DE3050695C2

DE3050695C2 - Freulaufkupplung

Info

Publication number: DE3050695C2
Application number: DE19803050695
Authority: DE
Inventors: Michajl Petrovi&ccaron; Königsberg/Kaliningrad Gorin
Original assignee: KALININGRAD T I RYBNOI PROMY
Current assignee: KALININGRAD T I RYBNOI PROMY
Priority date: 1980-12-30
Filing date: 1980-12-30
Publication date: 1986-06-19
Also published as: GB2107413A; BR8009124A; JPS57502075A; WO1982002422A1; DE3050695T1

Description

Die Erfindung betrifft eine Freilaufkupplung mit einem Außenteil mit zylindrischer Innenfläche und einem dazu konzentrisch angeordneten innenliegenden Doppelexzenter, der zwei axial aufeinderfolgend angeordnete und um 180° in Umfangsrichtung zueinander verschwenkte Exzenterscheiben aufweist, sowie mit zwischen Außenteil und Doppelexzenter angeordneten Klemmexzenterbüchsen, die auf den Exzenterscheiben abgestützt sind und diese umgreifen und die mittels eines Feststellers miteinander beweglich verbunden sind.

Freilaufkupplungen dieser Art werden bei Startern für Verbrennungsmotoren verwendet Gegenwärtig besteht dabei das Problem, ein zuverlässiges Starten von Verbrennungsmotoren zu jeder Jahreszeit zu gewährleisten, und zwar als Folge unzureichender Zuverlässigkeit und Lebensdauer der bestehenden Starter und insbesondere der Freilaufkupplungen, die eines der Hauptelemente dieser Starter darstellt

Bei einer bekannten Freilaufkupplung der einleitend genannten Art (SU-ES 3 39 696) können sich die Klemmexzenterbüchsen ohne Berührung mit der Innenfläche des Außenteiles bewegen.

Hierdurch ist es möglich, die Klemmexzenterbüchsen bei hohen relativen Überholgeschwindigkeiten mit geringen Reibungsverlusten zu verwenden und Verschleiß der Arbeitsoberflächen während des Freilaufs zu vermeiden, jedoch sind bei dieser bekannten Freilaufkupplung die Klemmexzenterbüchsen in Achsenrichtung gegeneinander versetzt, wodurch ein zusätzliches Biege-

moment durch Radialkräfte erzeugt wird, was wiederum zu einer Begrenzung der Belastungsfähigkeit der Freilaufkupplung führt, die nur durch Vergrößerung der HauptmaBe der Freilaufkupplung erhöht werden kann. Außerdem hängt bei der Berührung der Klemmexzenterbüchsen mit der zylindrischen Innenfläche des Außenteiles der Gleitreibungskoeffizient zwischen ihnen von der Beschaffenheit der in Berührung miteinander stehenden Werkstoffe und den Schmierverhältnissen ab, wobei er einen so hohen Wert aufweist, daß die gewünschte Zuverlässigkeit nicht erzielt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine Freilaufkupplung der einleitend genannten Art derart auszuführen, daß eine Erhöhung der Belastungsfähigkeit ohne Vergrößerung der Hauptmaße erzielt ist. Gelöst wird diese Aufgäbe gemäß der Erfindung dadurch, daß der Doppelexzenter in seinem Mittelteil zwischen den Exzenterscheiben Nocken aufweist, die diametral gegenüberliegend angeordnet sind und das gleiche Profil und die gleiche Exzentrizität aufweisen wie die Teile der Exzenterscheiben, an welchen sie anliegen, und daß jede Klemmexzenterbüchse ein Axialteil aufweist, welches im radialen Schnitt einen Kreisringsektor darstellt und welches jeweils axial um den Betrag der Länge derjenigen Nocke hervorragt, die an der Exzenterscheibe angrenzt, an welcher die Klemmexzenterbüchse abgestützt ist

