DD202063A5 - Freilaufkupplung - Google Patents

Abstract

Die Freilaufkupplung ist zur Verwendung als Antrieb fuer Kraftwagen- und Traktorenstarter zum Anwerfen von Verbrennungsmotoren bestimmt. Ziel der Erfindung ist die Erhoehung der Belastungsfaehigkeit und Zuverlaessigkeit der Freilaufkupplung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Freilaufkupplung zu schaffen, bei der eine Erhoehung der Belastungsfaehigkeit ohne Vergroesserung der Hauptmasse gewaehrleistet ist. Die erfindungsgemaesse Freilaufkupplung enthaelt einen Aussenring, einen Doppelexzenter und Exzenterbuechsen. Der Doppelexzenter ist im mittleren Teil mit Nocken ausgefuehrt, die das gleiche Profil und die gleiche Exzentrizitaet wie die Exzenterscheiben aufweisen, und steht in Wechselwirkung mit der Innenflaeche der Exzenterbuechsen mit den aeusseren Radialansaetzen, mit welchen ihrerseits die zylindrische Innenflaeche des Aussenrings in Wechselwirkung steht.

Description

Berlin, den 21.9.1981

AP F 16 D/231 572/8 59 469/27

Freilaufkupplung Anwendungsgebiet der

Die Erfindung betrifft eine Freilaufkupplung zur Obertragung der Bewegung in einer Richtung. Die Erfindung kann am wirksamsten als Antrieb für Kraftwagen- und Traktorenstarter zum Anwerfen von Verbrennungsmotoren und Gasturbinen verwendet werden, sowie in Antrieben von Werkzeugmaschinen und in Impulsgetrieben.

Charakteristik der bekannten technischen,Lösungen

Gegenwärtig besteht in der Maschinenbauindustrie das Problem der Gewährleistung eines zuverlässigen Anwerfens des Verbrennungsmotors zu jeder Oahreszeit, das durch die unzureichende Zuverlässigkeit und Lebensdauer der bestehenden Starterantriebe, und insbesondere der Freilaufkupplungen, die eines der Hauptelemente dieser Antriebe darstellen, bedingt ist.

Bekannt ist eine Freilaufkupplung nach DE-PS 907228, veröffentlicht im Oahre 1952 und enthaltend einen Außenring mit innenseitiger zylindrischer Oberfläche, einen Doppelexzenter, dessen Exzenterscheiben um 180° gegeneinander verdreht sind, und Klemmelemente, die in Form von Segmenten ausgebildet sind, die auf Wälzlagern gelagert und durch Federn an die Oberfläche des Rings gedruckt sind«

23167 2 8-

.21.9.1981

AP F 15 D/231 672/8 59 469/27

In dieser Freilaufkupplung stehen die .Klemmelemente ständig mit der Außenringoberfläche in Berührung, wodurch sie während des Freilaufs verschleißen und somit die Freilaufgeschwindigkeit begrenzen. Außerdem vermindert die Anordnung der Klemmelemente auf Wälzlagern die Belastungsfähigkeit des Mechanismus«

Bei der Berührung des Klemmelements mit der zylindrischen Innenfläche des Außenrings hängt der Gleitreibungskoeffizient zwischen ihnen von der Art der in Berührung stehenden Werkstoffe und den Schmierverhältnissen ab. Der Gleitreibungskoeffizient ist dabei relativ hoch, wodurch die Erzielung einer genügenden Zuverlässigkeit verhindert wird»

Ebenfalls bekannt ist eine Freilaufkupplung gemäß SU-US 339696, veröffentlicht im Oahre 1972, die in ihrem technischen Wesen der erfindungsgemäßen Kupplung am nächsten steht und von der die Erfindung ausgeht. Diese Freilaufkupplung enthält einen Doppelexzenter und einen Außenring mit zylindrischer Innenfläche, die mit zwischen ihnen angeordneten Klemmelementen in Wechselwirkung stehen, welche als Exzenterbüchsen ausgebildet und mittels eines Feststellers derart zusammengekoppelt sind, daß sie sich in einer Richtung verstellen können.

