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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Einweg-Kupplung, die Rollkörper als Eingriffselemente verwendet. Als Einweg-Kupplungen, bei denen Rollkörper als Eingriffselemente verwendet werden, sind die in der
japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung 47-43645 offenbarten bekannt. Bei diesen Einweg-Kupplungen sind, wie in den
16 und
17 gezeigt, zwischen einer inneren Umfangsfläche und einem äußeren Hohlelement (Außenelement)
61 und einer äußeren Umfangsfläche eines inneren Wellenelements (Innenelement)
62 Rollkörper
63 in einem so genannten voll besetzten Zustand aufgenommen, so dass sie ein inneres Wellenelement
62 umgeben und aneinander stoßen. Jeder Rollkörper
64 ist ausgebildet, in eine aus einer Vielzahl von geneigten Nockenflächen
64, die an der inneren Umfangsfläche des äußeren Hohlelements
61 ausgebildet sind, aufgrund des Keileffekts in einer Richtung einzugreifen. Wenn das äußere Hohlelement
61 sich im Uhrzeigersinn oder das innere Wellenelement sich gegen den Uhrzeigersinn dreht, greift jeder Rollkörper
63 in die jeweilige Nockenfläche
64 ein, so dass ein Drehmoment übertragen wird.
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Bei der in 16 dargestellten Einweg-Kupplung sind die Rollkörper 63 so aufgenommen, dass sie den gesamten Umfang des inneren Wellenelements 62 umgeben. Wenn sich das äußere Hohlelement 61 oder das innere Wellenelement 62 in der oben erwähnten Drehrichtung dreht, so gelangen die Rollkörper aufgrund der Reibkraft zwischen den Drehelementen und den Rollkörpern 63 mit den Nockenflächen 64 in Eingriff. Bei diesem Ausführungsbeispiel greifen sämtliche Rollkörper in die Nockenflächen 64, wenn eine Reibkraft auf einen der Rollkörper 63 wirkt, weil sämtliche Rollkörper miteinander im Eingriff stehen.
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Bei der in 17 dargestellten Einweg-Kupplung ist einer der Rollkörper 63, der in einem voll besetztem Zustand aufgenommen ist, durch einen Federrollkörper 65 ersetzt. Aufgrund seiner die elastische Verformung begleitenden Elastizität drückt der Federrollkörper 65 den benachbarten Rollkörper 63 derart, dass sämtliche Rollkörper aneinander anstoßen und mit den Nockenflächen 64 in Eingriff gelangen. Anstelle des Federrollkörpers 65 kann ein elastischer Rollkörper, wie beispielsweise ein Rollkörper aus Gummi, oder ein elastisches Element, wie beispielsweise eine Blattfeder, verwendet werden.
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Eine derartige voll besetzte Einweg-Kupplung zielt darauf ab, die Leistungsfähigkeit bei der Drehmomentübertragung zu erhöhen, indem die Anzahl der vorgesehenen Rollkörper erhöht wird, und darauf, eine kompakte Ausgestaltung zu ermöglichen, indem auf einen Käfig für die Rollkörper verzichtet werden kann.
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Diese herkömmlichen, voll besetzten Einweg-Kupplungen weisen die folgenden Probleme auf: Bei der in 16 dargestellten Einweg-Kupplung ist es aufgrund der instabilen Erzeugung der Reibkraft unmöglich, die Rollkörper zuverlässig in Eingriff mit den Nockenflächen zu bringen, so dass die Kupplung manchmal nicht funktioniert.
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Bei der Einweg-Kupplung der in 17 dargestellten Bauart kann sich andererseits zwischen zwei beliebigen aneinandergrenzenden Rollkörpern oder zwischen dem elastischen Element und dem benachbarten Rollkörper sich ein Zwischenraum bilden, da das zwischen den Rollkörpern, die in einem voll besetzten Zustand aufgenommen sind, angeordnete elastische Element, wie beispielsweise ein Federrollkörper, aufgrund elastischer Verformung manchmal übermäßig schrumpft. Dadurch ist es unmöglich, sofort und zuverlässig die Spannkraft des elastischen Elements an sämtliche Rollkörper zu übertragen. Dies kann zu einer Verringerung der Leistungsfähigkeit bei der Drehmomentübertragung oder zu einer Verzögerung beim An- und Ausschalten der Kupplung führen.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine voll besetzte Einweg-Kupplung bereit zu stellen, die ein überragendes Antwortverhalten aufweist, ohne die Leistungsfähigkeit bei der Übertragung des Drehmoments zu beeinträchtigen.