Die im mittleren Teil des Doppelexzenters vorgesehenen Nocken, die das gleiche Profil und die gleiche Exzentrizität wie die Teile der Exzenterscheiben, an welchen sie anliegen, aufweisen, stehen mit der Innenfläche der Klemmexzenterbüchsen in Wechselwirkung, mit denen ihrerseits die zylindrische Innenfläche des Außenteils in Wechselwirkung steht. Hierdurch ist eine Vergrößerung der Breite der Arbeitsfläche erzielt, wodurch eine Erhöhung der Belastungsfähigkeit der Kupplung ohne Vergrößerung der Hauptmaße erhalten ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmexzenterbüchsen an ihren äußeren Umfangsflächen Radialansätze aufweisen, deren Oberfläche Teil einer zylindrischen Fläche sind, deren Achse mit der Drehachse der Kupplung zusammenfällt, und daß Ausschnitte über die Breite am nicht arbeitenden Teil vorgesehen sind. Bei einer solchen Ausführung ist vorteilhaft die Arbeitsfläche der Klemmexzenterbüchsen bei gleichbleibenden Axialma-Ben der Freilaufkupplung größer.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Radialansätze auf dem Kreisumfang der Klemmexzen-

terbüchsen gleich 0,1 bis 0,5 des Radius der zylindrischen Innenfläche des Außenteils ist, daß der Winkel zwischen den Tangenten am Umfang der Arbeitsflächen der Radialansätze eine Größe von 20—70° aufweist, während der Radius der Radialansätze größer ist als der Radius der zylindrischen Innenfläche des Außenteils, und zwar um einen Betrag, der den Haftsitztoleranzen entspricht, wobei der Mittelpunkt des Radius der Radialansätze bezüglich des Mittelpunktes des Radius der zylindrischen Innenfläche des Außenteiles versetzt ist Eine derartige Ausführung der Radialansätze ermöglicht es, einen Keilschluß an der Berührungsstelle der Radialansätze der Klemmexzenterbüchsen mit der zylindrischen Innenfläche des Außenteiles zu erzielen, wobei dieser Keilschluß einen kleineren Reibungskoeffizienten und Nichtberührung zwischen den Klemmexzenterbüchsen und der zylindrischen Innenfläche des AuQenteiles während des Freilaufs gewährleistet, wodurch die Betriebszuverlässigkeit der Freilaufkupplung erhöht ist

Eine noch andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet daß die Radialansätze der Klemmexzenterbüchsen mit einem Hartmetall-Reibwerkstoff verkleidet sind. Die Verkleidung der Arbeitsflächen der Radialansätze mit einem solchen Reibwerkstoff gewährleistet zusätzliche Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit der Freilaufkupplung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine im Schnitt gehaltene Gesamtansicht einer Freilaufkupplung gemäß der Erfindung, F i g. 2 einen Schnitt nach Linie H-II der F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt nach Linie IH-IlI der F i g. 2,

F i g. 4 ein geometrisches Schema der Freilaufkupplung gemäß der Erfindung, und

F i g. 5 eine Explosionsansicht der wesentlichen Bauteile einer Freilaufkupplung gemäß der Erfindung.

Gemäß der Zeichnung umfaßt eine Freilaufkupplung einen Doppelexzenter 1 (F i g. 1,2), der in seinem mittleren Teil mit Nocken 2 und 3 ausgeführt ist, von denen der Nocken 2 das gleiche Profil und die gleiche Exzentrizität wie eine Exzenterscheibe 4, und der Nocken 3 das gleiche Profil und die gleiche Exzentrizität wie eine Exzenterscheibe 5 aufweist. Auf dem Doppelexzenter 1 sitzen lose Klemmexzenterbüchsen 6 und 7, die mit äußeren Radialansätzen 8 und 9 auf der Klemmexzenterbüchse 6, und mit äußeren Radialansätzen 10 und 11 auf der Klemmexzentarbüchse 7 ausgeführt sind und mittels eines Feststellers 12 bewegbar verbunden sind derart, daß Bewegungsmöglichkeit nur in einer Richtung vorhanden ist. Das eine Ende des Feststellers 12 ist in eine Bohrung in der Klemmexzenterbüchse 6 eingepreßt, und das andere Ende greift in eine Radialnut 13 in der Klemmexzenterbüchse 7 und in dem Außenteil 14 mit der zylindrischen Innenfläche 15 ein, in welchem die Klemmexzenterbüchsen 6 und 7 mitsamt dem Doppelexzenter 1 gelagert sind.

