EP1794467A1 - Freewheel mechanism especially for use as dynamic vibration absorber - Google Patents

Freewheel mechanism especially for use as dynamic vibration absorber

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Publication number
EP1794467A1
EP1794467A1 EP05736084A EP05736084A EP1794467A1 EP 1794467 A1 EP1794467 A1 EP 1794467A1 EP 05736084 A EP05736084 A EP 05736084A EP 05736084 A EP05736084 A EP 05736084A EP 1794467 A1 EP1794467 A1 EP 1794467A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fitting
freewheel according
locking
positive
contours
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05736084A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Herwig Fischer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Satellite Gear Systems Ltd
Original Assignee
Satellite Gear Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Satellite Gear Systems Ltd filed Critical Satellite Gear Systems Ltd
Publication of EP1794467A1 publication Critical patent/EP1794467A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/12—Freewheels or freewheel clutches with hinged pawl co-operating with teeth, cogs, or the like

Definitions

  • the invention relates to a positive freewheel for transmitting Drehmo ⁇ elements in only one direction with a ring with positive contours and a second ring with positive locking elements (201, 301) which lock in one direction in the positive locking contours self-locking and aus ⁇ combed in the opposite direction be kept in contact with the positive locking contours self-locking in contact,
  • Freewheels transmit torques in a directional sense for different applications, as backstops or overrunning clutches.
  • a toothed ring in the Figs. 1 to 6 executed as a ring gear, made, which transmits the torque on one of the two shafts.
  • a support ring ange ⁇ on the circumference ange ⁇ , elastic coupling elements which are positively engaged with the ring gear.
  • the toothing is asymmetrical, so that the coupling elements are held in a self-locking in a direction of rotation and combed out in the opposite direction, in which they are elastically deformed and lifted out of engagement.
  • the coupling elements then swing back and forth, while they are pressed by the spring force of the elastic deformation in the toothing and combed out again.
  • the freewheeling action is analogous to the known pawl freewheels, here very good positioning accuracy can be achieved because of the large number of teeth and very finely toothed Kupplungsele ⁇ and on the scope so many coupling elements can be accommodated that essentially every tooth of the ring gear in Engaging and participates in the torque transmission teil ⁇ .
  • the elastic design by a suitable material allows the design of the inner ring of only a single part, which takes over the function of the pawl carrier, all pawls, as well as the springing.
  • the multiple static overdetermination, for which artificial additional elasticities would have to be integrated to compensate tolerances with a hard choice of material, is eliminated by the inherent elasticity of the material.
  • the individual interlocking elements which can be elastically combed in and out, carry one or more teeth, which are brought into engagement with the ring gear.
  • Critical loads of freewheels which determine power limits and limit application ranges, are due to the dynamics of the switching behavior. When used for torsional vibration decoupling in particular very steep rising edges arise in the construction of passing speeds. If then the locking process of the first pair of teeth is missed by, for example, an unfavorable phase position, the established differential speeds of the form-fitting elements can quickly exceed the critical limit, which is determined on the one hand by the speed triangle of the peripheral relative velocity of the tooth tip of a positive locking element, the radial speed of this tooth tip in the locking movement and the result of both resulting total relative speed and the other is limited by the required minimum depth, the tooth tip must penetrate into the corresponding pocket in the outer ring, not to be pushed out again but instead to be further locked.
  • the positive-locking element is formed on a bending support, which is designed as a carrier of the same material tension, so that in the locked state a uniformly distributed bending stress is built up, which lies below the yield value of the material. This requirement results in slim cross-sections, which in turn lead in the locked state, when high circumferential forces are transmitted, to exceeding the permissible yield strength of the material.
  • this object is achieved in that the bending beams are designed to be slim and flexible and, in the locked state, the bending beams essentially remain load-free by the form-locking elements abut contours that are solid and in which the peripheral forces of the load moments are absorbed.
  • the clicker noise during roll-over which is customary with form-fitting freewheels is acoustically better damped acoustically in the elastic material.
  • the innenver ⁇ toothed ring gear is also made of an elastic material in a particular embodiment.
  • both components are provided with form-fitting elements on the inner and / or outer circumference and / or provided on the axial surfaces which fit into corresponding counterparts on the shafts and flanges of the drive train.
  • the rings are radially very flat and the connected shafts and flanges back-feed the rings and keep them dimensionally stable under load.
  • ring gear and inner ring for example axially offset smooth surfaces are formed, which serve as sliding bearings in overtaking and center both parts to each other.
  • components are added to the materials, similar to plastic plain bearings, which cause high Verschl Seriesfes ⁇ activity and low friction.
  • the sliding surfaces are preferably mounted axially offset to different radii, so that the freewheel according to the invention can be mounted axially by two components stuck together.
  • the freewheels according to the invention are complementarily executed, ie, instead of the ring gear, an externally toothed gear meshes with a carrier ring on which the coupling elements are suspended inwards.
  • toothing and coupling elements are not arranged radially but axially.
