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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Einwegkupplung vom Rollen-Typ gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Diese Einwegkupplung ist in eine
Riemenscheibe eingebaut, die an einer Hilfsmaschine montiert ist,
die durch eine Kurbelwelle eines Motors eines Kraftfahrzeugs oder
dergleichen beispielsweise über
einen Riemen angetrieben wird.
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Die U.S.-A-5,482,144 offenbart eine
Einwegkupplung der oben genannten Art mit einer Nockenoberfläche auf
dem inneren Umfang eines äußeren Drehrings,
die einen Keilwinkel mit der äußeren Umfangsoberfläche eines
inneren Rings einschließt.
Federn dienen zum Drücken
von Rollen in die keilförmigen
Zwischenräume
zwischen dem inneren und äußeren Ring.
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Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung
Nr. Hei-3-249435 offenbart eine Nockenoberfläche des inneren Rings, die
als flache Oberfläche geformt
ist, sowie Rollen, die zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring
angeordnet sind.
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Es wird im folgenden eine herkömmliche
Einwegkupplung dieser Art beschrieben. Ein innerer ringförmiger Körper und
ein äußerer ringförmiger Körper sind
innerhalb und außerhalb
voneinander in der Richtung des Durchmessers und konzentrisch zueinander
angeordnet. Keilförmige
Räume,
die jeweils einen Zwischenraum in der Durchmesser-Richtung aufweisen,
der sich in einer Richtung in Umfangsrichtung verengt, sind an einigen
Stellen des Umfangs in einem Zwischenraum angeordnet, durch welchen
die beiden ringförmigen
Körper
einander zugewandt sind. Eine Rolle ist jeweils in einem keilförmigen Raum
angeordnet. Zwischen den ringförmigen Körpern ist
ein Käfig
mit Taschen vorgesehen, die sich auf solche Weise erstrecken, dass
sie sich innen und außen
in einer Durchmesser-Richtung an Stellen öffnen, die mit den keilförmigen Räumen zusammenfallen.
Jede Rolle wird einzeln durch eine entsprechende Tasche aufgenommen.
Ein elastisches Glied wird von jeder Tasche aufgenommen. Jede Rolle
wird durch das elastische Glied zu einer engeren Seite (Blockadeseite)
in dem keilförmigen
Raum durch das elastische Glied in einer Richtung in der Umfangsrichtung
elastisch vorgespannt.
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Die keilförmigen Räume werden dadurch gebildet,
dass Nockenflächen
an einem der ringförmigen
Körper
(einer äußeren Umfangsfläche des
inneren ringförmigen
Körpers
oder einer inneren Umfangsfläche
des äußeren ringförmigen Körpers) geformt
sind, und der Keilwinkel des keilförmigen Raums ist allgemein
auf 9° bis
11° festgelegt.
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Der Keilwinkel ist ein Winkel (α, β, welche später beschrieben
werden), an welchem sich zwei Tangenten schneiden, von denen eine
Tangente eine Tangente an einem Berührungspunkt darstellt, an dem
die Rolle die äußere Umfangsoberfläche des
inneren ringförmigen
Körpers
berührt,
und die andere Tangente ist eine Tangente an einem Berührungspunkt,
an dem die Rolle die innere Umfangsoberfläche des äußeren ringförmigen Körpers berührt, wenn die Rolle zur Blockadeseite
rollt.
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Bei dem oben beschriebenen Aufbau
der Einwegkupplung wird dann, wenn die Rolle zur schmaleren Seite
in einer Richtung in der Umfangsrichtung des keilförmigen Raumes
rollt, die Kupplung in einen Blockadezustand gebracht, in dem der
innere ringförmige
Körper
und der äußere ringförmige Körper miteinander
durch die Rollen verbunden werden und synchron rotieren. Wenn jede
der Rollen zur breiteren Seite des keilförmigen Raums in der anderen
Richtung in der Umfangsrichtung rollt, wird die Kupplung in einen
freien Zustand gebracht, in dem der innere ringförmige Körper und der äußere ringförmige Körper gegeneinander
rotieren. Auf diese Weise wird die Kupplung in Abhängigkeit
von einer Position in dem keilförmigen
Raum, in die die Rolle rollt, zwischen einem Blokkadezustand und
dem freien Zustand geschaltet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist daher ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung,
eine Einwegkupplung zu schaffen, bei der das Auftreten einer Blockade-Fehlfunktion
verhindert wird und die Ansprecheigenschaft beim Kupplungsvorgang
verbessert wird.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung,
eine Einwegkupplung zu schaffen, bei der ein Keilwinkel jedes keilförmigen Raums
auf einen geeigneten Wert festgelegt wird, das Umschalten zwischen
einem Blockadezustand und einem freien Zu stand gleichmäßig gestaltet
wird, und die Ansprecheigenschaft beim Kupplungsvorgang verbessert
wird.