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Die
US 3,737,015 A beschreibt eine Feder-Einbau-Anordnung für eine Einweg-Kupplung. In dieser ist ein Federelement mit einem Paar Federtaschen in Eingriff mit einem äußeren Kupplungselement bringbar. Das Federelement bringt die Rollkörper in eine aneinanderstoßende Beziehung, erlaubt es allerdings nicht, den Raum zur Aufnahme der elastischen Elemente bzw. der Vorspannkraft zu erhöhen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gemäß dieser Erfindung ist eine Einweg-Kupplung vorgesehen, die ein Außenelement mit einer inneren Umfangsfläche, ein Innenelement mit einer äußeren Umfangsfläche, wobei die eine von innerer oder äußerer Umfangsfläche mit einer Vielzahl von geneigten Nockenflächen ausgebildet und die andere als zylindrische Fläche ausgebildet ist, Rollkörper als Eingriffselemente, die zwischen dem Außenelement und dem Innenelement an solchen Stellen angeordnet sind, dass sie den Nockenflächen gegenüber liegen, und ein elastisches Element zum Vorspannen der Rollkörper in eine derartige Richtung, dass sie mit den Nockenflächen in Eingriff gelangen, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollkörper durch Hilfsrollkörper mit einem kleineren Durchmesser als die Rollkörper in eine aneinander stoßende Beziehung gebracht werden, dass das elastische Element in Eingriff mit der einen von innerer Umfangsfläche des Außenelements oder äußerer Umfangsfläche des Innenelements gebracht wird, um die Vorspannkraft des elastischen Elements an alle Rollkörper über die aneinander stoßenden Rollkörper zu übertragen, und dass die Hilfsrollkörper an Positionen angeordnet sind, an denen elastische Elemente vorgesehen sind.
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Durch Anordnung der Hilfsrollkörper an Positionen, an denen die elastischen Elemente vorgesehen sind, ist es möglich, den Raum zur Aufnahme der elastischen Elemente und die Vorspannkraft auf die Rollkörper durch Verwendung größerer elastischer Elemente zu erhöhen.
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Durch den Eingriff des, die Rollkörper vorspannenden elastischen Elements mit der inneren Umfangsfläche des Außenelements oder der äußeren Umfangsfläche des Innenelements können sämtliche Rollkörper stets einen aneinander stoßenden Zustand direkt oder mittels Hilfsrollkörpern aufrecht erhalten, ohne dass elastische Elemente zwischen den Rollkörpern angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, die Vorspannkraft der elastischen Elemente an alle Rollkörper zuverlässig und sofort zu übertragen.
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Indem zumindest das eine von Innenelement und Außenelement aus einem gesinterten Metall oder durch Stanzen einer Stahlplatte hergestellt wird, ist es möglich, das Außenelement und das Innenelement mit niedrigen Kosten herzustellen.
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Wenn der Stanzvorgang ein Feinstanzvorgang auf die fertige Abmessung des Außenelements oder des Innenelements ist, so ist es möglich, auf eine Endbearbeitung, wie Schaben, zu verzichten und das Auftreten von Wärmespannungen während einer Wärmebehandlung zu verringern.
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Als elastische Elemente können Stahlfedern mit einer die Rollkörper vorspannenden Zunge verwendet werden.
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Durch einstückiges Ausbilden eines Drehmomentübertragungsmittels an der äußeren Umfangsfläche des Außenelements ist es möglich, die Anzahl der Bauelemente zu verringern und die Montagearbeiten an der Kupplung zu vereinfachen.
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Das Drehmomentübertragungsmittel kann Rippen ausbilden, die an der äußeren Umfangsfläche des Außenelements ausgeformt sind.
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Durch Ersetzen zumindest eines Rollkörpers durch ein Eingriffselement mit dem selben Außendurchmesser wie die Rollkörper, aber einer davon unterschiedlichen Form, ist es möglich, die Haltefähigkeit von Schmiermittel und Öl an den Nockenflächen und der zylindrischen Fläche zu verbessern und somit das Freilaufmoment der Einweg-Kupplung zu verringern.
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Als Eingriffselemente von unterschiedlicher Form können ein mit Nut versehener Rollkörper, der mit zumindest einer ringförmigen Rille an der zylindrischen Fläche des Rollkörpers versehen ist, oder ein kurzer Rollkörper, der kürzer als die Rollkörper ist, verwendet werden.
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Durch Ausbilden unabhängiger, kleiner Aussparungen in der Oberfläche der Rollkörper auf zufällige Weise, ist es möglich, einen ausreichenden Ölfilm an den Oberflächen der Rollkörper auszubilden, das Freilaufdrehmoment zu verringern und den Abrieb aufgrund einer Gleitbewegung beim Freilauf zu unterdrücken.