  • the geometries of the toothing and of the coupling elements are selected such that they are also combed in one direction and combed out in the opposite direction, but if the limit load is exceeded, the coupling elements also tilt elastically in the reverse direction and thus function Overload protection occurs.
  • FIG. 3 shows a detail enlargement "A" according to FIG. 2, FIG.
  • FIGS. 1 to 3 are perspective views of the freewheel according to FIGS. 1 to 3,
  • Fig. 5 is a segment of another freewheel in the locked
  • Fig. 6 shows the segment of FIG. 5 in the unlocked state.
  • the outer ring 100 has on the outer circumference the recesses 103, with which it form-fitting the torque to the Can not transfer connecting shafts. Further, the outer ring 100 has an internal toothing 101, which are engaged with the flexurally elastic teeth 201 of an inner ring 200.
  • the teeth are designed so asymmetrical and the teeth 201 are in one Fixed angle on the inner ring 200 that in one direction of rotation torque is transmitted, which stabilizes self-locking, whereas in the Gegenrich ⁇ the teeth are combed out by the asymmetric tooth flanks.
  • the number of teeth 201 should be as large as possible, preferably at least .30 to 120 over the entire 360 ° circumference.
  • the tooth necks thus serve at the same time as springing.
  • the geometry is selected such that it is likewise blocked in one direction and combed out in the opposite direction, but the tooth necks are also combed out after reaching a desired circumferential force by exceeding a limiting stress, so that at the same time the effect of an overload coupling arises.
  • the scheduled ring contours 204 and 205 are executed at the same time with proper selection of materials as plain bearings. The different diameters nen ⁇ simpler installation.
  • FIG. 2 shows the freewheel in a front view with the marking A, which describes an enlarged detail in FIG. 3.
  • 4 shows a perspective of the freewheel.
  • Fig. 5 shows a 60 ° segment cut from a freewheel according to the invention in the locked state.
  • the freewheel consists of an inner ring 300, which carries a Dahl ⁇ number of teeth 301, which have a Zahnbiegeani 302, which is designed as a carrier equal material tension and a correspondingly curved contour.
  • the teeth 301 abut with their straight flanks 304 on the straight flanks of the stops 303.
  • the tooth bending carrier 302 is not loaded in this state by the applied load torque, but only the tooth root is subjected to shear.
  • FIG. 6 shows a toothed ring 400 with teeth 401 and a toothed ring 300 in the entrie ⁇ valid state, with the Zahnbiegeanin 302 in the elastically deformed state with a substantially constant bending stress, adjacent to the rounded Flan ⁇ ken 305 of the attacks.
  • the flanks 304 are at least substantially planar, possibly with a very large radius of curvature, whereas the flanks 305 have a significantly greater radius of curvature than that of the inner ring.
  • the tooth 301 tapers from its foot in the direction of its free end and, as shown in FIGS. 5 and 6, can be designed to be constant or enlarging in the outer end region in diameter.

Abstract

The invention relates to a freewheel mechanism which in a particular embodiment for very few intervals in the collective of running times in the overtake operation reduces specifically the transmission of vibrations in the drive train by transmitting torques only in one direction, thereby avoiding resonances. The inventive freewheel mechanism is characterized by a plurality of elastic teeth (201) which transmit peripheral forces between the input and the output in a directional manner since they mesh in a direction of rotation in a self-locking manner and unmesh in the opposite direction.

Description

Freilauf insbesondere als SchwinqunqstilgerFreewheel especially as Schwinqunqstilger
Die Erfindung betrifft einen formschlüssiger Freilauf zur Übertragung von Drehmo¬ menten in nur einer Richtung mit einem Ring mit formschlüssigen Konturen und einem zweiten Ring mit Formschlusselementen (201 , 301 ), die in einer Richtung in den Formschlusskonturen selbsthemmend verriegeln und in der Gegenrichtung aus¬ gekämmt werden und die angefedert mit den Formschlusskonturen selbsthemmend in Kontakt gehalten werden,The invention relates to a positive freewheel for transmitting Drehmo¬ elements in only one direction with a ring with positive contours and a second ring with positive locking elements (201, 301) which lock in one direction in the positive locking contours self-locking and aus¬ combed in the opposite direction be kept in contact with the positive locking contours self-locking in contact,
Freiläufe übertragen Drehmomente drehrichtungsgebunden für unterschiedliche Anwendungen, als Rücklaufsperren oder Überholkupplungen.Freewheels transmit torques in a directional sense for different applications, as backstops or overrunning clutches.
