DE3050695T1

DE3050695T1 - Freilaufkupplung

Info

Publication number: DE3050695T1
Application number: DE19803050695
Authority: DE
Inventors: Michajl Petrovi&ccaron; Kaliningrad Gorin
Original assignee: Kaliningradskij techni&ccaron;eskij institut rybnoj promy&scaron;lennosti i chozjajstva, Kaliningrad
Priority date: 1980-12-30
Filing date: 1980-12-30
Publication date: 1983-06-30
Also published as: WO1982002422A1; BR8009124A; GB2107413A; JPS57502075A; DE3050695C2

Description

PREILAUPKUPPLUNG Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft Mechanismen zur Übertragung der Bewegung in einer Richtung, insbesondere Freilaufkupplungen.

Bisheriger Stand der Technik

Gegenwärtig besteht in der Maschinenbauindustrie das Problem der Gewährleistung eines zuverlässigen Anwerfens des Verbrennungsmotors zu jeder Jahreszeit, das durch die unzureichende Zuverlässigkeit und Lebensdauer der bestehenden,Starterantriebe, und insbesondere der Freilaufkupplungen, die eines der Hauptelemente dieser Antriebe darstellen, bedingt ist.

Es ist eine Freilaufkupplung nach der im Jahre 1952 veröffentlichten DE-PS 907228 bekannt, enthaltend ein Aussenteil mit innenseitiger zylindrischer Oberfläche, einen Doppelexzenter, dessen Exzenterscheiben um 180° gegeneinander verdreht sind, und Klemmelemente, die in Form von Segmenten ausgebildet sind, die auf Wälzlagern gelagert und durch Federn an die Oberfläche des Aussentells gedrückt sind.

'In dieser Freilaufkupplung stehen die Klemmelemente ständig mit der Aussenteiloberfläche in Berührung und werden während des Freilaufs verschleisst und begrenzen die Freilaufgeschwindigkeit. Ausserdem vermindert die Anordnung der Klemmelemente auf Wälzlagern die Belastungsfähigkeit des Mechanismus.

Bei der Berührung des Klemmelements mit der zylindrischen Innenfläche des Aussenteils hängt der Gleitreibungskoeffizient zwischen ihnen von der Art der in Berührung stehenden Werkstoffe und von der Schmierung'ab und verbleibt ausreichend hoch, wodurch die Erzielung einer genügenden Zuverlässigkeit verhindert wird.
Ebenfalls bekannt ist eine Freilaufkupplung gemäss SU-ES 339696, veröffentlicht im Jahre 1972, die in ihrem technischen Wesen der erfindungsgemässen

Kupplung am nächsten steht und von der die Erfindung ausgeht. Diese Freilaufkupplung enthält einen Doppelexzenter und ein Aussenteil mit zylindrischer Innenfläche, die mit zwischen ihnen angeordneten Klemmelementen in V/echselwirkung stehen, welche als Exzenterbüchsen ausgebildet und mittels eines Feststellers derart zusammengekoppelt sind, dass sie sich in einer Richtung verstellen können.

In dieser Freilaufkupplung wird gegenüber der Freilaufkupplung gemass der DE-PS 907228 eine berührungsfreie Bewegung der Klemmelemente bezüglich der Aussenteiloberfläche gewährleistet, wodurch es mSg» lich wird, die besagten Klemmelemente bei hohen relativen Überholgeschwindigkeiten mit geringen Reibungsverlusten zu verwenden und den Verschleiss der Arbeitsoberflächen wahrend des Freilaufs zu vermeiden.

In dieser Freilaufkupplung sind die Klemmexzenterbüchsen in Achsenrichtung gegeneinander verschoben, wodurch ein zusätzliches Biegemoment durch die Radialkräfte erzeugt und hierdurch die Belastungsfähigkeit "der Kupplung begrenzt wird, welche nur durch Yergrosserung der Hauptmasse der Kupplung erhöht werden kann.

Ausserdem hängt bei der Berührung der Klemmbuch-» sen mit der zylindrischen Innenfläche des Awasenrings der Gleitreibungskoeffizient zwischen ihnen von der Beschaffenheit der in Berührung stehenden Werkstoffe und den Schmierverhältnissen ab und weist einen genügend hohen Wert auf, wodurch die Erzielung einer'genügenden Zuverlässigkeit verhindert wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Freilaufkupplung zu schaffen, die dank der Yervoll» kommung des Doppelexzenters und des mit ihm in

