DE10118398B4

DE10118398B4 - Freilaufkupplung

Info

Publication number: DE10118398B4
Application number: DE10118398.4A
Authority: DE
Inventors: Shuichi Nagaya; Masakazu Domoto; Makoto Tokuda
Original assignee: NTN Corp; Bando Chemical Industries Ltd; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp; Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: US6446775B2; FR2807806B1; JP2001295868A; GB2361270A; DE10118398A1; JP4431249B2; US20010030095A1; FR2807806A1; GB0109279D0

Abstract

Freilaufkupplung, welche aufweist: – einen Innenring (1), – einen Außenring (2), der koaxial um eine Außenperipherie des Innenrings (1) und im Verhältnis zum Innenring (1) drehbar angebracht ist, – einen zwischen dem Innen- und dem Außenring (1, 2) angeordneten Käfig (6) für die Drehbewegung, bezogen auf den Innen- und Außenring (1, 2), – eine Mehrzahl von Zwischenelementen (12), die in dem Käfig (11) jeweils so befestigt sind, dass sie in ihrer Lage in einer zur Achse des Innen- und des Außenrings (1, 2) rechtwinkligen Ebene beweglich sind, wobei durch die Veränderung der Lage bei relativer Drehung des Innen- und des Außenrings (1, 2) in Verriegelungsrichtung eine Verkeilung erfolgt und eine Drehmomentübertragung zwischen dem Innen- und dem Außenring (1, 2) bewirkt wird und wobei durch Veränderung der Lage entgegen der Verkeilungsrichtung zwischen dem Innen- und dem Außenring (1, 2) bei relativer Drehung des Innen- und Außenrings (1, 2) in Freigaberichtung die Drehmomentübertragung zwischen dem Innen- und dem Außenring (1, 2) blockiert wird, und – eine Mehrzahl von Federelementen (15), die im Verhältnis zu den Zwischenelementen (12) im Käfig (11) entsprechend angeordnet sind, um die entsprechenden Zwischenelemente (12) so unter Druck zu setzen, dass die Zwischenelemente (12) zwischen dem Innen- und dem Außenring (1, 2) verkeilt werden, dadurch gekennzeichnet, dass jedes einzelne Federelement (15) folgendes aufweist: – zwei Schraubenfedern (15a), die in axialer Richtung des Innen- und des Außenrings (1, 2) fluchtend nebeneinander liegen und sich in einer Richtung erstrecken, in der das entsprechende Zwischenelement (12) unter Druck gesetzt wird, die jeweils an einem Ende mittels einer von zwei im Käfig (11) geformten Aussparungen (13) festgehalten und am jeweiligen anderen Ende mit dem Zwischenelement (12) in elastischem Kontakt gehalten werden; und – einen Verbindungsteil (15b), durch den die einen Enden der zwei Schraubenfedern (15a) miteinander verbunden werden, wobei die beiden Schraubenfedern (15a) und der Verbindungsteil (15b) jedes der Federelemente (15) aus einem einzelnen Draht geformt sind, und ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Freilaufkupplung, welche die Drehmomentübertragung zwischen Innen- und Außenringen durch Verschieben von Zwischenelementen entsprechend der Richtung der relativen Drehung zwischen den Innen- und Außenringen bewirkt und blockiert, und betrifft insbesondere die Verbesserung eines Federelements, durch welches jedes der Zwischenelemente zwangsläufig in einer Verkeilungsrichtung zwischen den Innen- und Außenringen verschoben wird.
Wie beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-228153 beschrieben, ist bekannt, dass ein riemenartiger Hilfsantriebsapparat für einen Fahrzeugmotor eine Freilaufkupplung aufweist, die das Drehmoment einer mit Winkelgeschwindigkeitsschwankungen infolge eines Arbeitstakts des Motors rotierenden Kurbelwelle auf Eingangswellen von Hilfseinrichtungen über einen Riemen in einem Drehmomentübertragungsweg so überträgt, dass es für eine Periode ansteigender Winkelgeschwindigkeit während der Winkelgeschwindigkeitsschwankungen zu einer Drehmomentübertragung zwischen der Kurbelwelle und den Eingangswellen der Hilfseinrichtung kommt, um die Eingangswellen in Drehung zu versetzen, während für eine Periode abnehmender Winkelgeschwindigkeit während der Winkelgeschwindigkeitsschwankungen die Drehmomentübertragung blockiert ist, so dass die Übertragung eines auf das Trägheitsmoment der Eingangswellen zurückzuführenden Drehmoments auf die Kurbelwelle vermieden wird und sich die auf den Riemen einwirkende Belastung verringert und eine längere Lebensdauer des Riemens bewirkt wird.
Nunmehr wird die Funktionsweise der obigen Freilaufkupplung beschrieben. Wie in 10 dargestellt, wird jedes der Zwischenelemente c durch einen Käfig d zwischen den Innen- und Außenringen a und b für die Kippbewegung im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn gemäß der Figur festgehalten und wird gemäß der Zeichnung normalerweise durch eine Flachfeder e als Federelement zur Verkeilung zwischen den Innen- und Außenringen a und b im Uhrzeigersinn gepresst. Für die Periode der zunehmenden Winkelgeschwindigkeit, zum Beispiel wenn der Außenring b eine relative Drehbewegung in Verriegelungsrichtung (in der Figur im Uhrzeigersinn), bezogen auf den Innenring a, ausführt, bewirkt die relative Drehbewegung die Verkeilung jedes Zwischenelements c zwischen dem Innen- und dem Außenring a und b, so dass es zu einer Drehmomentübertragung zwischen den Innen- und Außenringen a und b kommt. Andererseits bewirkt die relative Drehbewegung für die Periode der abnehmenden Winkelgeschwindigkeit, wenn der Außenring b in Freigaberichtung eine relative Drehung ausführt, die Kippbewegung jedes Zwischenelements c entgegen der Verkeilungsrichtung zwischen den Ringen gegen die Druckkraft der Flachfeder e. Dies bewirkt ein Rutschen zwischen jedem Zwischenelement c und dem Innen- und Außenring a, b und damit die Blockierung der Drehmomentübertragung.
Als Federelement wird neben der oben erwähnten Flachfeder e im Allgemeinen eine Schraubenfeder verwendet. Ein Vergleich zwischen den beiden Federn zeigt, dass die Schraubenfeder infolge ihrer Haltbarkeit besser geeignet ist. Hier wird auch der Aufbau der Freilaufkupplung beschrieben, wenn die Schraubenfeder als Federelement verwendet wird. Wie in den 11 und 12 dargestellt, ist von einem Paar am Umfang einander gegenüberliegender Wandflächen jedes Haltelochs g des Käfigs d die Wandfläche auf der der Wandfläche einer vorstehenden Wand zur Abstützung des Zwischenelements c gegenüberliegenden Wandfläche, um die Kippbewegung zu ermöglichen (in 12 linke Seite) mit einer Aussparung h ausgebildet, und das Wurzelende der Schraubenfeder f (in den 11 und 12 linkes Ende) liegt in der Aussparung h. Es ist zu beachten, dass das Wurzelende der Schraubenfeder f im allgemeinen enggängig ist, obschon dies hier nicht dargestellt wurde.