In besonderen Anwendungsfällen werden die Zeitanteile des Lastkollektivs, in denen der Freilauf im Überholbetrieb läuft, sehr gering. Eine solche Lastverteilung ergibt sich z.B. wenn Freiläufe die Funktion als Schwingungstilger erfüllen sollen. Dabei werden Resonanzen dadurch vermieden, dass die Rückkopplung der Wechselmo¬ mente durch die drehrichtungsgebundene Momentenübertragung von Freiläufen unterbrochen wird. In solchen Fällen arbeitet der Freilauf praktisch ausschließlich im verriegelten Zustand, nur bei Auftreten der Resonanzdrehzahlen wird das Moment kurzzeitig unterbrochen. Für solche Einsätze erweist sich ein Freilauf als optimaler Schwingungstilger, da er Resonanzen nicht dämpfen und damit Energie absorbieren und in Wärme umwandeln muss, sondern die Entstehung von Schwingungsenergien verhindert. In allen Antriebssträngen, in denen eine Leistungsübertragung nur in eine Richtung benötigt wird und dauerhafte Überholdrehzahlen nicht auftreten, kann die Freilauffunktion auch mit hoher Drehmomentdichte durch die vorliegende Erfindung bei sehr preisgünstiger Fertigung erfüllt werden.In special applications, the time shares of the load collective in which the freewheel runs in overtaking, very low. Such a load distribution results e.g. if freewheels are to fulfill the function of a vibration absorber. In this case, resonances are avoided in that the feedback of the Wechselmo¬ elements is interrupted by the rotational direction-bound torque transmission of freewheels. In such cases, the freewheel works almost exclusively in the locked state, only at the occurrence of resonance speeds, the moment is briefly interrupted. For such applications, a freewheel proves to be the optimal vibration absorber, since it does not dampen resonances and thus absorb energy and convert it into heat, but prevents the formation of vibrational energy. In all drive trains in which a power transmission is required only in one direction and permanent Überholdrehzahlen not occur, the free-wheeling function can be met with high torque density by the present invention at very low-cost manufacturing.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen formschlüssigen Freilauf der ein¬ gangs genannten Art zu entwickeln, der im Hinblick auf die vorstehend genannten Anwendungsfälle optimiert ist. Diese Aufgabe wird durch den Freilauf nach Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.It is an object of the present invention to develop a form-locking freewheel of the initially mentioned type, which is optimized with regard to the above-mentioned applications. This object is achieved by the freewheel according to claim 1. Further developments of the invention are described in the subclaims.
Nach einer ersten Ausführungsform wird ein verzahnter Ring, in den Fig. 1 bis 6 als Hohlrad ausgeführt, gefertigt, der das Drehmoment auf einer der beiden Wellen überträgt. Auf der anderen Welle sitzt ein Trägerring mit auf dem Umfang ange¬ brachten, elastischen Kupplungselementen, die mit dem Hohlrad formschlüssig in Eingriff stehen. Die Verzahnung ist asymmetrisch, so dass die Kupplungselemente in einer Drehrichtung selbsthemmend in Eingriff gehalten und in der Gegenrichtung ausgekämmt werden, in dem sie elastisch verformt und so aus dem Eingriff gehoben werden. In der Überholbewegung schwingen die Kupplungselemente dann hin und her, während sie durch die Federkraft der elastischen Verformung in die Verzahnung hinein gedrückt und wieder ausgekämmt werden.According to a first embodiment, a toothed ring, in the Figs. 1 to 6 executed as a ring gear, made, which transmits the torque on one of the two shafts. On the other shaft sits a support ring ange¬ on the circumference ange¬, elastic coupling elements which are positively engaged with the ring gear. The toothing is asymmetrical, so that the coupling elements are held in a self-locking in a direction of rotation and combed out in the opposite direction, in which they are elastically deformed and lifted out of engagement. In the overtaking movement, the coupling elements then swing back and forth, while they are pressed by the spring force of the elastic deformation in the toothing and combed out again.
Die Freilaufwirkung verläuft damit analog zu den bekannten Sperrklinkenfreiläufen, wobei hier wegen der Vielzahl von Zähnen und sehr fein verzahnten Kupplungsele¬ menten eine sehr gute Stellgenauigkeit erreicht werden kann und auf dem Umfang so viele Kupplungselemente untergebracht werden können, dass im Wesentlichen jeder Zahn des Hohlrades im Eingriff steht und an der Drehmomentübertragung teil¬ nimmt. Die elastische Ausführung durch ein geeignetes Material ermöglicht die Gestaltung des Innenringes aus nur einem einzigen Teil, das die Funktion des Sperrklinkenträgers, aller Sperrklinken, sowie der Anfederung übernimmt. Die mehr¬ fache statische Überbestimmung, für die bei harter Materialwahl künstliche zusätzli¬ che Elastizitäten zum Toleranzausgleich integriert werden müssten, entfällt durch Eigenelastizität des Werkstoffes. Die einzelnen Formschlusselemente, die elastisch ein- und ausgekämmt werden können, tragen einen oder mehrere Zähne, die mit dem Hohlrad in Eingriff gebracht werden.The freewheeling action is analogous to the known pawl freewheels, here very good positioning accuracy can be achieved because of the large number of teeth and very finely toothed Kupplungsele¬ and on the scope so many coupling elements can be accommodated that essentially every tooth of the ring gear in Engaging and participates in the torque transmission teil¬. The elastic design by a suitable material allows the design of the inner ring of only a single part, which takes over the function of the pawl carrier, all pawls, as well as the springing. The multiple static overdetermination, for which artificial additional elasticities would have to be integrated to compensate tolerances with a hard choice of material, is eliminated by the inherent elasticity of the material. The individual interlocking elements, which can be elastically combed in and out, carry one or more teeth, which are brought into engagement with the ring gear.
