DE2151293B2 - Klemmkoerperfreilaufkupplung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Klemmkörperfreilaufkupplung mit zwischen zwei mit Klemmbahnen versehenen Laufringen angeordneten, durch entgegen der Fliehkraft wirkende Federkraft und einem zwisehen den Ringen angeordneten Käfig in ihrer gegenseitigen Lage gehaltenen Klemmkörpern, die erst ab einer bestimmten Drehzahl in Eingriff mit beiden Laufringen kommen.

Durch die DT-OS 16 75 274 ist eine ältere Anmeldung bekanntgeworden, die eine ähnliche Klemmkörperfreilaufkupplung betrifft, bei der Federspannung den innerhalb eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses vorgesehenen Geschwindigkeiten des Innenteils angepaßt ist. Die Klemmkörper sind mit Löchern versehen, durch die eine die Klemmkörper gegen das Innenteil drückende und sie ohne Käfig in ihrer gegenseitigen Lage haltende Schlauchfeder gezogen ist. Erst wenn das Innenteil die vorgesehene Drehzahl erreicht hat, passen sich die Klemmkörper gegen Innen- und Außenteil des Freilaufs und nehmen das Außenteil mit. Sie wirken auf diese Weise gleichzeitig wie federbelastete Fliehgewichte eines Fliehkraftschalters.

Durch die DT-OS 20 27 763 ist eine weitere ältere Anmeldung bekanntgeworden, die sich auf eine Hemmkörperkupplung mit Innen- und Außenring und einem ringförmigen Zwischenraum bezieht, bei der für jeden Hemmkörper eine gesonderte Feder vorgesehen ist, die bei wirksamer Übertragung eines nur in einer Rieh tung wirkenden Antriebes zwischen Innen- und Außen ring verbesserte Außenring-Freilaufeigenschaften ha und im Vergleich zur Innenring-Freilaufgeschwindig keit eine höhere Außenring-Freilaufgeschwindigkei zuläßt

Die DT-AS 11 89 331 betrifft eine Freilaufkupplung mit kippbaren Klemmstücken, bei der sowohl hohe Re lativdrehzahlen zwischen Innen- und Außenteil be Freilaufbetrieb als auch ein stoßfreies Einkuppeln be beliebig hohen Drehzahlen von Innen- und Außenring möglich sein soll. Somit kann die Fliehkraft für das Abheben der Klemmstücke nicht nutzbar gemacht werden, vielmehr darf die Fliehkraft keinen Einfluß auf die Stellung der Klemmstücke im Freilaufbetrieb haben. Das wird dadurch erreicht daß in die von je zwei benachbarten Klemmstücken und dem Innenteil gebildeten Lücken zumindest während der Relativbewegung von Innen- urd Außenteil in Freilaufrichtung ein Druckölstrom eingeführt wird, der eine von der Bewegungsrichtung der Klemmstücke relativ zum Innenteil abweichende Richtung aufweist Die bekannte Anordnung führt zu einer komplizierten und teuren Bauform. Aus der DT-AS 12 45 228 ist eine Klemmkörper-Freilaufkupplung bekannt bei der zur Verbesserung der elastischen Nachgiebigkeit des Käfigs und zur Vereinfachung der Verbindung zwischen Außenring und Käfig, der aus Kunststoff bestehende Käfig an einer Stirnseite mit vorstehenden achsparallelen Bolzen versehen ist die in achsparallele Bohrungen des Außenrings eingeschoben sind. Die Klemmkörper sind in Fenstern des Käfigs kippbar angeordnet und durch je eine Feder im Einkuppelsinn belastet.

Die DT-PS 9 21958 betrifft eine Freilaufkupplung mit zwischen gegenüberliegenden Zylinderflächen durch Kippen verklemmbaren Körpern, bei der mit einfachen Mitteln und geringem fertigungstechnischen Aufwand, die Klemmkörper im Freilaufzustand nur an den Ringen gleiten und im Kupplungszustand ein Blokkierer. der Ringe bewirken sollen. Es findet sich kein Hinweis, daß die Fliehkraft igendeinen Einfluß auf die Klemmkörper haben soll.