In dieser Freilaufkupplung wird gegenüber der Freilaufkupplung gemäß der DE-PS 907228_#eine berührungsfreie Bewegung der Klemmelemente bezüglich der Außenringoberfläche gewährleistet, wodurch es möglich wird, die besagten Klemmelemente bei hohen relativen Oberholgeschwindigkeiten mit geringen Reibungsverlusten zu verwenden und den Verschleiß der Arbeitsoberflächen während des Freilaufs zu vermeiden.

21.9,1981

AP F 16 D/231 672/3 - 3 - 59 469/27

In dieser Freilaufkupplung sind die Klemmexzenterbüchsen in Achsenrichtung gegeneinander verschoben, wodurch ein zusätzliches Biegemoment durch die Radialkräfte erzeugt und hierdurch die Belastungsfähigkeit der Kupplung begrenzt wird, welche nur durch Vergrößerung der Hauptmaße der Kupplung erhöht werden kann.

Außerdem hängt, bei der Berührung der Klemmbüchsen mit der zylindrischen Innenfläche des Außenrings der Gleitreibungskoeffizient zwischen ihnen von der Beschaffenheit der in Berührung stehenden Werkstoffe und den Schmierverhältnissen ab, wodurch er einen relativ hohen Wert aufweist und hierdurch die Erzielung einer genügenden Zuverlässigkeit verhindert wird,

ZJeI₁ der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhöhung der Belastungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Freilaufkupplung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Freilaufkupplung zu schaffen, die dank der Vervollkommnung des Doppelexzenters und des mit ihm in Wechselwirkung stehenden Klemmelements eine Erhöhung der Belastungsfähigkeit ohne Vergrößerung der Hauptmaße gewährleistet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei der Freilaufkupplung, enthaltend einen Außenring ipit zylindrischer Innenfläche, einen Doppelexzenter, Exzenterbüchsen mit Radialansätzen auf der Außenfläche, deren Oberflächen einen

21.9.1981

1 K 7 O Q ^{APF16 D/231 672/S}

I U / Z Q-4- 59 459/27

Teil einer zylindrischen Oberfläche darstellen, deren Achse mit der Drehachse des Mechanismus zusammenfällt, die zwischen dem Außenring und dem Doppelexzenter angeordnet und mit Bewegungsmöglichkeit nur in einer Richtung durch einen Feststeller zusammengekoppelt sind, erfindungsgemäß der Doppelexzenter im mittleren Teil mit Nocken zwischen seinen Exzenterscheiben ausgeführt ist, die das gleiche Profil und die gleiche Exzentrizität wie die Exzenterscheiben aufweisen, und mit der Innenfläche der Exzenirerbüchsen mit den äußeren Radialansätzen in Wechselwirkung steht, mit welchen ihrerseits die zylindrische Innenfläche des Außenrings in Wechselwirkung steht*

Die Ausführung des Doppelexzenters im mittleren Teil mit Nocken," die das gleiche Profil und die gleiche Exzentrizität wie die Exzenterscheiben aufweisen, und mit der Innenfläche der Exzenterbüchsen mit den äußeren Radialansätzen in Wechselwirkung stehen, mit welchen ihrerseits die zylindrische Innenfläche des Außenrings in Wechselwirkung steht, gewährleistet eine Vergrößerung der Breite der Arbeitsflächen-, wodurch eine Erhöhung der Belastungsfähigkeit der Kupplung ohne Vergrößerung der Hauptmaße erfolgt.

