DE102004047803A1

DE102004047803A1 - Freewheel, especially as a vibration absorber

Info

Publication number: DE102004047803A1
Application number: DE200410047803
Authority: DE
Inventors: Herwig Fischer
Original assignee: Satellite Gear Systems Ltd
Current assignee: Satellite Gear Systems Ltd
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2006-03-30
Also published as: EP1794467A1; WO2006034736A1

Abstract

Ein Freilauf in einer besonderen Ausführung für sehr geringe Anteile im Betriebszeitenkollektiv im Überholbetrieb, der speziell die Übertragung von Schwingungen im Antriebsstrang dadurch reduziert, dass Momente nur in einer Richtung übertragen werden und so keine Resonanzen entstehen können, gekennzeichnet durch eine Vielzahl elastischer Zähne, die Umfangskräfte zwischen Antrieb und Abtrieb richtungsgebunden übertragen, da sie in einer Drehrichtung selbsthemmend einriegeln und in der Gegenrichtung ausgekämmt werden.A freewheel in a special design for very low shares in the operating time collective in overtaking, which specifically reduces the transmission of vibrations in the drive train that moments are transmitted in one direction and so no resonances can occur, characterized by a variety of elastic teeth, the peripheral forces transmitted directionally bounded between drive and output, as they lock themselves in a self-locking direction and combed out in the opposite direction.

Description

Freiläufe übertragen Drehmomente drehrichtungsgebunden für unterschiedliche Anwendungen, als Rücklaufsperren oder Überholkupplungen.Freewheeling transferred Torque-directional for different applications, as Backstops or overrunning clutches.

In besonderen Anwendungsfällen werden die Zeitanteile des Lastkollektivs, in denen der Freilauf im Überholbetrieb läuft, sehr gering. Eine solche Lastverteilung ergibt sich z.B. wenn Freiläufe die Funktion als Schwingungstilger erfüllen sollen. Dabei werden Resonanzen dadurch vermieden, dass die Rückkopplung der Wechselmomente durch die drehrichtungsgebundene Momentenübertragung von Freiläufen unterbrochen wird. In solchen Fällen arbeitet der Freilauf praktisch ausschließlich im verriegelten Zustand, nur bei Auftreten der Resonanzdrehzahlen wird das Moment kurzzeitig unterbrochen. Für solche Einsätze erweist sich ein Freilauf als optimaler Schwingungstilger, da er Resonanzen nicht dämpfen und damit Energie absorbieren und in Wärme umwandeln muss, sondern die Entstehung von Schwingungsenergien verhindert. In allen Antriebssträngen, in denen eine Leistungsübertragung nur in eine Richtung benötigt wird und dauerhafte Überholdrehzahlen nicht auftreten, kann die Freilauffunktion auch mit hoher Drehmomentdichte durch die vorliegende Erfindung bei sehr preisgünstiger Fertigung erfüllt werden.In special applications are the time shares of the load collective in which the freewheel in overtaking running, very low. Such a load distribution results e.g. when freewheeling the function as a vibration absorber should. This resonances are avoided by the fact that the feedback the alternating moments due to the directional torque transmission of freewheeling is interrupted. In such cases the freewheel works almost exclusively in the locked state, only at the occurrence of resonance speeds, the moment becomes momentary interrupted. For such Calls proves to be a freewheel as the optimal vibration damper, since he Do not dampen resonances and to absorb energy and convert it into heat, but prevents the formation of vibrational energies. In all drive trains, in which a power transmission only needed in one direction will and lasting overtravel speeds can not occur, the freewheeling function can also with high torque density be met by the present invention at very low-cost production.