Inzwischen beginnt bei der Freilaufkupplung die Drehmomentübertragung nicht zu einem Zeitpunkt, zu dem die Winkelgeschwindigkeiten der Innen- und Außenringe a und b für die Periode zunehmender Winkelgeschwindigkeit übereinstimmen, sondern kurz nach diesem Zeitpunkt. Wenn dies unter Zugrundelegung des obigen Falls als Beispiel beschrieben wird, beginnt die Übertragung des Drehmoments des Außenrings b auf den Innenring a zu einem Zeitpunkt, zu dem die Winkelgeschwindigkeit des Außenrings b weiter erhöht wurde, so dass er eine relative Drehung um einem bestimmten Winkel zum Innenring a aufweist, nachdem die Winkelgeschwindigkeit des Außenrings b für die Periode der erhöhten Winkelgeschwindigkeit angehoben wurde, bis eine Übereinstimmung mit der Winkelgeschwindigkeit des Innenrings a gegeben ist. Der relative Winkel zwischen den Innen- und Außenringen a und b zu diesem Zeitpunkt wird als ”Verzögerungswinkel” bezeichnet. Wenn der Verzögerungswinkel zu groß ist, kann keine einwandfreie Reaktion auf eine Winkelgeschwindigkeitsschwankung erreicht werden, und deshalb ist keine angemessene Drehmomentübertragung möglich.
Die Gründe für das Auftreten des Verzögerungswinkels liegen nicht nur darin, dass jedes Zwischenelement c im wesentlichen eine bestimmte Zeit benötigt, um den Keil zwischen den Innen- und Außenringen a und b infolge der relativen Drehung der Innen- und Außenringe a und b in Verriegelungsrichtung zu kippen, sondern auch darin, dass jedes Zwischenelement c infolge der Winkelgeschwindigkeitsschwankungen vibriert. Wenn nämlich jedes Zwischenelement c vibriert, kommt es zwischen dem Zwischenelement c und jedem der Innen- und Außenringe a und b selbst dann zum Rutschen, wenn die Innen- und Außenringe a und b in Verriegelungsrichtung eine relative Drehbewegung ausführen, und deshalb wird die Verkeilungsbewegung zwischen dem Innen- und dem Außenring a und b weiter verzögert, so dass das Zwischenelement c einer Winkelgeschwindigkeitsschwankung nicht folgen kann.
Außerdem ist die Frequenz von Winkelgeschwindigkeitsschwankungen des Fahrzeugmotors bei geringen Motordrehzahlen niedrig und bei hohen Motordrehzahlen hoch. Bei einem Viertakt-Vierzylindermotor mit zwei Arbeitstakten für eine Kurbelwellenumdrehung zum Beispiel erreicht die Frequenz von Winkelgeschwindigkeitsschwankungen bei hohen Motordrehzahlen, bei denen die Drehzahl der Kurbelwelle 3000 bis 6000 min^–1 erreicht, 100 bis 200 Hz.
Dementsprechend ist es, will man eine einwandfreie Reaktion auf Winkelgeschwindigkeitsschwankungen über den gesamten Drehzahlbereich des Fahrzeugmotors erreichen, erforderlich, jedem Zwischenelement c die Möglichkeit zu geben, hochfrequenten Winkelgeschwindigkeitsschwankungen bei hohen Motordrehzahlen in ausreichendem Maße zu folgen. Um dieses Bedürfnis zu erfüllen, muss das Federelement eine ausreichende Federkonstante aufweisen, um Schwankungen am Zwischenelement c infolge solcher hochfrequenter Winkelgeschwindigkeitsschwankungen zu unterdrücken.
– Zu lösende Probleme –
Die an sich bekannte Freilaufkupplung unter Verwendung der Schraubenfedern f als Federelemente hat jedoch im Allgemeinen den Nachteil einer niedrigeren Federkonstante der Schraubenfeder f im Vergleich zu der Flachfeder e gleicher Größe in Betätigungsrichtung. Wie von diesem Standpunkt aus erkennbar, besitzt die Schraubenfeder f eine hervorragende Haltbarkeit im Vergleich zur Flachfeder e, wohingegen die Freilaufkupplung, bei der die Schraubenfeder f verwendet wird, dadurch ein Problem hat, dass es schwierig ist, eine einwandfreie Reaktion auf hochfrequente Schwankungen, wie oben beschrieben, im Vergleich zu der Freilaufkupplung mit der Flachfeder e zu erzielen. In diesem Fall wird die Freilaufkupplung größer sein, wenn die Federkonstante durch Vergrößerung jeder Schraubenfeder f in Betätigungsrichtung erhöht wird. Daraus ergibt sich ein neues Problem bei der Unterbringung der Freilaufkupplung in einem Motorraum des Fahrzeugs.
Außerdem bringt die an sich bekannte Freilaufkupplung unter Verwendung der Schraubenfedern f ein weiteres Problem mit sich. Wie in 13 übertrieben dargestellt, zeigt insbesondere das Wurzelende der Schraubenfeder f eine Tendenz, infolge der relativen Drehbewegung zwischen Innen- und Außenringen a und b leicht aus der Aussparung h zum Außenring b gedrückt zu werden. Wenn zu dieser Tendenz außerdem die aus der Kippbewegung des Zwischenelements c resultierende Ausdehnung und Schrumpfung der Schraubenfeder f selbst hinzuaddiert wird, verschiebt sich das entfernte Ende (in 14 rechtes Ende) der Schraubenfeder f ebenfalls zum Außenring b hin, wie dies in der Figur übertrieben dargestellt ist. Da außerdem eine Drehbewegung der Schraubenfeder f selbst rund um die Achse der Federschraube stattfindet, führt dies leicht dazu, dass auf das Zwischenelement c eine instabile Anpresskraft ausgeübt wird. Dies begünstigt auch eine unzureichende Unterdrückung der oben erwähnten Vibrationen des Zwischenelements c.
Die US 4 724 940 A zeigt eine Einwegkupplung mit einem Federelement. Das Federelement weist an sich zwei Blattfeder-Elemente auf, wobei ein Verbindungselement die Blattfeder-Elemente miteinander verbindet. Das Federelement wird in einem Käfig gehalten. Bei dieser Einwegkupplung kann nicht erreicht werden, dass das Federelement im Käfig beim Einwirken von Fliehkräften und Vibrationen sicher festgehalten wird, und dass die Druckkraft gegenüber dem Klemmkörper stabilisiert wird. Aus der US 4 664 237 A ist eine ähnliche Einwegkupplung bekannt. Die JP H11-210 781 A zeigt eine Einwegkupplung, die zwar zwei Schraubendruckfeder aufweist, die aber nicht miteinander gekoppelt sind.