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Wenn die Oberfläche der mit diesen Aussparungen ausgebildeten Rollkörper eine solche mittlere Oberflächenrauigkeit aufweist, dass, bei einer Angabe in Abhängigkeit vom minimalen quadratischen Mittelwert RMS, das Verhältnis RMS (L)/RMS (C) der axialen mittleren Oberflächenrauigkeit RMS (L) der Rollkörper zur in Umfangsrichtung mittleren Oberflächenrauigkeit RMS (C) nicht mehr als 1,0 und der SK-Wert, der ein Parameter der Oberflächenrauigkeit ist, nicht mehr als –1,6 sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung der Rollkörper beträgt, kann sich leichter ein Ölfilm zum Gleiten der Rollkörper in Umfangsrichtung bilden. So ist es möglich, den Abrieb aufgrund des Gleitens im Freilauf zu verringern.
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Derartige Oberflächen können durch ein spezielles Kugeltrommelpolieren an den Rollkörpern ausgebildet werden. Der SK-Wert stellt ein Maß für die Ausgeglichenheit der Verteilung der Vorsprünge und Aussparungen mit Bezug auf eine Referenzfläche dar. Wenn sie symmetrisch bezüglich der Referenzfläche verteilt sind, beträgt der SK-Wert 0. Je größer das Verhältnis von Aussparungen zu Vorsprüngen ist, desto größer ist der negative Wert. Somit ist es durch Festsetzen des SK-Werts auf –1,6 oder weniger möglich, ausreichend ölhaltende Aussparungen vorzusehen.
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Durch Bilden zumindest einer sich in axialer Richtung erstreckenden Rille in der inneren Umfangsfläche des Außenelements oder der äußeren Umfangsfläche des Innenelements, die jeweils mit den Nockenflächen ausgebildet sind, und durch den Eingriff des elastischen Elements in die Rille ist es möglich, die Befestigung der elastischen Elemente zu vereinfachen.
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Indem ein Ende des elastischen Elements sich verjüngt, ist es möglich, das elastische Element vom sich verjüngenden Ende her einzusetzen und es glatt, ohne es unter Kraftaufwand zu biegen, zu montieren.
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Durch Vorsehen von Seitenplatten zum Führen der beiden Endflächen der Rollkörper und durch Bereitstellen eines Mittels zum Ineingriffbringen der Seitenplatte mit der Endfläche des Außenelements oder Innenelements ist es möglich, ein Herausfallen der Rollkörper zu verhindern und den Zusammenbau der Einweg-Kupplung zu vereinfachen.
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Die Mittel zum Ineingriffbringen der Seitenplatte können Vorsprünge sein, die an der Seitenplatte an einer Vielzahl von Punkten ausgebildet sind, so dass sie in Eingriff mit in der Stirnfläche des Außenelements oder Innenelements ausgebildeten Aussparungen gelangen.
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Durch Ausformung der Nockenfläche an der äußeren Umfangsfläche des Innenelements, durch Ineingriffbringen des elastischen Elements mit dem Außenumfang des Innenelements und durch Ausbildung eines Drehmomentübertragungsmittels am Innenumfang des Innenelements ist es möglich, den Einfluss einer Zentrifugalkraft zu minimieren, indem die Rollkörper während des Freilaufs stationär gehalten werden, wenn sich das Außenelement an einer die Drehbewegung übertragenden Seite befindet, wie beispielsweise bei einer Kupplung für einen Stator bei einem Drehmomentwandler. Auf diese Weise können die Freilaufeigenschaften stabilisiert werden.
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Das am Innenumfang des Innenelements ausgebildete Drehmomentübertragungsmittel kann eine Verzahnung sein.
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Bei der Einweg-Kupplung, bei der die Nockenflächen am Außenumfang des Innenelements ausgebildet sind, ist es möglich, die Halteeigenschaften für Schmierstoff an der Zylinderfläche zu erhöhen, indem eine ringförmige Rille in einer inneren Zylinderfläche des Außenelements ausgebildet ist. Auf diese Weise ist es möglich, das Freilaufmoment zu verringern.
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Bei der Einweg-Kupplung, bei der die Nockenflächen am Außenumfang des Innenelements ausgebildet sind, ist es möglich, hervorragende Kupplungseigenschaften sicherzustellen und die Kosten zu verringern, indem das Innenelement als Stator eines Drehmomentwandlers verwendet wird.