Dazu wird ein verzahnter Ring, in den Skizzen als Hohlrad ausgeführt gefertigt, der das Drehmoment auf einer der beiden Wellen überträgt. Auf der anderen Welle sitzt ein Trägerring mit auf dem Umfang angebrachten, elastischen Kupplungselementen, die mit dem Hohlrad formschlüssig in Eingriff stehen. Die Verzahnung ist asymmetrisch, so dass die Kupplungselemente in einer Drehrichtung selbsthemmend in Eingriff gehalten und in der Gegenrichtung ausgekämmt werden, in dem sie elastisch verformt und so aus dem Eingriff gehoben werden. In der Überholbewegung schwingen die Kupplungselemente dann hin und her, während sie durch die Federkraft der elastischen Verformung in die Verzahnung hinein gedrückt und wieder ausgekämmt werden.To is a toothed ring, made in the sketches executed as a ring gear, which transmits the torque on one of the two shafts. Sitting on the other shaft a carrier ring with circumferentially mounted elastic coupling elements, the form-fitting with the ring gear engage. The gearing is asymmetrical, so that the Coupling elements in one direction self-locking engaged kept and combed out in the opposite direction, in which they are elastic deformed and lifted out of engagement. In the overtaking movement The coupling elements then swing back and forth while they are by the spring force of the elastic deformation in the toothing pressed into it and combed out again become.

Die Freilaufwirkung verläuft damit analog zu den bekannten Sperrklinkenfreiläufen, wobei hier wegen der Vielzahl von Zähnen und sehr fein verzahnten Kupplungselementen eine sehr gute Stellgenauigkeit erreicht werden kann und auf dem Umfang so viele Kupplungselemente untergebracht werden können, dass im Wesentlichen jeder Zahn des Hohlrades im Eingriff steht und an der Drehmomentübertragung teilnimmt. Die elastische Ausführung durch ein geeignetes Material ermöglicht die Gestaltung des Innenringes aus nur einem einzigen Teil, das die Funktion des Sperrklinkenträgers, aller Sperrklinken, sowie der Anfederung übernimmt. Die mehrfache statische Überbestimmung, für die bei harter Materialwahl künstliche zusätzliche Elastizitäten zum Toleranzausgleich integriert werden müssten, entfällt durch Eigenelastizität des Werkstoffes. Die einzelnen Formschlußelemente, die elastisch ein- und ausgekämmt werden können, tragen einen oder mehrere Zähne, die mit dem Hohlrad in Eingriff gebracht werden.The Free-running action runs thus analogous to the known pawl freewheels, here because of the Variety of teeth and very finely toothed coupling elements a very good positioning accuracy can be achieved and on the scope so many coupling elements can be accommodated, that substantially each tooth of the ring gear is engaged and participates in the torque transmission. The elastic design by a suitable material allows the design of the inner ring from only a single part, which is the function of the pawl carrier, all Pawls, as well as the springing takes over. The multiple static overdetermination, for the with hard material choice artificial additional elasticities To compensate for tolerances would have to be integrated, eliminates the inherent elasticity of the material. The individual positive locking elements, which are elastically combed in and out can, wear one or more teeth that be brought into engagement with the ring gear.

Die für diese Anwendung hinreichend elastischen Werkstoffe verfügen in der Regel im Vergleich zu Metallen über deutlich geringere Festigkeitswerte. Dennoch lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Freilauf vergleichbar hohe Drehmomentdichten erzielen, da statt einer oder drei Sperrklinken der gesamte Umfang im Formschluss steht und die Kraftverteilung durch Eigenelastizität praktisch vollständig homogen ist. Zusätzlich werden Kupplungsstöße ebenfalls durch Eigenelastizität absorbiert und führen nur zu geringen Lastüberhöhungen.The for this Application sufficiently elastic materials have in the Usually compared to metals over significantly lower strength values. Nevertheless, can be with the freewheel according to the invention achieve comparably high torque densities, as instead of one or three pawls the entire circumference is in positive engagement and the Force distribution by inherent elasticity virtually completely homogeneous is. additionally Also, clutch strokes are by inherent elasticity absorbed and only lead too low load peaks.

