DE102005029098A1 - Coupling with freewheel mechanism, for assisted steering of vehicle or servomotor, includes springs locating rolling element out of contact with shaft components when stationary - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer Kupplungsvorrichtung sowie einer Verwendung einer Kupplungsvorrichtung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The The invention is based on a coupling device and a use a coupling device according to the preamble of the independent claims.
Als Vorrichtungen gegen eine mechanische, elektrische und/oder elektronische Blockierung von Elektromotoren sind beispielsweise Relais, Kupplungen und Freiläufer bekannt. Kupplungen können starr oder elastisch sein, oder sie sind als Überlast-Kupplung mit einer Drehmoment- bzw. Drehlast-Begrenzungscharakteristik als Überlastschutz für den Motor selbst und für andere Bauteile ausgerüstet.When Devices against a mechanical, electrical and / or electronic Blocking of electric motors are, for example, relays, couplings and runners known. Clutches can be rigid or be elastic, or they are overloaded with a clutch Torque or rotary load limiting characteristic as overload protection for the motor myself and for equipped with other components.
Es ist auch bereits eine Kupplungsvorrichtung mit einer Freilaufeinrichtung zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle vorgeschlagen worden, wobei die Antriebswelle und die Abtriebswelle konzentrisch um eine gemeinsame Achse drehbar angeordnet sind. Die Freilaufeinrichtung hat dabei die Aufgabe, den Kraftschluss einer Verbindung in einer Drehrichtung aufzuheben. Es ist bekannt, eine Freilaufeinrichtung als Rollenfreilauf auszugestalten, wobei rollenartige Wälzkörper von Federn in einer Drehrichtung in einen sich ver engenden Spalt zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle gedrückt werden. Bei einem Antrieb der Abtriebswelle in Richtung der Federkraft werden die Wälzkörper in dem sich verengenden Spalt eingeklemmt und es entsteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle. Bei einem Lastrichtungswechsel wird die kraftschlüssige Verbindung wieder aufgehoben, es erfolgt eine Entkopplung von Antriebs- und Abtriebswelle, und sie können frei laufen. Eine derartige Kupplungsvorrichtung wird beispielsweise an einem Zahnradritzel eines Drehmomentwandlers oder in einem elektrischen Anlasser zum Schutz vor Überdrehen verwendet.It is already a coupling device with a freewheel device been proposed between a drive shaft and an output shaft, wherein the drive shaft and the output shaft concentrically about a common axis are rotatably arranged. The freewheel device has the task, the adhesion of a compound in one To reverse the direction of rotation. It is known a freewheel device To design as roller freewheel, wherein roller-like rolling elements of Springs in one direction of rotation in a ver engenden gap between Drive shaft and output shaft are pressed. In a drive the output shaft in the direction of the spring force, the rolling elements in pinched the narrowing gap and it creates a positive connection between the input and output shafts. At a load change of direction becomes the non-positive Disconnected again, there is a decoupling of drive and output shaft, and they can run free. Such a coupling device is, for example on a gear pinion of a torque converter or in an electrical Starter for protection against overspeeding used.
Bei Elektromotoren mit einer Drehmoment- und Drehzahlübertragung in beide Richtungen funktioniert das bisherige Freilaufprinzip in eine Richtung nicht mehr. Nach dem Stand der Technik sind auch nach beiden Seiten wirkende Kupplungsvorrichtungen bekannt. In der US-Patentschrift 6,374,974 B1 sind zwischen Wälzkörpern einer Freilaufeinrichtung jeweils Falt-Federn angeordnet, die von Käfigelementen umgriffen sind. Die Wälzkörper werden durch die in den Käfigelementen angeordneten Falt-Federn bei einer gewünschten Drehmomentweiterleitung in die jeweilige Kupplungsrichtung bewegt. Dabei sind die Käfigelemente bis zu einer festgelegten Endposition hin- und herschiebbar. Die beidseitig wirkenden Falt-Federn sind dabei in jeder Arbeitsphase aktiv: bei Drehmomentweiterleitung nach links, nach rechts und auch in einer Ruheposition. Um einen Abstand zwischen dem Wälzkörper und den Käfigelementen zu überwinden und einen Freilauf von Antriebs- und Abtriebswelle zu gewährleisten, ist bei einem Lastrichtungswechsel ein zusätzliches Schaltelement, beispielsweise ein elektromagnetischer Schalter, erforderlich.at Electric motors with a torque and speed transmission in both directions, the previous freewheeling principle works in one direction no more. According to the state of the art are also after both sides acting coupling devices known. U.S. Patent 6,374,974 B1 are between rolling elements one Freewheel device each folding springs arranged by cage elements are encompassed. The rolling elements are through the in the cage elements arranged folding springs at a desired torque transmission moved in the respective coupling direction. Here are the cage elements can be pushed back and forth to a defined end position. The double-acting folding springs are active in every working phase: with torque transmission to the left, to the right and also in a resting position. To one Distance between the rolling element and to overcome the cage elements and to ensure a freewheeling drive and output shaft, is at a load change direction an additional switching element, for example an electromagnetic switch, required.
