WO2017133722A1 - Freilauf und startvorrichtung mit dem freilauf - Google Patents

Freilauf und startvorrichtung mit dem freilauf Download PDF

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WO2017133722A1
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Swen DÖRRIE
Jörg BAUER
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    • 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
    • F16D41/06—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
    • F16D41/063—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by moving along the inner and the outer surface without pivoting or rolling, e.g. sliding wedges
    • 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
    • F16D41/06—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
    • F16D2041/0603—Sprag details

Definitions

  • the invention relates to a freewheel. Furthermore, the invention relates to a starting device comprising the freewheel.
  • Sprag freewheel described. Also known is a freewheel variant from DE 10 2010 052 921 A1 with a clamping contour on the inner and outer raceway.
  • the power density of roller or sprag freewheels is determined by the maximum service life of the contact between clamping element and raceway, cf. Hertzian contact. The end of the service life is usually
  • the disclosure DE 10 2010 052 921 A1 describes a variant in which the curvature of the raceway approaches the roller radius by depressions on the inner and outer raceways. It is therefore the technical task to overcome the disadvantages of the prior art and to achieve a higher power density. Associated with this is the possibility to reduce the installation space and to transfer more torque with less material input.
  • the object is achieved in particular by a freewheel for a starting device with an inner part, an outer ring and between the inner part and the outer ring limited displaceable arranged locking members,
  • the locking members are clamping blocks, the one
  • a curvature has a shape that corresponds to a curve, a
  • Arc or a circle follows.
  • at least one curve, a circular arc or a circle defines the curvature.
  • the curvature has a shape that consists of at least two curves with different
  • the clamping blocks are tapered in a region between the curved inner profile and the curved outer profile.
  • the clamping blocks have a bi-concave shape.
  • the change from an idle to a torque transmission of the freewheel in a simple manner executable is a simple manner executable.
  • the high capacity density of the freewheel allows in particular a narrow construction. This results in the use of new manufacturing technologies, preferably a punching of the outer ring, resulting in a lowering of the
  • either the inner part has a curved inner raceway and the outer ring has a curved outer raceway provided with bulges, or the inner part has a curved inner raceway provided with bulges and the outer ring has a curved one
  • either the inner part or the outer ring is cylindrical
  • either the inner part or the outer ring has a radius which defines a cylindrical raceway.
  • Outer race is a clamping of the freewheel in any position and without free travel possible.
  • a contour of the clamping blocks and the outer race can be designed flexibly.
  • the construction can be tuned such that when massive
  • Inner race approximated to a curvature of the inner profile, wherein a curvature of the outer race is approximated to a curvature of the outer race.
  • the curvature of the clamping blocks is close to the curvature of the inner race and the curvature of the outer race. When loaded, this results in ideally large contact areas at the contact points. This significantly reduces the pressure.
  • a curvature of the inner race is smaller than a curvature of the inner profile.
  • a curvature of the outer race is smaller than a
  • Curvature of the outer raceway corresponds to a curvature of the inner race of a curvature of the inner profile, wherein a curvature of the
  • Outer track corresponds to a curvature of the outer profile.
  • the inner profile forms a first contact surface with the inner raceway
  • the outer profile forms a second contact surface with the outer raceway
  • springs for generating a restoring force are provided, which are arranged with a first end to the spring holders of the outer ring and with a second end to the clamping blocks.
  • the clamping blocks in geometry and mass, the position of the springs, and the spring forces are coordinated so that a lifting of the clamping blocks of the inner raceway can be done from a certain speed.
  • the freewheel can be operated lossless in idle mode.
  • the object is achieved in particular by a starting device for an internal combustion engine having a freewheel.
  • the freewheel is suitable for use in the starter drive of an internal combustion engine, in particular a permanentlyLespurter starter.
  • Clamping blocks with different functional areas can be limited to the maximum torque to be transmitted.
  • the freewheel is robust against unexpectedly high torque, such as this when unsuccessful starting the
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the freewheel of Fig. 1,
  • FIG. 3 is a schematic view of a clamping block of the freewheel
  • Fig. 4 is a schematic view of the freewheel in idle
  • Fig. 5 is a schematic view of the freewheel with clamped clamp.
