JP2005351481A - フリーホイールクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】締結体の装着数が異なる場合にも、常に同じばね幾何学形状が使用されることができるフリーホイールクラッチを提供する。
【解決手段】帯状ばね（９，１４）に、周方向で相前後して配置された２つの打抜き部（１０）の間に、１つの空ポケット（１１，１５）が配置されているようにした。
【選択図】図８

Description

本発明は、フリーホイールクラッチであって、締結体が設けられており、該締結体が、円筒状の内輪と該内輪に対して同心的な外輪との間に、周方向で相前後して配置されており、保持器のポケット内で案内されており、かつばね舌片を備えた、保持器に半径方向で当て付けられている帯状ばねにより負荷されており、該帯状ばねがリング状に形成されており、かつ保持器のポケットに合わせて、周方向で間隔を置いて相前後して配置された打抜き部を有しており、該打抜き部により、ばね舌片が形成されている形式のものに関する。

この種のフリーホイールクラッチはＤＥ１１４２２５４Ｂ号明細書から公知である。そこで使用される帯状ばねは、打抜かれてリング状に曲げられた、ばね弾性的に可撓な金属薄板である。この帯状ばねでは、ばね舌片が、Ｕ字形に曲げられた横方向褶曲を介して横方向ウェブに結合されている。各ばね舌片の横方向褶曲に対して付加的に、横方向ウェブにより互いに結合された両縦方向ウェブにも、横方向褶曲が形成されている。横方向褶曲は、この帯状ばねのばね弾性特性を促進するものの、帯状ばねに、各ばね舌片領域に設けられた３つの横方向褶曲により、構造的に手間のかかる形状を付与してしまう。

ＵＳ５３３５７６１号明細書から、クランピングエレメントとも呼ばれる締結体を収容するためのポケット内に、付加的にその都度１つの制限壁が形成されており、この制限壁が、締結体の、保持器との当接を可能にするようになっているフリーホイールクラッチが公知である。つまり、そこで締結体はその旋回時にばね舌片を、それが保持器に面的に当接するまで変位させる。その際、締結体はばね舌片に面的に当接し、ばね舌片を介して保持器に支持される。

公知のフリーホイールクラッチの帯状ばねのばね舌片は長方形に構成されている。ばね舌片は、締結体が運転中に十分にばね弾性的であるように装着される、すなわち弾装されるには、使用したい締結体のその都度の形状に合わせて正確に調整されていなければならない。締結体はフリーホイールクラッチの一方の回転方向で内輪および外輪の締結軌道に摩擦力結合していなければならない。他方の回転方向で、締結体は相応の遠心力の発生時に「離間」する、つまり内輪との接触を失わなければならない。帯状ばねの設計時、組み込みたい締結体の個数により、帯状ばねの、隣接する２つの切欠きの間にその都度残されるばねウェブの幅が変更される。使用される締結体が多ければ多いほど、ウェブは細くなる。異なるフリーホイール直径のためにも、ウェブ幅は変更されなければならない。それゆえ、フリーホイールクラッチの公知の構成は、締結体が十分にばね弾性的であるように装着され、かつ所定の回転数時に遠心力の結果として、内側締結軌道として働く内輪との接触を失うようにするために、帯状ばねが締結体の装着数毎にかつ直径毎に、使用される締結体に合わせて特別に調整されなければならないという欠点を有している。
ＤＥ１１４２２５４Ｂ号明細書 ＵＳ５３３５７６１号明細書

本発明の課題は、締結体の装着数が異なる場合にも、常に同じばね幾何学形状が使用されることができるフリーホイールクラッチを提供することである。そのような幾何学形状は一度だけ、使用したい締結体に合わせて正確に調整されるべきであり、フリーホイールの任意の直径または装着数のために使用されることができる。これまで、ばね幾何学形状は著しく手間をかけてのみ実験的に開発されることができた。ばね幾何学形状は締結体個数の各バリエーションのために新たに求められなければならなかった。

この課題を解決するために本発明の構成では、帯状ばねに、周方向で相前後して配置された２つの打抜き部の間に、少なくとも１つの空ポケットが配置されているようにした。その際、合わせて複数の空ポケットが帯状ばねに配置されていることもできる。その際、その都度１つの打抜き部に１つの空ポケットが対応配置されていることができる。打抜き部と空ポケットとの間には、ばね舌片を保持するばねウェブが形成されている。対称的または非対称的に帯状ばねに分配されていることができる、種々異なる大きさの空ポケットの使用により、フリーホイールへの締結体の装着数が異なる場合に、常に、その他の点では同じばね幾何学形状が使用されることができる。空ポケットは、どれだけ多くの締結体がフリーホイールに組み込まれるかに応じて、周方向で拡大または縮小されて構成されることができる。