Es ist zweckmäßig, die besagten Exzenterbüchsen mit den Radialansätzen in der Freilaufkupplung mit Ausschnitten über die Breite im nicht arbeitenden Teil auszuführen, da in diesem Falle die Arbeitsfläche dieser Büchsen bei gleichbleibenden Axialmaßen der Freilaufkupplung größer wird,

Es ist zweckmäßig, die Länge der besagtenjRadialansätze in der Freilaufkupplung auf dem Kreisumfang der Exzenterbüchsen gleich 0,1 - 0,5 des Radius der zylindrischen Innen-

21.9.1981

AP F 15 D/231 672/8 - 5 - 59 469/27

fläche des Außenrings auszuführen, den Winkel zwischen den Tangenten zum Anfang der Arbeitsflächen der Radialansätze derart auszubilden, daß er im Bereich 20 - 70° liegt, den Radius der Radialansätze um einen Betrag größer als der Radius der zylindrischen Innenfläche des Außenrings auszuführen,, der den Spielpassungstoleranzen entspricht, und hierbei den Mittelpunkt des Radius der Radialansätze gegenüber dem Mittelpunkt des Kreises der zylindrischen Innenfläche des Außenrings zu versetzen.

Eine derartige Ausführung der Radialansätze ermöglicht die Erzielung eines Keilschlusses an der Berührungsstelle der Radialansätze der Exzenterbüchsen mit der Außenringoberfläche, der den Reibungskoeffizient und eine Michtberührung zwischen den Klemmelementen und der Außenringoberfläche während des Freilaufs sicherstellt, wodurch die Betriebszuverlässigkeit der Freilaufkupplung gewährleistet wird.

Es ist ebenfalls zweckmäßig, in der Freilaufkupplung die Arbeitsflächen der besagten Radialansätze der Exzenterbüchsen mit einem überzug aus Hartmetallreibstoff zu verkleiden.

Die Verkleidung der Arbeitsflächen der Radialansätze mit einem Reibstoff gewährleistet eine zusätzliche Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit der=Freilauf kupplung.

Ausführungsbeispie1

Die Erfindung soll nachstehend an einem AusfUhrungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen;

316

21.9.19Sl

AP F 16 D/231 572/8 - 6 - 59 469/27

Fig_a. 1: eine Gesamtansicht öer erfindungsgemäßen Freilaufkupplung im Schnitt;

Fig, 2: einen Schnitt nach der Linie II-Il von Fig. 1; Fig, 3: einen Schnitt nach der Linie III-III von Fig. 2;

Fig« 4: ein geometrisches Schema der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung»

Die Freilaufkupplung enthält einen Doppelexzenter 1 (Fig. 1 , 2), der mit Nocken 2 und 3 in seinem mittleren Teil ausgeführt ist, wobei der Nocken 2 das gleiche Profil und die gleiche Exzentrizität wie die Exzenterscheibe 4 und der Nocken 3 dasselbe Profil und dieselbe Exzentrizität wie die Exzenterscheibe 5 aufweist. Weiterhin sind auf dem Doppelexzenter 1 lose sitzende Exzenterbüchsen 6 und 7 angeordnet,, die mit äußeren Radialansätzen 8 und 9 auf der Exzenterbuchse 6 und mit äußeren Radialansätzen IO und 11 auf der Exzenterbuchse 7 ausgeführt sind und mittels eines Feststellers 12 mit der Bewegungsmöglichkeit nur in einer Richtung zusammengekoppelt werden, wobei das eine Ende des Feststellers 12 in einer Bohrung in der Exzenterbüchse 6 eingepreßt ist und das zweite Ende in eine Radialnut 13 in der Exzenterbuchse 7 und in dem Außenring 14 mit der zylindrischen Innenfläche 15 eingreift, in welchem die Exzenterbüchsen 6 und 7 mitsamt dem Doppelexzenter 1 gelagert sind.

Die Exzenterbuchse 6 ist mit einem über die Breite ausgebildeten Ausschnitt 16 (Fig. 2) im nicht arbeitenden Teil ausgeführt; einen gleichen Ausschnitt 17 weist auch die

21,9.1981

AP F 16 D/231 572/8 - 7 - 59 459/27

Exzenterbüchse 7 auf. wodurch gewährleistet wird, daS beim Zusammenbauen der Exzenterbüchsen 6; 7 in Achsenrichtung die Arbeitsfläche 18 der Exzenterbüchse 6 im nicht arbeitenden Teil, d. h* im Ausschnitt 17 der Exzenterbuchse 7 zu liegen kommt, und die Arbeitsfläche 19 (Fig« I) der Exzenterbüchse 7- im Ausschnitt 16 (Fig. 2) der Exzenterbuchse 5.