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Andere Merkmale und Ziele der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen klarer.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A zeigt eine Vorderansicht einer Einweg-Kupplung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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1B zeigt eine Seitenansicht derselben im Schnitt;
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2A zeigt eine Vorderansicht einer Feder derselben;
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2B zeigt eine Seitenansicht derselben;
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3 zeigt eine Vorderansicht einer Einweg-Kupplung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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4A zeigt eine Vorderansicht eines Gummis derselben;
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4B zeigt eine Seitenansicht derselben;
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5 zeigt eine Vorderansicht einer Einweg-Kupplung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
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6A zeigt eine Vorderansicht einer Spiralfeder derselben;
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6B zeigt eine Seitenansicht derselben;
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7A zeigt eine Seitenansicht einer Einweg-Kupplung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel im Schnitt;
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7B zeigt eine Vorderansicht derselben bei entfernter Seitenplatte;
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8 zeigt eine Vorderansicht der Seitenplatte derselben;
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9A zeigt eine Vorderansicht einer Feder, die beim vierten Ausführungsbeispiel verwendet wird;
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9B zeigt eine Seitenansicht derselben;
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10 zeigt eine Vorderansicht einer Einweg-Kupplung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel bei entfernter Seitenplatte;
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11A zeigt eine zum Teil vergrößerte Vorderansicht derselben;
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11B zeigt eine abgewickelte Ansicht der Rollkörper der 11A;
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12A und 12B zeigen abgewickelte Ansichten, in der abgeänderte Beispiele von Rollkörper-Anordnungen dargestellt sind;
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13A zeigt eine Vorderansicht einer Einweg-Kupplung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;
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13B zeigt eine Seitenansicht derselben im Schnitt;
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14 zeigt eine senkrechte Schnittansicht eines Drehmomentwandlers, bei dem die Einweg-Kupplung der 13 befestigt wurde;
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15A zeigt eine Vorderansicht einer Einweg-Kupplung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel;
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15B zeigt eine Seitenansicht derselben im Schnitt;
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16 zeigt eine zum Teil gebrochene Schnittansicht einer herkömmlichen Einweg-Kupplung; und
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17 zeigt eine teilweise weg gelassene Schnittansicht einer weiteren herkömmlichen Einweg-Kupplung.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die Ausführungsbeispiele der Erfindung werden mit Bezug auf die 1 bis 15 beschrieben. Die 1 und 2 zeigen das erste Ausführungsbeispiel. Die Einweg-Kupplung weist, wie in den 1A und 1B gezeigt ist, eine Vielzahl von geneigten Nockenflächen 2 auf, die an der inneren Umfangsfläche eines Außenringes 1 eines aus einem gesinterten Metall hergestellten Außenelements ausgebildet sind. Zwischen diesen Nockenflächen 2 und einer äußeren Zylinderfläche einer Drehwelle 3 als ein Innenelement in einem voll besetzten Zustand sind Rollkörper 4 aufgenommen.
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Mit einer Rille 5, die in der inneren Umfangsfläche des Außenringes 1 ausgebildet ist, befindet sich eine aus einer Stahlplatte gefertigte Feder 6 als elastisches Element im Eingriff. Ein Rollkörper 4a, der an die Zunge 6a der Feder 6 stößt, wird durch die Feder in eine Richtung so vorgespannt, dass er mit der Nockenfläche 2 in Eingriff gelangt. Die Spannkraft der Zunge 6a wird durch die aneinander stoßenden Rollkörper an sämtliche Rollkörper 4 übertragen, so dass jeder Rollkörper 4 in eine Richtung mit der jeweiligen Nockenfläche 2 in Eingriff gelangt. Jede Nockenfläche 2 wird durch eine flache Fläche gebildet.
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An der Außenfläche des Außenringes 1 ist eine Vielzahl von Rippen 7 als Drehmomentübertragungsmittel einstückig ausgebildet. Die Einweg-Kupplung wird gegen Herabfallen von der Drehwelle 3 durch einen Schnappring 9 über eine Seitenplatte gesichert. Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel die Drehwelle 3 sich im Uhrzeigersinn dreht, gelangen alle Rollkörper 4 mit den Nockenflächen 2 in Eingriff, so dass ein Drehmoment von der Drehwelle 3 an den Außenring 1 und das an den Außenring übertragene Drehmoment an ein mit den Rippen 7 in Eingriff stehendes Element übertragen wird. Wenn sich die Drehwelle 3 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, wird der Eingriff zwischen jedem Rollkörper 4 und der Nockenfläche 2 frei gegeben, so dass kein Drehmoment übertragen wird und sich die Kupplung in einem Freilaufzustand befindet.
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Wie in den 2A und 2B gezeigt ist, wird die Feder 6 durch Biegen einer Stahlplatte gebildet. Ein Ende der Zunge 6a ist in Form eines sich verjüngenden Abschnitts 6b geschnitten. Nachdem die Rollkörper 4 zwischen dem Außenring 1 und der Drehwelle 3 montiert wurden, wird die Feder 6 in den Raum zwischen dem Außenring 1 und dem Rollkörpern 4 von der Stirnfläche des Außenringes mit der sich verjüngenden Stirnseite voran eingesetzt und mit der Rille 5 in Eingriff gebracht. Durch Einsetzen des sich verjüngenden Abschnittes 6b in den Raum entlang der äußeren Umfangsfläche der Rollkörper 4a wird die Zunge 6a automatisch gebogen. Somit ist es möglich, die Feder 6 ohne Probleme zu montieren, ohne dass sie durch Biegen der Zunge 6a unter Kraft zu halten.