Kritische Belastungen von Freiläufen, die Leistungsgrenzen bestimmen und Anwen¬ dungsbereiche begrenzen, liegen in der Dynamik des Schaltverhaltens begründet. Bei der Verwendung zur Drehschwingungsentkopplung ergeben sich insbesondere sehr steile Anstiegsflanken im Aufbau von Überholgeschwindigkeiten. Wenn dann der Einriegelvorgang der ersten Zahnpaarung durch z.B. eine ungünstige Phasen¬ lage verpasst wird, können die aufgebauten Differenzgeschwindigkeiten der Form¬ schlusselemente schnell den kritischen Grenzwert überschreiten, der sich einerseits aus dem Geschwindigkeitsdreieck der Umfangsrelativgeschwindigkeit der Zahnspitze eines Formschlusselementes, der Radialgeschwindigkeit dieser Zahnspitze in der Einriegelbewegung und der aus beiden resultierenden gesamten Relativgeschwin¬ digkeit ergibt und der andererseits begrenzt ist durch die geforderte Mindesttiefe, die die Zahnspitze in die entsprechende Tasche im Außenring eindringen muss, um nicht wieder herausgedrückt sondern stattdessen weiter eingeriegelt zu werden.Critical loads of freewheels, which determine power limits and limit application ranges, are due to the dynamics of the switching behavior. When used for torsional vibration decoupling in particular very steep rising edges arise in the construction of passing speeds. If then the locking process of the first pair of teeth is missed by, for example, an unfavorable phase position, the established differential speeds of the form-fitting elements can quickly exceed the critical limit, which is determined on the one hand by the speed triangle of the peripheral relative velocity of the tooth tip of a positive locking element, the radial speed of this tooth tip in the locking movement and the result of both resulting total relative speed and the other is limited by the required minimum depth, the tooth tip must penetrate into the corresponding pocket in the outer ring, not to be pushed out again but instead to be further locked.
Das bedeutet, dass der Zahn schnell genug beschleunigt werden muss, um in die Zahnlücke auch dann hineinzufinden, wenn die Differenzgeschwindigkeiten zwischen Innen- und Außenring bereits relativ hoch sind. Hohe Beschleunigungswerte erfor¬ dern hohe Beschleunigungskräfte, die aus der Elastizität des Zahnträgers bereitge¬ stellt werden müssen.This means that the tooth must be accelerated fast enough to get into the tooth gap even when the differential speeds between the inner and outer rings are already relatively high. High acceleration values require high acceleration forces, which must be provided by the elasticity of the tooth carrier.
Gleichzeitig dürfen die Werkstoffspannungen durch die Biegeverformung der Zahn¬ träger die niedrigen Grenzwerte für thermoplastische Materialien nicht überschreiten. Dazu wird erfindungsgemäß das Formschlusselement auf einem Biegeträger ange¬ formt, der als Träger gleicher Werkstoffspannung ausgeführt ist, so dass im ausge- riegelten Zustand eine gleichmäßig verteilte Biegespannung aufgebaut wird, die unterhalb der Fließgrenze des Materials liegt. Aus dieser Forderung ergeben sich schlanke Querschnitte, die wiederum im eingeriegelten Zustand, wenn hohe Umfangskräfte übertragen werden sollen, zum Überschreiten der zulässigen Streck¬ grenze des Werkstoffes führen. Somit ergibt sich ein Widerspruch in der Zielstellung, einerseits schlanke Geometrien wählen zu müssen, die bei geringer Werkstoffspan¬ nung auf Biegung verformt werden können, und andererseits massive Geometrien an gleicher Stelle zu bevorzugen, die in der Lage sind, die hohen Umfangskräfte mit Druckspannungen unter Last auszuhalten.At the same time, due to the bending deformation of the tooth carriers, the material tensions must not exceed the low limit values for thermoplastic materials. For this purpose, according to the invention, the positive-locking element is formed on a bending support, which is designed as a carrier of the same material tension, so that in the locked state a uniformly distributed bending stress is built up, which lies below the yield value of the material. This requirement results in slim cross-sections, which in turn lead in the locked state, when high circumferential forces are transmitted, to exceeding the permissible yield strength of the material. Thus, there is a contradiction in the objective, on the one hand, of having to choose slim geometries which can be deformed to bending at low material stress and, on the other hand, of favoring massive geometries at the same location, which are able to suppress the high circumferential forces with compressive stresses Endure load.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem die Biegeträger schlank und fle¬ xibel ausgeführt sind und im eingeriegelten Zustand die Biegträger im Wesentlichen lastfrei bleiben, indem die Formschlusselemente an Konturen anliegen, die massiv ausgeführt sind und in denen die Umfangskräfte der Lastmomente aufgenommen werden.According to the invention, this object is achieved in that the bending beams are designed to be slim and flexible and, in the locked state, the bending beams essentially remain load-free by the form-locking elements abut contours that are solid and in which the peripheral forces of the load moments are absorbed.
