DE102005031985A1

DE102005031985A1 - Klemmkörperfreilaufkupplung

Info

Publication number: DE102005031985A1
Application number: DE102005031985A
Authority: DE
Inventors: Tomas Dr.-Ing. Smetana; Frank Dipl.-Ing. Straub
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2025-07-09
Also published as: DE102005031985B4

Abstract

In einer Klemmkörperfreilaufkupplung (1) sind zwischen einer Innenklemmbahn (3) und einer Außenklemmbahn (4) nockenförmige Klemmkörper (11) angeordnet, welche einen konkaven Oberflächenbereich (14) und einen konvexen, eine logarithmische Spirale beschreibenden Oberflächenbereich (13) aufweisen, wobei jeweils ein Klemmkörper (11) zusammen mit einem hülsen- oder zylinderförmigen Federelement (12) in einer Tasche (8) eines Käfigs (7) im Spaltraum (6) zwischen Innenklemmbahn (3) und Außenklemmbahn (5) angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Klemmkörperfreilaufkupplung mit zwischen einer Innenklemmbahn und einer Außenklemmbahn angeordneten, im Wesentlichen nocken- oder linsenförmigen Klemmkörpern.

Eine Klemmkörperfreilaufkupplung mit einer Anzahl von nockenförmigen Klemmkörpern, die in Umfangsrichtung zwischen einem äußeren Kupplungselement und einem inneren Kupplungselement angeordnet sind, ist beispielsweise aus der DE 37 07 283 C2 bekannt. An sämtlichen Klemmkörpern dieser Freilaufkupplung greift zur Vorspannung in die klemmbereite Lage ein gemeinsamer Federring an.

Eine weitere Freilaufkupplung mit einer Vielzahl von Klemmkörpern, die in einer Ringreihe zwischen einem Innen- und einem Außenring positioniert sind, ist aus der DE 32 33 073 C2 bekannt. Die einzelnen Klemmkörper sind in diesem Fall durch einen Käfig aus einem gebogenen Walzdraht geführt und durch die Kraft einer Ringbandfeder beaufschlagt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Klemmkörper-Freilaufkupplung anzugeben, welche sich sowohl durch hohe übertragbare Drehmomente als auch durch eine besondere Toleranz gegenüber geometrischen Ungenauigkeiten oder im Betrieb auftretenden Abmessungsänderungen auszeichnet.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Klemmkörperfreilaufkupplung, kurz als Klemmkörperfreilauf bezeichnet, mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Klemmkörperfreilauf weist zwischen einer Innenklemmbahn und einer Außenklemmbahn, die jeweils durch eine Oberfläche der zu kuppelnden Teile gebildet sind, einen Käfig mit einer Mehrzahl einzelner in Umfangsrichtung hintereinander angeordneter Taschen auf. In den Taschen befindet sich jeweils ein im Querschnitt etwa nockenförmiger Klemmkörper sowie ein diesen in Richtung zur Klemmstellung mit einer Kraft beaufschlagendes hülsen- oder zylinderförmiges Federelement. Die Nocken- oder Linsenform der Klemmkörper begünstigt die Übertragung hoher Drehmomente in Relation zu den Abmessungen des Klemmkörperfreilaufs. Jeder Klemmkörper weist Oberflächenbereiche unterschiedlicher Krümmung auf, nämlich einen konkaven, nach innen gekrümmten Oberflächenbereich und einen konvexen, eine logarithmische Spirale beschreibenden Oberflächenbereich.

Die Form einer logarithmischen Spirale hat den besonderen Vorteil, dass der Klemmwinkel unabhängig von der Höhe des Spaltraumes zwischen der Innenklemmbahn und der Außenklemmbahn ist, wie prinzipiell beispielsweise aus der DE 37 41 518 C2 bekannt. Somit bleiben die mechanischen Eigenschaften des Klemmkörperfreilaufs weitgehend unabhängig sowohl von fertigungsbedingten Toleranzen als auch von belastungsbedingten Abmessungsänderun gen. Das hülsenförmige Federelement, dessen Querschnittsfläche vorzugsweise weniger als die Hälfte, insbesondere weniger als ein Viertel der Querschnittsfläche des Klemmkörpers beträgt, ist raumsparend zwischen der konvexen Seite des Klemmkörpers und einer Wandung des Käfigs eingespannt. Auf diese Weise ist der Klemmkörperfreilauf mit einer hohen Anzahl an Klemmkörpern bestückbar, was die Eignung des Freilaufs für hohe mechanische Belastungen unterstützt. Zugleich sorgt die individuelle federnde Lagerung jedes einzelnen Klemmkörpers in besonderer Weise dafür, dass geometrische Abweichungen ausgeglichen werden. Insbesondere ist es möglich, dass verschiedene Klemmkörper innerhalb der Freilaufkupplung zumindest geringfügig unterschiedliche Klemmwinkel einnehmen.