Eine solche Vergrößerung der Breite der Arbeitsflächen 18 und 19 der Exzenterbüchsen 6 und 7 infolge der Ausschnitte 16 und 17 in den nicht arbeitenden Teilen der Exzenterbüchsen 6 und 7 ermöglicht bei gleichbleibenden Hauptmaßen des Exzentermechanismus in Achsenrichtung die Steigerung seiner Belastbarkeit mehr als um das Zweifache und die Herabsetzung des durch Radialkräfte bedingten Siegemoments.

Während des Klemmens und der Übertragung der Belastung steht die Exzenterbuchse 6 auf ihrer Arbeitsfläche 18 in Wechselwirkung mit der Arbeitsfläche 20 der Exzenterscheibe 4 und der Arbeitsfläche des Nockens 2 - die Exzenterbuchse 7 steht auf ihrer Arbeitsfläche 19 in Wechselwirkung mit der Arbeitsfläche 21 der Exzenterscheibe 5 und der Arbeitsfläche des Nockens 3,

Während der Freilaufperiode der Kupplung wird die Exzenterbuchse 6 durch ihre nicht arbeitende Oberfläche 22 (Fig* I) auf der Oberfläche der Exzenterscheibe 4 gegen Radialverschiebung gesichert, dasselbe betrifft auch die Exzenterbuchse 7, welche auf ihrer nicht arbeitenden Oberfläche mit der Exzenterscheibe 5 in Wechselwirkung steht, wobei die Exzenterbüchsen 6 und 7 sich konzentrisch mit der

21.9.1981

AP F 16 D 231 672/8

231572 8 -⁸ - ^{59 469/27}

zylindrischen Innenfläche 15 de*s Außenrings 14 dadurch einstellen, daß sie durch den Feststeller 12, der am Boden der Radialnut 13 in der Exzenterbuchse 7 anschlägt, auf den Exzenterscheiben 4 und 5 gesichert werden,

Während dieser Periode kommt zwischen der zylindrischen Innenfläche 15 des Außenrings 14 und den Radialansätzen 8 und 9 (Fig. 2; 3) der Exzenterbuchse 6 sowie den Radialansätzen IO und 11 der Exzenterbuchse 7 ein Radialspielraum zustande, dessen kleinste Größe im Bereich der Laufsitztoleranzen gewählt und an den Enden der Radialansätze 8; 9; 10 und 11 gemessen wird.

Die Ausführung der Exzenterbüchsen 6 und 7 mit äußeren Radialansätzen 8; 9; 10 und 11 mit einer Bogenlänge gleich 0,4 des Radius der zylindrischen Innenfläche 15 des Außenrings 14 und mit einem Radius der Radialansätze, der um 0,05 mm größer ist als der Radius der zylindrischen Innenfläche 15 des Außenrings 14, die bezüglich des Mittelpunkts des Außenrings 14 um 0,25 mm versetzt und unter einem Winkel von 60 ° angeordnet sind, der durch die Tangenten zum Anfang der Radialansätze 8; 9; 10 und 11 auf den Exzenterbüchsen 6 und 7 festgelegt wird, gestattet es, an der Berührungsstelle der Radialansätze 8; 9; 10 und 11 der Exzenterbüchsen 6 und 7 mit der zylindrischen Innenfläche 15 des Außenrings 14 während der Kleramperiode einen Keilschluß auf Kosten eines vollständigen Kontakts und der Möglichkeit einer Radialbewegung der Ansätze 8; 9; 10 und 11 auf der zylindrischen Innenfläche 15 des Außenrings 14 unter Belastung zu'erzielen, wodurch es möglich wird, auf diesen Arbeitsflächen der Radialansätze 8; 9; 10 und 11 und der Innenfläche 15 einen bezogenen Gleitreibungs-