Wechselwirkung stehenden Klemmelements eine Erhöhung der Belastungefähigkeit ohne Vergrösserung der Hauptmasse gewährleistet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei der Freilaufkupplung, enthaltend ein Aussenteil mit zylindrischer Innenfläche, einen Doppelexzenter, Klemmexzenterbüchsen mit Radialansätzen auf der Auasenflache, deren Oberflächen einen Teil der zylindrischen Oberfläche darstellen, deren Achse mit der Drehachse des Mechanismus zusammenfällt, wobei die Klemmenzenterbüchsen zwischen dem Aussenring und dem Doppelexzenter angeordnet und mit Bewegungsmöglichkeit nur in einer Richtung durch einen Peststeller verbunden sind, erfindungsgemäss der Doppelexzenter im mittleren Teil mit Hocken ausgeführt ist, die dasselbe Profil und dieselbe Exzentrizität aufweisen, und mit der Innenfläche der Klemmexzenterbüchsen mit den äusseren Radialansätzen in Wechselwirkung steht, mit welchen ihrerseits die zylindrische Innenfläche des Aussenrings in Wechselwirkung steht. Die Ausführung des Doppelexzenters im mittleren Teil mit Nocken, die dasselbe Profil und dieselbe Exzentrität aufweisen, und mit der Innenfläche der Klemmexzenterbüchsen mit den äusseren Radialansätzen in Wechselwirkung stehen, mit welchen ihrerseits die zylindrische Innenfläche des Aussenteils in Wechselwirkung steht, gewährleistet eine Vergrösserung der Breite der Arbeitsflächen, wodurch eine Erhöhung der Belastungsfähigkeit der Kupplung ohne Vergrösserung der Hauptmasse erfolgt.

Es ist zweckmässig, die besagten Klennnexzenterbüchsen mit den Radialansätzen in der Freilaufkupplung mit Ausschnitten über die 'Breite im nicht arbeitenden Teil auszuführen, da in diesem Falle die Arbeitsfläche dieser Büchsen bei gleichbleibenden Axialmassen der Freilaufkupplung grosser wird.

Es ist zweckmässig, die Länge der besagten Radialansätze in der Freilaufkupplung auf dem Kreisumfang der Klemmexzenterbüchsen gleich 0,1 - 0,5 des Radius der zylindrischen Innenfläche des Aussenteils auszuführen, den Winkel zwischen den Tangenten zum Anfang der Arbeitsflächen der Radialansätze derart auszubilden, dass er im Bereich von 20 bis 70° liegt, den Radius der Radialansätze um einen Betrag grosser als der Radius der zylindrischen Innenfläche des Aussenteils auszuführen,^ der den Spielpassungstoleranzen entspricht, hierbei den Mittelpunkt des Radius der Radialansätze gegenüber dem Mittelpunkt des Radius der zylindrischen Innenfläche des Aussenteils zu versetzen.

Eine derartige Ausführung der Radialansätze ermög" licht die Erzielung eines Keilschlusses an der Berührungsstelle der Radialansätze der Exzenterbüchsen mit der Aussenteiloberfläche, der den erforderlichen reduzierten Reibungskoeffizient und eine Nichtberührung zwischen den Klemmelementen und der Aussenteiloberfläche während des Freilaufs sicherstellt, wodurch die Betriebszuverlässigkeit der Freilaufkupplung gewährleistet wird.

Es ist ebenfalls zweckmässig, in der Freilaufkup-Plung die Arbeitsflächen der besagten Radialansätze der Klemmexzenterbüchsen mit einem Hartmetallreibstoff zu verkleiden.

Die Verkleidung der Arbeitsflächen der Radialansätze mit einem Reibstoff gewährleistet eine zusatzliehe Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit der Freilaufkupplung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. I eine Gesamtansicht der erfindungsgemässen Freilaufkupplung im Schnitt;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II von Fig. I;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III von Fig. 2;

Fig. 4 ein geometrisches Schema der erfindungsgemä3sen Freilaufkupplung.

Das beste Ausführungsbeispiel der Erfindung» Die Freilaufkupplung enthält einen Doppelexzenter I (Fig. I, 2), der mit Nocken 2 und 3 in seinem mittleren Teil ausgeführt ist, wobei der Nocken 2 das gleiche Profil und die gleiche Exzentrizität wie die Exzenterscheibe 4 und der Nocken 3 dasselbe Profil und dieselbe Exzentrizität wie die Exzenterscheibe 5 auf-* weist, auf ihm lose sitzende Exzenterbuchsen 6 und 7, die mit äusseren Radialansätzen 8 und 9 auf der Exzenterbuchse 6 und mit äusseren Radialansätzen IO und II auf der Exzenterbüchse 7 ausgeführt sind und mittels eines Feststellers 12 mit der Bewegungsmöglichkeit nur in einer Richtung verbunden werden, wobei das eine Ende des Feststellers in einer Bohrung in der Exzenterbüchse 6 eingepresst ist und das zweite Ende in eine Radialnut 13 in der Exzenterbuchse 7 und in dem Aussenteil 14 mit der zylindrischen Innenfläche 15 eingreift, in welchem die Exzenterbüchsen 6 und 7 mitsamt dem Doppelexzenter gelagert sind.