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Die 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel. Wie in 3 dargestellt ist, ist auch bei dieser Einweg-Kupplung der Außenring 1 als Außenelement aus einem gesinterten Metall gefertigt. Er unterscheidet sich jedoch vom ersten Ausführungsbeispiel darin, dass das elastische Element, durch das die Rollkörper 4 in Eingriff mit den Nockenflächen 2 gebracht werden, ein Gummielement 10 ist. Da sämtliche anderen Teile die selben wie beim ersten Ausführungsbeispiel sind, sind sie mit den selben Bezugszeichen wie in 1 versehen.
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Wie in 4A und 4B gezeigt ist, ist das Gummielement 10 als ein länglicher Rechteckstab mit abgerundeten Ecken ausgebildet. An einem Ende desselben ist ein sich verjüngender Abschnitt 10a ausgebildet. An einer Ecke ist eine Fase 11 vorgesehen. Eine daran benachbarte Ecke 12a stößt an den Rollkörper 4a. Die anderen beiden Eckenabschnitte 12b sind in die Nut 5 eingepasst. Die Fase 11 ist vorgesehen, um das Gummielement 10 daran zu hindern, in Kontakt mit dem Rollkörper 4 an der entgegengesetzten Seite des Rollkörpers 4a zu kommen, wenn der Eckenabschnitt 12a sich beim Anstoßen an den Rollkörper 4a elastisch verformt.
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Nachdem die Rollkörper 4 zwischen dem Außenring 1 und der Drehwelle 3 montiert wurden, wird das Gummielement 10 in den Raum zwischen dem Außenring 1 und den Rollkörpern 4 von der Seite der Stirnfläche des Außenringes 1 her mit der sich verjüngenden Stirnseite voran eingesetzt und mit der Rille 5 in Eingriff gebracht. Wenn der sich verjüngende Abschnitt 10a eingesetzt wird, wird er automatisch so deformiert, dass er wie angegossen in den Raum hinein passt. So ist es möglich, das Gummielement 10 problemlos, ohne es unter Krafteinwirkung zu biegen, zu befestigen.
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Die 5 und 6 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel. Wie in 5 gezeigt ist, ist bei dieser Einweg-Kupplung der Außenring 1 als Außenelement aus einem gesinterten Metall gefertigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich jedoch von dem obigen Ausführungsbeispielen darin, dass das elastische Element, das sich mit der Rille 5 im Eingriff befindet, eine Spiralfeder 13 ist. Da sämtliche anderen Abschnitte die selben wie beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel sind, sind sie mit den selben Bezugszeichen wie in den 1 und 3 versehen.
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Wie in den 6A und 6B gezeigt ist, weist auch die Spiralfeder 13 ein sich verjüngendes Ende auf und ist glatt in den Raum zwischen Außenring 1 und den Rollkörpern 4 von der Seite der Stirnfläche des Außenringes her mit ihrer sich verjüngenden Stirnseite voran eingesetzt und befindet sich mit der Rille 5 im Eingriff.
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Die 7 bis 9 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel. Bei dieser Einweg-Kupplung sind, wie in den 7A und 7B gezeigt ist, ein Außenring 14 als Außenelement und ein Innenring 15 als Innenelement durch Feinstanzen einer Stahlplatte gefertigt. An der äußeren Umfangsfläche des Innenrings 15 ist eine Vielzahl von geneigten Nockenflächen 16 ausgebildet. Zwischen diesen Nockenflächen 16 und einer inneren Zylinderfläche 17 des Außenringes 14 sind Rollkörper 18 so aufgenommen, dass sie aneinander in einem voll besetzten Zustand anstoßen.
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Zum Führen der Stirnflächen der Rollkörper 18 sind Seitenplatten 19 an beiden Enden des Außenringes 14 befestigt. Die Seitenplatten 19 sind so als Ringformen ausgebildet, dass sie den Raum abdecken, in dem die Rollkörper 18 aufgenommen sind (7A). An einer Seite derselben sind vier Vorsprünge 20 nahe dem äußeren Umfang in Winkelabständen von 90° vorgesehen. Jede Seitenplatte 19 ist lösbar am Außenring 14 befestigt, indem diese Vorsprünge 20 in eine ringförmige Rille bzw. Nuten 21 eingepasst sind, die in einer oder beiden Stirnfläche des Außenringes 14 ausgebildet ist.