Die Exzenterbüchse 6 ist mit einem über die Breite ausgebildeten Ausschnitt 16 (Fig. 2) im nicht arbeitenden Teil aufgeführt, einen gleichen Ausschnitt 17 weist auch die Exzenterbüchse 7 auf, wodurch gewährleistet wird, daß beim Zusammenbauen der Büchsen in Achsenrichtung die Arbeitsfläche 18 der Exzenterbuchse 6 im nicht arbeitenden Teil des Ausschnittes 17 der Büchse 7 zu liegen kommt, und die Arbeitsfläche 19 (Fig. 1) der Exzenterbüchse 7 im nicht arbeitenden Teil des Ausschnitts 16 (F i g. 2) der Exzenterbuchse 6.

Eine solche Vergrößerung der Breite der Arbeitsflächen 18 und 19 der Exzenterbüchsen 6 und 7 infolge der Ausschnitte 16 und 17 in den nicht arbeitenden Teilen der Exzenterbüchsen 6 und 7 ermöglicht bei gleichbleibenden Hauptmassen des Exzentermechanismus in Achsenrichtung die Steigerung seiner Belastbarkeit mehr als um das Zweifache und die Herabsetzung des durch Radialkräfte bedingten Biegemoments.

Während des Klemmens und der Übertragung der Belastung steht die Exzenterbüchse 6 aut ihrer Arbeitsfläche 18 in Wechselwirkung mit der Arbeitsfläche 20 der Exzenterscheibe 4 und der Arbeitsfläche des Nokkens 2, und die Exzenterbüchse 7 steht auf ihrer Arbeitsfläche 19 in Wechselwirkung mit der Arbeitsfläche 21 der Exzenterscheibe 5 und der Arbeitsfläche des Nokkens 3.

Während der Freilaufperiode der Kupplung wird die Exzenterbüchse 6 durch ihre nicht arbeitende Oberfläche 22 (F i g. 1) auf der Oberfläche der Exzenterscheibe 4 gegen Radialverschiebung gesichert, dasselbe betrifft auch die Exzenterbüchse 7, welche auf ihrer nicht arbeitenden Oberfläche 23 mit der Exzenterscheibe 5 in Wechselwirkung steht, wobei die Exzenterbüchsen 6 und 7 sich konzentrisch mit der zylindrischen Oberfläche 15 des Außenteils 14 dadurch einstellen, daß die durch den Feststeiler 12, der am Boden der Radialnut 13 in der Exzenterbüchse 7 anschlägt, auf den Exzenterscheiben 4 und 5 gesichert werden.

Während dieser Periode kommt zwischen der zylindrischen Oberfläche 15 des Außenteils 14 und den Radialansätzen 8 und 9 (F i g. 2, 3) der Exzenterbüchse 6 sowie den Radialansätzen 10 und 11 der Exzenterbüchse 7 ein Radialspielraum zustande, dessen kleinste Größe im Bereich der Laufsitztoleranzen gewählt und an den Enden der Radialansätze 8,9,10, und 11 gemessen wird.

Die Ausführung der Exzenterbüchsen 6 und 7 mit äußeren Radialansätzen 8,9,10 und 11 mit einer Bogenlänge gleich 0,4 des Radius der zylindrischen Innenfläche 15 des Außenteils 14 und mit einem Radius der Radialansätze, der um 0,05 mm größer ist als der Radius der zylindrischen Innenfläche 15 des Außenteils 14, die bezüglich des Mittelpunktes des Außenteils 14 um 0,25 mm versetzt und unter einem Winkel von 60° angeordnet sind, der durch die Tangenten zum Anfang der Radialansätze 8, 9, 10, 11 auf den Exzenterbüchsen 6 und 7 festgelegt wird, gestattet es, an der Berührungsstelle der Radialansätze 8,9,10,11 der Exzenterbüchsen 6 und 7 mit der zylindrischen Innenfläche 15 des Außenteils 14 während der Klemmperiode einen Keilschluß infolge eines vollständigen Kontakts und der Möglichkeit einer Radialbewegung der Ansätze 8, 9, 10,11 auf der zylindrischen Oberfläche 15 des Außenteils 14 unter Belastung zu erzielen, wodurch es möglich wird, auf diesen Arbeitsflächen 8,9, 10,11 und 15 einen bezogenen Gleitreibungskoeffizient zu realisieren, dessen Wert wie für Keilverbindungen ermittelt werden kann:

" sin /SO

(F ig. 4)

worin

Gleitreibungskoeffizient an den zusammenstoßenden zylindrischen Oberflächen,
Lszogener Reibungskoeffizient an den zylindrischen Oberflächen

Winkel, der den Anfang des Radialsatzes bezüglich der Symmetrieachse des Mechanismus festlegt,

5

bedeuten. Exzenterscheiben 4 und 5 so weit, daß der Feststeller

in der Radialnut 13 der Exzenterbüchse 7 sich bis zum

Der bezogene Reibungskoeffizient f„_p ist um das Anschlag verstellt, wobei zwischen der zylindrischen Inzweifache und mehr größer als der Gleitreibungskoeffi- nenfläche 15 des Außenteils 14 und den Arbeitsansätzen zient /i, der an den Oberflächen 18,20,19,21 (F i g. 1, 2) 5 8,9,10,11 ein Radialspiel gebildet wird, daß die berühbei der Berührung zwischen den Exzenterscheiben 4,5, rungsfreie Bewegung des Mechanismus während der den Nocken 2, 3 und den Exzenterbüchsen 6 und 7 Freilaufperiode gewährleistet, wirksam wird. Während der Freilaufperiode werden die Exzenter-

Die Konstantruktive Lösung der Exzentterbüchsen 6 büchsen 6 und 7 dadurch konzentrisch zur zylindrischen und 7 mit den Radialsätzen 9,10,11 und 12 gestattet es, 10 Innenfläche 15 des Außenteils 14 gehalten, daß sie mit einen Keilschluß an den Berührungsstellen dieser An- Hilfe seiner Trägheitskräfte auf den Exzenterscheiben Sätze mit der zylindrischen Oberfläche 15 des Außen- und 5 durch den Feststeller 12 in die Radialnut gedrückt teils 14 zu erzielen, wodurch gewährleistet wird, daß an werden, den besagten Oberflächen der bezogene Reibungskoeffizient auch ohne Ausführen von Keilnuten in der Ober- 15 Industrielle Anwendbarkeit fläche 15 des Außenteils 14 und von Keilen auf der

Außenfläche der Klemmelemente wirksam wird, d. h. Die Freilaufkupplung kann am wirksamsten als Ander Keilschlußeffekt wird auf einfachere und technolo- trieb für Kraftwagen- und Traktorenstarter zum Angisch günstigere Art und Weise erzielt und bietet die werfen von Verbrennungsmotoren und Gasturbinen Möglichkeit, diese Mechanismen mit größeren Verklei- 20 verwendet werden, sowie in Antrieben von Werkzeugdungswinkeln « (Fig. 4) auszulegen, bei welchen die maschinen und in Impulsgetrieben.

Lösung der Verkeilung ohne Anlegen eines äußeren —_

Moments erfolgt Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Die Größe des grenzzulässigen Verkeilungswinkels oc

ergibt sich zu

worin

Κ—— Verhältnis des Radius der zylindrischen Innenfläche 15 des Außenteils 14 zum Radiusvektor des Exzenters und

Z₁ Gleitreibungskoeffizient an den Berührungsstellen der Arbeitsflächen 18,20,19 und 21

bedeutet.