Die für diese Anwendung hinreichend elastischen Werkstoffe verfügen in der Regei im Vergleich zu Metallen über deutlich geringere Festigkeitswerte. Dennoch lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Freilauf vergleichbar hohe Drehmomentdichten erzielen, da statt einer oder drei Sperrklinken der gesamte Umfang im Formschluss steht und die Kraftverteilung durch Eigenelastizität praktisch vollständig homogen ist. Zusätzlich werden Kupplungsstöße ebenfalls durch Eigenelastizität absorbiert und führen nur zu geringen Lastüberhöhungen.The materials which are sufficiently elastic for this application generally have significantly lower strength values than metals. Nevertheless, comparably high torque densities can be achieved with the freewheel according to the invention since, instead of one or three pawls, the entire circumference is in positive engagement and the force distribution through inherent elasticity is virtually completely homogeneous. In addition, coupling shocks are also absorbed by inherent elasticity and lead only to low load peaks.
Die bei formschlüssigen Freiläufen üblichen Klickergeräusche beim Überrollen wer¬ den akustisch im elastischen Werkstoff deutlich besser gedämpft. Das innenver¬ zahnte Hohlrad ist in einer besonderen Ausführung ebenfalls aus einem elastischen Material. Um die Kräfte aus den beiden elastischen Bauteilen ( Hohlrad und Innen¬ ring) in die An- bzw. Abtriebswellen bei geringen Werkstoffspannungsspitzen ein- bzw. auszuleiten, sind in einer bevorzugten Ausführung beide Bauteile mit Form¬ schlusselementen auf dem Innen und/oder Außenumfang und/oder auf den axialen Flächen versehen, die in entsprechende Gegenstücke auf den Wellen und Flanschen des Antriebsstranges passen. Bei einer besonders kompakten Ausführung, sind die Ringe radial sehr flach und die angeschlossenen Wellen und Flansche hinterfüttern die Ringe und halten sie auch unter Last formstabil.The clicker noise during roll-over which is customary with form-fitting freewheels is acoustically better damped acoustically in the elastic material. The innenver¬ toothed ring gear is also made of an elastic material in a particular embodiment. In order to introduce or disengage the forces from the two elastic components (ring gear and inner ring) into the input and output shafts at low material voltage peaks, in a preferred embodiment both components are provided with form-fitting elements on the inner and / or outer circumference and / or provided on the axial surfaces which fit into corresponding counterparts on the shafts and flanges of the drive train. In a particularly compact design, the rings are radially very flat and the connected shafts and flanges back-feed the rings and keep them dimensionally stable under load.
In einer weiteren Variante sind an einem oder beiden Bauteilen, Hohlrad und Innen¬ ring, z.B. axial versetzt glatte Flächen angeformt, die als Gleitlager im Überholbetrieb dienen und beide Teile zueinander zentrieren. In dieser Variante sind den Materialien Komponenten beigefügt, ähnlich wie in Kunststoffgleitlagern, die hohe Verschleißfes¬ tigkeit und geringe Reibung verursachen. Die Gleitflächen sind vorzugsweise axial versetzt auf verschiedenen Radien angebracht, so dass der erfindungsgemäße Freilauf durch ineinander stecken von zwei Bauteilen axial montiert werden kann. In weiteren Varianten sind die erfindungsgemäßen Freiläufe komplementär ausge¬ führt, d.h. statt des Hohlrades kämmt ein außenverzahntes Zahnrad mit einem Trä¬ gerring, auf dem die Kupplungselement nach innen aufgehängt sind. In einer weite¬ ren Variante sind Verzahnung und Kupplungselemente nicht radial sondern axial angeordnet.In another variant, on one or both components, ring gear and inner ring, for example axially offset smooth surfaces are formed, which serve as sliding bearings in overtaking and center both parts to each other. In this variant, components are added to the materials, similar to plastic plain bearings, which cause high Verschleißfes¬ activity and low friction. The sliding surfaces are preferably mounted axially offset to different radii, so that the freewheel according to the invention can be mounted axially by two components stuck together. In further variants, the freewheels according to the invention are complementarily executed, ie, instead of the ring gear, an externally toothed gear meshes with a carrier ring on which the coupling elements are suspended inwards. In a further variant, toothing and coupling elements are not arranged radially but axially.
In einer besonderen Variante sind die Geometrien der Verzahnung und der Kupp¬ lungselemente so gewählt, dass ebenfalls in einer Richtung ein- und in Gegenrich¬ tung ausgekämmt wird, dass jedoch bei Überschreiten einer Grenzbelastung die Kupplungselemente auch in Sperrrichtung elastisch wegkippen und so die Funktion einer Überlastsicherung entsteht.In a particular variant, the geometries of the toothing and of the coupling elements are selected such that they are also combed in one direction and combed out in the opposite direction, but if the limit load is exceeded, the coupling elements also tilt elastically in the reverse direction and thus function Overload protection occurs.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand der Zeich¬ nungen erläutert. Es zeigen:Further advantages and embodiments are explained below with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 , 2 einen Freilauf in verschiedenen Seitenansichten,1, 2 a freewheel in different side views,
Fig. 3 eine Ausschnittsvergrößerung „A" nach Fig. 2,FIG. 3 shows a detail enlargement "A" according to FIG. 2, FIG.
