitzt die erste Stirnfläche 8 und die zweite Stirnfläche 9, auf denen die Drehachse 3 senkrecht steht.

In der Lagerbohrung 4 der Kupplungshülse 1 ist eine Kupplungsnabe 10 mit ihrer zylindrischen Außenfläche 11 drehbar gelagert. Sie besitzt auf ihrem Umfang sechs verteilt angeordnete Ausnehmungen 13, die sich parallel zur Drehachse 3 erstrecken. In diesen sind Sperrklinken 14 um Achsen, die ebenfalls parallel zur Drehachse 3 verlaufen, schwenkbar gelagert, so daß sie von einer in die Ausnehmungen 13 zurückgezogenen Position in eine über die Außenfläche 11 vorstehende und in eine zugehörige Stützausnehmung 5 eingreifende Position mittels Federn 19 verschwenkt werden können. Die Federn 19 sind jeweils zwischen dem Grund einer Ausnehmung 13 und der zugehörigen Sperrklinke 14 wirksam. Im ausgeschwenkten Zustand tritt die Sperrklinke 14 mit einer Fläche in Kontakt zur Stützfläche 7. Die gegenüberliegende Fläche stützt sich an einer Wandung der Ausnehmung 13 ab. Es ist eine derartige Gestaltung getroffen, daß bei Antrieb der Kupplungsnabe 10 in Drehrichtung A eine Drehmitnahme der Kupplungshülse 1 im linksdrehenden Sinne erfolgt. Des weiteren besitzt die Kupplungsnabe 10 eine auf der Drehachse 3 zentrierte Bohrung 12, die verzahnt ist.

Ferner sind Stiftbohrungen 15 ausgehend von den Stirnflächen 8, 9 vorgesehen, die parallel zur Drehachse 3 verlaufen und zur Aufnahme von Stiften 16 dienen, die über die Nabenstirnflächen 17, 18 vorstehen. Die Kupplungshülse 1 mit dem Zahnrad 2, die Kupplungsnabe 10 und die Sperrklinken 14 bilden die Freilaufkupplung K, die als Überholkupplung gestaltet ist. Die Kupplungshülse 1 kann nämlich dann, wenn sie schneller in Antriebsdrehrichtung A rotiert als die Kupplungsnabe 10, beispielsweise bei abgestelltem Antrieb, die Kupplungsnabe 10 überholen, d. h. es erfolgt keine Drehmitnahme zwischen beiden. Die Kupplungsnabe 10 ist mit ihrer verzahnten Bohrung 12 auf einem verzahnten Sitzabschnitt 21 einer Getriebewelle 20 aufgenommen. Die Getriebewelle 20 weist ferner ein Ritzel 22 auf, das eine Schulter 23 bildet, gegen welche ein erster Stützring 24 abgestützt ist, an dem sich eine erste Tellerfeder 25 mit ihrem kleinen Durchmesser abstützt. Diese erste Tellerfeder 25 ist beispielsweise in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Sie weist an ihrem großen Durchmesser eine Reibfläche 26 auf, die einen Belag aus Karbonpapier zur Reibwerterhöhung besitzt. Des weiteren besitzt die erste Tellerfeder 25 eine Bohrung 27, von der radial verlaufende Ausnehmungen 28 ausgehen, in welche die aus der Nabenstirnfläche 18 vorstehenden Stifte 16 eingreifen, so daß die erste Tellerfeder 25 zur Kupplungsnabe 10 drehfest gehalten ist. Die erste Tellerfeder 25 stützt sich mit ihrer Reibfläche 26 an der ersten Stirnfläche 8 der Kupplungshülse 1 reibend ab. An der zweiten Stirnfläche 9 der Kupplungshülse 1 ist eine zweite Tellerfeder 29 abgestützt, die entsprechend der ersten Tellerfeder 25 ausgebildet ist und die durch die Stifte 16, die aus der Nabenstirnfläche 17 vorragen, drehfest gehalten ist, d. h. zur Kupplungsnabe 10 undrehbar ist. Sie stützt sich mit ihrer am großen Durchmesser vorhandenen Reibfläche 26 gegen die zweite Stirnfläche 9 der Kupplungshülse 1 ab. Die zweite Tellerfeder 29 liegt mit ihrem kleinen Durchmesser gegen einen zweiten Stützring 30 an, der vom Lagerinnenring 31 eines Kegelrollenlagers beaufschlagt wird. Der Lagerinnenring 31 wird von einer Druckscheibe 32 beaufschlagt, die von einer Schraube 33, die in eine Gewindebohrung der Getriebewelle 20 mehr oder minder tief einschraubbar ist, vorgespannt, so daß die erforderliche Reibkraft bzw. Vorspannung der Tellerfedern 25, 29 eingestellt werden kann.