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In der äußeren Umfangsfläche des Innenringes 15 sind Rillen bzw. Nuten 22 an zwei Stellen ausgebildet. Mit jeder Rille 22 befindet sich eine Feder 23 als elastisches Element, das aus einer Stahlplatte gefertigt ist, im Eingriff. Rollkörper 18a, die an die Zungen 23a der Federn 23 stoßen, sind in eine solche Richtung vorgespannt, dass sie mit den Nockenflächen 16 in Eingriff gelangen. Gegenüber jeder Feder 23 ist ein Hilfsrollkörper 24 von kleinem Durchmesser in Richtung des Außenringes 14 gedrückt und zwischen den Rollkörpern 18a und 18b (76B) angeordnet. Somit wird an den Stellen, an denen die Hilfsrollkörper 24 angeordnet sind, die Spannkraft der Federn 23 durch die Hilfsrollkörper 24 in Richtung derjenigen Seite übertragen, in der die Rollkörper 18 mit den Nockenflächen 16 in Eingriff gelangen. An anderen Stellen wird, wie im ersten bis driften Ausführungsbeispiel, die Spannkraft über die aneinander stoßenden Rollkörper an sämtliche Rollkörper 18 übertragen.
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An der äußeren Umfangsfläche des Außenringes 14 ist eine Vielzahl von Rippen 25 als Drehmomentübertragungsmittel einstückig ausgebildet. Das Ende einer Drehwelle ist so ausgebildet, dass es in eine rechteckige Öffnung 26 passt, die am Innenumfang des Innenrings 15 ausgebildet ist und abgerundete Ecken aufweist. Wenn sich bei diesem Ausführungsbeispiel der Innenring 15 im Uhrzeigersinn oder der Außenring 14 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, greifen sämtliche Rollkörper 18 in die Nockenflächen 16 ein. Wenn sich der Innenring 15 oder der Außenring 14 in entgegengesetzte Richtungen drehen, wird der Eingriff freigegeben. Jede Nockenfläche 16 wird durch eine Kombination zweier ebener Flächen gebildet.
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Wie in den 9A und 9B gezeigt ist, wird jede Feder 23 durch Schneiden und Biegen einer Stahlplatte gefertigt. Ein Ende einer Zunge 23a ist in Dreiecksform nach Innen gebogen und verjüngt sich durch die Ausbildung eines gebogenen Abschnittes 23b. Nachdem die Rollkörper 18 zwischen dem Außenring 14 und dem Innenring 15 befestigt wurden, werden die Federn 23 in die Räume zwischen dem Innenring 15 und den Rollkörper 18a, 18b und 24 mit der Seite, an der der gebogene Abschnitt 23b ausgebildet ist, voran eingesetzt und mit den jeweiligen Rillen 23 in Eingriff gebracht. Durch Einsetzen des gebogenen Abschnittes 23b entlang der äußeren Umfangsfläche des Rollkörpers 18a biegt sich die Zunge 23a von selbst, so dass es möglich ist, die Federn 23 glatt, ohne Biegen der Zunge 23a unter Kraftaufwand, zu befestigen.
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Die 10 und 11 zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel. Bei dieser Einweg-Kupplung ist der Aufbau im Prinzip der selbe wie beim vierten Ausführungsbeispiel, unterscheidet sich jedoch davon dadurch, dass anstelle der ringförmigen Rillen 21, die an den beiden Stirnflächen des Außenringes 14 zum Eingriff in die Vorsprünge 20 an den Seitenplatten 19 vorgesehen sind, vier Öffnungen 27 in Winkelabständen von 90° ausgebildet sind; und dadurch, dass, wie in den 11A und 11B gezeigt ist, jeder zweite Rollkörper 18, der in einem voll besetzten Zustand aufgenommen ist, durch einen mit wenigstens einer Rille versehenen Rollkörper 28 ersetzt ist, der den selben Außendurchmesser und eine ringförmige Nut 28a aufweist. Da sämtliche anderen Abschnitte dieselben wie beim vierten Ausführungsbeispiel sind, sind sie mit den selben Bezugszeichen wie in 7 versehen.
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Die mit Rille versehenen Rollkörper 28 werden eingesetzt, um die Haltefähigkeit für Schmierstoff oder Öl an den Nockenflächen 16 und der Zylinderfläche 17, die den Gehäuseraum der Rollkörper bestimmt, zu verbessern. Die mit Rille versehenen Rollkörper 28 müssen nicht unbedingt in alternierender Reihenfolge angeordnet sein. Es ist bereits durch Ersatz von einem oder mehreren Rollkörpern durch mit Rille versehene Rollkörper 28 möglich, die Haltefähigkeit für Schmierstoff und Öl zu verbessern und das Freilaufmoment der Einweg-Kupplung zu verringern.
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Die 12A und 12B zeigen weitere Ausführungsbeispiele, die bezüglich des in 11 dargestellten Austausches der Rollkörper 18 abgeändert sind. 12A zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem jeder zweite Rollkörper 18 durch kurze Rollkörper 29 mit dem selben Außendurchmesser, aber einer geringeren Länge, ersetzt ist. 12B zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Rollkörper 18 durch zwei Kugeln 30 mit dem selben Außendurchmesser wie der Rollkörper 18 ersetzt ist.