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile
der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung deutlich.
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Zur Erreichung dieser Ziele ist die
erfindungsgemäße Einwegkupplung
durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet.
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Erfindungsgemäß wird eine Einwegkupplung geschaffen,
mit einem inneren ringförmigen
Körper, einem äußeren ringförmigen Körper, der
außerhalb des
inneren ringförmigen
Körpers
und konzentrisch zu dem inneren ringförmigen Körper angeordnet ist und keilförmige Räume in einigen
Positionen in Umfangsrichtung zwischen dem inneren ringförmigen Körper und
dem äußeren ringförmigen Körper bildet, wobei
jeder der keilförmigen
Räume in
einer Richtung in der Umfangsrichtung enger wird, und einer Anzahl
von Rollen, die in jedem der keilförmigen Räume angeordnet sind und zwischen
einer blockierten Stellung, in der jede der Rollen auf der engeren Seite
der keilförmigen
Räume liegt
und die beiden ringförmigen
Körper
miteinander verbindet und die beiden ringförmigen Körper synchron miteinander rotieren
läßt, und
einem freien Zustand, in dem jede der Rollen zur weiteren Seite
des keilförmigen
Raums rollt und der blockierte Zustand aufgehoben ist und die beiden
ringförmigen
Körper
in Bezug aufeinander rotieren können,
beweglich sind, wobei der innere ringförmige Körper und der äußere ringförmige Körper eine
Konstruktion aufweisen, bei der der Keilwinkel jedes keilförmigen Raums
auf 4° bis
8° festgelegt ist.
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Falls der Keilwinkel des keilförmigen Raums auf
den oben genannten Wert festgesetzt ist, befindet sich eine Eingriffsposition
von jeder Rolle in einer Position des keilförmigen Raums mit dem kleinsten
Keilwinkel und ist relativ flach, wenn die Rolle an der engeren
Seite des keilförmigen
Raums angeordnet ist, und die Zwischenräume zwischen jeder der Rollen und
den beiden ringförmigen
Körpern
sind relativ klein, wenn die Rolle auf der weiteren Seite des keilförmigen Raums
angeordnet ist. Daher bewegen sich die Rollen gleichmäßig beim
Umschalten zwischen dem Blockadezustand und dem freien Zustand.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und weitere Ziele sowie Vorteile
der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
der Erfindung mit Bezug auf die folgenden beigefügten Zeichnungen deutlich:
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1 ist
ein seitlicher Schnitt durch eine obere Hälfte einer Einwegkupplung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Schnitt entlang einer Linie (2)-(2) und in einer Richtung, die
in 1 durch Pfeile bezeichnet
ist;
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3 ist
eine Abwicklung eines Taschenbereichs eines Käfigs aus 1;
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4 ist
eine schematische Darstellung von Keilwinkeln in einem keilförmigen Raum
in 1; und
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5 ist
ein Schnitt durch eine obere Hälfte einer
Riemenscheiben-Einheit, für
die erfindungsgemäße Einwegkupplung
verwendet wird.
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In allen Figuren werden gleiche Bauteile durch
gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Eine Einwegkupplung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben.
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Die Einwegkupplung A weist als Bestandteile einen
inneren Ring 1, einen äußeren Ring 2,
einen Käfig 3,
Rollen 4 und Schraubenfedern 5 als elastische
Glieder auf.
