Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Freilaufkupplung für einen Drehmomentwandler
oder dergleichen für ein automatisches Getriebe (AT) einer Art eines Kraftfahrzeug-
Antriebsmechanismus, und insbesondere eine Freilaufkupplung, welche keine
Nachbearbeitung des Innendurchmessers ihres Außenringes erfordert.
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In einem Drehmomentwandler eines automatischen Getriebes (AT) eines Kraftfahrzeuges
wird, wie dies in Fig. 8 erkennbar ist, ein Pumpenflügelrad 15 durch die Kraft des Motors
angetrieben, und ein Turbinenläufer 13 wird, unter Verwendung des Stators 14, durch das
AT-Öl (Automatik-Getriebeöl) angetrieben, welches als flüssiges Medium benutzt wird. Der
Turbinenläufer 13 ist am Flanschteil 12 des Innendurchmesserbereiches befestigt, und eine
Antriebswelle 11 wird durch einen Schiebekeil im Flanschteil 12 so befestigt, daß das
Drehmoment von dem Pumpenflügelrad 15 auf die Eingangswelle 11 übertragen wird. Der
Außenring 16a einer Freilaufkupplung ist im Stator 14 befestigt, und der innere Ring 16b
der Freilautkupplung 16 ist durch einen Schiebekeil in einer Welle 17 mit dem
feststehenden Teil der Umhüllung verbunden. In dieser Struktur kann sich der Stator 14 in
derselben Richtung drehen wie das Pumpenflügelrad 15, er kann sich jedoch durch die
Wirkung der Freilaufkupplung 16 nicht in der entgegengesetzten Richtung drehen.
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Wie in Fig. 7 erkennbar ist, umfaßt die Freilaufkupplung 16: einen Außenring 16a aus Stahl,
welcher integral mit einem Kunststoff-Stator 14 geformt ist, der einen Lagerhaltebereich
14b auf einer Seite des Nabenteiles 14a des Stators 14 besitzt, einen Innenring 16b aus
Stahl, welcher in der Welle, wie vorstehend beschrieben, mit einem Schiebekeil befestigt ist,
eine Vielzahl von Stiften 19, welche als Eingriffsteile verwendet werden, die zwischen dem
Außenring 16a und dem Innenring 16b angeordnet sind, einen äußeren Halter 18a und einen
inneren Halter 18b zum Halten der Stifte 19, eine Feder 20 zum Drücken der Stifte 19 in
eine Richtung sowie ein Halteteil 21 zur hermetischen Abdichtung des ringförmigen
Zwischenraumes zwischen dem Außenring 16a und dem Innenring 16b. Der
Lagerhaltebereich 14b ist anstatt auf beiden Seiten nur auf einer Seite des Stators 14
vorgesehen, um die Kosten in vorteilhafter Weise zu reduzieren.
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Wie bereits beschrieben, ist der Stahlaußenring 16a der Freilaufkupplung 16 integral mit
dem Kunststoffstator 14 während des Spritzgießens geformt. Wie jedoch Fig. 6 zeigt, ist der
Außenring 16a zur Seite des Innendurchmessers infolge des Schrumpfens des Kunststoffes
deformiert, und die innere Umfangsfläche, welche vor dem Schrumpfen gerade und parallel
zur Axialrichtung verlief, ist ebenfalls deformiert. Mit anderen Worten, wenn der Außenring
16a eingesetzt wird, erfolgt die integrale Formung mit dem Außenring 16a bei 175 bis 200
ºC. Wenn die Temperatur auf Raumtemperatur absinkt, schrumpft der aus Kunststoff
bestehende Bereich. Weil jedoch der Anteil des Kunststoffes auf der Seite des
Lagerhaltebereiches 14b des Stators 14 größer ist als der auf der Seite des ringförmigen
Halteteiles 21 des Außenringes 16a, ist das Ausmaß der Schrumpfung im Bereich A des
Außenringes 16a auf der Seite des Lagerhaltebereiches 14b größer als der des Bereiches B
des Außenringes 16a auf der Seite des ringförmigen Halteteiles 21. Infolgedessen wird die
innere Umfangsfläche des Außenringes 16a in eine keglige Form deformiert. Die innere
Umfangsfläche des Außenringes 16a muß jedoch genau bleiben, weil die Fläche als
Lauffläche für die Stifte 19 benutzt wird. Deshalb ist eine Nachbearbeitung, wie z. B.
Schleifen, erforderlich, um die Deformation der inneren Umfangsfläche des Außenringes
16a zu beseitigen, was sich nachteilig auf die Verminderung der Kosten auswirkt.