Das hülsenförmige Federelement ist beispielsweise aus Stahl oder aus Kunststoff, insbesondere Silikonkautschuk, gefertigt. Im Fall der Herstellung aus einem nicht metallischen Werkstoff kann das allgemein als hülsenförmig bezeichnete Federelement auch einen massiven Querschnitt, d. h. einen Querschnitt ohne Ausbildung eines Hohlraums, aufweisen. Auch eine Fertigung des Federelementes aus mehreren Werkstoffen ist möglich. In jedem Fall beträgt der Durchmesser des hülsenförmigen Federelementes bevorzugt weniger als die Hälfte der Höhe des Spaltraumes zwischen der Innenklemmbahn und der Außenklemmbahn. Dagegen erstreckt sich der Käfig, welcher vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist, innerhalb des Spaltraums zwischen der Innenklemmbahn und der Außenklemmbahn bevorzugt über mehr als die Hälfte der Spalthöhe, d. h. der Höhe des Spaltraums.

Das hülsenförmige Federelement ist in bevorzugter Ausgestaltung derart zwischen der konkaven Oberfläche des Klemmkörpers und einer die Tasche begrenzenden Wandung des Käfigs geführt, dass die durch das hülsenförmige Federelement auf den Klemmkörper aufgebrachte Kraft bei einer Änderung der Winkelstellung des Klemmkörpers im Spaltraum annähernd gleich bleibt. Eine zumindest geringfügige Kraftänderung mit sich änderndem Winkel des Klemmkörpers muss jedoch gegeben sein, um den Klemmkörper in definierter Weise in Richtung zu seiner das maximale Drehmoment übertragenden Positionierung zu drücken. Den genannten Anforderungen wird in vorteilhafter Weise dadurch entsprochen, dass eine die Tasche begrenzende, der Anlage des hülsenförmigen Federelementes dienende Wandung des Käfigs in der gleichen Richtung wie die Oberfläche des hülsenförmigen Federelementes gekrümmt ist. Mit dieser Wandungsform ist zudem eine äußerst kompakte Gestaltung der Tasche erzielbar. Obwohl in der Tasche sowohl der Klemmkörper als auch das hülsenförmige Federelement gelagert sind, kann damit die in Umfangsrichtung gemessene minimale Weite der Tasche geringer sein als die Spalthöhe zwischen der Innenklemmbahn und der Außenklemmbahn.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 einen Klemmkörperfreilauf mit einem Klemmkörper in einer ersten Positionierung,
2 den Klemmkörperfreilauf nach 1 mit dem Klemmkörper in einer zweiten Positionierung,
3 den Klemmkörpertreilauf nach 1 mit dem Klemmkörper in einer dritten, eine maximale Drehmomentübertragung ermöglichenden Positionierung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die 1 bis 3 zeigen jeweils in einem vereinfachten Ausschnitt einen Querschnitt eines Klemmkörper-Freilaufs 1, wobei das übertragbare Drehmoment von der Anordnung nach 1 zur Anordnung nach 3 zunimmt. Zwischen einem Innenring 2 mit einer Innenklemmbahn 3 und einem Außenring 4 mit einer Außenklemmbahn 5 ist ein Spaltraum 6 mit einer als Spalthöhe bezeichneten Höhe H gebildet. Innerhalb des Spaltraums 6 befindet sich ein Käfig 7 aus Kunststoff, der die Höhe H zu ca. 80% ausfüllt und eine Vielzahl an Taschen 8 aufweist, von welchen beispielhaft lediglich eine Einzige dargestellt ist. Die Tasche 8 ist begrenzt durch eine erste, in der Darstellung linke Wandung 9 und eine zweite, in der Darstellung rechte Wandung 10, wobei jede der Wandungen 9, 10 in Bezug zum Inneren der Tasche 8 im Wesentlichen konvex gekrümmt ist. Die minimale, in Umfangsrichtung gemessene Weite der Tasche 8 ist mit W bezeichnet und beträgt weniger als die Höhe H des Spaltraums 6.
In der Tasche 8 ist ein nocken- oder linsenförmiger Klemmkörper 11 mit Hilfe eines hülsenförmigen Federelementes 12 federnd gelagert, so dass auf den Klemmkörper 11 eine Kraft wirkt, welche ihn von der in 1 dargestellten Position in die in 3 dargestellte Klemmposition zu kippen versucht. Die ballige Form des Klemmkörpers 11 ist mit geringem Umformgrad durch Ziehen von rundem Draht durch eine Matrix erzielbar. Selbst bei hohen übertragenen Drehmomenten droht kein Überkippen des Klemmkörpers 11. Im dargestellten Querschnitt ist ein konvexer Oberflächenbereich 13 des Klemmkörpers 11 von einem in der Darstellung linken konkaven Oberflächenbereich 14 deutlich zu unterscheiden. Hierbei beschreibt der sich im Wesentlichen von der Innenklemmbahn 3 über die rechte Wandung 10 bis zur Außenklemmbahn 5 erstreckende konvexe Oberflächenbereich 13 eine logarithmische Spirale. Dies bewirkt, dass der Klemmwinkel unabhängig von der Höhe H des Spaltraums 6 ist. Somit ist die Steifigkeit des Klemmkörperfreilaufs 1 ebenso wie die übertragenen Kräfte weitgehend unabhängig von der Spalthöhe H sowie von einer eventuellen Exzentrität des Innenrings 2 und/oder des Außenrings 4.
Die zwischen dem konkaven Oberflächenbereich 14 und der linken Wandung 9 des Käfigs 7 eingespannte hülsen- oder zylinderförmige Feder 12, deren Durchmesser im unverformten Zustand mit D bezeichnet ist, ist innerhalb der Tasche 8 frei beweglich. Dabei wird mittels der Krümmung der Wandung 9, welche die gleiche Krümmungsrichtung wie das im Querschnitt ringförmige Material des Federelementes 12 aufweist, sowie mittels der konkaven Krümmung des Oberflächenbereichs 14 eine resultierende Kraft erzeugt, die das Federelement 12 in Richtung zum Innenring 2 drängt und den Klemmkörper 11 im Gegenuhrzeigersinn kippt. Im der Innenklemmbahn 3 benachbarten Randbereich der Wandung 9 weist diese eine Wulst 15 auf, welche verhindert, dass das hülsenförmige Federelement 12 aus der Tasche 8 herausspringt. In nicht dargestellter Weise können sich an der Tasche 8 Nasen oder ähnliche Vorsprünge befinden, die als Transportsicherung fungieren und ein Herausfallen des Klemmkörpers 11 oder des Federelementes 12 aus der Tasche 8 verhindern. Insgesamt weist der Klemmkörperfreilauf 1 eine besonders kompakte Bauform auf, wobei auch eine einfache Messung des Klemmwinkels der Klemmkörper 11 möglich ist. Der Klemmkörperfreilauf 1 ist beispielsweise verwendbar als Generatorfreilauf, als Hülsenfreilauf oder in einem Fahrzeug-Automatikgetriebe.