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

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 auf ihrer Arbeitsfläche 18 in Wechselwirkung mit der Arbeitsfläche 20 der Exzenterscheibe 4 und der Arbeitsfläche des Nockens 2, und die Exzenterbuchse 7 steht auf ihrer ' Arbeitsfläche 19 in Wechselwirkung mit der Arbeitsfläche 21 der Exzenterscheibe 5 und der Arbeitsfläche des Nockens 3.

Während der Freilaufperiode der Kupplung wird die Exzenterbuchse 6 durch ihre nicht arbeitende Oberfläche 22 (Fig. I) 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 sie durch den Feststeller 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 (Fig. 2, 3) der Exzenterbüchse 6 sowie den Radialansätzen IO und II der Exzenterbüchse 7 ein Radialspielraum zustande, dessen kleinste Örösse im Bereich der Laufsitztoleranzen gewählt und an den Enden der Radialansätze 8_e S₉ IO

- Ί - und II gemessen wird.

Die Ausführung der Exzenterbüchsen 6 und 7 mit äusseren Radialansätzen 8, 9, IO und II 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 grosser ist als der Radius der zylindrischen Innenfläche 15 des Aussenteils 14, die bezüglich des Mittelpunkts 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, II auf den Exzenterbüchsen 6 und 7 festgelegt wird, gestattet es, an der Berührungsstelle der Radialansätze 8, 9, 10, II 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, Il auf der zylindrischen Oberfläche 15 des Aussenteils 14 unter Belastung zu erzielen, wodurch es möglich wird, auf diesen Arbeitsflächen 8, 9, 10, II und 15 einen bezogenen Gleitreibungskoeffizient zu realisieren, dessen Wert wie für Keilverbindungen ermittelt werden kann: fp

^fnp " slnj^ (Pig. 4)

worin fp GIeItreibungskoeffizient an den zusammenstossenden zylindrischen Oberflächen, f bezogener Reibungskoeffizient an den zylindrischen Oberflächen

B_Q Winkel,' der den Anfang des Radialansatzes bezüglich der Symmetrieachse des Mechanismus festlegt, bedeuten.

Der bezogene Reibungskoeffizient f ist um das zweifache und mehr grosser als der Gleitreibungskoeffizient f_T, der an den Oberflächen 18, 20, 19,

21 (Pig. I, 2) bei der Berührung zwischen den Exzenterscheiben 4, 5, den Nocken 2, 3 und den Exzenterbüchsen 6 und 7 wirksam wird.

Die konstruktive Lösung der Exzenterbüchsen 6 und ' 7 mit den Radialanaätzen 9, 10, II und 12 gestattet es, einen Keilschluss an den Berührungsstellen dieser Anaätze mit der zylindrischen Oberfläche 15 des Aussenteils 14 zu erzielen, wodurch gewährleistet wird, dass an den besagten Oberflächen der bezogene Reibungskoeffizient auch ohne Ausführen von Keilnuten in der Oberfläche 15 des Aussenteils 14 und von Keilen auf der Aussenflache der Klemmelemente wirksam wird, d.h. der Keilschlusseffekt wird auf einfachere und technologisch günstigere Art und Wiese erzielt und bietet die Möglichkeit, diese Mechanismen mit grösseren Verkeilungswinkeln o((Pig. 4) auszulegen, bei welchen die Lösung der Verkeilung ohne Anlegen eines äusseren Moments erfolgt.

Die Grosse des grenzzulässigen Verkeilungswinkels Oi ergibt sich zu

■ ⁸ⁱⁿf o ^{+ 7}I

worin K *>···%· Verhältnis des Radius der zylindrischen Innenfläche 15 des Aussenteils 14 zum Radiusvektor des Exzenters und

f-j. Gleitreibungskoeffizient an den Berührungsstellen der Arbeitsflächen 18, 2Q, 19 und 21 bedeutet.

Der Verkeilungswinkel cL (Pig. 4) ist für die einzelnen Abschnitte der Exzenterbüchsen eine veränderliehe Grosse, weist aber einen maximalen Wert beim senkrechten Verlauf des Radius des Exzenters I (Pig. I) zur Achse des lixz ent ermechani emus auf, die durch die Mittelpunkte des Exzenters I und des Aussenteils 14 führt.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit des Exzenter» mechanisms sind die Arbeitsflächen der Radialoätze

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8, 9, 10., II der Exzenterbüchsen 6, 7 mit einem Überzug 24 aus einem Hartmetall-Reibstoff verkleidet.