40

Der Verkeilungswinkel a (F i g. 4) ist für die einzelnen Abschnitte der Exzenterbüchsen eine veränderliche Größe, weist aber einen maxialen Wert beim senkrechten Verlauf des Radius des Exzenters 1 (Fig. 1) zur Achse des Exzentermechanismus auf, die durch die Mittelpunkte des Exzenters 1 und des Außenteils 14 führt

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit des Exzentermechanismus sind die Arbeitsflächen der Radialsätze 8, 9,10,11 der Exzenterbüchse 6,7 mit einem Überzug 24 aus einem Hartmetall-Reibstoff verkleidet

Die Freilaufkupplung funktioniert wie folgt Bei einer Drehung des treibenden Exzenters 1 gegen den Uhrzeigersinn bezüglich des Außenteils 14 mit einer geringen Winkelbeschleunigung verstellen sich die Exzenterbüchsen 6 und 7 unter Einwirkung des Moments der auf diese Büchsen einwirkenden Trägheitskräfte in radialer Richtung so lange, bis das Radialspiel zwischen der zylindrischen Innenfläche 15 des Außenteils 14 und den Radialansätzen 8, 9, 10, 11 der Exzenterbüchsen 6, 7 aufgehoben ist und an diesen Berührungsflächen Reibungskräfte zu wirken beginnen, wodurch das Einklemmen der Exzenterbüchsen 6, 7 zwischen den Exzenterscheiben 4, 5 den Nocken 2, 3 und dem Außenring 14 und hierdurch das Übertragen des Drehmoments gewährleistet wird.

Beim Anstieg der Drehgeschwindigkeit des Außenteils 14 wird die Verklemmung des Mechanismus gelöst und die Exzenterbüchsen 6 und 7 drehen sich auf den

Claims

Patentansprüche:

1. Freilaufkupplung mit einem Außenteil mit zylindrischer Innenfläche und einem dazu konzentrisch angeordneten innenhegenden Doppelexzenter, der zwei axial aufeinanderliegend angeordnete und um 180° in Umfangsrichtung zueinander verschwenkte Exzenterscheiben aufweist, sowie mit zwischen Außenteil und Doppelexzenter angeordneten Klemmexzenterbüchsen, die auf den Exzenterscheiben abgestützt sind und diese umgreifen und die mittels eines Feststellers miteinander beweglich verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelexzenter (1) in seinem Mittelteil zwischen den Exzenterscheiben (4, 5) Nocken (2,3) aufweist, die. diametral gegenüberliegend angeordnet sind und das gleiche Profil und die gleiche Exzentrizität aufweisen wie die Teile der Exzenterscheiben (4,5), an welchen sie anliegen, und daß jede Klemmexzenterbüchse (6,7) ein Axialteil aufweist, welches im radialen Schnitt einen Kreisringsektor darstellt und welches jeweils axial um den Betrag der Länge derjenigen Nocke (2, 3) hervorragt, die an der Exzenterscheibe (4,5) angrenzt, an welcher die Klemmexzenterbüchse (6,7) abgestützt ist

2. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmexzenterbüchsen (6,7) an ihren äußeren Umfangsflächen Radialansätze (8, 9,10,11) aufweisen, deren Oberfläche Teil einer zylindrischen Fläche sind, deren Achse mit der Drehachse der Kupplung zusammenfällt, und daß Ausschnitte (16,17) über die Breite im nicht arbeitenden Teil vorgesehen sind.

3. Freilaufkupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Radialansätze (8, 9, 10, 11) auf dem Kreisumfang der Klemmexzenterbüchsen (6, 7) gleich 0,1 bis 0,5 des Radius der zylindrischen Innenfläche .(15) des Außenteils (14) ist, daß der Winkel zwischen den Tangenten am Umfang der Arbeitsflächen der Radialansätze (8,9,10,11) eine Größe von 20-70° aufweist, während der Radius der Radialansätze (8,9,10,11) größer ist als der Radius der zylindrischen Innenfläche (15) des Außenteils (14) und zwar um einen Betrag, der den Haftsitztoleranzen entspricht, wobei der Mittelpunkt des Radius der Radialansätze (8, 9, 10, 11) bezüglich des Mittelpunktes des Radius der zylindrischen Innenfläche (15) des Außenteils (14) versetzt ist.

4. Freilaufkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialansätze (8,9, 10, 11) der Klemmexzenterbuchsen (6, 7) mit einem Hartmetall-Reibwerkstoff (24) verkleidet sind.