Elektrische bzw. elektronische Lösungen, beispielsweise mit Sternpunkt-Trennrelais, oder eine Lösung in Form einer elektromechanischen Kupplung sind mit hohem Aufwand verbunden und funktionieren nicht mit absoluter Sicherheit.electrical or electronic solutions, for example with star point isolating relay, or a solution in the form of an electromechanical Clutch are associated with high costs and do not work with absolute certainty.
Vorteile der ErfindungAdvantages of invention
Bei der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung sind die Wälzkörper so mit den Federelementen verbunden, dass die Wälzkörper bei stehender Antriebswelle kontaktfrei wenigstens zur Abtriebswelle sind. Die Wälzkörper sind dabei vorteilhafterweise in einer inaktiven Stellung der Antriebswelle zwischen den Federelementen quasi frei hängend. Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung kann somit günstigerweise eine selbsttätige Wirkung als Kupplung für die Kraft- und Drehzahlübertragung im Normalfall entfalten. Im Störfall, in dem keinerlei zusätzlichen Bremswirkungen erwünscht sind, lässt sich die Abtriebswelle erfindungsgemäß mit Null-Last frei drehen, ohne dass ein zusätzlicher Schaltvorgang erforderlich wäre. Ein derartiger Störfall kann beispielsweise bei Kurzschlüssen oder bei Festrosten des Rotors eintreten. Vorteilhafterweise sind bei der erfindungsgemäßen mechanischen Lösung weniger Bauteile erforderlich. Durch den einfachen Aufbau ist die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung kostengünstig und eignet sich auch für eine Großserienfertigung. Zudem ist die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung auch für kleine Baugrößen und nur wenig zur Verfügung stehenden Bauräumen realisierbar.at the coupling device according to the invention the rolling elements are like that connected to the spring elements that the rolling elements with stationary drive shaft contactless at least to the output shaft. The rolling elements are thereby advantageously in an inactive position of the drive shaft hanging freely between the spring elements. The coupling device according to the invention can thus, favorably an automatic Effect as a clutch for the power and speed transmission in Unfold normally. In case of accident, in which no additional Braking effects desired are, can be the output shaft according to the invention with zero load freely turn without an additional Switching operation would be required. Such a fault can for example in case of short circuits or enter during solid rusting of the rotor. Advantageously in the inventive mechanical solution fewer components required. Due to the simple structure is the inventive coupling device cost and is also suitable for a mass production. In addition, the coupling device according to the invention also for small sizes and only a little available standing space feasible.
Die Antriebswelle und die Abtriebswelle können bevorzugt konzentrisch um eine gemeinsame Achse drehbar angeordnet sein. Die Antriebs- und die Abtriebswelle sind dabei radial voneinander beabstandet und stehen über die Freilaufeinrichtung wie Spann- bzw. Klemmrollen miteinander in Wirkverbindung.The Drive shaft and the output shaft may preferably be concentric Be rotatable about a common axis. The drive and the output shaft are radially spaced from each other and stand over the freewheel device such as clamping or clamping rollers in operative connection with each other.
In einer Weiterentwicklung sind zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle Aussparungen angeordnet, in welchen jeweils ein Wälzkörper aufgenommen ist. Insbesondere können die Aussparungen in der Antriebswelle angeordnet sein. Bevorzugt umgibt dabei die Antriebswelle die Abtriebswelle. Die außen liegende Antriebswelle kann beispielsweise als Rotor einer elektrischen Maschine ausgebildet sein, und die innen liegende Abtriebswelle kann getriebeseitig angeordnet sein. Es ist auch eine umgekehrte Anordnung denkbar.In a further development recesses are arranged between the drive and the output shaft, in each of which a rolling element is received. In particular, the recesses may be arranged in the drive shaft. Preferably, the drive shaft surrounds the output shaft. The outer drive shaft may be formed, for example, as a rotor of an electric machine, and the internal output shaft may be arranged on the transmission side. It is also a reverse arrangement conceivable.