Außerdem sind Klemmkörperfreilaufkupplungen bekannt, bei denen die Klemmkörper zwischen Außen- und Innenring gleiten oder eine Klemmwirkung ausüben, je nach der relativen Drehrichtung der beiden Ringe zueinander und unabhängig von den Absolutwerten der Drehzahlen der Ringe. Damit der Freilauf sicher arbeitet und die Klemmung bei der Umkehr der Bewegungsrichtung so schnell wie möglich eintritt, müssen die Klemmkörper durch Federn ständig reibend am Innen- und Außenring gehalten werden. Die Federn sorgen andererseits für den Kontakt sämtlicher Klemmkörper, damit das Kiemmoment so hoch wie möglich wird.

Dieser Anordnung haften folgende Nachteile an:
der treibende Fling nimmt den angetriebenen Ring durch Reibung an den Klemmklötzen mit, wenn dieser frei oder an ein nicht gebremstes Gerät gekoppelt ist;

die Abnutzung in der Freilaufkupplung ist groß, weil Reibung auftritt;

die Schmierung der Freilaufkupplung ist sehr empfindlich und ist für das gute Arbeiten von größter Wichtigkeit;

die Montage kann Schwierigkeiten bereiten, da der Außenring und der Innenring getrennt in zwei verschiedenen Unter-Gruppen aufgebaut werden,

bevor die beiden Unter-Gruppen zusammengesetzt werden.

Es sind auch Ausführungsformen bekannt, bei denen üe Klemmkörper durch ein gemeinsames elastisches Drgan gegen den Innenring gelegt werden, während ier Einstellkäfig fehlt, wobei die unsymmetrische Form ier KJemmköiper eine Neigung unter dem Einfluß der Fliehkraft hervorruft Eine solche Bauweise vermeidet ewar vorteilhafterweise das Schleifmoment, weil die Klemmkörper unter dem von dem elastischen Organ ausgeübten Druck in nicht klemmender Lage gehalten werden; es fehlt ihr jedoch an Feinfühligkeit wegen dec gegenseitigen Berührung der Klemmkörper und wegen ihres gemeinsamen elastischen Organs, das eine Klemm- und Reibungswirkung ausübt, die eine höhere anfängliche Fliehkraft erfordert, um die zum Klemmen führende Drehbewegung der Klemmkörper einzuleitea Daraus ergibt sich bei Beginn dieser Bewegung eine gleichzeitige Blockierung aller Klemmkörper, was ein zu heftiges Einrücken der Freilaufkupplung verursacht

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Klemmkörperfreilaufkupplung zu schaffen, die unter Vermeidung der Nachteile bekannter Ausführungsformen, ein progressives Kuppeln oberhalb einer bestimmten Drehzahl erlaubt

Diese Aufgabe ist bei einer Klemmkörperfreilaufkupplung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Klemmkörper mit Federn unterschiedlicher Federkraft einzeln angefedert sind.

Durch diese Maßnahme wird ein weiches Einkuppeln gewährleistet, weil die Klemmwirkung nicht bei allen Klemmkörpern gleichzeitig, sondern bei steigender Drehzahl nacheinander, also progressiv, eintritt. Die erfindungsgemäße Klemmkörperfreilaufkupplung bietet somit eine Lösung für die an sich widersprüchlichen Forderungen eines schnellen, jedoch progressiven Einrückens.

Die Klemmkörper sind in vorteilhafter Weise als Winkel ausgebildet, wobei die Klemmprofile der Klemmkörper an den äußeren Enden des einen Winkelschenkels vorgesehen sind und der andere Winkelschenkel ein Gegengewicht gegen die Kippbewegung bildet und der mit den Klemmprofilen versehene Schenkel in seiner Mitte eine Bohrung aufweist, in der sich der Unterstützungspunkt der Feder befindet. Die Federn sind zweckmäßigerweise als flache Blattfedern ausgebilde', die mit ihrem einen Ende kraftschlüssig mit dem Käfig verbunden sind und mit ihrem anderen Ende in die Bohrung des Klemmkörpers eingreifen. Dadurch wird erreicht, daß die am Käfig befestigten Federn die Klemmkörper auf dem angetriebenen Ring festhalten und jenseits einer vorgegebenen Drehzahl den Kontakt der Klemmkörper mit dem mitgenommenen Ring herstellen.

Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist, daß ein vormontiertes Aggregat aus Käfig und Klemmklötzen völlig unabhängig von den Ringen herstellt werden kann, mit denen es leicht zusammengebaut und aus denen es ausgetauscht werden kann. Dieses Aggregat kann bei Vorrichtungen an Stelle von Kugellagern eingebaut werden.

Als Folge der erfindungsgemäßen Bauweise einer Klemmkörperfreilaufkupplung ergibt sich, daß das An- &5 triebsmoment Null ist, wenn ein Ring mit einer Drehzahl umläuft, die kleiner ist als eine gegebene Drehzahl iwelche Drehzahl sich durch die Konstruktionseinzelheiten bestimmen läßt); je nach der Bauweise lassen sich folgende beiden Möglichkeiten verwirklichen: Das von dem treibenden Außenring auf den angetriebenen Innenring übe/tragene Antriebsmoment ist Null, wenn der Innenring mit einer unter einer vorgegebenen Drehzahl Vi liegenden Drehzahl umläuft Wenn in diesem Fall der Innenring antreibt, überträgt er das Antriebsmoment auf den angetriebenen Außenring, wenn die Drehzahl des Innenrings über der gleichen vorgegebenen Drehzahl Vi liegt

Das von dem treibenden Innenring auf den angetriebenen Außenring übertragene Antriebsmoment ist Null, wenn der Außenring mit einer unter einer vorgegebenen Drehzahl Vi liegenden Drehzahl umläuft Wenn in diesem Fall der Außenring antreibt, überträgt er das Antriebsmoment auf den angetriebenen Innenring, wenn die Drehzahl des Außenrings über der gleichen vorgegebenen Drehzahl Vi liegt

Das Fehlen eines Antriebs bei niedriger Drehzahl setzt nicht nur die Dauer des reibungsbehafteten Arbeitens herab und vereinfacht damit die Schmierungsprobleme, sondern hat auch eine besondere Bedeutung bei bestimmten Betriebsbedingungen.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Klemmkörperfreilaufkupplung sind in der nachstehenden Beschreibung an Hand von Zeichnungen erläutert, die folgendes darstellen:

F i g. 1 eine Teilansicht einer Freilaufkupplung mit treibendem Innenring für den Fall einer Innenringdrehzahl, die unter der Grenzdrehzahl Vi für die Blockierung liegt

F i g. 2 die gleiche Freilaufkupplung, jedoch für den Fall eineir Innenringdrehzahl, die über der Grenzdrehzahl Vi für die Blockierung liegt,
F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie IH-III in F i g. 1, F i g. 4 eine Seitenansicht eines Klemmkörpers, F i g. 5 eine Teilansicht einer Freilaufkupplung ohne Antrieb von dem treibenden Außenring für den Fall einer Drehzahl des Außenrings unter der Drehzahl Vi, F i g. 6 die gleiche Freilaufkupplung für den Fail einer Drehzahl des Außenrings über der Drehzahl Vi,

Fig.7 einen Schnitt längs der Linie VIl-VII in F i g. 5,

F i g. 8 eine Seitenansicht eines Klemmkörpers, Fig.9 bis 13 ein Anwendungsbeispiel und die Arbeitsweise der Freilaufkupplung.

In den F i g. 1 bis 3 ist eine Freilaufkupplung dargestellt, die aus einem Außenring 1, einem Innenring 2, aus Klemmkörpern 3 und einem Käfig 4 für die Klemmkörper besteht. Am Käfig 4 sind Blattfedern 5 befestigt, die in Bohrungen 10 der Klemmkörper 3 eingreifen.