本発明により得られる利点は、ばねウェブおよびばね舌片の幾何学形状が、締結体装着数が異なる場合でも、常に一定のままであり、その結果、一度見出された帯状ばね幾何学形状が、異なる構成のためにも維持されることができる点にある。

本発明の実施例を図面に示し、出願人の旧来の考案に基づくフリーホイールクラッチと比較しつつ以下に詳細に説明する。

図１〜図４に示した旧来のフリーホイールクラッチは、円筒状の内輪（インナレース）１と、間隔を置いて同心的に内輪１を包囲する外輪（アウタレース）２と、両者の間隔内に配置された、保持器３、帯状ばね（リボンスプリング）４および複数の締結体（スプラグ）５を備えた構成ユニットとから成る。保持器３には、周方向で等間隔に相前後して連続する、締結体５を収容するためのポケット６が穿設されている。

帯状ばね４はリング状に形成されており、打抜かれた鋼帯材から成る。保持器３のポケ
ット６に合わせて、帯状ばね４は、周方向で間隔を置いて相前後して配置された打抜き部を有している。各打抜き部内には、打抜きプロセスから除外されたばね舌片７が配置されている。帯状ばね４は、軸方向で保持器３内に挿嵌されることができ、保持器３の内側の表面に当て付けられるように寸法設定されている。その際、帯状ばね４のばね舌片７は保持器３のポケット６の領域内に突入する。

締結体５は外側から半径方向で保持器３のポケット６と帯状ばね４の打抜き部とに挿入されることができる。これにより、締結体５は保持器３の周方向で、一方の側面でばね舌片７により、他方の側面で帯状ばね４のウェブにより保持されている。締結体５を収容するためのポケット６内にはその都度、制限壁８が面取り部の形で形成されている。制限壁８は、その都度のばね舌片７が保持器３に面的に当接することを可能にする。

図１には、締結体５が、運転中連続的に相前後する４つの異なる位置で示されている。左外の締結体５は、内輪１と外輪２との間での最大の締結作用を有する位置にある。これに対して、右外の締結体５は、離間された位置にあり、帯状ばね４の、隣接するばね舌片７を制限壁８に当て付けて保持する。

本発明によるフリーホイールクラッチのための、図５および図６に示した帯状ばね９は、図３に示した帯状ばね４とは、周方向で打抜き部１０の次にその都度１つの空ポケット１１が設けられている点で異なる。その際、打抜き部１０と空ポケット１１との間には、リング状の帯状ばね９の、軸線平行に延びるばねウェブ１２が存在する。各ばねウェブ１２はばね舌片１３と一体的に構成されている。ばね舌片１３は所属の打抜き部１０の領域内に突入する。その際、ばね舌片１３の長さｌは周方向でばねウェブ１２の幅ｔに接続する。ばね舌片１３は見ての通り長方形であり、かつリング状の帯状ばね９の軸線平行な方向で幅ｂを有している。

一般に言えることは、ばね舌片１３の長さｌが幾何学的に、使用される締結体の、離間位置と、最大で発生するトルクのための伝達位置との間での運動から得られる。長さｌは可能な限り短く選択されるべきである。これにより、フリーホイールに最大の個数の締結体を装着することができる。ばね舌片１３の幅ｂは打抜き部１０の幅の枠内で任意に変更されることができる。ばねウェブ１２のウェブ幅ｔは可能な限り小さくあるべきである。これによっても、可能な限り多くの締結体がフリーホイールに組み込まれることができる。フリーホイールへの締結体の装着数が異なる場合にも、ばね舌片１３の長さｌおよび幅ｂは何ら問題なく維持されることができる。ただし、ウェブ幅１０は締結体の個数に合わせてまたはフリーホイールの直径に合わせて変更されなければならない。