Die Erfindung berücksichtigt die obigen Punkte und deshalb besteht eine Hauptaufgabe der Erfindung darin, bei der Verwendung von Schraubenfedern als Federelementen für eine Freilaufkupplung, der ein Drehmoment in Verbindung mit hochfrequenten Winkelgeschwindigkeitsschwankungen zugeführt wird, eine hohe Federkonstante zu erzielen, die dem gleichen Wert entspricht wie bei der Verwendung von Flachfedern, selbst wenn die Schraubenfeder in Betätigungsrichtung nicht vergrößert wird, so dass eine Freilaufkupplung entsteht, die eine einwandfreie Reaktion auf das mit hochfrequenten Winkelgeschwindigkeitsschwankungen verbundene Eingangsdrehmoment und ausgezeichnete Haltbarkeit aufweist.
Die Erfindung sieht zur Lösung obiger Probleme folgende Maßnahmen vor.
Eine erste erfindungsgemäße Maßnahme betrifft eine Freilaufkupplung, welche aufweist: einen Innenring, einen Außenring, der koaxial um eine Außenperipherie des Innenrings und im Verhältnis zum Innenring drehbar angebracht ist, einen zwischen dem Innen- und dem Außenring angeordneten Käfig für die Drehbewegung, bezogen auf den Innen- und Außenring, eine Mehrzahl von Zwischenelementen, die in dem Käfig jeweils so befestigt sind, dass sie in ihrer Lage in einer zur Achse des Innen- und des Außenrings rechtwinkligen Ebene beweglich sind, wobei durch die Veränderung der Lage bei relativer Drehung des Innen- und des Außenrings in Verriegelungsrichtung eine Verkeilung erfolgt und eine Drehmomentübertragung zwischen dem Innen- und dem Außenring bewirkt wird und wobei durch Veränderung der Lage entgegen der Verkeilungsrichtung zwischen dem Innen- und dem Außenring bei relativer Drehung des Innen- und Außenrings in Freigaberichtung die Drehmomentübertragung zwischen dem Innen- und dem Außenring blockiert wird, und eine Mehrzahl von Federelementen, die im Verhältnis zu den Zwischenelementen im Käfig entsprechend angeordnet sind, um die entsprechenden Zwischenelemente so unter Druck zu setzen, dass die Zwischenelemente zwischen dem Innen- und dem Außenring verkeilt werden.
Jedes der Federelemente weist auf: zwei Schraubenfedern, die in axialer Richtung des Innen- und des Außenrings fluchtend nebeneinander liegen und sich in einer Richtung erstrecken, in der das entsprechende Zwischenelement unter Druck gesetzt wird, die jeweils an einem Ende mittels einer von zwei im Käfig geformten Aussparrungen festgehalten und am jeweiligen anderen Ende mit dem Zwischenelement in elastischem Kontakt gehalten werden; und einen Verbindungsteil, durch den die einen Enden der zwei Schraubenfedern miteinander verbunden werden, wobei die beiden Schraubenfedern und der Verbindungsteil jedes der Federelemente aus einem einzelnen Draht geformt sind. Erfindungsgemäß ist weiterhin der Abstand zwischen den beiden Schraubenfedern kleiner als die Dicke einer Zwischenwand des Käfigs, welche die beiden Aussparungen voneinander trennt, eingestellt, wobei jede der beiden Aussparungen das eine Ende jeder der beiden Schraubenfedern festhält, und wobei die beiden Schraubenfedern auf beiden Seiten in axialer Richtung des Innen- und des Außenrings die Zwischenwand einklemmen.
Da bei dieser erfindungsgemäßen Maßnahme jedes der Federelemente der Freilaufkupplung zwei Federelementen aufweist, die, bezogen auf das entsprechende Zwischenelement, nebeneinander liegen, ergibt sich die gesamte Federkonstante aus der Summierung der Federkonstanten der Schraubenfedern. Dementsprechend wird die Federkonstante des Federelements am Zwischenelement insgesamt groß, selbst wenn sich die natürliche Länge jeder Schraubenfeder nicht vergrößert. Die Verbindung beider Schraubenfedern kann durch den Verbindungsteil, da die beiden Schraubenfedern und der Verbindungsteil aus einem einzigen Draht geformt sind, optimal hergestellt werden.
Da weiterhin die einen Enden der Schraubenfedern über den Verbindungsteil miteinander verbunden sind, ist jede Schraubenfeder gegen eine Drehung um die Schraubenachse eingespannt, und wenn jede Schraubenfeder an einem Ende durch den Käfig festgehalten wird, lässt sich das andere Ende der Schraubenfeder mit Hilfe des Verbindungsteils leicht befestigen. Daher übt jede Schraubenfeder ihren Druck auf das Zwischenelement konstant aus und dadurch wird auch die auf das Zwischenelement einwirkende Druckkraft stabilisiert. Da außerdem die Mehrzahl von Schraubenfedern durch den Verbindungsteil hindurch integral geformt ist, kann eine Erhöhung der Komponentenzahl trotz der verwendeten Mehrzahl von Schraubenfedern für jedes Zwischenelement vermieden werden.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Maßnahme ist das Ende eines Drahts, welches das andere Ende der Schraubenfeder gemäß der ersten und der zweiten erfindungsgemäßen Maßnahme bildet, so geformt, dass ein Kontakt mit dem Innen- und dem Außenring vermieden wird.
Bei dieser erfindungsgemäßen Maßnahme können in einigen Fällen, wenn der Freilaufkupplung zwecks Drehung des Käfigs ein Drehmoment zugeführt wird, vorhandene Zentrifugalkräfte oder eine Änderung der Lage des Zwischenelements die Lage des anderen Endes der Schraubenfeder in radialer Richtung des Innen- und des Außenrings verändern. Da in diesem Fall das Drahtende, welches das andere Ende der Schraubenfeder bildet, keinen Kontakt zu dem Innen- und dem Außenring hat, können Ereignisse, die auf ein Einrasten des Drahtendes in den Innen- und den Außenring zurückzuführen sind, vermieden werden, d. h. ein Ereignis, bei dem die Betätigung der Schraubenfeder blockiert ist, oder ein Ereignis, bei dem die Kontaktflächen des Innen- und des Außenrings zum Zwischenelement so beschädigt werden, dass sich dies negativ auf die Änderung der Lage des Zwischenelements auswirkt.
Bei einer vierten erfindungsgemäßen Maßnahme liegt die Freilaufkupplung nach der ersten bis dritten erfindungsgemäßen Maßnahme in einem Drehmomentübertragungsweg zur Übertragung des Drehmoments einer Kurbelwelle, die mit Winkelgeschwindigkeitsschwankungen rotiert, welche auf einen Arbeitshub eines Fahrzeugmotors zurückzuführen sind, der über einen Kraftübertragungsriemen auf eine Eingangswelle von Hilfseinrichtungen einwirkt.