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Die Rolle 4 rollt zu einer
engeren Seite (Blockadeseite) oder einer weiteren Seite (freien
Seite) in einem weiter unten beschriebenen keilförmigen Raum entsprechend einem
Rotationsunterschied zwischen dem inneren Ring 1 und dem äußeren Ring 2.
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Wenn die Rolle 4 zur Blockadeseite
hin rollt, werden der innere Ring 1 und der äußere Ring 2 in einen
Blockadezustand gebracht, indem der innere Ring 1 und der äußere Ring 2 durch
die Rolle 4 miteinander verbunden werden und synchron miteinander
rotieren, und es wird eine Kraft übertragen.
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Wenn die Rolle 4 zur freien
Seite hin rollt, wird der Blockadezustand des inneren Rings 1 und des äußeren Rings 2 aufgehoben,
und der innere Ring 1 und der äußere Ring 2 werden
in einen freien Zustand gebracht, indem der innere Ring 1 und
der äußere Ring 2 gegeneinander
rotieren, und die Kraftübertragung
wird unterbrochen. Auf diese Weise werden die inneren und äußeren Ringe
zwischen dem Blockadezustand und dem freien Zustand geschaltet, in
Abhängigkeit
von der Lage, in die die Rolle 4 rollt.
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Im folgenden werden die Bauteile
der Einwegkupplung A genauer beschrieben.
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Der innere Ring 1 ist mit
Nockenflächen 6 versehen,
die aus flachen, keilförmigen
Nuten in einigen Positionen in einer Umfangsrichtung der inneren Umfangsfläche bestehen.
An zwei Stellen, die einander um 180° an einer Endfläche des
inneren Rings 1 gegenüberliegen,
sind schlitzförmige
Nuten 1a, 1a vorgesehen.
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Der äußere Ring 2 ist mit
zylindrischen inneren und äußeren Umfangsoberflächen versehen
und konzentrisch zum inneren Ring 1 angeordnet, so dass
er dem äußeren Umfang
des inneren Rings 1 über
einen erforderlichen Zwischenraum zugewandt ist. Durch die innere
Umfangsoberfläche
des äußeren Rings 2 und
die Nockenflächen 6 des
inneren Rings 1 werden keilförmige Räume an einigen Positionen des
Umfangs in dem Zwischenraum gebildet, über den der innere Ring 1 und
der äußere Ring 2 einander
zugewandt sind. Ein Zwischenraum in einer Durchmesser-Richtung jedes
keilförmigen
Raumes ist eng auf der Blockadeseite auf einer Seite in der Umfangsrichtung
und weit auf der freien Seite auf der anderen Seite in der Umfangsrichtung.
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Der Käfig 3 ist zwischen
dem inneren Ring 1 und dem äußeren Ring 2 angebracht
und auf die äußere Umfangsoberfläche des
inneren Rings 1 angepaßt.
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Der Käfig 3 weist Taschen 3a auf,
die sich nach innen und außen
hin in der Durchmesserrichtung an Stellen öffnen, die den jeweiligen Nockenflächen 6 des
inneren Rings 1 entsprechen. An zwei Stellen, die einander
um 180° an
der inneren Umfangsoberfläche
eines Wandbereichs 3b an einer Seite in der axialen Richtung
der Tasche 3a in dem Käfig 3 gegenüberliegen,
sind vorspringende Paßstücke 3c, 3c in
die Nuten 1a, 1a des inneren Rings 1 eingepreßt. Die
vorspringenden Paßstücke 3c, 3c sind
in die Nuten 1a, 1a eingepaßt. Dies führt dazu, dass der Käfig 3 in
der Umfangsrichtung und der axialen Richtung in Bezug auf den inneren
Ring 1 mit den Nockenflächen 6 ausgerichtet
ist. Jede der Rollen 4 ist einzeln zum Rollen in der Umfangsrichtung durch
die entsprechende Tasche 3a in dem Käfig 3 aufgenommen.
In diesem aufgenommenen Zustand ist jede Rolle 4 einzeln
in dem keilförmigen
Raum angeordnet, der zwischen der entsprechenden Nockenfläche 6 des
inneren Rings 1 und der inneren Umfangsfläche des äußeren Rings 2 gebildet
wird.