  • Fig. 1 shows a schematic view of the freewheel 1 and
  • Fig. 2 shows the freewheel 1 in a schematic plan view.
  • the freewheel 1 is provided for a starting device for an internal combustion engine.
  • the freewheel 1 has a cylindrical inner part 2, an outer ring 3 and between the inner part 2 and the outer ring 3 three limited displaceable arranged
  • the three locking members are designed as clamping blocks 4.
  • the clamping blocks 4 have a curved inner profile 6 and a curved outer profile 9.
  • the inner part 2 has a curved inner raceway 5.
  • the outer ring 3 has according to the number of clamping blocks 4 three buckles 7.
  • the bulges 7 form a curved outer race 8 of the outer ring 3.
  • the inner part 2 has a cylindrical shape.
  • By using a cylindrically shaped inner part 2 results in an inner race 5 with a curvature that follows the radius of the inner part 2.
  • the clamping of the freewheel takes place in any position and without free travel.
  • the curvature of the inner race 5 is approximated to the curvature of the inner profile 6.
  • a curvature of the outer race 8 is approximated to the curvature of the outer profile 9.
  • the freewheel 1 has three springs 1 1.
  • the springs 1 1 are furnished, a
  • FIG. 3 shows a schematic view of the clamping block of the freewheel 1.
  • the clamping blocks 4 have a curved inner profile 6 and a curved outer profile 9. A cross section of the clamping blocks 4 is in one
  • the clamping blocks 4 have a bi-concave shape. 4 shows a schematic view of the freewheel 1 when idling (see arrow 12) and FIG. 5 shows a torque (see arrow 13) in the case of a clamped clamping block 4.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • One-Way And Automatic Clutches, And Combinations Of Different Clutches (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Freilauf (1) für eine Startvorrichtung mit einem Innenteil (2), einem Außenring (3) und zwischen dem Innenteil (2) und dem Außenring (3) begrenzt verlagerbar angeordneten Sperrgliedern, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrglieder Klemmsteine (4) sind, die ein gekrümmtes Innenprofil (6) und ein gekrümmtes Außenprofil (9) aufweisen.

Description

Freilauf und Startvorrichtung mit dem Freilauf
Die Erfindung betrifft einen Freilauf. Ferner betrifft die Erfindung eine Startvorrichtung aufweisend den Freilauf.
Aus dem Stand der Technik sind Freiläufe seit langem bekannt. In der DE 10 2005 034 039 A1 ist ein Rollenfreilauf und in der DE 28361 14 A1 ist ein
Klemmkörperfreilauf beschrieben. Bekannt ist weiterhin eine Freilaufvariante aus der DE 10 2010 052 921 A1 mit einer Klemmkontur an der Innen- und Außenlaufbahn.
Die Leistungsdichte von Rollen- oder Klemmkörperfreiläufen ist durch die maximale Gebrauchsdauer des Kontaktes zwischen Klemmelement und Laufbahn bestimmt , vgl. Hertzscher Kontakt. Das Ende der Gebrauchsdauer ist dabei meist
Materialermüdung in der Laufbahn oder an den Klemmelementen selbst.
Bei konventionellen Rollen- und Klemmkörperfreiläufen sind die Krümmungsradien zwischen Klemmelement und Laufbahn meist sehr unterschiedlich oder sogar gegenläufig. Dadurch entsteht ein annähernd linienförmiger Kontakt, der eine hohe Pressung ertragen muss.