Bei dieser erfindungsgemäßen Maßnahme wird das mit den Winkelgeschwindigkeitsschwankungen, die auf den Arbeitshub des Fahrzeugmotors zurückzuführen sind, einhergehende Drehmoment der Freilaufkupplung im Drehmomentübertragungsweg zugeführt, wobei das Drehmoment der Kurbelwelle des Fahrzeugmotors über den Kraftübertragungsriemen auf die Eingangswelle der Hilfseinrichtung übertragen wird. Deshalb vibriert jedes Zwischenelement infolge der Winkelgeschwindigkeitsschwankungen. Insbesondere bei einem Vierzylinder-Viertaktmotor ist die Frequenz der Winkelgeschwindigkeitsschwankungen bei hohen Motordrehzahlen von 3000 bis 6000 min^–1 eine hohe Frequenz im Bereich von 100 bis 200 Hz. Dementsprechend können hervorragende Eigenschaften des Federelements nach der ersten bis dritten erfindungsgemäßen Maßnahme spezifisch und angemessen ihren Ausdruck finden.
Bei einer fünften, auf der vierten erfindungsgemäßen Maßnahme basierenden erfindungsgemäßen Maßnahme ist der Innenring so vorgesehen, dass er mit einer Kurbelwelle des Fahrzeugmotors und der Eingangswelle der Hilfseinrichtung verbunden werden kann, während der andere Ring mit einem Riemenscheibenteil versehen ist, wodurch der Kraftübertragungsriemen darum herum geführt wird, um gleichzeitig mit dem Außenring zu rotieren.
Bei dieser erfindungsgemäßen Maßnahme ist der Innenring, wenn die Freilaufkupplung in einem Hilfsantriebsapparat mit Riemen für einen Fahrzeugmotor angeordnet ist, mit der Kurbelwelle des Fahrzeugmotors oder der Eingangswelle der Hilfseinrichtung verbunden, und der Kraftübertragungsriemen ist rund um den Außenring geführt. Da in diesem Fall der Außenring mit dem Riemenscheibenteil gemeinsam drehbar verbunden ist, um den Kraftübertragungsriemen darüber zu führen, gestaltet sich die Anordnung der Freilaufkupplung in dem Hilfsantriebsapparat mit Riemen einfacher.
– Auswirkungen der Erfindung –
Gemäß der Erfindung weist in einer Freilaufkupplung mit einer Mehrzahl von Zwischenelementen, die ihre Lage in einer Verkeilungsrichtung zwischen dem Innen- und dem Außenring verändern, wenn der Innen- und der Außenring im Verhältnis zueinander in Verriegelungsrichtung gedreht werden, und ihre Lage entgegen der Verkeilungsrichtung zwischen dem Innen- und dem Außenring verändern, wenn der Innen- und Außenring im Verhältnis zueinander in Freigaberichtung gedreht werden und wobei die Zwischenelemente durch entsprechende Federelemente so unter Druck gesetzt werden, dass sie ihre Lage in der Verkeilungsrichtung zwischen dem Innen- und dem Außenring verändern, jedes der Federelemente folgendes auf: eine Mehrzahl von Schraubenfedern, die, bezogen auf das Zwischenelement, nebeneinander liegen und an jeweils einem Ende durch einen Käfig festgehalten werden und am jeweils anderen Ende elastisch mit dem Zwischenelement verbunden sind, und einen Verbindungsteil, der die Mehrzahl der Schraubenfedern zusammenhält. Deshalb kann die gesamte Federkonstante des Federelements selbst dann erhöht werden, wenn die Größe jeder Schraubenfeder in Betätigungsrichtung nicht erhöht wird, jede Schraubenfeder kann gegen Drehung rund um die Schraubenachse eingespannt werden, und jede Schraubenfeder kann an einem Ende mit Hilfe des Verbindungsteils befestigt werden. Selbst wenn daher eine Zentrifugalkraft oder eine auf hohe Drehzahl zurückzuführende Vibration einwirkt, kann jede Schraubenfeder ihren Druck auf das Zwischenelement konstant halten und dadurch eine stabile Anpresskraft auf jede einzelne Schraubenfeder ausüben. Durch integrale Konfiguration der Mehrzahl von Schraubenfedern läßt sich außerdem eine Erhöhung der Zahl der Komponenten durch Anwendung der Mehrzahl von Schraubenfedern für jedes einzelne Zwischenelement vermeiden.
Gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Maßnahme sind die beiden Schraubenfedern, wenn die Zahl der Schraubenfedern für jedes Federelement zwei beträgt, und der Verbindungsteil aus einem einzelnen Draht geformt. Daher lassen sich die beiden Schraubenfedern optimal zu einem Stück verbinden.
Da gemäß der dritten erfindungsgemäßen Maßnahme das Drahtende am anderen Ende jeder Schraubenfeder, die in elastischem Kontakt mit dem Zwischenelement steht, so ausgeführt ist, dass ein Kontakt mit dem Innen- und dem Außenring verhindert wird, können Ereignisse vermieden werden, die auf das Einrasten des Drahtendes in den Innen- und den Außenring zurückzuführen sind, d. h. ein Ereignis, bei dem die Betätigung der Schraubenfeder selbst blockiert ist, oder ein Ereignis, bei dem die Kontaktflächen vom Innen- und Außenring zum Zwischenelement beschädigt sind.
Da gemäß der vierten erfindungsgemäßen Maßnahme die Freilaufkupplung für einen Hilfsantriebsapparat mit Riemen für einen Fahrzeugmotor eingesetzt wird, bei dem es häufig zur Erzeugung hochfrequenter Vibrationen kommt, werden dadurch die Auswirkungen der erfindungsgemäßen Maßnahme nach Anspruch 1 angemessen gewährleistet.
Da gemäß der fünften erfindungsgemäßen Maßnahme der Riemenscheibenteil zum Herumführen des Kraftübertragungsriemens rund um den Außenring vorgesehen ist, so dass die Freilaufkupplung als in eine Freilaufkupplung integrierte Riemenscheibe eingesetzt werden kann, läßt sich die erfindungsgemäße Freilaufkupplung ohne weiteres in den Hilfsantriebsapparat mit Riemen für einen Fahrzeugmotor einbauen.
1 ist eine Explosionszeichnung, die einen erfindungswesentlichen Teil einer in eine Freilaufkupplung integrierten Riemenscheibe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist eine Ansicht des erfindungswesentlichen Teils der in eine Freilaufkupplung integrierten Riemenscheibe bei Betrachtung von einem Außenring her.
3 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie III-III aus 2.
4 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie IV-IV aus 3.
5 ist eine schematische Ansicht der Auslegung eines Hilfsantriebsapparats für einen Fahrzeugmotor.
6 ist eine Längsquerschnittsansicht, die den Gesamtaufbau der in eine Freilaufkupplung integrierten Riemenscheibe zeigt.
7 ist eine schematische Ansicht, die zeigt, wie ein Versuchsbeispiel auszuführen ist.
8 ist ein Diagramm, welches die Drehzahländerung eines Innenrings infolge des Verzögerungswinkels unter Bedingungen mit hochfrequenten Drehzahlschwankungen eines Fahrzeugmotors bei einem erfindungsgemäßen Beispiel zusammen mit der Drehzahländerung des Außenrings zeigt.