Der Käfig 4 ist mit dem Innenring 2 kraftschlüssig verbunden. Der Käfig weist in gleichmäßigen Abständen öffnungen auf, in die die Klemmkörper eingeführt sind. Damit sich die Klemmkörper hin und her bewe_: gen können, ist ein ausreichend großes Spiel / vorgesehen. Die Bauteilgruppe Käfig/Klemmkörper wird auf dem Innenring 2 in Längsrichtung durch einen Anschlag- oder Sicherungsring 6 oder durch eine andere Einrichtung festgehalten.

Die Klemmkörper (F i g. 4) besitzen zwei gekrümmte Stützflächen oder Klemmprofile 8 und 9, die sich ar dem Innen- und Außenring abstützen. Diese Flächer können der Einfachheit der Herstellung halber zylin drisch ausgeführt sein. Die Mittelpunkte der beiden Zy

linderflächen werden so verschoben, daß je nach der Stellung des Klemmkörpers 3 eine Klemmung zwischen dem Innenring und dem Außenring der Freilaufkupplung stattfinden kann. An einer Seite des Klemmkörpers befindet sich ein Ansatz 7, der eine Massenunsymmetrie herstellt, so daß unter der Wirkung der Zentrifugalkraft der Klemmkörper die Neigung hat, sich in der in der Figur angegebenen Richtung zu verdrehen. In der Mitte des Klemmkörpers ist eine Bohrung 10 vorgesehen, in die das freie Ende einer Feder 5 eingreift.

Die Klemmkörper 3 werden mit dem Innenring 2 mit Hilfe der Federn 5 in Kontakt gehalten, die in beliebiger Weise an dem Käfig 4 befestigt sind, etwa durch eine Quetschverbindung, durch Schweißung, Anbringung an einem Punkt des Käfigs od. dgl. Die Federn 5 üben infolge ihrer unsymmetrischen Wirkung eine Kraft aus, die der auf die Ansätze 7 wirkenden Fliehkraft entgegengesetzt ist und die den Ansatz 7 auf den Käfig zu führen sucht.

In dieser Stellung ist der die Spitzen der Klemmkörper umschließende Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Außenrings, und es besteht kein Kontakt zwischen dem Innenring und dem Außenring; unabhängig von der Drehzahl des Außenrings (F i g. I) ist das Antriebsmoment Null.

Wenn die Drehzahl des Innenrings zunimmt, führen die der Zentrifugalwirkung unterworfenen Ansätze 7 der Klemmkörper 3 zu einer Anhebungsbewegung der Klemmkörper 3, deren elastischer Rückstellkraft die Fliehkraft das Gleichgewicht hält, und der Durchmesser des die Spitzen der Klemmkörper umschließenden Kreises wächst so lange (F i g. 2), bis die Klemmkörper den Außenring berühren (Drehzahl Vi). Von dieser Drehzahl an besteht also die Möglichkeit einer Freilaufwirkung, d. h., wenn die Drehzahl des Außenrings 1 über der Drehzahl des Innenrings 2 liegt, gleiten die Klemmkörper an dem Außenring 1 (Übertragung eines Antriebsmoments von dem Außenring auf den Innenring). Wenn die Drehzahlen von Außenring 1 und Innenring 2 übereinstimmen, erfolgt keine Gleitbewegung mehr und daher keine Reibung (übertragenes Moment Null). Wenn der Innenring 2 sich schneller zu drehen versucht als der Außenring 1, entsteht — wenn die Klemmkörper die Ringe berühren und sie die oben angegebene Form haben — eine Klemmwirkung zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 1; da der Außenring sich dann mit der gleichen Drehzahl dreht wie der Innenring, erfolgt eine Momentübertragung von dem Innenring auf den Außenring.

In Fig.5 bis 8 ist eine Freilaufkupplung gleichen Typs und nach dem gleichen Prinzip wie die vorstehend beschriebene Freilaufkupplung arbeitend, gezeigt, außer daß dabei die Funktionen des Innenrings und des Außenrings 1 vertauscht sind.