In der Erfindungsmeldung DE 10 2010 052 921 A1 ist eine Variante beschrieben, bei der sich durch Vertiefungen an der Innen- und Außenlaufbahn die Krümmung der Laufbahn an den Rollenradius annähert. Es besteht somit die technische Aufgabe die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und eine höhere Leistungsdichte zu erzielen. Damit verbunden ist die Möglichkeit den Bauraum zu reduzieren und mit weniger Materialeinsatz mehr Drehmoment zu übertragen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch einen Freilauf für eine Startvorrichtung mit einem Innenteil, einem Außenring und zwischen dem Innenteil und dem Außenring begrenzt verlagerbar angeordneten Sperrgliedern,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrglieder Klemmsteine sind, die ein
gekrümmtes Innenprofil und ein gekrümmtes Außenprofil aufweisen. Durch das Vorsehen der Klemmsteine ist eine Verringerung der Pressung zwischen Klemmelement und Laufbahn erzielbar. Vorzugsweise weist eine Krümmung eine Form auf, die einer Kurve, eines
Kreisbogens oder eines Kreises folgt. Bevorzugt definiert wenigstens eine Kurve, ein Kreisbogen oder ein Kreis die Krümmung. Besonders bevorzugt weist die Krümmung eine Form auf, die sich aus mindestens zwei Kurven mit unterschiedlichen
Geometrien und/oder Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien zusammensetzt.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Klemmsteine in einem Bereich zwischen dem gekrümmten Innenprofil und dem gekrümmten Außenprofil verjüngt ausgebildet. Durch das Vorsehen einer Verjüngung ist eine Klemmung auf einfache Weise ausführbar.
Vorzugsweise weisen die Klemmsteine eine bi-konkave Form auf. Hierdurch ist der Wechsel von einem Leerlauf zu einer Drehmomentübertragung des Freilaufs auf einfache Weise ausführbar.
Die hohe Kapazitätsdichte des Freilaufs ermöglicht im Besonderen eine schmale Bauweise. Dadurch ergibt sich der Einsatz von neuen Fertigungstechnologien, vorzugsweise ein Stanzen des Außenringes, was eine Absenkung der
Produktionskosten zur Folge haben kann.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weisen entweder das Innenteil eine gekrümmte Innenlaufbahn und der Außenring eine mit Wölbungen versehene gekrümmte Außenlaufbahn auf oder es weisen das Innenteil eine mit Wölbungen versehene gekrümmte Innenlaufbahn und der Außenring eine gekrümmte
Außenlaufbahn auf. Vorzugsweise ist entweder das Innenteil oder der Außenring zylinderförmig
ausgebildet. Bevorzugt weist entweder das Innenteil oder der Außenring einen Radius auf, der eine zylinderförmige Laufbahn definiert. Durch Verwendung einer zylindrischen Innenlaufbahn oder einer zylindrischen
Außenlaufbahn ist eine Klemmung des Freilaufs in jeder Position und ohne Leerweg möglich.
Bevorzugt ist eine Kontur der Klemmsteine und der Außenlaufbahn flexibel gestaltbar. Damit kann die Konstruktion derart abgestimmt werden, dass bei massiver
Überschreitung eines„üblichen" Drehmoments der Klemmwinkel in den
Kontaktpunkten ansteigt. Mit steigendem Klemmwinkel erhöht sich die Rutschneigung des Freilaufs. Damit ist das übertragbare Drehmoment auf ein maximales
Drehmoment beschränkt. Die robuste Ausführung des Außenringes und der
Klemmsteine verhindert hierbei eine Beschädigung des Freilaufs.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine Krümmung der
Innenlaufbahn an eine Krümmung des Innenprofils angenähert, wobei eine Krümmung der Außenlaufbahn an eine Krümmung der Außenlaufbahn angenähert ist.
Die Krümmung der Klemmsteine ist nahe an der Krümmung der Innenlaufbahn und der Krümmung der Außenlaufbahn. Bei Belastung ergeben sich dadurch an den Kontaktstellen ideal große Kontaktflächen. Dadurch verringert sich die Pressung wesentlich.
Vorzugsweise ist eine Krümmung der Innenlaufbahn kleiner als eine Krümmung des Innenprofils. Bevorzugt ist eine Krümmung der Außenlaufbahn kleiner als eine
Krümmung der Außenlaufbahn. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform entspricht eine Krümmung der Innenlaufbahn einer Krümmung des Innenprofils, wobei eine Krümmung der
Außenlaufbahn einer Krümmung des Außenprofils entspricht.