Wesen der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung soll die vorstehenden Probleme lösen. Eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung ist es, eine Freilaufkupplung zu schaffen, bei welcher die
Deformation der inneren Umfangsfläche des Außenringes der Freilaufkupplung vermieden
wird, auch dann, wenn der Außenring der Freilaufkupplung für einen Stator, welcher einen
Drehmomentwandler bildet, integral mit dem Stator, welcher aus Kunststoff besteht,
geformt wird.
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Mit anderen Worten, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine
Freilaufkupplung für einen Kunststoff-Stator zu schaffen, in welcher ein Lagerhaltebereich
in Richtung des inneren Umfangs an oder nahe dem einen axialen Ende des Nabenteiles des
Stators integral angeformt wird, und der Außenring eingesetzt wird und an der inneren
Umfangsseite des Nabenteiles so angeformt wird, daß er integral gehalten wird, wobei die
Freilaufkupplung dadurch gekennzeichnet ist, daß die axiale Dicke des Außenringes an der
dem Lagerhaltebereich gegenüberliegenden Seite kleiner ist als die des Außenringes auf der
Seite des Lagerhaltebereiches.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht weiterhin darin, eine
Freilaufkupplung zu schaffen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der
Außendurchmesser des Außenringes in axialer Richtung von einem Ende an der Seite des
Lagerhaltebereiches zum anderen Ende hin allmählich abnimmt.
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Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Freilaufkupplung
zu schaffen, in welcher ein ringförmiger gestufter Bereich an der äußeren Umfangsfläche am
Ende des Außenringes an der dem Lagerhaltebereich gegenüberliegenden Seite vorgesehen
ist.
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Weil der Außendurchmesser des Außenringes in axialer Richtung allmählich abnimmt oder
die äußere Umfangsfläche am anderen axialen Ende des Außenringes (auf der Seite des
ringförmigen Halteteiles) mit dem ringförmigen gestuften Bereich in der Freilaufkupplung
der vorliegenden Erfindung versehen ist, wird das andere axiale Ende des Außenringes
dünner hergestellt als das axiale Ende (auf der Seite des Lagerhaltebereiches). Durch
geeignete Festsetzung der Differenz der Dickenabmessung kann die Größe der Spannung,
welche an der Innenseite des Außenringes während des Schrumpfens des Kunststoffes
entsteht, über die gesamte axiale Länge nahezu gleichförmig gehalten werden. Indem
verhindert wird, daß sich der zylindrische Außenring in eine keglige Form deformiert, wird
durch die vorliegende Erfindung eine Freilaufkupplung geschaffen, die in ihren
Abmessungen genauer ist und welche die Toleranz des Innendurchmessers des Außenringes
einhält. Außerdem muß die Freilaufkupplung nach jedem der Patentansprüche, bei welcher
die innere Umfangsfläche des Außenringes integral mit dem Kunststoffstator geformt wird,
nach der Integration nicht nachbearbeitet werden, wodurch die Herstellungskosten reduziert
werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine vertikale Teilschnittansicht einer erfindungsgemäßen Freilaufkupplung;
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Fig. 2 ist eine vertikale Schnittansicht des Stators und des Außenringes einer
erfindungsgemäßen Freilaufkupplung;
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Fig. 3 ist eine Teilschnittansicht eines eingesetzten Außenringes, welcher zusammen mit
dem Stator der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung gegossen und durch diesen
gehalten wird;
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Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines Außenringes entsprechend einer zweiten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung;
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Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines Stators und eines Außenringes nach einer dritten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung;
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Fig. 6 ist eine vertikale Schnittansicht des Stators und des Außenringes einer
Freilaufkupplung des Standes der Technik;
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Fig. 7 ist eine Teilschnittansicht der Freilaufkupplung des Standes der Technik; und
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Fig. 8 ist eine Teilschnittansicht eines Drehmomentwandlers des Standes der Technik.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen im folgenden beschrieben werden.
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Wie die Fig. 1 zeigt, umfaßt die erfindungsgemäße Freilaufkupplung 1 einen Außenring 2
aus Stahl mit einem integral geformten Kunststoffstator 8, welcher außerdem mit einem
Lagerhaltebereich 8b auf einer Seite eines Nabenteiles 8a integral geformt ist, einen
Innenring 3 aus Stahl, Stifte 5, welche als Eingriffselemente, die in dem ringförmigen
Zwischenraum 4 zwischen dem Außenring 2 und dem Innenring 3 angeordnet sind,
verwendet werden, einen äußeren Halter 6a und einen inneren Halter 6b zum Halten der
Stifte 5, eine Feder 7 zum Drücken der Stifte auf eine Seite (die Seite zur Verriegelung des
Stators 8), und ein ringförmiges Halteteil 9 zum hermetischen Abdichten einer Seite des
ringförmigen Zwischenraumes 4.