1: Klemmkörperfreilauf
2: Innenring
3: Innenklemmbahn
4: Außenring
5: Außenklemmbahn
6: Spaltraum
7: Käfig
8: Tasche
9: Wandung
10: Wandung
11: Klemmkörper
12: Federelement
13: konvexer Oberflächenbereich
14: konkaver Oberflächenbereich
15: Wulst
D: Durchmesser
H: Höhe
W: Weite

Claims

Klemmkörperfreilaufkupplung mit zwischen einer Innenklemmbahn (3) und einer Außenklemmbahn (5) angeordneten nockenförmigen Klemmkörpern (11), welche einen konkaven Oberflächenbereich (14) und einen konvexen, eine logarithmische Spirale beschreibenden Oberflächenbereich (13) aufweisen, wobei jeweils ein Klemmkörper (11) zusammen mit einem hülsen- oder zylinderförmigen Federelement (12) in einer Tasche (8) eines Käfigs (7) im Spaltraum (6) zwischen Innenklemmbahn (3) und Außenklemmbahn (5) angeordnet ist.
Klemmkörperfreilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsen- oder zylinderförmige Federelement (12) aus Metall gefertigt ist.
Klemmkörperfreilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsen- oder zylinderförmige Federelement (12) aus Kunststoff gefertigt ist.
Klemmkörperfreilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (7) aus Kunststoff gefertigt ist.
Klemmkörperfreilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Käfig (7) radial über mehr als die Hälfte der Höhe (H) des Spaltraumes (6) erstreckt.
Klemmkörperfreilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich das hülsen- oder zylinderförmige Federelement (12) über weniger als die Hälfte der Höhe (H) des Spaltraums (6) erstreckt.
Klemmkörperfreilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Tasche (8) begrenzende, der Anlage des hülsen- oder zylinderförmigen Federelementes (12) dienende Wandung (9) des Käfigs (7) in der gleichen Richtung wie die Oberfläche des hülsenförmigen Federelementes (12) gekrümmt ist.
Klemmkörperfreilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Weite (W) der Tasche (8) geringer als die Höhe (H) des Spaltraumes (6) ist.