Die Freilaufkupplung funktioniert wie folgt. Bei einer Drehung des treibenden Exzenters I gegen den Uhrzeigersinn bezüglich des Aussenteils 14 mit einer geringen Winkelbeechleunugung verstellen sich, die Exzenterbüchsen 6 und 7 unter Einwirkung des Moments der auf diese Büchsen einwirkenden Trägheitskräfte in radialer Richtung so lange, bis das Radial- spiel zwischen der zylindrischen Innenfläche 15 des Aussenteils 14 und den Radialansätzen 8, 9, 10, II der Exzenterbuchseη 6,7 aufgehoben ist und an diesen Berührungsflächen Reibungskräfte zu wirken beginnen, wodurch das Einklemmen der Exzenterbüchsen

Ϊ5 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 Exzenterscheiben 4 und 5 so weit, dass der Pestersteller 12 in der Radialnut 13 der Exzenterbüchse 7 sich bis zum Anschlag verstellt, wobei zwischen der zylindrischen Innenfläche 15 des Aussenteils 14 und den Arbeitsansätzen 8, 9, 10, II ein Radialspiel gebildet wird, dass die beruh« rungsfreie Bewegung des Mechanismus während der Freilaufperiode gewährleistet.

Während der Preilaufperiode werden die Exzenterbüchsen 6 und 7 dadurch konzentrisch zur zylindrischen Innenfläche 15 des Aussenteils 14 gehalten, dass sie mit Hilfe seiner iDragheitskräfte auf den Exzenterscheiben 4 und 5 durch den Peststeller 12 in die Radialnut gedruckt werden.

Industrielle Anwendbarkeit Die Freilaufkupplung kann am wirksamsten als

Antrieb für Kraftwagen- und Traktorenstarter zum Anwerfen von Verbrennungsmotoren und Gasturbinen verwendet werden, sowie in Antrieben von Werkzeugmaschinen und in Impulsgetrieben.

Claims

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PATENTANSPRUCHES ( I.j Freilaufkupplung, enthaltend ein Aussenteil mifc~zylindrischer Innenfläche, einen Doppelexzenter, Klemmexzenterbüchsen mit Radialansätzen auf der Aussenflache, deren Oberflächen einen Teil einer zylindrischen Oberfläche darstellen, deren Achse mit der Drehachse des Mechanismus zusammenfällt, wobei die Klemmexzenterbüchsen zwischen dem Aussenteil und dem Doppelexzenter angeordnet und mit der Bewegungsmöglichkeit nur in einer Richtung mittels eines Feststellers verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelexzenter (I) im mittleren Teil mit Nocken (2, 3) ausgeführt ist, die dasselbe Profil und dieselbe Exzentrizität aufweisen, und mit der Innenfläche der Klemmexzenterbüchsen (6, 7) mit den äusseren Radialaneätzen (8, S₉ IOy II) in Wechselwirkung steht, mit welchen ihrerseits die zylindrische Innenfläche (15) des Aussenteils (14) in Wechselwirkung steht,
2. Freilaufkupplung nach Anspruch I, dadurch g β k β η η zeichnet, dass die Klemmexzenterbüchsen (6, 7) mit den Radialansätzen (8, 9, 10, II) mit Ausschnitten (16, 17) über die Breite im nicht arbeitenden Teil ausgeführt sind.
3. Freilaufkupplung nach Anspruch I und 2, d a durch gekennzeichnet, dass die Länge der Radialansätze (8, 9, 10, II), auf dem Kfeisumfang der Klemmexzenterbüchsen (6, 7) 0,1 0,5 des Radius der zylindrischen Innenfläche (15) des Aussenteils (14) gleich ist, der Winkel zwischen den Tangenten zum Anfang der Arbeitsflächen der Radialansätze: (8, 9, 10, II) eine Grosse von 20 bis 70° aufweist, der Radius der Radialansätze (8, 9, 10, II) grosser ist als der Radius der zylindrischen Innenfläche (15) des Aussenteils (14) um einen Betrag, der den Haftsitztoleranzen entspricht, wobei

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der Mittelpunkt des Radius der Radialansätze (8, 9, 10, II) bezüglich des Mittelpunkts des Radius der zylindrischen Innenfläche (15) des Aussenteils (14) versetzt ist.
4. Freilaufkupplung nach Anspruch I bis 3» d a durchgekennzeichnet , dass die Radialansatze (8, 9, 10, II) der Klemmexzenterbüchsen (6, 7) mit einem Hartmetall-Reibwerkstoff (24) verkleidet sind.