それでもなお、ばね舌片１３の長さｌ、ばね舌片１３の幅ｂならびにばねウェブ１２のウェブ幅ｔにより規定されている、帯状ばね９の、最適に調整された幾何学形状を得るために、帯状ばね９に本発明により空ポケット１１が設けられている。このようにして、締結体のために同じ幾何学形状が任意の装着数時に維持され、かつ異なるフリーホイール直径のために同じばね寸法が維持されることができる。帯状ばね９の空ポケット１１は非対称的に分配されていてもよいし、異なる大きさであってもよい。このフリーホイールクラッチで使用したい保持器は空ポケット１１に合わせて調整されることができる。保持器には、帯状ばね９の打抜き部１０およびばね舌片１３の領域にのみ、締結体を収容するためのポケットが設けられていてもよい。

図７に示した帯状ばね１４は原理的に帯状ばね９と同様に構成されている。ただし、帯状ばね１４の空ポケット１５は周方向でより小さな寸法を有している。帯状ばね１４は、フリーホイールクラッチのための、図８に示した構成ユニット内に、保持器１６と、該保持器１６内に配置された締結体１７と共に組み込まれている。

フリーホイールのための、図９、図１１および図１２に示した構成ユニットは、対称的な幾何学形状を有する、種々異なる３つの部分だけから成る。二重保持器なしにも、締結体１７の運動の同期が達成される。周囲にわたって、締結体１７の高い装着数が実現可能である。それというのも、ばね舌片が締結体のくびれ内に延在しているからである。すべての質量は外側締結軌道に対して同心的に分配されている。それというのも、保持器１８もしくは１９が外側締結軌道内で案内されており、ばね帯材が保持器内で案内されており、さらに締結体１７がばね帯材内で案内されているからである。このことは、締結体１７の、均等な弾装につながる。主要なコスト利点のうちの１つは、すべての締結体１７を同時にかつ一秒かからずに自動的に半径方向外側から「総充填ヘッド（Ｇｅｓａｍｔｆｕｅｌｌｋｏｐｆ）」により、装入されたばね帯材を備えた保持器１８，１９内に装填する可能性にある。締結体幾何学形状の機械式の選別可能性が提供されている。機能理想的な締結体幾何学形状は変更なしにまたは手間のかかる作業なしに、練り上げられたフリーホイールコンセプトに統合されることができる。

本発明による総フリーホイールコンセプトでは、締結体幾何学形状が完全に自由に、かつこれにより絶対的に機能最適化されて構成されることができる。ばね、ひいては締結体の、保持器内での一義的なポジショニングのために、締結体の、正確に規定されたくびれだけが必要である。保持器はばねおよび締結体をも含めて簡単な形式で締結軌道間に組み付け可能である。

保持器材料として、ガラス繊維強化されたプラスチック（ＰＡ４６ＧＦ、ＰＡ６６ＧＦまたはＰＰＳ）が考えられている。ガラス繊維強化されたプラスチックは転がり軸受において自動車部門ではすでに背景技術となっている。これらのプラスチックが有する利点は、材料コストが低く、１つの射出成形型から大量の個数を安価かつ経済的に製作することができる点にある。この種の型のための極めて高いコストは自動車業界では一般に個数と運転時間とを介して償却される。さらに、プラスチックはその僅かな質量とこれに由来する低い質量慣性との点で優れている。ガラス繊維成分は強度と耐摩耗性とを高める。現在のプラスチックは、２００℃までの耐熱性（ＰＰＳの場合）と、現行の自動車用オイルに対する極めて良好な耐薬品性とを有している。鋼に対する低い摩擦値は、締結体、ばねおよび締結軌道のポジティブな摩耗特性および摩擦特性を生ぜしめる。

保持器は「保持器ポケット」として、半径方向でＴ字形に形成された、均等に周方向で分配された切欠きを有している。大きいほうの長方形の切欠きの部分領域は、締結体を収容し、締結体を周方向で対称的に分配するために役立つ。ここで、各締結体は軸線平行にかつ軸方向で案内される。締結体は、その自由な運動が常に可能であるように形成されている。小さいほうの長方形の切欠きの部分領域は、剛性的なばね舌片の、妨害されることのない、衝突のない運動を許可する。

保持器内径に設けられた当接斜面は、締結体が内側締結軌道との接触を失ったときに、個々の締結体のために遠心力影響下で形状結合（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：形状による束縛）式の終端ストッパを形成する。これにより、締結体のその都度の離間ストロークは制限される。これにより、締結体は可能な限り迅速に遠心力の減衰時に、反作用するばね弾性力に基づいて再度内側締結軌道と摩擦力結合（ｒｅｉｂｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：摩擦力による束縛）式に接触するようになっている。ばねストロークと、これにより惹起されるばね内の応力とは、終端ストッパのためにやはり制限されている。