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Freilaufes nach Fig. 1 bis 3,4 is a perspective view of the freewheel according to FIGS. 1 to 3,
Fig. 5 ein Segment eines weiteren Freilaufes im verriegelten undFig. 5 is a segment of another freewheel in the locked and
Fig. 6 das Segment nach Fig. 5 im entriegelten Zustand.Fig. 6 shows the segment of FIG. 5 in the unlocked state.
Fig. 1 bis 4 zeigen einen Freilauf in einer Seitenansicht ausgeführt aus einem elasti¬ schen Material mit dem Außenring 100 und dem Innenring 200. Der Außenring 100 weist auf dem äußeren Umfang die Ausnehmungen 103 auf, mit denen er form¬ schlüssig das Drehmoment an die nicht dargestellten Anschlusswellen übertragen kann. Ferner weist der Außenring 100 eine Innenverzahnung 101 auf, die mit den biegeelastisch ausgeführten Zähnen 201 eines Innenringes 200 im Eingriff stehen. Die Verzahnung ist so asymmetrisch ausgeführt und die Zähne 201 sind in einem Winkel auf dem Innenring 200 fixiert, dass in einer Drehrichtung ein Drehmoment übertragen wird, das sich selbsthemmend stabilisiert, wohingegen in der Gegenrich¬ tung die Zähne durch die asymmetrischen Zahnflanken ausgekämmt werden. Die Anzahl der Zähne 201 sollte möglichst groß gewählt werden, vorzugsweise mindes¬ tens .30 bis 120 über den gesamten 360° Umfang gewählt werden.1 to 4 show a freewheel in a side view made of an elastic material with the outer ring 100 and the inner ring 200. The outer ring 100 has on the outer circumference the recesses 103, with which it form-fitting the torque to the Can not transfer connecting shafts. Further, the outer ring 100 has an internal toothing 101, which are engaged with the flexurally elastic teeth 201 of an inner ring 200. The teeth are designed so asymmetrical and the teeth 201 are in one Fixed angle on the inner ring 200 that in one direction of rotation torque is transmitted, which stabilizes self-locking, whereas in the Gegenrich¬ the teeth are combed out by the asymmetric tooth flanks. The number of teeth 201 should be as large as possible, preferably at least .30 to 120 over the entire 360 ° circumference.
Die Zahnhälse dienen damit gleichzeitig als Anfederung. In einer besonderen Aus¬ führung wird die Geometrie so gewählt, dass ebenfalls in einer Richtung gesperrt und in der Gegenrichtung ausgekämmt wird, jedoch werden die Zahnhälse nach Errei¬ chen einer gewünschten Umfangskraft durch Überschreiten einer Grenzspannung ebenfalls ausgekämmt, so dass gleichzeitig die Wirkung einer Überlastkupplung entsteht. Die angesetzten Ringkonturen 204 und 205 sind gleichzeitig bei richtiger Werkstoffauswahl als Gleitlager ausgeführt. Die unterschiedlichen Durchmesser die¬ nen der einfacheren Montage.The tooth necks thus serve at the same time as springing. In a particular embodiment, the geometry is selected such that it is likewise blocked in one direction and combed out in the opposite direction, but the tooth necks are also combed out after reaching a desired circumferential force by exceeding a limiting stress, so that at the same time the effect of an overload coupling arises. The scheduled ring contours 204 and 205 are executed at the same time with proper selection of materials as plain bearings. The different diameters nen¬ simpler installation.
Fig. 2 zeigt den Freilauf in einer Frontansicht mit der Markierung A, die eine Einzel¬ heit vergrößert in Fig. 3 beschreibt. Fig.4 zeigt eine Perspektive des Freilaufes.FIG. 2 shows the freewheel in a front view with the marking A, which describes an enlarged detail in FIG. 3. 4 shows a perspective of the freewheel.
Fig. 5 zeigt ein 60° Segment geschnitten aus einem erfindungsgemäßen Freilauf im eingeriegelten Zustand. Der Freilauf besteht aus einem Innenring 300, der eine Viel¬ zahl von Zähnen 301 trägt, welche einen Zahnbiegeträger 302 aufweisen, der als Träger gleicher Werkstoffspannung ausgeführt ist und eine entsprechend gekrümmte Kontur zeigt. Die Zähne 301 liegen mit ihren geraden Flanken 304 an den geraden Flanken der Anschläge 303 an. Der Zahnbiegeträger 302 ist in diesem Zustand durch das anliegende Lastmoment nicht belastet, sondern nur der Zahnfuß wird auf Schub beansprucht.Fig. 5 shows a 60 ° segment cut from a freewheel according to the invention in the locked state. The freewheel consists of an inner ring 300, which carries a Viel¬ number of teeth 301, which have a Zahnbiegeträger 302, which is designed as a carrier equal material tension and a correspondingly curved contour. The teeth 301 abut with their straight flanks 304 on the straight flanks of the stops 303. The tooth bending carrier 302 is not loaded in this state by the applied load torque, but only the tooth root is subjected to shear.