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Die Schraubenfeder 5 ist
einzeln durch die Tasche 3a des Käfigs 3 im zusammengedrückten Zustand
aufgenommen. Die Schraubenfeder 5 spannt die Rolle 4 elastisch
zur engeren Seite (Blockadeseite) des keilförmigen Raums durch ihre rückstellende Ausdehnungskraft.
Die Schraubenfeder 5 ist auf eine Außenseite eines Vorsprungs 3d aufgepaßt, der
einteilig an eine Innendurchmesser-Seite auf einer Seite einer Seitenwand
einer Umfangsrichtung einer inneren Fläche der Tasche 3a in
dem Käfig 3 angeformt ist,
so dass eine Ausdehnungs-/Kontraktionsrichtung (entlang der Achse
AS) der Schraubenfeder 5 senkrecht zu einer mittleren Rollachse
der Rolle 4 steht und ein Ende der Schraubenfeder 5 an
einen mittleren Bereich in der axialen Richtung der Rolle 4 (Achse
der Rolle AR) anschlägt.
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Die Schraubenfeder 5 ist
eine abgewinkelt gewickelte Feder, die so gewunden ist, dass sie
einen im wesentlichen rechteckigen prismatischen Querschnitt aufweist,
und ein Ende der Schraubenfeder 5 in der Ausdehnungs-/Kontraktionsrichtung schlägt auf einer
Hälfte
oder mehr, z. B. 2/3 einer Länge
der Rolle in einer axialen Richtung an den mittleren Bereich der
Rolle 4 in der axialen Richtung an.
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Die Schraubenfeder 5 spannt
die Rolle 4 elastisch in Richtung der inneren Umfangsfläche des äußeren Rings 1 im
wesentlichen in einer Richtung entlang der Nockenfläche 6 des
inneren Rings vor.
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Ein Keilwinkel α des keilförmigen Raums ist erfindungsgemäß auf 4° bis 8° festgesetzt,
vorzugsweise auf 5° bis
7°.
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Falls ein unterer Grenzweri des Keilwinkels α auf einen
Wert festgelegt wird, der kleiner ist als 4°, wird die Abweichung der Abmessung
der engeren Seite von der weiteren Seite des keilförmigen Raums zu
klein, und die Rolle 4 wird dazu neigen, beim Umschalten
vom Blockadezustand in den freien Zustand blockiert zu bleiben.
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Wenn ein oberer Grenzwert des Keilwinkels auf
einen Wert festgelegt wird, der größer ist als 8°, wird der
Unterschied der Abmessungen zwischen der engeren Seite und der weiteren
Seite des keilförmigen
Raums zu groß werden,
und eine Blockade-Fehlfunktion kann auftreten, so dass der Umschaltvorgang
beim Umschalten vom freien Zustand in den Blockadezustand verzögert wird.
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Ein Unterschied zwischen dem Keilwinkel α gemäß der Erfindung
und dem Keilwinkel β nach
dem Stand der Technik ist in 4 dargestellt.
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In 4 zeigen
jeweils eine durchgezogene Linie und eine unterbrochene Linie den
Blockadezustand (die engere Seite des keilförmigen Raums) und den freien
Zustand (die weitere Seite des keilförmigen Raums) der erfindungsgemäßen Rolle 4.
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Eine Zwei-Punkt-Strichlinie und eine Ein-Punkt-Strichlinie
zeigen jeweils den Blockadezustand und den freien Zustand der Rolle 4C gemäß dem Stand
der Technik.
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4 dient
dem einfacheren Verständnis der
Erfindung und zeigt, dass eine Eingriffsposition der Rolle 4 in
dem Blockadezustand flacher ist und dass Zwischenräume zwischen
der Rolle 4 und dem inneren Ring 1 und dem äußeren Ring 2 in
dem freien Zustand gemäß der Erfindung
kleiner sind als beim Stand der Technik.
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Wenn demnach der Keilwinkel auf einen
geeigneten Wert festgelegt wird, kann die Rolle 4 sich beim
Umschalten zwischen dem Blockadezustand und dem frei en Zustand gleichmäßig und
kontrolliert bewegen. Daher wird erfindungsgemäß das Umschalten des Zustands
rasch und ohne Verzögerung durchgeführt. Da
sich ferner erfindungsgemäß die Rollen 4 gleichmäßig bewegen,
wird der Verschleiß des
inneren Rings 1 und des äußeren Rings 2, die
die Rollen 4 berühren,
vermindert.