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Bei dem vierten und fünften Ausführungsbeispiel befinden sich die Seitenscheiben an beiden Seiten zum Führen der Stirnflächen der Rollkörper im Eingriff mit dem Außenring als Außenelement. Sie können sich jedoch auch im Eingriff mit dem Innenring als Innenelement befinden. Es kann auch nur eine der Seitenplatten sich im Eingriff befinden.
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Die 13A und 13B zeigen ein sechstes Ausführungsbeispiel. Diese Einweg-Kupplung 31 ist für einen Stator eines Drehmomentwandlers bestimmt, wie er bei einem Automatikgetriebe für Kraftfahrzeuge verwendet wird. Der Innenring 32 und der Außenring 33 sind beide aus einem gesinterten Metall gefertigt. Der grundsätzliche Aufbau des Kupplungsabschnittes ist der selbe, wie beim vierten und fünften Ausführungsbeispiel. An der äußeren Umfangsfläche des Innenrings 32 sind eine Vielzahl von Nockenflächen 34 sowie zwei Rillen 35 ausgebildet, Zwischen der Außenfläche des Innenrings 32 und der Innenfläche des Außenrings 33 sind die Rollkörper 37, die in einem voll besetzten Zustand angeordnet sind, mittels zweier Hilfsrollkörper 36 durch eine Stahlfeder 38, die in jede Rille bzw. Nut 35 eingreift, so vorgespannt, dass sie in Eingriff mit jeder Nockenfläche 34 gelangen.
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Der Innenring 32 weist an seiner inneren Umfangsseite einen weit abgestuften Bereich auf, an dem eine Verzahnung 39 als Drehmomentübertragungsmittel ausgebildet ist. Wie in der 14 dargestellt ist, ist eine Statorwelle 48 über die Verzahnung 39 fest angekoppelt.
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Der Außenring 33 ist außerdem mit einer Vielzahl von Rippen 40 als Drehmomentübertragungsmittel an seinem Außenumfang ausgebildet. Über diese Rippen 40 ist er mit dem Innenumfang des Stators 49 als Drehelement verbunden. Bei dieser Einweg-Kupplung 31 greifen sämtliche Rollkörper 37 in die Nockenflächen 34, wenn sich der Außenring 33 bei festgehaltenem Innenring 32 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Bei Drehung in entgegengesetzter Richtung wird der Eingriff gelöst, so dass sich der Außenring 33 zusammen mit dem Stator 49 frei dreht.
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In der Oberfläche eines jeden Rollkörpers 37 ist eine Vielzahl von unabhängigen, sehr kleinen Aussparungen auf zufällige Weise ausgebildet. Die Oberflächenrauigkeit ist so, dass das Verhältnis RMS (L)/RMS (C) der mittleren Oberflächenrauigkeit RMS (L) in axialer Richtung der Rollkörper 37 zu der mittleren Oberflächenrauigkeit RMS (C) in Umfangsrichtung 1,0 oder weniger und der SK-Wert, der ein Parameter für die Oberflächenrauigkeit ist, –1,6 oder weniger sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung beträgt.
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Somit wird ein ausreichender Ölfilm zum Gleiten der Rollkörper 37 in Umfangsrichtung ausgebildet, der Abrieb der Rollkörper aufgrund der Gleitbewegung während des Freilaufs wird wirksam unterdrückt und zudem sinkt das Freilaufmoment. Außerdem ist eine ringförmige Nut 41 in der inneren Zylinderfläche des Außenrings 33 ausgebildet, um das Haltevermögen für Schmieröl zu erhöhen und so das Freilaufmoment zu verringern.
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14 zeigt die Eiweg-Kupplung 31, wie sie in einem Drehmomentwandler 42 eines Automatikgetriebes montiert ist. Dieser Drehmomentwandler 42 umfasst im Prinzip einen Pumpenimpeller 44, der mit einer Ausgangswelle 43 eines Motor gekoppelt ist, einen Turbinenläufer 46, der gegenüber dem Pumpenimpeller 44 angeordnet und mit einer Eingangswelle 45 des Getriebes verbunden ist, sowie ein Stator 49, der zwischen den Pumpenimpeller 44 und einem Turbinenläufer 46 angeordnet und über die Einweg-Kupplung 1 an einer an einem Gehäuse 47 befestigten Statorwelle 48 befestigt ist.
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Wenn ein zwischen dem wannenförmigen Pumpenimpeller 44 und dem Turbinenläufer 46 zirkulierendes Fluid vom Turbinenläufer 46 zum Pumpenimpeller 44 an der Seite des Innendurchmessers zurück strömt, dient der Stator 49 dazu, eine Drehkraft in normaler Richtung zum Pumpenimpeller 44 auszuüben und die Strömungsrichtung des Fluids zu ändern, um das übertragende Moment zu erhöhen.