Diese Einrichtung arbeitet folgendermaßen:

Wenn der Außenring 1 stillsteht oder sich mit einer unterhalb der Drehzahl Vi liegenden Tourenzahl dreht, wobei der Innenring mit beliebiger Drehzahl umläuft, ergibt sich kein Kontakt zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 1, an dem sich der Käfig mit Klemmkörpern befindet; Arbeitsweise mit Antriebsmoment NuD. Wenn der Außenring mit einer über der Drehzahl Vi und unter der Drehzahl des Innenrings liegenden Drehzahl umläuft, berühren die Klemmkörper den Innenring 2: es erfolgt eine Übertragung eines Antriebsmoments von dem Innenring 2 auf den Außenring 1. Wenn die beiden Ringe mit der gleichen, über der Drehzahl Vi liegenden Drehzahl umlaufen, ist das übertragene Moment Null. Wenn der Außenring 1 schneller umzulaufen versucht als der Innenring 2, erfolgt eine Klemmung zwischen den beiden Ringen und der Außenring 1 und der Innenring 2 laufen mit der gleichen Drehzahl um: es erfolgt eine Momentübertragung von dem Außenring I auf den Innenring 2.

Noch einmal zu dem Freilauf nach F i g. 1 bis 4 zurückkehrend: wenn der Außenring stillsteht und der Innenring Drehzahlen bis zur Drehzahl Vi aufweist, erfolgt nichts, bis die ersten Klemmkörper, deren Fliehkraft der elastischen Rückstellkraft das Gleichgewicht hält, in Kontakt mit dem Außenring 1 gelangen und klemmen. Die an den Außenring angeschlossene Vorrichtung wird angetrieben. Der Antriebsstoß wird dadurch abgeschwächt, daß die Klemmkörper mit Federn unterschiedlicher Stärke ausgestattet werden. Bei der Drehzahl Vi treten drei gleichabständige Klemmkörper in Kontakt mit dem Außenring und klemmen. Ist das aufzunehmende Moment zu hoch, gleiten die Klemmkörper und der Antrieb der mit dem Außenring verbundenen Vorrichtung setzt ein. Wenn die Drehzahl des Innenrings weiter zunimmt, geraten drei andere Klemmkörper in Kontakt und so fort, bis die Zahl der Klemmkörper ausreicht, um das Moment in seinem gesamten Betrag ohne Gleiten übertragen zu können. Der Stoß beim Aufnehmen des Moments wird somit abgeschwächt.
Die gleichen Überlegungen gelten für die in F i g. 5 bis 8 beschriebene Freilaufkupplung.

Um die Eigenschaften dieser Freilaufkupplung besser verstehen zu können, soll an Hand eines die Erfindung nicht beschränkenden Beispieles eine Anwendungsmöglichkeit für eine derartige Freilaufkupplung

beschrieben werden. Es handelt sich um eine Verbindung zwischen Motor und Wechselgetriebe mit Fliehkraftkupplung für ein Kraftfahrzeug.

F i g. 9 gibt schematisch eine derartige Anlage wieder. Auf einer Antriebswelle 11 sind eine Fliehkraft kupplung 13 und der Außenring 1 der Freilaufkupplung angebracht Der andere Teil der Fliehkraftkupplung 13 befindet sich auf einer Scheibe 14, die leer auf der Getriebewelle 12 dreht; auf der Scheibe 14 sind außerdem der Innenring 2 der Freilaufkupplung sowie die Scheibe 15 der mechanisch betätigten Kupplung angebracht. Die Getriebewelle 12 steht mit der Kupplungsscheibe 16 in Verbindung.

Wenn der Motor sich im Leerlauf dreht, ist die Fliehkraftkupplung ausgerückt. Der Außenring 1 dreht sich,

überträgt aber kein Drehmoment auf die Welle IZ denn da der Innenring 2 die Drehzahl Null hat, entsteht kein Antriebsmoment Bei einem bekannten Freilauf würde das Antriebsdrehmoment das gesamte bewegliche Aggregat 2,14,15,16,12 in Drehung versetzen und

die Drehzahlübertragung auf ein in Bewegung befindliches Organ fände unter schlechten Voraussetzungen statt Diese Betriebsphase ist in Fig. 10 dargestellt, in der la die sich drehende Motorwelle und Za die stillstehende Antriebswelle darstellt Da das Antriebsdrehmo- ment Null ist, bleibt der Innenring unabhängig von der Drehzahl der Motorwelle la in Ruhe.