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Auf einer Seite des Stators 8 erstreckt sich der Lagerhaltebereich 8b vom Nabenteil 8a radial
nach innen und ist integral geformt. Ein Rippenteil 2a ist an der äußeren Umfangsfläche des
Außenringes 2 auf der Seite des Lagerhaltebereiches 8b angeformt. Mit anderen Worten, es
ist an der äußeren Umfangsfläche des Außenringes 2 ein ausgesparter gestufter Bereich
angeformt, um die Dicke des Außenringes 2 kleiner als die Dicke auf der Seite des
Lagerhaltebereiches 8b in der axialen Richtung von der Seite des Lagerhaltebereiches 8b zur
Seite des ringförmigen Halteteiles 9 zu gestalten, so daß das Ausmaß der thermischen
Schrumpfung im Bereich A des Außenringes 2 auf der Seite des Lagerhaltebereiches 8b so
gestaltet ist, daß es der thermischen Schrumpfung im Bereich B des Außenringes 2 auf der
Seite des ringförmigen Halteteiles 9 nahezu gleich ist. Mit dieser Struktur kann die
Differenz zwischen den Ausmaßen der Deformation in den Bereichen A und B an der
inneren Umfangsfläche 2b des Außenringes 2 minimiert werden, auch wenn das thermische
Schrumpfen eintritt, indem der Außenring 2 eingesetzt wird und mit dem Kunststoff-
Nabenteil 8a des Stators 8 geformt wird. Dementsprechend ist die innere Umfangsfläche 2b
des Außenringes 2 nahezu frei von einer kegligen Deformation, und die gerade Fläche
verbleibt parallel zur Axiallinie.
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Als nächstes sollen die Formen und andere Merkmale des Außenringes 2 näher erläutert
werden. Wie die Fig. 3 zeigt, wird, weil das Rippenteil 2a an die äußere Umfangsfläche des
Außenringes 2 auf der Seite des Lagerhaltebereiches 8b angeformt ist, letztendlich ein
ringförmiger gestufter Bereich 2d auf der Seite des anderen Endes 2c (auf der Seite des
ringförmigen Halteteiles 9) gebildet. Weil der gestufte Bereich 2d mit Kunststoff gefüllt ist,
wird das andere Ende 8c des Nabenteiles 8a um die Menge des Kunststoffes dicker. Es
wurden Versuche an Mustern durchgeführt, um die Wirkungen zu ermitteln, die vom
Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Rippenbereiches 2a (oder des gestuften
Bereiches 2d) am Außenring 2 ausgehen, und die Ergebnisse dieser Versuche werden
nachfolgend beschrieben.
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Die Abmessungsverhältnisse der Bereiche des Außenringes 2 sind in Tabelle 1
zusammengestellt.
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Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
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Wie aus den Ergebnissen erkennbar ist, können befriedigende Ergebnisse erzielt werden,
wenn das Verhältnis S/A 0,23 oder mehr beträgt und das Verhältnis T/B 0,6 ist.
Insbesondere wenn das Verhältnis S/A 0,45 oder mehr beträgt und das Verhältnis T/B 0,6
ist, kann die Genauigkeit bezüglich der Abmessungen vollständig befriedigen.
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Außerdem können statt der Struktur, welche den ringförmigen gestuften Bereich 2d an der
äußeren Umfangsfläche des Außenringes 2 an der Seite des anderen axialen Endes 2c
besitzt, die im folgenden beschriebenen Strukturen nahezu dieselben Wirkungen erzielen
wie jene der ersten Ausführungsform.
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Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines Außenringes 2 entsprechend einer zweiten
Ausführungsform der Freilaufkupplung. Wie diese Figur zeigt, wird ein kegliger Bereich 2e,
dessen Durchmesser in Richtung von einem Zwischenbereich an der äußeren Umfangsfläche
des Außenringes 2 zum ringförmigen Halteteil 9 allmählich abnimmt, an der äußeren
Umfangsfläche auf der Seite des anderen axialen Endes 2c des Außenringes 2 angeformt.
Der ringförmige Zwischenraum, welcher durch diesen kegligen Bereich 2e neu gebildet ist,
wird mit Kunststoff ausgefüllt, und das andere axiale Ende des Nabenteiles 2a (auf der Seite
des ringförmigen Halteteiles 9) wird um die Menge des Kunststoffes dicker.
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Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung eines Stators und eines Außenringes nach einer dritten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung.