最小の保持器内径において、軽く外側に向かって予圧されたばね帯材の、半径方向の案内が実施される。同時に、最小の保持器内径は、遠心力影響下での、開放型のばね帯材の拡開を阻止する。ばね帯材の突合わせ端部は互いに結合されていない。

保持器へりは、ばね帯材が保持器から軸方向で張り出すことを阻止し、かつ保持器上に被せ嵌められる滑動ディスクが存在していなければならないのであれば、締結体と滑動ディスクとが軸方向で接触することを阻止する。

保持器全体は外側で案内されている。すなわち保持器外径と外側締結軌道との間の遊びは、異なる熱膨張を考慮した上で、可能な限り小さく形成されている。これにより、締結体に入力する遠心力の半径方向成分は保持器により理想的には直接外側締結軌道に導かれることができる。つまり、保持器は負荷解消される。保持器と外側締結軌道との間の、このようにして遠心力下で高められた摩擦は締結体および保持器の連行回転を促進する。その結果、締結体および保持器は外側締結軌道と同じ回転数に達することができる。

１つまたは２つの滑動ディスクの必要性との関連で、保持器の片側または両側には、周方向で延在する溝が形成されることができる。この溝は、軸方向でスナップばめされる滑動ディスクの、ずれのない、同時に搬送確実な収容を可能にする。このスナップばめは、滑動ディスクに設けられた部分的なビードを介して実現される。保持器の外側案内は、当接斜面の上方の保持器ウェブの領域で保持器外径に設けられた半径方向の隆起を介して実施される。

この保持器構造から、対称的な幾何学形状が得られる。フリーホイールの締結方向は、滑動ディスクまたは保持器に付与された標識を介して表示されることができる。

ばねは、一部分から成る、個々の締結体を個別的に弾装するばね鋼帯材から成る。幾何学形状は、あらゆる種類の曲げなしに、簡単に、一次元的にかつ直線的に構成されている。唯一の可能な歪み特性はばね帯材の拡開である。ただし、このことは保持器内径での案内を介して阻止される。帯材は打抜かれたまたはレーザ切断された簡単な部分として製作されることができる。

ばね帯材全体は一様に、ばね舌片をも含めて、ローラ掛け（ｒｏｌｌｉｅｒｅｎ）されていることができる。これにより、全体的に均等なばね弾性特性が、最初の締結体および最後の締結体ならびに両者間に位置するすべての締結体のために得られる。ばね帯材は軽微な半径方向の予圧を伴って保持器内に装入されており、保持器により規定通り同心的にポジショニングされている。

締結体が搬送確実に収容されかつ軸線平行に保持される、ばね舌片とばねウェブとの間の自由な間隔は少なくとも締結体の最狭部（くびれ）に一致していなければならない。そうすることだけで、特に鋼ばね舌片がその原点位置を通過する、すなわちばね弾性力の方向が半径方向外側から半径方向内側にまたは半径方向内側から半径方向外側に交番する際に、ばねポケット内での締結体の、妨害されることのない自由な運動が提供されている。

ばね舌片の前記自由な間隔はフリーホイールの搬送のために正確に締結体くびれ内に位置する。これに合わせて、保持器内径はもちろん調整されていなければならない。つまり、ばね弾性は接続部分に組み付けられて初めて有効となる。この種のばね弾性はトルク吸収の開始時に締結体と締結軌道との摩擦力結合を助成し、かつ同時に、締結体の、トルクの結果として生じる転入運動を助成する。トルク上昇の経過中、ばね弾性力は原点位置の通過時にその方向を転じる。その後、ばね弾性力は、トルクが再度下降する際に、締結体の解除を促進する。つまり、このようなばね弾性の構成は、高い負荷周波数時に、締結体の質量慣性に反作用する。

動的な使用目的のために常に、遠心力負荷される締結体ならびに開放型のばね帯材を支持するための保持器が設けられている。これに対して、回転数を有さないもしくは低い回転数を有するにすぎない静的または準静的な負荷時、保持器のない閉鎖型のばね帯材が可能である。このために、ローラ掛けされたばね帯材の突合わせ端部が例えばレーザ溶接により互いに結合されることができる。そのように閉鎖されたばね帯材の同心的なポジショニングは締結体くびれを介して実施される。