9 ist ein Diagramm, welches die Verzögerungswinkel von erfindungsgemäßen und Vergleichsbeispielen zusammen zeigt.
10 ist eine Querschnittsansicht in Querrichtung, die einen erfindungswesentlichen Teil einer Freilaufkupplung unter Verwendung einer Flachfeder zeigt.
11 ist eine entsprechende Ansicht von 1, die eine an sich bekannte Freilaufkupplung unter Verwendung einer Schraubenfeder zeigt.
12 ist eine entsprechende Ansicht von 4, die einen erfindungswesentlichen Teil der an sich bekannten Freilaufkupplung zeigt.
13 ist eine entsprechende Ansicht von 12, die übertrieben die an sich bekannte Freilaufkupplung zeigt, bei der das Wurzelende der Schraubenfeder in seiner Lage zum Außenring verändert wurde.
14 ist eine entsprechende Ansicht von 12, die übertrieben die an sich bekannte Freilaufkupplung zeigt, bei der das entfernte Ende der Schraubenfeder in seiner Lage zum Außenring verändert wurde.
Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
5 zeigt schematisch die Auslegung eines Hilfsantriebsapparats mit Riemen für einen Fahrzeugmotor, bei dem eine in eine Freilaufkupplung integrierte Riemenscheibe A gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist. Dieser Hilfsantriebsapparat ist an einem Ende eines in einem Kraftfahrzeug eingebauten Vierzylinder-Viertaktmotors 20 vorgesehen. Die Auslegung dieses Hilfsantriebsapparats ist die sogenannte Schlangenanordnung, bei der ein einzelner Rippenkeilriemen 20 als Kraftübertragungsriemen schlangenförmig zwischen einer Antriebsscheibe 21, welche an einer Kurbelwelle 20a angebracht ist, die infolge eines Arbeitshubs des Motors 20 mit geringfügigen Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit rotiert, und einer Mehrzahl angetriebener Riemenscheiben, welche auf Eingangswellen einer Mehrzahl von Hilfseinrichtungen, darunter einer Drehstromlichtmaschine 22, montiert sind, geführt ist.
Im einzelnen sind als die oben genannten angetriebenen Riemenscheiben angeordnet: eine Spannrolle 24 einer automatischen Riemenspannvorrichtung, eine Riemenscheibe 25 für die Hydraulikpumpe einer Servolenkung, eine Umlenkrolle 26, eine Riemenscheibe 27 für einen Klimakompressor und eine Riemenscheibe für einen Motorlüfter, beginnend mit der Antriebsscheibe 21, in der Reihenfolge einer Laufrichtung des Rippenkeilriemens 23, wie sie in 5 durch Pfeile bezeichnet ist. Außerdem liegt die in eine Freilaufkupplung integrierte Riemenscheibe A zwischen der Spannrolle 24 der automatischen Riemenspannvorrichtung und der Riemenscheibe 25 für eine Hydraulikpumpe einer Servolenkung und ist auf einer Welle 22a der Drehstromlichtmaschine 22 angebracht, bei der das Trägheitsdrehmoment eines Ankers relativ groß ist.
Wie in 6 dargestellt, weist die in eine Freilaufkupplung integrierte Riemenscheibe A einen mit der Drehstromlichtmaschinenwelle 22a verbundenen Innenring 2 und einen koaxial um die Außenperipherie des Innenrings 1 herum angeordneten Außenring 2 auf, und Innen- und Außenring 1, 2 sind durch zwei Lager 3, 3 im Verhältnis zueinander drehbar montiert, die zwischen dem Innen- und dem Außenring 1, 2 auf beiden Seiten in axialer Richtung (in 6 beide Seiten) angeordnet sind. Außerdem ist an der Außenperipherie des Außenrings 2 ein Riemenscheibenteil 8 für die gemeinsame Drehung angebracht, um den der Rippenkeilriemen 23 herum geführt wird. Weiterhin ist zwischen den Lagern 3 und 3 ein Kupplungsmechanismus 10 vorgesehen, um die Drehmomentübertragung zwischen dem Innen- und dem Außenring 1, 2 entsprechend der Richtung der relativen Drehung des Innen- und des Außenrings 1, 2 zu bewirken oder zu blockieren.
Jedes Lager 3 ist ein Rillenkugellager, welches einen Ringlager-Innenring 4, der fest an der Außenperipherie des Innenrings 1 angebracht ist, um gemeinsam mit dem Innenring 1 zu rotieren, sowie einen Ringlager-Außenring 5 aufweist, der koaxial um die Außenperipherie des Lager-Innenrings 4 angeordnet und fest in die Innenperipherie des Außenrings 2 eingebaut ist, um gemeinsam mit dem Außenring 2 zu rotieren. Die Außenperipherie des Lager-Innenrings 4 und die Innenperipherie des Lager-Außenrings 5 sind über diese gesamten Peripherien mit Rillen 4a, 5a mit jeweils bogenförmigem Querschnitt versehen. Außerdem ist ein ringförmiger Käfig 6 koaxial zwischen den Lager-Innen- und -Außenringen 4, 5 und zur relativen Drehung mit den Lager-Innen- und -Außenringen 4, 5 angeordnet. Eine Mehrzahl von Stahlkugeln 7, 7, ... wird von dem Käfig 6 entsprechend einer regelmäßigen Umfangsteilung festgehalten. Die Stahlkugeln 7, 7, ... rollen am Umfang in den Rillen 4a, 5a der Lager-Innen- und -Außenringe 4, 5, um so eine relative Drehung der Innen- und Außenringe 1, 2 zu ermöglichen.
Wie ebenfalls in den 1 bis 4 dargestellt, enthält der Kupplungsmechanismus 10 einen ringartigen Käfig 11, der zur relativen Drehung mit den Innen- und Außenringen 1, 2 zwischen den Innen- und Außenringen 1, 2 angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Zwischenelementen 12, 12, ..., die von dem Käfig 11 für die Kippbewegung in einer einzelnen Ebene rechtwinklig zur Achse der Innen- und Außenringe 1, 2 festgehalten werden. In dem Käfig 11 ist mit einer festgelegten Umfangsteilung eine Mehrzahl von Haltelöchern 11a, 11a, von rechtwinkligem Querschnitt angeordnet, die in radialer Richtung durchgehend in den Käfig 11 geschnitten sind. Die Zwischenelemente 12, 12, ... sind für eine Kippbewegung in den Haltelöchern 11a, 11a bzw. ... ausgelegt. Von zwei am Umfang einander gegenüberliegenden Innenwandflächen jedes Haltelochs 11a ist eine Innenwandfläche (in 4 die rechte) in einer vorspringenden Wand ausgeformt, die sich mit einem Querschnitt in der Form eines umgekehrten V zur anderen Innenwandfläche hin (in der gleichen Figur die linke) erstreckt. In der anderen Innenwandfläche liegen zwei Aussparungen 13, 13 so nebeneinander, dass sie in axialer Richtung der Innen- und Außenringe 1, 2 fluchten und zur inneren (in der Figur der nach rechts gerichteten) Wandfläche hin und radial zur äußeren (in der Figur der nach oben gerichteten) Wandfläche hin offen sind. An einer Stelle zwischen den beiden Aussparungen 13 und 13 und am Umfang der einen Innenwandfläche (in der Figur die linke Seite) gegenüberliegend ist außerdem eine radial nach außen offene Rille 14 vorgesehen, die sich in axialer Richtung erstreckt. Der Boden der Rille 14 liegt radial nach außen jenseits der Bodenfläche der Aussparung 13. Jedes Ende der Rille 14 ist zu der entsprechenden Aussparung 13 hin offen.