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Diese Ausführungsform soll im weiteren beschrieben werden. Wie vorstehend beschrieben,
ist der Außenring 2, welcher integral mit dem Kunststoffstator 8 gebildet wurde, mit einem
Rippenbereich 2a an dessen äußerer Umfangsfläche auf der Seite des Lagerhaltebereiches 8b
versehen. Wie diese Figur jedoch zeigt, kann die äußere Umfangsfläche des Außenringes 2,
der integral mit dem Kunststoffstator 8 gebildet ist, mit einem Kegel versehen sein, der
einen Durchmesser c & U aufweist, welcher allmählich in axialer Richtung von der Seite des
Lagerhaltebereiches 8b zur Seite des ringförmigen Halteteiles 9 abnimmt. Mit dieser
Struktur kann das Ausmaß der thermischen Schrumpfung des Kunststoffes im Bereich A auf
der Seite des Lagerhaltebereiches 8b dem des Bereiches B auf der Seite des ringförmigen
Halteteiles 9 nahezu gleich gestaltet werden. Es ist empfehlenswert, daß ein
kreisbogenförmiger Bereich R an der Endkante auf der Seite des Lagerhaltebereiches 8b,
welcher den maximalen Durchmesser des äußeren Ringes 2 aufweist, vorgesehen wird, so
daß eine Spannungskonzentration vermieden wird.
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Entsprechend der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Freilaufkupplung wird, weil der Außendurchmesser des Außenringes 2 in axialer Richtung
von der Seite des Lagerhaltebereiches 8b des Stators 8 zur Seite des ringförmigen
Halteteiles 9 allmählich abnimmt, die Wanddicke des Stators 8 auf der Seite des
ringförmigen Halteteiles 9 größer, wodurch verhindert wird, daß der Außenring 2, welcher
im Stator 8 eingesetzt ist, in axialer Richtung heraustritt.
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Weil der Außendurchmesser c & U des Außenringes 2 allmählich abnimmt oder ein
ringförmiger gestufter Bereich 2d an der äußeren Umfangsfläche am anderen axialen Ende
(auf der Seite des ringförmigen Halteteiles) des Außenringes 2 in der erfindungsgemäßen
Freilaufkupplung, wie sie zuvor detailliert beschrieben wurde, vorgesehen ist, wird der
Außenring 2 am anderen axialen Ende dünner als an dem einen axialen Ende (an der Seite
des Lagerhaltebereiches). Durch geeignete Bestimmung des Unterschiedes in der Dicke
kann die Größe der Spannung, welche an der Innenseite des Außenringes zur Zeit der
Schrumpfung des Kunststoffes entsteht, über die gesamte Länge in axialer Richtung nahezu
gleichförmig gestaltet werden. Weil so verhindert werden kann, daß der zylindrische
Außenring in eine keglige Form deformiert wird, ist es durch die vorliegende Erfindung
möglich, eine in der Genauigkeit der Abmessungen verbesserte Freilaufkupplung zu
schaffen, die eine befriedigende Toleranz des Innendurchmessers des Außenringes aufweist.
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Weiterhin braucht bei der Freilaufkupplung nach jedem der Ansprüche der vorliegenden
Erfindung die innere Umfangsfläche des Außenringes, welcher integral mit dem
Kunststoffstator gebildet wurde, nach der integralen Formung nicht nachbearbeitet werden,
wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können.
Tabelle 1
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Erläuterung 1 A: Axiale Länge des Außenringes 2
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S: Axiale Länge des gestuften Bereiches 2d
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B: Dicke des Außenringes 2 (Länge in radialer Richtung)
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T: Dicke des gestuften Bereiches 2d (Länge in radialer Richtung)
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a & U: Innendurchmesser eines axialen Endes des Außenringes 2 nach
der Schrumpfung
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b & U: Innendurchmesser des anderen axialen Endes des Außenringes
2 nach der Schrumpfung
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Erläuterung 2 Muster Nr. 1 hat keinen gestuften Bereich 2d.
Tabelle 2
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Muster Nr. 1 a - b (mm)
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Muster Nr. 2 - 0,009
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Muster Nr. 3 - 0,00
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Erläuterung 1 Das Ergebnis des Musters Nr. 1 ist der Durchschnitt der Werte von zehn
Prüflingen (Max. 0,013 bis Min. 0,008).
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Erläuterung 2 Das Ergebnis des Musters Nr. 2 ist der Durchschnitt der Werte von fünf
Prüflingen (Max. 0,005 bis Min. 0,00).
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Erläuterung 3 Das Ergebnis des Musters Nr. 3 ist der Durchschnitt der Werte von fünf
Prüflingen (Max. 0,001 bis min. 0,00).