Ein Gang wird eingelegt und beim Beschleunigen des Motors verbindet man mit Hilfe der Fliehkraftkupplung 13 den Motor mit dem Schaltgetriebe, bis kein Gleiten in der Fliehkraftkupplung 13 mehr auftritt fiter Außenring la und der Innenring 2a haben somit €ie gleiche Drehzahl. Die Reibung der Klemmkörper, ifie jetzt den Außenring berühren, ist NuIL

Diese Betriebsweise ist in F i g. 11 dargestellt.

Wenn man den Motor als Bremse benutzt, sucht der Innenring 2a schneller zu laufen als der Außenring la. Die Klemmkörper üben Klemmwirkung aus und das Motorgetriebe bleibt mit dem Motor verbunden. Der s Freilauf überträgt das Drehmoment auch, wenn die Fliehkraftkupplung ausgerückt ist.

Die Betriebsweise ist in F i g. 12 dargestellt.

Wenn das Fahrzeug bei stillstehendem Motor angehalten ist und man das Fahrzeug mit dem Getriebe anlassen will, so tritt eine Kopplung zwischen Getriebe und Kupplung nur oberhalb der Drehzahl Vi ein. Bei der Drehzahl Vi würde die Mitnahme sehr hart einsetzen, wenn nicht ein allmählicher Abgleich durch die Federn an den Klemmkörpern vorgesehen wäre.

Diese Betriebsweise ist in F i g. 13 dargestellt, in der

die mitgenommene Welle mit Xa und die in Drehunj befindliche Antriebswelle mit 2a bezeichnet sind. De Freilauf überträgt kein Drehmoment, solange die Dreh zahl von 2a niedriger ist als Vi.

Die Abnutzung der Freilaufkupplung ist weitestge hend herabgesetzt, weil Reibung nur während de Übergangsperioden beim Gangwechsel auftriti Schmierungsprobleme haben daher eine weit geringen Bedeutung. Im Stillstand können die beiden Teile de Freilaufs leicht herausgenommen werden, weil eil funktionsbedingtes Spiel zwischen den Klemmkörpen und dem zugeordneten Ring besteht; daher lassen siel die beiden Teile des Freilaufs als getrennte Baugruppei montieren und anschließend zusammensetzen, ohm daß an den Freilaufelementen eingegriffen werdei müßte.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

«9523/ί

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Klemmkörperfreilaufkupplung mit zwischen zwei mit Klemmbahnen versehenen I .aufringe η angeordneten, durch entgegen der Fliehkraft wirkende Federkraft und einem zwischen den Ringen angeordneten Käfig in ihrer gegenseitigen Lage gehaltenen Kleinmkörpem, die erst ab einer bestimmten Drehzahl in Eingriff mit beiden Laufringen kommen, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper (3) mit Federn (?) unterschiedlicher Federkraft einzeln angefedert sind.

2. Klemmkörperfreilaufkupplung nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper (3) Winkelform haben, wobei die Klemmprofile (8, 9) der Klemmkörper (3) an den äußeren Enden des einen Winkelschenkels vorgesehen sind und der andere Wiifikelschenkel ein Gegengewicht gegen die Kippbewegung bildet und der mit den Klemmprofi-Ien (8,9) versehene Winkelschenkel in seiner Mitte eine Bohrung (10) aufweist, in der sich der Unterstützungspunkt der Feder (5) berindet.

3. Klemmkörperfreilaufkupplung nach Anspruch

1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Federn (5) der Klemmkörper (3) als flache Blattfedern ausgebildet sind, die mit ihrem einen Ende kraftschlüssig mit dem Käfig (4) verbunden sind und mit ihrem anderen Ende in die Bohrung (10) des Klemmkörpers (3) eingreifen.

4. Klemmkörperfreilaufkupplung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die am Käfig (4) befestigten Federn (5) die Klemmkörper (3) auf dem angetriebenen Ring festhalten und jenseits einer vorgegebenen Drehzahl den Kontakt der Klemmkörper (3) mit dem mitgenommenen Ring herstellen.