Jedes Zwischenelement 12 hat die Form eines stab- und eines kürbisförmigen Teils und ist parallel zur Achse der Innen- und Außenringe 1, 2 und so angeordnet, dass die Längsrichtung des Querschnitts im wesentlichen mit der radialen Richtung der Innen- und Außenringe 1, 2 übereinstimmt. Die Längsabmessung ist geringfügig größer als der Abstand zwischen den beiden Nockenflächen 1a und 2a der Innen- und Außenringe 1 und 2, die Oberfläche des Zwischenelements 12 auf der Seite des Innenrings 1 dient als Nockenfläche 12a, die auf der Nockenfläche 1a des Innenrings 1 verschiebbar ist, und die Oberfläche des Zwischenelements auf der Seite des Außenrings 2 dient als Nockenfläche 12b, die auf der Nockenfläche 2a des Außenrings 2 verschiebbar ist. Wenn jedes Zwischenelement 12 entsprechend 4 im Uhrzeigersinn eine Kippbewegung ausführt, wird es zwischen dem Innen- und dem Außenring 1 und 2 so verkeilt, dass die Nockenflächen 12a und 12b des Zwischenelements 12 gegen die Nockenflächen 1a und 2a des Innen- und des Außenrings 1 bzw. 2 gepreßt werden. Wenn andererseits jedes Zwischenelement 12 entsprechend der gleichen Figur gegen den Uhrzeigersinn gekippt wird, gelangen die entsprechenden Nockenflächen 12a und 12b in Gleitkontakt mit den Nockenflächen 1a und 2a der Innen- und Außenringe 1 bzw. 2. Außerdem weist von zwei Flächen, die sich an beiden Breitenenden (in 4 beiden Seiten) des Teils jedes Zwischenelements 12 befinden, die Fläche auf der Seite, die der vorspringenden Wand des Haltelochs 11a des Käfigs 1 (in der Figur rechte Seite) entspricht, eine Aussparung in Form einer V-förmigen Rille mit leicht geneigten Oberflächen auf, und die Oberseite der vorspringenden Wand steht in axialer Richtung der Innen- und Außenringe 1, 2 mit dem Boden der Rille in Linienkontakt. Das Zwischenelement 12 kippt somit um den Kontaktteil als Drehpunkt.
In dem Käfig 11 des Kupplungsmechanismus 10 befindet sich ein Federelement 15 für jedes Zwischenelement 12 und jedes Zwischenelement 12 wird durch das entsprechende Federelement 15 in der Verkeilungsrichtung zwischen den Innen- und Außenringen 1 und 2 gepresst.
Außerdem weist bei dieser Ausführungsform, wie in den 1 bis 3 vergrößert dargestellt, jedes Federelement 15 zwei Schraubenfedern 15a, 15a auf, die in axialer Richtung des Innen- und des Außenrings 1, 2 fluchtend nebeneinander liegen und sich in einer solchen Richtung erstrecken, dass auf das entsprechende Zwischenelement 12, welches an jeweils einem Ende (in 1 die linken Enden: nachstehend als Wurzelenden bezeichnet) durch den Käfig festgehalten und an den anderen Enden (in der Figur den rechten Enden: nachstehend als entfernte Enden bezeichnet) mit dem Zwischenelement 12 in Kontakt gehalten wird, ein Druck ausgeübt wird. Außerdem ist zwischen den Wurzelenden der Schraubenfedern 15a und 15a ein Verbindungsteil 15b vorgesehen, durch den die beiden Wurzelenden miteinander verbunden sind.
Insbesondere sind die beiden Schraubenfedern 15a, 15a und der Verbindungsteil 15b jedes Federelements 15 aus einem einzelnen Draht geformt. Bei der Ausformung ist eine Schraubenfeder 15a (in 2 die untere) rechtsseitig ausgebildet, während die andere Schraubenfeder 15a (in der Figur die obere) linksseitig ausgebildet ist. Das Wurzelende der rechtsseitig ausgebildeten Schraubenfeder 15a und das Wurzelende der linksseitig ausgebildeten Schraubenfeder 15a sind miteinander durch einen Drahtabschnitt verbunden, der sich im wesentlichen linear entlang der Achse des Innen- und des Außenrings 1 und 2 erstreckt. Der oben erwähnte Verbindungsteil 15b besteht aus dem linearen Drahtabschnitt. Die beiden Schraubenfedern 15a, 15a sind mit den gleichen Daten im Hinblick auf Schraubendurchmesser und effektive Anzahl Windungen, ausgenommen die Drehrichtung, hergestellt. Dementsprechend sind die Federkonstanten k₁ der beiden Schraubenfedern 15a, 15a identisch (k₁ = a). Bei dieser Ausführungsform ist die Federkonstante k₁ jeder Schraubenfeder 15a mit der Federkonstante k₂ einer Schraubenfeder für den Fall identisch, dass ein Federelement aus einer einzelnen Schraubenfeder entsprechend dem bekannten Stand der Technik (k₁ = k₂ = a) geformt ist. Anders ausgedrückt: Die Federkonstante k' des an sich bekannten Federelements ist k' = k₂ = a.
Außerdem liegt das Wurzelende der rechtsseitigen Schraubenfeder 15a in einer (in 2 der oberen) der Aussparungen 13, 13, die jedem einzelnen Halteloch des Käfigs 11 entsprechen, während das Wurzelende der linksseitigen Schraubenfeder 15a in der anderen Aussparung 13 (in der Figur der unteren) liegt. In diesem Fall ist das Wurzelende jeder Schraubenfeder 15a wie beim bekannten Stand der Technik enggängig. Weiterhin liegt der Verbindungsteil 15b in der Rille 14 des Käfigs 11 und beide Enden des Verbindungsteils 15b befinden sich in durchgehenden Räumen zwischen der Rille 14 und den Aussparungen 13 bzw. 13. In diesem Fall ist der Abstand zwischen den beiden Schraubenfedern 15a und 15a etwas kleiner eingestellt als die Dicke einer Zwischenwand des Käfigs 11, die die beiden Aussparungen 13 und 13 voneinander trennt, so dass beide Schraubenfedern 15a, 15a auf beiden Seiten in axialer Richtung des Innen- und des Außenrings 1, 2 die Zwischenwand einklemmen. Die Schraubenfedern 15a, 15a werden dadurch an den entsprechenden Wurzelenden gegen Verschiebung gesichert.