Fig. 6 zeigt einen Zahnring 400 mit Zähnen 401 und einen Zahnring 300 im entrie¬ gelten Zustand, mit den Zahnbiegeträgern 302 im elastisch verformten Zustand mit im wesentlichen konstanter Biegespannung, anliegend an den gerundeten Flan¬ ken 305 der Anschläge. Die Flanken 304 sind zumindest im Wesentlichen eben, allenfalls mit einem sehr großen Krümmungsradius, ausgeführt, wohingegen die Flanken 305 einen deutlich stärkeren Krümmungsradius als den des Innenringes aufweisen. Wie aus Fig. 5 und 6 ersichtlich, verjüngt sich der Zahn 301 von seinem Fuß in Richtung auf sein freies Ende und kann wie in Fig. 5 und 6 dargestellt, im äußeren Endbereich im Durchmes¬ ser gleichbleibend oder sich vergrößernd ausgeführt sein. FIG. 6 shows a toothed ring 400 with teeth 401 and a toothed ring 300 in the entrie¬ valid state, with the Zahnbiegeträgern 302 in the elastically deformed state with a substantially constant bending stress, adjacent to the rounded Flan¬ ken 305 of the attacks. The flanks 304 are at least substantially planar, possibly with a very large radius of curvature, whereas the flanks 305 have a significantly greater radius of curvature than that of the inner ring. As can be seen from FIGS. 5 and 6, the tooth 301 tapers from its foot in the direction of its free end and, as shown in FIGS. 5 and 6, can be designed to be constant or enlarging in the outer end region in diameter.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Formschlüssiger Freilauf zur Übertragung von Drehmomenten in nur einer Richtung mit einem Ring (100, 400) mit formschlüssigen Konturen (101 , 401 ) und einem zweiten Ring (200, 300) mit Formschlusselementen (201 , 301 ), die in einer Richtung in den Formschlusskonturen selbsthemmend verriegeln und in der Gegenrichtung ausgekämmt werden und die angefedert mit den Form¬ schlusskonturen selbsthemmend in Kontakt gehalten werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Formschlusselemente (201 , 301 ) einerseits und der Träger (200, 302) der Formschlusselemente andererseits im Wesentlichen jeweils einteilig aus einem elastischen Material so ausgeführt sind, dass die zum Ausriegeln not¬ wendigen Bewegungen der Formschlusselemente durch elastische Verfor¬ mung ermöglicht werden.1. Form-fitting freewheel for transmitting torque in one direction only with a ring (100, 400) with positive contours (101, 401) and a second ring (200, 300) with positive locking elements (201, 301), in one direction in self-locking lock the form-fitting contours and combed in the opposite direction and the springs are held in self-locking contact with the Form¬, characterized in that the form-locking elements (201, 301) on the one hand and the carrier (200, 302) of the form-fitting elements on the other hand essentially one piece made of an elastic material are designed so that the necessary for locking movements of the positive-locking elements by elastic deformation are made possible.
2. Formschlüssiger Freilauf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausriegeln elastisch verformbare Zahnbiegeträger (101 ) im Wesentlichen als Träger gleicher Werkstoffspannung im Zustand maximaler Verformung ausgelegt sind und dass Anschläge (303) auf dem Zahnring im Zustand der Verriegelung die drehmomentführende Umfangskraft übernehmen und die Zahnbiegeträger entlasten.2. positive freewheel according to claim 1, characterized in that for locking elastically deformable tooth bending carrier (101) are designed substantially as a carrier of the same material tension in the state of maximum deformation and that stops (303) take on the toothed ring in the state of locking the torque-carrying circumferential force and relieve the toothbending medium.
3. Formschlüssiger Freilauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Anschläge (304, 305) auf dem Zahnring (300) die Verformung der Zahnbie¬ geträger (302) im ausgeriegelten Zustand begrenzen.3. Form-fitting freewheel according to claim 2, characterized in that limit stops (304, 305) on the toothed ring (300) the deformation of Zahnbie¬ carrier (302) in the unlocked state.
4. Formschlüssiger Freilauf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jedes Formschlusselement nur einen einzigen Zahn (201 ; 301 ) trägt, der mit den Formschlusskonturen (101 , 401 ) des Gegenringes kämmt.4. Form-fitting freewheel according to claim 1, characterized in that each form-locking element only a single tooth (201, 301) carries, which meshes with the form-fitting contours (101, 401) of the mating ring.