Damit wird eine alternative Ausgestaltung des Freilaufs ermöglicht. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform bildet zur Klemmung der Klemmsteine das Innenprofil mit der Innenlaufbahn eine erste Kontaktfläche aus und das Außenprofil bildet mit der Außenlaufbahn eine zweite Kontaktfläche aus.
Damit ist eine Klemmung auf einfache Weise ausführbar.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform sind Federn zur Erzeugung einer Rückstellkraft vorgesehen, die mit einem ersten Ende an Federhalterungen des Außenrings und mit einem zweiten Ende an den Klemmsteinen angeordnet sind.
Bevorzugt sind die Klemmsteine in Geometrie und Masse, die Position der Federn, sowie die Federkräfte so aufeinander abgestimmt, dass ein Abheben der Klemmsteine von der Innenlaufbahn ab einer bestimmten Drehzahl erfolgen kann. Dadurch kann der Freilauf im Leerlaufbetrieb verlustfrei betrieben werden.
Ferner wird die Aufgabe insbesondere gelöst durch eine Startvorrichtung für einen Verbrennungsmotor aufweisend einen Freilauf. Der Freilauf eignet sich für den Einsatz im Startertrieb eines Verbrennungsmotors, insbesondere ein permanent eingespurter Starter. Durch die Verwendung der
Klemmsteine mit unterschiedlichen Funktionsbereichen kann das maximal zu übertragende Moment begrenzt werden. Damit wird der Freilauf robust gegen unerwartet sehr hohe Drehmomente, wie diese beim erfolglosen Starten des
Verbrennungsmotors auftreten können.
Die Erfindung wird nun beispielhaft durch Figuren veranschaulicht. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Freilaufs,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf den Freilauf aus Fig. 1 ,
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Klemmsteins des Freilaufs,
Fig. 4 eine schematische Ansicht des Freilaufs im Leerlauf und
Fig. 5 eine schematische Ansicht des Freilaufs mit geklemmtem Klemmstein. Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Freilaufs 1 und
Fig. 2 zeigt den Freilauf 1 in einer schematischen Draufsicht.
Der Freilauf 1 ist für eine Startvorrichtung für einen Verbrennungsmotor vorgesehen. Der Freilauf 1 weist ein zylinderförmiges Innenteil 2, einen Außenring 3 und zwischen dem Innenteil 2 und dem Außenring 3 drei begrenzt verlagerbar angeordnete
Sperrglieder auf. Die drei Sperrglieder sind als Klemmsteine 4 ausgebildet. Die Klemmsteine 4 weisen ein gekrümmtes Innenprofil 6 und ein gekrümmtes Außenprofil 9 auf.
Das Innenteil 2 weist eine gekrümmte Innenlaufbahn 5 auf. Der Außenring 3 weist entsprechend der Anzahl an Klemmsteinen 4 drei Wölbungen 7 auf. Die Wölbungen 7 bilden einer gekrümmten Außenlaufbahn 8 des Außenrings 3 aus. Das Innenteil 2 weist eine zylindrische Form auf. Durch Verwendung eines zylindrisch ausgebildeten Innenteils 2 resultiert eine Innenlaufbahn 5 mit einer Krümmung, die dem Radius des Innenteils 2 folgt. Dabei erfolgt die Klemmung des Freilaufs in jeder Position und ohne Leerweg. Die Krümmung der Innenlaufbahn 5 ist an die Krümmung des Innenprofils 6 angenähert. Ferner ist eine Krümmung der Außenlaufbahn 8 ist an die Krümmung des Außenprofils 9 angenähert.
Zur Klemmung der Klemmsteine 4 bildet das Innenprofil 6 mit der Innenlaufbahn 5 eine erste Kontaktfläche aus und das Außenprofil 9 bildet mit der Außenlaufbahn 8 eine zweite Kontaktfläche aus. Der Freilauf 1 weist drei Federn 1 1 auf. Die Federn 1 1 sind eingerichtet, eine
Rückstellkraft für die Klemmsteine 4 zu erzeugen. Die drei Federn 1 1 sind mit einem ersten Ende an Federhalterungen 10 des Außenrings 3 und mit einem zweiten Ende an den Klemmsteinen 4 angeordnet. Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht des Klemmsteins des Freilaufs 1 . Wie bereits oben erwähnt, weisen die Klemmsteine 4 ein gekrümmtes Innenprofil 6 und ein gekrümmtes Außenprofil 9 auf. Ein Querschnitt der Klemmsteine 4 ist in einem
Bereich zwischen dem gekrümmten Innenprofil 6 und dem gekrümmten Außenprofil 9 verjüngt ausgebildet. Die Klemmsteine 4 weisen eine bi-konkave Form auf. Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht des Freilaufs 1 im Leerlauf (siehe Pfeil 12) und in Fig. 5 ist ein Drehmoment (siehe Pfeil 13) bei einem geklemmten Klemmstein 4 gezeigt.
Mit steigendem Klemmwinkel erhöht sich die Rutschneigung des Freilaufs 1 . Damit ist das übertragbare Drehmoment auf ein maximales Drehmoment beschränkt. Die robuste Ausführung des Außenringes 3 und der Klemmsteine 4 verhindert hierbei eine Beschädigung des Freilaufs 1 .
Durch das Vorsehen von Klemmsteinen ist das maximal zu übertragende Moment begrenzbar. Damit wird der Freilauf robust gegen unerwartet sehr hohe
Drehmomente, wie diese beim erfolglosen Starten des Verbrennungsmotors auftreten können.
Bezugszeichenliste
1 Freilauf
2 Innenteil
3 Außenring
4 Klemmstein
5 Innenlaufbahn
6 Innenprofil
7 Wölbung
8 Außenlaufbahn
9 Außenprofil
10 Federhalterung
1 1 Feder
12 Pfeil
13 Pfeil

Claims

Patentansprüche
1 . Freilauf (1 ) für eine Startvorrichtung mit einem Innenteil (2), einem Außenring (3) und zwischen dem Innenteil (2) und dem Außenring (3) begrenzt verlagerbar angeordneten Sperrgliedern,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrglieder Klemmsteine (4) sind, die ein gekrümmtes Innenprofil (6) und ein gekrümmtes Außenprofil (9) aufweisen.
2. Freilauf (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Klemmsteine (4) in einem Bereich zwischen dem gekrümmten Innenprofil (6) und dem gekrümmten Außenprofil (9) verjüngt ausgebildet sind.
3. Freilauf (1 ) nach einem vorhergehenden Ansprüche, wobei entweder das Innenteil (2) eine gekrümmte Innenlaufbahn (5) und der Außenring (3) eine mit Wölbungen (7) versehene gekrümmte Außenlaufbahn (8) aufweisen oder das Innenteil (2) eine mit Wölbungen (7) versehene gekrümmte Innenlaufbahn (5) und der Außenring (3) eine gekrümmte Außenlaufbahn (8) aufweisen.
4. Freilauf (1 ) nach Anspruch 3, wobei eine Krümmung der Innenlaufbahn (5) an eine Krümmung des Innenprofils (6) angenähert ist und eine Krümmung der
Außenlaufbahn (8) an eine Krümmung des Außenprofils (9) angenähert ist.
5. Freilauf (1 ) nach Anspruch 3, wobei eine Krümmung der Innenlaufbahn (5) einer Krümmung des Innenprofils (6) entspricht und eine Krümmung der Außenlaufbahn (8) einer Krümmung des Außenprofils (9) entspricht.
6. Freilauf (1 ) nach einem Ansprüche 3 bis 5, wobei zur Klemmung der Klemmsteine (4) das Innenprofil (6) mit der Innenlaufbahn (5) eine erste Kontaktfläche ausbildet und das Außenprofil (9) mit der Außenlaufbahn (8) eine zweite Kontaktfläche ausbildet.
7. Freilauf (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Federn (1 1 ) zur Erzeugung einer Rückstell kraft vorgesehen sind, die mit einem ersten Ende an Federhalterungen (10) des Außenrings (3) und mit einem zweiten Ende an den Klemmsteinen (4) angeordnet sind.
8. Startvorrichtung für einen Verbrennungsmotor aufweisend einen Freilauf (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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