一貫した、一部分から成るばね帯材に基づいて、かつ特にばね帯材の、周方向での相対的に高いばね剛性により、締結体運動の同期が達成される。同期は一方の周方向ではばね舌片との接触から、他方の周方向ではばねウェブとの接触から得られる。ばね予圧に基づいて、同期は公差に依存せず、かつ遊びなしである。同じ理由から、１つの個別的な締結体のスリップは、二重保持器原理の場合に見られる、その他の締結体への影響を必ずしも有していない。

曲げ負荷されるばね舌片は、ねじり負荷されるばねウェブと比べて、ばね作用が専らばねウェブのねじりから生ぜしめられる程度に剛性的である。ばね舌片およびばねへりはばね弾性に基づく弾性的な変形を決して被らない。それゆえ、保持器はばねウェブの領域で自由にされていなければならない。保持器の幾何学形状と同様に、ばねの幾何学形状も対称的に構成されることができる。

旧来のフリーホイールクラッチの部分横断面図である。 フリーホイールクラッチの保持器の斜視図である。 フリーホイールクラッチの帯状ばねの斜視図である。 フリーホイールクラッチのための、保持器と、装入された帯状ばねと、その中に組み付けられた締結体とから成る構成ユニットの斜視図である。 本発明によるフリーホイールクラッチのための、打抜き部の領域に配置されているばね舌片を備えた帯状ばねの部分領域を外側から見た図である。 本発明によるフリーホイールクラッチのための帯状ばねの第１の実施形態の部分領域を示す図である。 本発明によるフリーホイールクラッチのための帯状ばねの第２の実施形態の部分領域を示す図である。 本発明によるフリーホイールクラッチのための、保持器と、装入された、図７に示した帯状ばねと、その中に組み付けられた締結体とから成る構成ユニットの斜視図である。 フリーホイールクラッチのための、空ポケットを有していない保持器の斜視図である。 フリーホイールクラッチのための、図９に対して改変された別の保持器の斜視図である。 フリーホイールクラッチのための構成ユニットを側方から見た図である。 図１１に示した構成ユニットを端面側から見た図である。

符号の説明

１ 内輪、 ２ 外輪、 ３ 保持器、 ４ 帯状ばね、 ５ 締結体、 ６ ポケット、 ７ ばね舌片、 ８ 制限壁、 ９ 帯状ばね、 １０ 打抜き部、 １１ 空ポケット、 １２ ばねウェブ、 １３ ばね舌片、 １４ 帯状ばね、 １５ 空ポケット、 １６ 保持器、 １７ 締結体、 １８ 保持器、 １９ 保持器、 ｂ ばね舌片の幅、 ｌ ばね舌片の長さ、 ｔ ばねウェブのウェブ幅

Claims (4)

1. フリーホイールクラッチであって、締結体（１７）が設けられており、該締結体（１７）が、円筒状の内輪（１）と該内輪（１）に対して同心的な外輪（２）との間に、周方向で相前後して配置されており、保持器（１６）のポケット内で案内されており、かつばね舌片（１３）を備えた、保持器（１６）に半径方向で当て付けられている帯状ばね（９，１４）により負荷されており、該帯状ばね（９，１４）がリング状に形成されており、かつ保持器（１６）のポケットに合わせて、周方向で間隔を置いて相前後して配置された打抜き部（１０）を有しており、該打抜き部（１０）により、ばね舌片（１３）が形成されている形式のものにおいて、帯状ばね（９，１４）に、周方向で相前後して配置された２つの打抜き部（１０）の間に、１つの空ポケット（１１，１５）が配置されていることを特徴とするフリーホイールクラッチ。
2. 空ポケット（１１，１５）が帯状ばね（９，１４）の打抜きにより形成されている、請求項１記載のフリーホイールクラッチ。
3. 帯状ばね（９，１４）に、複数の空ポケット（１１，１５）が配置されている、請求項１記載のフリーホイールクラッチ。
4. 帯状ばね（９，１４）において、その都度１つの打抜き部（１０）に１つの空ポケット（１１，１５）が対応配置されており、打抜き部（１０）と空ポケット（１１，１５）との間に、ばね舌片（１３）を保持するばねウェブ（１２）が形成されている、請求項３記載のフリーホイールクラッチ。

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