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Wie oben beschrieben wurde, ist der Innenring 32 der Einweg-Kupplung 31 über die Verzahnung 39 an der Statorwelle 48 befestigt, während sein Außenring 33 am Innenumfang des Stators 49 über die Rippen verbunden ist. Wenn der Stator 49 eine Reaktionskraft zur Änderung der Strömungsrichtung des Fluids aufnimmt, gelangt jeder Rollkörper 37 in Eingriff mit der jeweiligen Nockenfläche 34, um die Reaktionskraft abzufangen.
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Die 15A und 15B zeigen ein siebtes Ausführungsbeispiel. Diese Einweg-Kupplung weist eine Vielzahl von Nockenflächen 51 sowie eine Rille 52, die an der äußeren Umfangsfläche des Innenrings 50 ausgebildet ist, auf. Die Rollkörper 54, die zwischen der Außenfläche des Innenrings und der Innenfläche des Außenrings in einem voll besetzten Zustand angeordnet sind, werden mittels einer Stahlfeder 55 in eine derartige Richtung vorgespannt, dass sie mit der jeweiligen Nockenfläche 51 in Eingriff gelangen. Der Innenring 50 und der Außenring 53 sind durch Stanzen einer Stahlplatte gefertigt.
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Der Innenumfang des Innenrings 50 ist als eine quadratische Öffnung 56 mit abgerundeten Ecken als Drehübertragungsmittel ausgebildet. Die äußere Umfangsfläche des Außenrings 53 ist mit Fasen 57 in 90°-Abständen an vier Stellen als Drehübertragungsmittel versehen. Bei dieser Einweg-Kupplung greifen sämtliche Rollkörper 54 in die Nockenflächen 51, wenn sich der Innenring 50 im Uhrzeigersinn oder der Außenring 53 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Der Eingriff wird freigegeben, wenn sie sich in entgegengesetzte Richtung drehen.
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Wie beim sechsten Ausführungsbeispiel ist in der Oberfläche eines jeden Rollkörpers 54 eine Vielzahl von unabhängigen, kleinen Aussparungen zufällig ausgebildet. Ihre Oberflächenrauigkeit ist so bemessen, dass das Verhältnis RMS (L)/RMS (C) der mittleren Oberflächenrauigkeit RMS (L) der Rollkörper 54 in axialer Richtung zur mittleren Oberflächenrauigkeit RMS (C) in Umfangsrichtung 1,0 oder weniger und der SK-Wert, der ein Parameter für die Oberflächenrauigkeit ist, –1,6 oder weniger sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung der Rollkörper 54 beträgt. Des Weiteren ist eine ringförmige Rille 58 in der inneren Umfangsfläche des Außenringes 53 ausgebildet, um eine überragende abriebsunterdrückende Wirkung bei den Rollkörpern sowie gute Freilaufeigenschaften zu erreichen.
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Wenn bei jedem der obigen Ausführungsbeispiele jede Nockenfläche durch eine flache Fläche oder eine Kombination von zwei ebenen Flächen ausgebildet ist, so kann sie alternativ auch durch eine gekrümmte Oberfläche gebildet sein. Außerdem ist, um genau zu sein, eine kleine Lücke zwischen den Rollkörpern im voll besetzten Zustand eines jeden Ausführungsbeispiels erlaubt. Der erlaubte Betrag der Lücke oder des Abstands ist kleiner als der Betrag der elastischen Verformung der Rollkörper und der Innen- und Außenringe während der veranschlagten Belastung der Einweg-Kupplung, so dass sämtliche Rollkörper während der veranschlagten Belastung in einem aneinander stoßenden Zustand gehalten werden können.
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Da, wie oben beschrieben wurde, bei der erfindungsgemäßen Einweg-Kupplung die Rollkörper, die zum Eingriff mit den geneigten, an der inneren Umfangsfläche des Außenelements oder der äußeren Umfangsfläche des Innenelements ausgebildeten Nockenflächen ausgebildet sind, in einem voll besetzten Zustand vorgesehen sind und mit der inneren Umfangsfläche des Außenelements oder der äußeren Umfangsfläche des Innenelements ohne Anordnung irgendwelcher die Rollkörper vorspannenden elastischen Elemente zwischen den Rollkörpern in Eingriff gelangen, so dass sämtliche Rollkörper einen direkt oder über Hilfsrollkörper aneinander stoßenden Zustand aufrecht erhalten können, ist es möglich, zuverlässig und sofort die Vorspannkraft der elastischen Elemente an sämtliche Rollkörper zu übertragen. Somit wird einer Verringerung der Fähigkeit zur Drehmomentübertragung entgegengewirkt und außerdem das Antwortverhalten beim An- oder Ausschalten der Kupplung verbessert.