Die bei formschlüssigen Freiläufen üblichen Klickergeräusche beim Überrollen werden akustisch im elastischen Werkstoff deutlich besser gedämpft. Das innenverzahnte Hohlrad ist in einer besonderen Ausführung ebenfalls aus einem elastischen Material. Um die Kräfte aus den beiden elastischen Bauteilen (Hohlrad und Innenring) in die An- bzw. Abtriebswellen bei geringen Werkstoffspannungsspitzen ein- bzw. auszuleiten, sind in einer bevorzugten Ausführung beide Bauteile mit Formschlußelementen auf dem Innen und/oder Außenumfang und/oder auf den axialen Flächen versehen, die in entsprechende Gegenstücke auf den Wellen und Flanschen des Antriebsstranges passen. Bei einer besonders kompakten Ausfüh rung, sind die Ringe radial sehr flach und die angeschlossenen Wellen und Flansche hinterfüttern die Ringe und halten sie auch unter Last formstabil.The with positive locking Freewheeling usual clicker noise when rolling over are acoustically better damped in the elastic material. The internally toothed ring gear is also in a particular embodiment made of an elastic material. To the forces from the two elastic Components (ring gear and inner ring) in the input and output shafts With low material voltage peaks in or out, are in a preferred embodiment both components with positive locking elements on the inside and / or outside circumference and / or on the axial surfaces provided in corresponding counterparts on the shafts and flanges fit the drive train. In a particularly compact Ausfüh tion are the rings radially very flat and the connected shafts and flanges behind feed the rings and keep them dimensionally stable under load.

In einer weiteren Variante sind an einem oder beiden Bauteilen, Hohlrad und Innenring, z.B. axial versetzt glatte Flächen angeformt, die als Gleitlager im Überholbetrieb dienen und beide Teile zueinander zentrieren. In dieser Variante sind den Materialien Komponenten beigefügt, ähnlich wie in Kunststoffgleitlagern, die hohe Verschleißfestigkeit und geringe Reibung verursachen. Die Gleitflächen sind vorzugsweise axial versetzt auf verschiedenen Radien angebracht, so dass der erfindungsgemäße Freilauf durch ineinander stecken von zwei Bauteilen axial montiert werden kann.In another variant are on one or both components, ring gear and inner ring, e.g. axially offset smooth surfaces formed as a sliding bearing in overtaking Serve and center both parts to each other. In this variant are attached to the materials components, similar to plastic plain bearings, the high wear resistance and cause little friction. The sliding surfaces are preferably axial offset mounted on different radii, so that the invention freewheel be stuck axially into one another by two components can.

In weiteren Varianten sind die erfindungsgemäßen Freiläufe komplementär ausgeführt, d.h. statt des Hohlrades kämmt ein außenverzahntes Zahnrad mit einem Trägerring, auf dem die Kupplungselement nach innen aufgehängt sind. In einer weiteren Variante sind Verzahnung und Kupplungselemente nicht radial sondern axial angeordnet.In In further variants, the freewheels according to the invention are designed to be complementary, i. meshes instead of the ring gear an externally toothed one Gear with a carrier ring, on which the coupling element are hung inwards. In another Variant are teeth and coupling elements not radial but arranged axially.

In einer besonderen Variante sind die Geometrien der Verzahnung und der Kupplungselemente so gewählt, dass ebenfalls in einer Richtung ein- und in Gegenrichtung ausgekämmt wird, dass jedoch bei Überschreiten einer Grenzbelastung die Kupplungselemente auch in Sperrrichtung elastisch wegkippen und so die Funktion einer Überlastsicherung entsteht.In a special variant are the geometries of the teeth and the coupling elements chosen so that also in one direction and combed out in the opposite direction, but that when exceeded a limit load the coupling elements in the reverse direction tip over elastically and so the function of an overload protection arises.

Beschreibung der Skizzendescription the sketches

1 zeigt den Freilauf in einer Seitenansicht ausgeführt aus einem elastischen Material mit dem Außenring 100 und dem Innenring 200. Der Außenring 100 weist auf dem äußeren Umfang die Ausnehmungen 103 auf, mit denen er formschlüssig das Drehmoment an die nicht dargestellten Anschlusswellen übertragen kann und die Innenverzahnung 101, die mit den biegeelastisch ausgeführten Zähnen 201 des Innenringes 200 im Eingriff stehen. Die Verzahnung ist so asymmetrisch ausgeführt und die Zähne 201 sind in einem Winkel auf dem Innenring 200 fixiert, dass in einer Drehrichtung ein Drehmoment übertragen wird, das sich selbsthemmend stabilisiert und in der Gegenrichtung werden die Zähne durch die asymmetrischen Zahnflanken ausgekämmt. 1 shows the freewheel in a side view made of an elastic material with the outer ring 100 and the inner ring 200 , The outer ring 100 has on the outer periphery of the recesses 103 on, with which he can positively transfer the torque to the connection shafts, not shown, and the internal teeth 101 , with the flexionally elastic teeth 201 of the inner ring 200 are engaged. The teeth are so asymmetrical and the teeth 201 are at an angle on the inner ring 200 fixes that in one direction of rotation a torque is transmitted, which stabilizes self-locking and in the opposite direction, the teeth are combed out by the asymmetric tooth flanks.