Bevorzugt sind die Aussparungen spiegelsymmetrisch ausgebildet mit einem Zentralbereich zur Aufnahme der Wälzkörper und einem sich beidseitig anschließenden Aufnahmebereich für die Federelemente. Die Federelemente können insbesondere als Druckfeder ausgebildet sein. In einer neutralen Position des Rotors, beispielsweise in einer Ruhelage bzw. im Stör- oder Blockierfall, können vorteilhafterweise die spiegelbildlich angeordneten Federelemente den jeweiligen dazwischen liegenden Klemmkörper leicht schwebend halten, wodurch die Abtriebswelle mit Null-Last frei drehbar ist. Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung eignet sich insbesondere zum Einsatz in einer elektrischen Servo-Lenkunterstützung, denn bei einer Blockierung der Antriebswelle bleibt das System weiterhin ohne Unterstützung lenkfähig, ohne dass der Fahrzeuglenker anstatt Unterstützung durch eine zusätzliche Bremswirkung belastet wird. Es kommt somit auch noch vorteilhafterweise ein Sicherheitsaspekt zum Tragen, weil die Lenkbarkeit selbst bei einem Ausfall oder bei Störungen nicht beeinträchtigt wird.Prefers the recesses are mirror-symmetrical with a central region for Recording of the rolling elements and an adjoining one another on both sides Recording area for the spring elements. The spring elements can in particular as a compression spring be educated. In a neutral position of the rotor, for example in a rest position or in disturbance or blocking case, can advantageously the mirror-image arranged spring elements keep the respective intermediate clamping body slightly floating, whereby the output shaft is freely rotatable with zero load. The coupling device according to the invention is particularly suitable for use in an electric power steering assistance, because if the drive shaft is locked, the system will remain without support steered, without the vehicle driver being assisted by an additional braking effect is charged. There is thus also advantageously a safety aspect because the steerability even in case of failure or at disorders not impaired becomes.
Zwischen dem Zentralbereich und dem Aufnahmebereich kann eine Stufe so ausgebildet sein, dass der Zentralbereich gegenüber dem Aufnahmebereich eine größere radiale Ausbuchtung aufweist. Die Stufe kann dabei als kreisförmige oder kegelige Keilfläche ausgebildet sein, wobei die Ausbuchtung zum Wälzkörper gerichtet ist. In einer besonders günstigen Anordnung kann ein Federelementpaar mit zwischenliegendem Wälzkörper ungefähr tangential zu der inneren Welle angeordnet sein. Günstigerweise wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ein besonders vorteilhafter Formschluss im Betriebsfall erzielt, wobei die Leistungsübertragung durch Klemmen der Wälzkörper in der jeweiligen Drehrichtung erfolgt.Between a step can be formed in the central area and the receiving area be that the central area opposite the receiving area a larger radial Bulge has. The stage can be called circular or conical wedge surface be formed, wherein the bulge is directed to the rolling body. In a especially favorable Arrangement, a spring element pair with intermediate rolling element approximately tangential be arranged to the inner shaft. Conveniently, by the inventive design Achieved a particularly advantageous form fit in the case of operation, being the power transmission through Clamping the rolling elements in the respective direction of rotation takes place.
Bevorzugt sind die Wälz- bzw. Spannkörper als Walzen oder Kugeln ausgebildet, die besonders günstige Eigenschaften für die an die Wälz- bzw. Spannkörper gestellten Anforderungen aufweisen. Es ist jedoch auch eine andere Formgebung mit ähnlich günstigen Eigenschaften möglich.Prefers are the rolling or clamping body as Rollers or balls formed, which are particularly favorable properties for the the rolling or clamping body have requirements. But it is another Shaping with similar Great Properties possible.
Zeichnungendrawings
Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus nachfolgend anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung.Further Embodiments, Aspects and advantages of the invention are also independent of their summary in claims, without restriction to the general public, illustrated below by means of drawings embodiments the invention.
Im Folgenden zeigen:in the Show:
Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments
Die
Freilaufeinrichtung
Aus
In
einer neutralen Position des Rotors, beispielsweise in einer Ruhestellung
bzw. im Stör-
oder Blockierfall, können
vorteilhafterweise die spiegelbildlich angeordneten Federelemente
Die
Freilaufeinrichtung
Claims (10)
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DE200510029098 DE102005029098A1 (en) | 2005-06-23 | 2005-06-23 | Coupling with freewheel mechanism, for assisted steering of vehicle or servomotor, includes springs locating rolling element out of contact with shaft components when stationary |
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DE200510029098 DE102005029098A1 (en) | 2005-06-23 | 2005-06-23 | Coupling with freewheel mechanism, for assisted steering of vehicle or servomotor, includes springs locating rolling element out of contact with shaft components when stationary |
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ID=37544822
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DE200510029098 Withdrawn DE102005029098A1 (en) | 2005-06-23 | 2005-06-23 | Coupling with freewheel mechanism, for assisted steering of vehicle or servomotor, includes springs locating rolling element out of contact with shaft components when stationary |
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