Außerdem ist die entfernte Endwindung jeder Schraubenfeder 15a so geformt, dass sie, wenn sich der entsprechende Teil des Drahts aus der nahe am Außenring 2 liegenden Position kreisförmig zu der nahe am Innenring liegenden Position erstreckt, vor der nahe am Innenring 1 gelegenen Position endet. Der entfernte Endteil des Drahts wird dadurch mit den Nockenflächen 1a, 2a des Innen- und des Außenrings 1, 2 in Kontakt gehalten.
Nunmehr wird die Eigenfrequenz f des Federelements 15, bezogen auf jedes Zwischenelement 12 in der in eine Freilaufkupplung integrierten Riemenscheibe A mit oben beschriebener Bauweise, berechnet. Da die Federkonstante k₁ jeder Schraubenfeder 15a gleich k₁ = a ist, beträgt zunächst einmal die Federkonstante k des aus den beiden Schraubenfedern 15a und 15a gebildeten Federelements 15 k = k₁ + k₁ = a + a = 2a, was dem zweifachen Wert der Federkonstante (k' = k₂ = a) entspricht, sofern das Federelement aus einer einzelnen Schraubenfeder nach dem bekannten Stand der Technik geformt ist.
Daher beträgt die Eigenfrequenz F des Federelements 15 bei der in eine Freilaufkupplung integrierten Riemenscheibe A F = (1/2π)(k/m)^1/2 = (1/2π)(2a/m)^1/2 (worin m die Masse des Zwischenelements 12 bezeichnet).
Auf der anderen Seite beträgt die Eigenfrequenz F' des an sich bekannten Federelements F' = (1/2π)(k/m)^1/2 = (1/2π)(2a/m)^1/2
Dementsprechend ist es, wie durch folgende Formel ausgedrückt, verständlich, dass die Eigenfrequenz F des Federelements 15 bei der in eine Freilaufkupplung integrierten Riemenscheibe A gemäß dieser Ausführungsform etwa 1,414-mal so groß ist wie die Eigenfrequenz F' des an sich bekannten Federelements. F ÷ F' = {(1/2π)(2a/m)^1/2} ÷ {(1/2π)(a/m)^1/2} = (2a/m)^1/2 ÷ (a/m)^1/2 = (2)^1/2 = 1,414
Gemäß dieser Ausführungsform, bei der eine in eine Freilaufkupplung integrierte Riemenscheibe A in einem schlangenförmigen Drehmomentübertragungsweg angeordnet ist, wobei das Drehmoment einer Kurbelwelle 20a eines Fahrzeugmotors 20 über einen Rippenkeilriemen 23 auf eine Hilfseinrichtung wie eine Drehstromlichtmaschine 22 übertragen wird, nutzt die in eine Freilaufkupplung integrierte Riemenscheibe A als Federelement 15, wodurch jedes Zwischenelement 12 zwischen dem Innen- und dem Außenring 1 und 2 verkeilt wird, ein Federelement mit zwei Schraubenfedern 15a, 15a, die neben dem Zwischenelement 12 liegen. Selbst wenn daher die Größe jeder Schraubenfeder 15a in Betätigungsrichtung nicht erhöht wird, kann das Federelement die Federkonstante erreichen, die das Doppelte desjenigen Werts hat, der erreicht wird, wenn ein Federelement entsprechend dem bekannten Stand der Technik aus einer einzelnen Schraubenfeder geformt ist. Dies verbessert die Reaktion auf das Eingangsdrehmoment, welches trotz ausgezeichneter Haltbarkeit mit hochfrequenten Winkelgeschwindigkeitsschwankungen einhergeht.
Da außerdem die beiden Schraubenfedern 15a, 15a durch Verbindung von jeweils einem Ende der beiden Schraubenfedern 15a, 15a mit Hilfe des Verbindungsteils 15b integral geformt sind, kann jede Schraubenfeder 15a gegen eine Drehung um die Schraubenachse eingespannt und an dem einen Ende mit Hilfe des Verbindungsteils 15b befestigt sein. Infolgedessen können die Schraubenfedern 15a, 15a selbst dann einen konstanten Druck gegen das Zwischenelement 12 ausüben, wenn sie Zentrifugalkräften oder Vibrationen aufgrund hoher Motordrehzahl ausgesetzt sind, so dass die Anpresskraft stabilisiert wird. Außerdem entfällt durch die integrale Konfiguration der beiden Schraubenfedern 15a, 15a eine Erhöhung der Komponentenzahl, obgleich für jedes Zwischenelement 12 zwei Schraubenfedern 15a, 15a benutzt werden.
Die obige Ausführungsform beschreibt die in eine Freilaufkupplung integrierte Riemenscheibe A des Typs, der eine Drehmomentübertragung zwischen dem Innen- und dem Außenring 1 und 2 durch Kippbewegung jedes einzelnen Zwischenelements 12 bewirkt oder blockiert. Die Erfindung ist jedoch auch auf in eine Freilaufkupplung integrierte Riemenscheiben anwendbar, die andere Arten von Zwischenelementen nutzen.
Bei der obigen Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, in dem ein Rillenkugellager als das zwischen dem Innen- und dem Außenring 1 und 2 angeordnete Lager 3 verwendet wird. Stattdessen können jedoch andere Lagertypen verwendet werden und Anzahl und Aufbau der Lager unterliegen keinen besonderen Einschränkungen.
Außerdem beschreibt die obige Ausführungsform den Fall, in dem jedes Federelement 15 zwei Schraubenfedern 15a, 15a aufweist. Die Zahl der Schraubenfedern kann jedoch drei oder mehr betragen.
Außerdem ist bei der obigen Ausführungsform der Verbindungsteil 15b in jedem Federelement 15 im Wesentlichen linear ausgebildet. Die Form des Verbindungsteils kann jedoch entsprechend dem Montageaufbau des Federelements im Käfig und dergleichen angemessen ausgelegt sein.
Weiterhin beschreibt obige Ausführungsform den Fall, in dem die in eine Freilaufkupplung integrierte Riemenscheibe A in dem Hilfsantriebsapparat für einen Fahrzeugmotor angeordnet ist. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die Riemenscheibe auch in anderen Drehmomentübertragungswegen angeordnet sein kann.
Darüber hinaus beschreibt obige Ausführungsform die in eine Freilaufkupplung integrierte Riemenscheibe A als Einbau-Freilaufkupplung, bei der der Riemenscheibenteil 8 auf dem Außenring 2 angebracht ist. Die Erfindung ist jedoch auf Freilaufkupplungen verschiedener Arten anwendbar, bei denen Zwischenelemente mittels Federelementen in Verkeilungsrichtung zwischen Innen- und Außenringen gepresst werden.
– Versuchsbeispiel –
Wenn darüber hinaus die in eine Freilaufkupplung integrierte Riemenscheibe A der obigen Ausführungsform als erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel verwendet wird, wird ein Versuch beschrieben, der der Untersuchung des entsprechenden Verzögerungswinkels dient.