21.9.1981

AP F 16 D/231 672/8 - 9 - 59 469/27

koeffizient zu realisieren, dessen Wert wie für Keilverbindungen ermittelt werden kann

^f2

f = (Fig. 4)

^np sin ß_o

worin fp Gleitreibungskoeffizient an den zusammenstoßenden zylindrischen Oberflächen,

f bezogener Reibungskoeffizient an den zylindrischen Oberflächen

ß Winkel, der den Anfang des Radialansatzes bezüglich der Symmetrieachse des Mechanismus festlegt, bedeuten·

Der bezogene Reibungskoeffizient f ist um das Zweifache

np

und mehr größer als der Gleit reibungskoeffizient f^, der an den Arbeitsflächen 18; 20; 19; 21 (Fig. 1, 2) bei der Berührung zwischen den Exzenterscheiben 4; 5 der Nocken 2; 3 und den Exzerferbüchsen 6 und 7 wirksam wird.

Die konstruktive Lösung der Exzenterbüchsen 6 und 7 mit Radialansätzen 9; 10; 11 und 12 gestattet es, einen Keilschluß an den Berührungsstellen dieser Ansätze mit der zylindrischen Innenfläche 15 des Außenrings 14 zu erzielen, wodurch gewährleistet wird, daß an den besagten Oberflächen der bezogene Reibungskoeffizient auch ohne Ausführen von Keilnuten in der Innenfläche 15 des Außenrings 14 und von Keilen auf der Außenfläche der Klemmelemente wirksam wird, d, h.?der Keilschlußeffekt wird auf einfachere und technologisch günstigere Art und Weise erzielt und bietet die Möglichkeit, diese Mechanismen mit größeren Verkeilungswinkeln oi. (Fig» 4) auszulegen, bei

21.9,1981

AP F 15 D/231 672/8 - 10 - 59 469/27

welchen die Lösung der Verkeilung ohne Anlegen eines äußeren Moments erfolgt,

Die Größe des grenzzulässigen Verkeilungswinkels eä» ergibt sich zu

tg

f₂ K - f^ sin ß_Q

sin

worin R₁ das Verhältnis des Radius der zylindrischen •^ Innenfläche 15 des Außenrings 14 zum Radiusvektor des Exzenters und

f. der Gleit reibungskoeffizient an den Berührungsstellen der Arbeitsflächen 18; 20; 19 und 21 bedeuten«,

Der Verkeilungswinkel #C (Fig, 4) ist für die einzelnen Abschnitte der Exzenterbüchsen eine veränderliche Größe, weist aber einen maximalen Wert beim senkrechten Verlauf des Radius des Doppelexzenters 1 (Fig. 1) zur Achse des Exzentermechanismus auf,; die durch die Mittelpunkte des Doppelexzenters 1 und des Außenrings 14 führt.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit des Exzenterraechanismus sind die Arbeitsflächen der Radialansätze 8; 9; 10 und der Exzenterbüchsen 6; 7 mit einem überzug 24 aus einem Hartmetall-Reibstoff verkleidet.

Die Freilaufkupplung funktioniert wie folgt. Bei einer Drehung des treibenden Doppelexzenters 1 gegen den Uhr-

231672

21.9.1981

AP F 16 D/231 672/8 - 11 - 59 469/27

zeigersinn bezüglich des Außenrings 14 mit einer geringen Winkelbeschleunigung verstellen sich die Exzenterbüchsen 6 und 7 unter Einwirkung des Moments der auf diese Büchsen einwirkenden Trägheitskräfte in radialer Richtung so lange, bis das Radialspiel zwischen der zylindrischen Innenfläche 15 des Außenrings 14 und den Radialansätzen 8; 9; 10; 11 der Exzenterbüchsen 6; 7 aufgehoben ist und an diesen Berührungsflächen Reibungskräfte zu wirken beginnen, wodurch das Einklemmen der Exzenterbüchsen 6; 7 zwischen den Exzenterscheiben 4; 5, den Nocken 2; 3 und dem Außenring und hierdurch das Obertragen des Drehmoments gewährleistet wird·