Die Zahnhälse dienen damit gleichzeitig als Anfederung. In einer besonderen Ausführung wird die Geometrie so gewählt, dass ebenfalls in einer Richtung gesperrt und in der Gegenrichtung ausgekämmt wird, jedoch werden die Zahnhälse nach Erreichen einer gewünschten Umfangskraft durch Überschreiten einer Grenzspannung ebenfalls ausgekämmt, so dass gleichzeitig die Wirkung einer Überlastkupplung entsteht. Die angesetzten Ringkonturen 204 und 205 sind gleichzeitig bei richtiger Werkstoffauswahl als Gleitlager ausgeführt. Die unterschiedlichen Durchmesser dienen der einfacheren Montage.The tooth necks thus serve at the same time as springing. In a particular embodiment, the geometry is chosen so that also locked in one direction and combed out in the opposite direction, but the tooth necks are also combed out after reaching a desired circumferential force by exceeding a limit voltage, so that at the same time the effect of an overload clutch. The attached ring contours 204 and 205 are at the same time designed as plain bearings with the right choice of material. The different diameters are used for easier installation.

2 zeigt den Freilauf in einer Frontansicht mit der Markierung A, die eine Einzelheit vergrößert in 3 beschreibt. 4 zeigt eine Perspektive des Freilaufes. 2 shows the freewheel in a front view with the mark A, which increases a detail in 3 describes. 4 shows a perspective of the freewheel.

Claims

Positive freewheel for transmitting torque in one direction only with a ring with positive contours and a second ring with positive locking elements that lock in one direction in the positive locking contours self-locking and combed in the opposite direction and are held spring-loaded with the positive locking contours in contact, characterized in that the interlocking elements on the one hand and the carrier of the interlocking elements on the other hand substantially in one piece from an elastic material are designed so that the necessary for locking movements of the interlocking elements are made possible by elastic deformation.

Interlocking Freewheel according to claim 1, characterized in that each positive-locking element wearing only a single tooth, which meshes with the positive locking contours of the mating ring.

Interlocking Freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized that each form-locking element carries a plurality of teeth, with the form-fitting contours comb the mating ring.

Interlocking Freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized that both rings are made of elastic materials, so that voltage differences, in the individual components through manufacturing tolerances and static overdetermination arise, be substantially compensated.

Interlocking Freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized that one or both rings have positive contours, the with corresponding counter contours of the subsequent shafts and flanges of the drive train are engaged and so the torque-carrying personnel at lowest material tensions and avoidance of voltage peaks to get redirected.

Interlocking Freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized that smooth outlines are placed in one or both rings, which act as sliding bearings on which the two shafts in overtaking slide and center the two rings.

Interlocking Freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized that the smooth outlines that act as storage, on different Radii are mounted so that both rings are inserted axially into each other and can be mounted like this.

Interlocking Freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized that the shaft connections as a back-feeding accomplished are, with which the elastic rings are kept dimensionally stable and the rings themselves are thus very thin-walled and space-saving.

Positive freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized in that the freewheel with a Gleitmit which minimizes wear and noise.

Interlocking Freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized the lubricant has viscoelastic properties.

Interlocking Freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized that the rigidity of the wearer the interlocking elements is tuned so that when exceeded a limit load in the reverse direction an elastic deformation arises, through which the interlocking elements brought to disengage be, with which the function of an overload clutch is met.

Interlocking Freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized that the freewheel according to the invention acts as a vibration absorber.

Interlocking Freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized that the freewheel according to the invention with a torsionally elastic vibration absorber made of an elastomeric Material is combined.

Interlocking Freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized that the geometry of the toothing is chosen so that the pawls in the load direction with increasing circumferential force ever further into the toothing pressed and combed out in the opposite direction so that through the Deformation when combing out the permissible Material tensions for elastic Deformation not exceeded become.