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Erfindungsgemäß können Schraubenfedern 5 verwendet
werden, die eine kreisförmige
oder elliptische Endfläche
aufweisen.
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Gemäß der Erfindung können andere
elastische Glieder wie etwa Blattfedern oder Tellerfedern anstelle
der Schraubenfedern 5 verwendet werden. Die erfindungsgemäße Einwegkupplung
A ist in die Riemenscheibe eingebaut, die an eine Hilfsmaschine montiert
ist, die durch die Kurbelwelle eines Motors eines Kraftfahrzeugs
oder dergleichen beispielsweise über
den Riemen angetrieben wird. Beispiele für andere Hilfsmaschinen, mit
denen die erfindungsgemäße Einwegkupplung
A verwendet werden kann, sind ein Kompressor einer Klimaanlage,
eine Wasserpumpe, ein Generator, ein Kühlgebläse, eine Kurbel-Riemenscheibe
oder dergleichen.
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Konkret ist ein Fall, in dem die
Einwegkupplung A in die Riemenscheibe einer Lichtmaschine als Hilfsmaschine
eingebaut ist, in 5 gezeigt
und wird im folgenden beschrieben. In diesem Fall ist zwischen der
Riemenscheibe 20, der Lichtmaschine und einem Rotor 21 die
Einwegkupplung A gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsform
eingebaut, und Wälzlager 22,22 wie
etwa Rillenkugellager sind an gegenüberliegenden Seiten der Einwegkupplung A
in axialer Richtung angeordnet. In diesem Fall wird die Einwegkupplung
A zwischen dem freien Zustand und dem Blockadezustand gemäß einer
Rotationsdifferenz zwischen der Riemenscheibe 20 und dem
Rotor 21 umgeschaltet, so dass eine Rotationskraft von der
Riemenscheibe 20 auf den Rotor 21 übertragen wird
oder die Übertragung
der Rotationskraft unterbrochen wird. Da die Riemenscheibe 20 durch
die Kurbelwelle des Motors durch einen Riemen 23 zur Drehung
angetrieben wird, nimmt in der Lichtmaschine die Effizienz der Leistungserzeugung
gemäß dem Stand
der Technik ab, wenn die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle abnimmt.
Wenn jedoch die Einwegkupplung A eingebaut wird, kann die Einwegkupplung
A bewirken, dass eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 21 durch eine
Trägheitskraft
des Rotors 21 selbst hochgehalten wird, wenn die Rotationsgeschwindigkeit
der Riemenscheibe 20 abnimmt, was zu einer Verbesserung
der Effizienz der Leistungserzeugung beiträgt. Ferner ist es durch eine
Veränderung
der Rotation der Kurbelwelle und einer Trägheitskraft einer Rotorwelle
der Lichtmaschine möglich,
einer Verkürzung
der Lebensdauer des Riemens aufgrund der auf den Riemen wirkenden
Belastung sowie der Erzeugung von Lärm aufgrund eines Rutschens
entgegenzuwirken. Bei dieser Verwendung ist es durch die ausgezeichnete
Kupplungsfunktion der erfindungsgemäßen Einwegkupplung A möglich, zuverlässig zwischen
der Kraftübertragung
zwischen der Riemenscheibe 20 und dem Rotor 21 der
Lichtmaschine und der Unterbrechung der Übertragung umzuschalten, und
eine Funktion, die in besonderer Weise der Lichtmaschine unter Verwendung
der beschriebenen Einwegkupplung A entspricht, wird zuverlässig durchgeführt.
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Während
zuvor beschrieben wurde, was momentan als bevorzugte Ausführungsformen
dieser Erfindung betrachtet wird, so kann angenommen werden, dass
unterschiedliche Abwandlungen in diesem Rahmen vorgenommen werden
können,
und es ist beabsichtigt, durch die beigefügten Ansprüche alle Abwandlungen einzuschließen, die
in den Rahmen dieser Erfindung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert
wird.