Wie in 7 schematisch dargestellt, wurde insbesondere ein Rippenkeilriemen 23 zwischen einer Antriebsscheibe 31 einer Rippenkeilriemenscheibe und der in eine Freilaufkupplung integrierten Riemenscheibe A geführt, und bei dieser Anordnung wurde die Antriebsscheibe 31 so in Umdrehung versetzt, dass die in eine Freilaufkupplung integrierte Riemenscheibe A ein Drehmoment mit einer Zieldrehzahl von 12.500 min^–1, einer Umdrehungsschwankungsrate von 3% und einer Schwankungsfrequenz von 100 bis 200 Hz zuführen konnte. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Drehzahl von Außen- und Innenring gemessen. Anschließend wurde der Mittelwert der Verzögerungswinkel, ausgehend von den gemessenen Daten, berechnet. Die obige Drehzahl und die Bedingungen der Umdrehungsschwankung entsprechen den Winkelgeschwindigkeitsschwankungen des der in eine Freilaufkupplung integrierten Riemenscheibe zugeführten Drehmoments, wenn die Drehzahl bei dem Viertakt-Vierzylindermotor 3000 bis 6000 min^–1 beträgt. Außerdem ist der Innenring der in eine Freilaufkupplung integrierten Riemenscheibe A an die Welle einer Drehstromlichtmaschine angeschlossen und die Drehstromlichtmaschine wird mit 120 A belastet. Die Drehzahländerungen (Einheit: min^–1) von Innen- und Außenring sind in diesem Fall zusammen in 8 dargestellt.
Der berechnete Mittelwert der Verzögerungswinkel der in eine Freilaufkupplung integrierten Riemenscheibe A unter obigen Bedingungen lag in der Größenordnung von knapp über 3°.
Indem man als Vergleichsbeispiel eine an sich bekannte, in eine Freilaufkupplung integrierte Riemenscheibe verwendete, bei der ein Federelement für jedes Zwischenelement aus einer einzelnen Schraubenfeder geformt ist, wurde der gleiche Versuch zu Vergleichszwecken auch unter denselben Bedingungen wie im obigen Fall aufgeführt. Der berechnete Mittelwert der Verzögerungswinkel im Vergleichsbeispiel lag in der Größenordnung von knapp über 4°. Die Mittelwerte der Verzögerungswinkel bei diesen erfindungsgemäßen und Vergleichsbeispielen sind zusammen in 9 dargestellt.
Daraus ist ersichtlich, dass das erfindungsgemäße Beispiel einen um etwa 1° kleineren Verzögerungswinkel aufweist als das Vergleichsbeispiel.
Industriemäßige Anwendbarkeit
Die erfindungsgemäße Freilaufkupplung, wie sie bisher beschrieben wurde, besitzt eine ausgezeichnete Haltbarkeit und erreicht eine hervorragende Reaktion auf hochfrequente Vibrationen und ist daher für den Einsatz als Kupplung geeignet, die bei hohen Drehzahlen, zum Beispiel mit einem Kraftfahrzeugmotor, betrieben wird.

Claims

Freilaufkupplung, welche aufweist: – einen Innenring (1), – einen Außenring (2), der koaxial um eine Außenperipherie des Innenrings (1) und im Verhältnis zum Innenring (1) drehbar angebracht ist, – einen zwischen dem Innen- und dem Außenring (1, 2) angeordneten Käfig (6) für die Drehbewegung, bezogen auf den Innen- und Außenring (1, 2), – eine Mehrzahl von Zwischenelementen (12), die in dem Käfig (11) jeweils so befestigt sind, dass sie in ihrer Lage in einer zur Achse des Innen- und des Außenrings (1, 2) rechtwinkligen Ebene beweglich sind, wobei durch die Veränderung der Lage bei relativer Drehung des Innen- und des Außenrings (1, 2) in Verriegelungsrichtung eine Verkeilung erfolgt und eine Drehmomentübertragung zwischen dem Innen- und dem Außenring (1, 2) bewirkt wird und wobei durch Veränderung der Lage entgegen der Verkeilungsrichtung zwischen dem Innen- und dem Außenring (1, 2) bei relativer Drehung des Innen- und Außenrings (1, 2) in Freigaberichtung die Drehmomentübertragung zwischen dem Innen- und dem Außenring (1, 2) blockiert wird, und – eine Mehrzahl von Federelementen (15), die im Verhältnis zu den Zwischenelementen (12) im Käfig (11) entsprechend angeordnet sind, um die entsprechenden Zwischenelemente (12) so unter Druck zu setzen, dass die Zwischenelemente (12) zwischen dem Innen- und dem Außenring (1, 2) verkeilt werden, dadurch gekennzeichnet, dass jedes einzelne Federelement (15) folgendes aufweist: – zwei Schraubenfedern (15a), die in axialer Richtung des Innen- und des Außenrings (1, 2) fluchtend nebeneinander liegen und sich in einer Richtung erstrecken, in der das entsprechende Zwischenelement (12) unter Druck gesetzt wird, die jeweils an einem Ende mittels einer von zwei im Käfig (11) geformten Aussparungen (13) festgehalten und am jeweiligen anderen Ende mit dem Zwischenelement (12) in elastischem Kontakt gehalten werden; und – einen Verbindungsteil (15b), durch den die einen Enden der zwei Schraubenfedern (15a) miteinander verbunden werden, wobei die beiden Schraubenfedern (15a) und der Verbindungsteil (15b) jedes der Federelemente (15) aus einem einzelnen Draht geformt sind, und – wobei der Abstand zwischen den beiden Schraubenfedern (15a) kleiner als die Dicke einer Zwischenwand des Käfigs (11), welche die beiden Aussparungen (13) voneinander trennt, eingestellt ist, wobei jede der beiden Aussparungen (13) das eine Ende jeder der beiden Schraubenfedern (15a) festhält, und wobei die beiden Schraubenfedern (15a) auf beiden Seiten in axialer Richtung des Innen- und des Außenrings (1, 2) die Zwischenwand einklemmen.
Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende eines Drahts, welches das andere Ende der Schraubenfeder (15a) bildet, so geformt ist, dass ein Kontakt mit dem Innen- und dem Außenring (1, 2) vermieden wird.
Freilaufkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufkupplung (A) in einem Drehmomentübertragungsweg angeordnet ist, um das Drehmoment einer Kurbelwelle (20a) zu übertragen, die mit Winkelgeschwindigkeitsschwankungen infolge eines Arbeitstakts eines Fahrzeugmotors (20) auf eine Eingangswelle (22a) von Hilfseinrichtungen (22) über einen Kraftübertragungsriemen (23) rotiert.
Freilaufkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (1) aufgrund seiner Ausführung entweder mit der Kurbelwelle (20a) des Fahrzeugmotors (20) oder der Eingangswelle (22a) der Hilfseinrichtung (22) verbindbar ist, und der Außenring (2) mit einem Riemenscheibenteil (8) versehen ist, um den Kraftübertragungsriemen (23) darum herum zu führen, so dass dieser zusammen mit dem Außenring (2) drehbar ist.