5. Formschlüssiger Freilauf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Formschlusselement meh- rere Zähne trägt, die mit den Formschlusskonturen (101 , 401 ) des Gegenrin¬ ges kämmen.5. positive freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized in that each positive-locking element meh rere teeth, which mesh with the positive locking contours (101, 401) of Gegenrin¬ ges.
6. Formschlüssiger Freilauf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Ringe (100, 200, 300, 400) aus elastischen Materialen bestehen, so dass Spannungsunterschiede, die in den einzelnen Bauteilen durch Fertigungstoleranzen und statische Überbe¬ stimmung entstehen, im wesentlichen ausgeglichen werden.6. Form-fitting freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized in that both rings (100, 200, 300, 400) consist of elastic materials, so that differences in voltage that arise in the individual components by manufacturing tolerances and static Überbe¬ humor, be substantially compensated.
7. Formschlüssiger Freilauf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder beide Ringe (100, 200; 300, 400) formschlüssige Konturen aufweisen, die mit entsprechenden Gegenkonturen der anschließenden Wellen und Flansche des Antriebsstran¬ ges in Eingriff stehen und so die drehmomentführenden Kräfte bei geringsten Werkstoffspannungen und unter Vermeidung von Spannungsspitzen weiter¬ geleitet werden.7. Form-fitting freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized in that one or both rings (100, 200, 300, 400) have positive contours, which are in engagement with corresponding mating contours of the subsequent shafts and flanges of Antriebsstran¬ and so that the torque-carrying forces weiter¬ be conducted at the lowest material tensions and avoiding voltage spikes.
8. Formschlüssiger Freilauf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass glatte Konturen in einem oder bei¬ den Ringen angebracht sind, die als Gleitlager fungieren, auf dem die beiden Wellen im Überholbetrieb gleiten und die beide Ringe zueinander zentrieren.8. Form-fitting freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized in that smooth contours are mounted in one or bei¬ rings, which act as a sliding bearing on which the two shafts slide in overtaking and center the two rings.
9. Formschlüssiger Freilauf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die glatten Konturen, die als Lage¬ rung fungieren, auf unterschiedlichen Radien so angebracht sind, dass beide Ringe axial ineinander gesteckt und so montiert werden können.9. Form-fitting freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized in that the smooth contours, which act as Lage¬ tion, are mounted on different radii so that both rings can be inserted axially into one another and so mounted.
10. Formschlüssiger Freilauf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenanschlüsse als Hinter¬ fütterung ausgeführt sind, mit denen die elastischen Ringen formstabil gehal¬ ten werden und die Ringe selbst somit sehr dünnwandig und platzsparend ausgeführt sind. 10. Form-fitting freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized in that the shaft connections are designed as Hinter¬ feeding, with which the elastic rings are dimensionally stable held th and the rings themselves are thus made very thin-walled and space-saving.
11. Formschlüssiger Freilauf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf mit einem Gleitmittel versehen wird, das Verschleiß und Geräusch minimiert.11. Form-fitting freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized in that the freewheel is provided with a lubricant which minimizes wear and noise.
12. Formschlüssiger Freilauf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitmittel viskoelastische Eigenschaften aufweist.12. Form-fitting freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized in that the lubricant has viscoelastic properties.
13. Formschlüssiger Freilauf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit der Träger (200, 302) der Formschlusselemente so abgestimmt wird, dass bei Überschreiten einer Grenzbelastung auch in Sperrrichtung eine elastische Verformung ent¬ steht, durch welche die Formschlusselemente (201 , 301) zum Auskuppeln gebracht werden, womit die Funktion einer Überlastkupplung erfüllt wird.13. Form-fitting freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized in that the stiffness of the carrier (200, 302) of the interlocking elements is tuned so that when a limit load is exceeded in the reverse direction, an elastic deformation ent¬ by which the interlocking elements (201, 301) are brought to disengage, whereby the function of an overload clutch is met.
14. Formschlüssiger Freilauf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erfindungsgemäße Freilauf als Schwingungstilger fungiert.14. Form-fitting freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized in that the freewheel according to the invention acts as a vibration absorber.
15. Formschlüssiger Freilauf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erfindungsgemäße Freilauf mit einem drehelastischen Schwingungstilger aus einem elastomeren Material kombiniert wird.15. Positive freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized in that the freewheel according to the invention is combined with a torsionally elastic vibration damper made of an elastomeric material.
16. Formschlüssiger Freilauf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Verzahnung so gewählt wird, dass die Sperrklinken in Lastrichtung mit steigender Umfangs- kraft immer weiter in die Verzahnung gepresst und in Gegenrichtung so aus¬ gekämmt werden, dass durch die Verformung beim auskämmen die zulässi¬ gen Werkstoffspannungen für elastische Verformung nicht überschritten wer¬ den. 16. Form-fitting freewheel according to one or more of the preceding claims, characterized in that the geometry of the toothing is selected so that the pawls in the load direction with increasing circumferential force pressed ever further into the toothing and aus¬ combed in the opposite direction, that due to the deformation during combing, the permissible material tensions for elastic deformation are not exceeded.
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