Aus Fig. 5 ist die Zuordnung der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung zu einem Getriebe 34 erkennbar. Dieses weist ein Gehäuse 35 auf. Die aus den Fig. 1 und 2 ersichtliche Getriebewelle 20 ist in den Lagern 36, 37 im Getriebegehäuse 35 gelagert. Bestandteil des Lagers 37 ist der Lagerinnenring 31 gemäß Fig. 1. Zusätzlich ist auf der Getriebewelle 20 ein zweites Kegelrad 40 drehfest angebracht, das von einem ersten Kegelrad 39 angetrieben wird, das mit einem Antriebszapfen 38 verbunden ist, der aus dem Getriebegehäuse 35 des Getriebes 34 herausgeführt ist und zum Antrieb dient. Das Ritzel 22 kämmt mit einem Zahnrad 41. Das Zahnrad 2 kämmt mit einem nicht dargestellten Zahnrad. Beide dienen zum Antrieb voneinander unabhängig drehender Elemente eines Gerätes. Bezugszeichenliste 1 Kupplungshülse

2 Zahnrad

3 Drehachse

4 Lagerbohrung

5 Stützausnehmung

6 Schmierbohrung

7 Stützfläche

8 erste Stirnfläche

9 zweite Stirnfläche

10 Kupplungsnabe

11 Außenfläche

12 Bohrung

13 Ausnehmung

14 Sperrklinke

15 Stiftbohrung

16 Stift

17 Nabenstirnfläche

18 Nabenstirnfläche

19 Feder

20 Getriebewelle

21 verzahnter Sitzabschnitt

22 Ritzel

23 Schulter

24 erster Stützring

25 erste Tellerfeder

26 Reibfläche

27 Bohrung

28 Ausnehmung

29 zweite Tellerfeder

30 zweiter Stützring

31 Lagerinnenring

32 Druckscheibe

33 Schraube

34 Getriebe

35 Gehäuse

36 Lager

37 Lager

38 Antriebszapfen

39 erstes Kegelrad

40 zweites Kegelrad

41 Zahnrad

A Antriebsdrehrichtung

K Freilaufkupplung


Anspruch[de]
  1. 1. Antriebsanordnung umfassend

    eine Freilaufkupplung (K)

    mit einer Kupplungshülse (1), mit einer in der Kupplungshülse (1) um eine Drehachse (3) drehbar gelagerten Kupplungsnabe (10) sowie mit Mitteln (14), die bei Antrieb der Kupplungsnabe (1) in einer Antriebsdrehrichtung (A) eine Mitnahme der Kupplungshülse (1) in Antriebsdrehrichtung (A) bewirken und eine schnellere Rotation der Kupplungshülse (1) in Antriebsdrehrichtung (A) als der Kupplungsnabe (10) ohne Drehmitnahme zulassen, wobei die Kupplungshülse (1) eine erste Stirnfläche (8) und eine zweite Stirnfläche (9) aufweist, und

    zwei Tellerfedern (25, 29), welche jeweils gegen eine der beiden Stirnflächen (8, 9) mit Vorspannung über eine Reibfläche (26) abstützt sind, und

    welche mit der Kupplungsnabe (10) über parallel zur Drehachse (3) verlaufende und der Kupplungsnabe (10) zugeordnete Ansätze oder Stifte (16) sowie den Tellerfedern (25, 26) zugeordnete Ausnehmungen (28), in die die Ansätze oder Stifte (16) eingreifen, verbunden sind.
  2. 2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche (26) und/oder die zugehörige Stirnfläche (8, 9) mit reibwerterhöhenden Mitteln versehen ist.
  3. 3. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reibwerterhöhenden Mittel eine Reibbeschichtung oder einen Reibbelag umfassen.
  4. 4. Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag aus mit der Reibfläche (26) verbundenem Karbonpapier besteht.
  5. 5. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (16) in Bohrungen (14) der Kupplungsnabe (10) verstellbar einsitzen.
  6. 6. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der Tellerfeder (25, 29) einstellbar ist.
  7. 7. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufkupplung (K) Sperrklinken (14) als Mittel zur Drehmitnahme der Kupplungshülse (1) durch die Kupplungsnabe (10) aufweist.
  8. 8. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungshülse (1) ein Zahnrad (2) trägt und die Kupplungsnabe (10) mit einer Getriebewelle (20) verbunden ist und beide Bestandteil eines Getriebes sind.






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