Beim Anstieg der Drehgeschwindigkeit des Außenrings 14 wird die Verklemmung des Mechanismus gelöst, und die Exzenterbüchsen 6 und 7 drehen sich auf den Exzenterscheiben 4 und 5 so weit, daß der Feststeller 12 in der Radialnut 13 der Exzenterbuchse 7 sich bis zum Anschlag verstellt, wobei zwischen der zylindrischen Innenfläche 15 des Außenrings 14 und den RabÜalansätzen 8; 9; 10; 11 ein Radialspiel gebildet wird, daß die berührungsfreie Bewegung des Mechanismus während der Freilaufperiode gewährleistet.

Während der Freilaufperiode werden die Exzenterbüchsen 6 und 7 dadurch konzentrisch zur zylindrischen Innenfläche 15 des Außenrings 14 gehalten, daß sie von den an ihnen wirksamen Fliehkräften derart auf die Exzenterscheiben 4 und 5 gedruckt werden, daß der Feststeller 12 in der Radialnut 13 bis zum Anschlag nach unten geht.

Claims (4)

21.9.1981 AP F 16 D/231 672/8 231672 Ο"12" 59 469/27 Erf induncj sa nspj~uch

1. Freilaufkupplung, enthaltend einen Außenring mit zylindrischer Innenfläche, einen Doppelexzenter, Exzenterbüchsen mit Radialansätzen auf der Außenfläche, deren Oberflächen einen Teil einer zylindrischen Oberfläche darstellen, deren Achse mit der Drehachse des Mechanismus zusammenfällt, die zwischen dem Außenring und dem Doppelexzenter angeordnet und mit der Bewegungsmöglichkeit nur in einer Richtung mittels eines Feststellers zusammengekoppelt sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Doppelexzenter (1) im mittleren Teil mit Nocken (2; 3) ausgeführt ist, die das gleiche Profil und die gleiche Exzentrizität wie die Exzenterscheiben (4; 5) aufweisen, und mit der Innenfläche der Exzenterbüchsen (5; 7) mit den äußeren Radialansätzen (8; 9; 10; 11) in Wechselwirkung steht, mit welchen ihrerseits die zylindrische Innenfläche (15) des Außenrings (14) in Wechselwirkung steht*

2» Freilaufkupplung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Exzenterbüchsen (6; 7) mit den Radialansätzen (8; 9; 10; 11) mit Ausschnitten (16; 17) über die Breite im nicht arbeitenden Teil'ausgeführt sind»

3, Freilaufkupplung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch.,, daß die Länge der Radialansätze (8; 9; 10; 11) auf dem Kreisumfang der Exzenterbüchsen (S; 7) 0,1 - 0,5 des Radius der zylindrischen Innenfläche (15) des Außenrings (14) gleich ist, aer Winkel zwischen den Tangenten zum Anfang der Arbeitsflächen.der Radialansätze (8; 9; 10; 11) eine Größe von 20 bis 70° aufweist

21.9,1981 AP F 16 D/231 672/8 31 6 7 2 8- 13 - 59 469/27

und der Radius der Radialansätze (8; 9; 10; 11) größer ist als der Radius der zylindrischen Innenfläche (15) des Außenrings (14) um einen Betrag, der den Haftsitztoleranzen entspricht, wobei der Mittelpunkt des Radius der Radialansätze (8; 9; 10; 11) bezüglich des Mittelpunkts des Radius der zylindrischen Innenfläche (15) des Außenrings (14) versetzt ist.

4* Freilaufkupplung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch/ daß die Arbeitsflächen der Radialansätze (8; 9; 10; 11) der Exzenterbüchsen (S; 7) mit einem Oberzug (24) aus Hartmetall-Reibwerkstoff verkleidet sind»

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen