DE1111887B

DE1111887B - One-way clutch

Info

Publication number: DE1111887B
Application number: DER18993A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Albrecht Maurer; Emil Giese
Original assignee: Ringspann Albrecht Maurer KG
Current assignee: Ringspann Albrecht Maurer KG
Priority date: 1956-06-01
Filing date: 1956-06-01
Publication date: 1961-07-27

Description

Freilaufkupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine Freilaufkupplung mit zwischen der zylindrischen Innenfläche des Außenteiles und der zylindrischen Außenfläche des Innenteiles angeordneten kippbaren Klemmkörpern, die durch wenigstens einen Federring in Berührung mit den zylindrischen Flächen beider Teile gehalten werden und deren Berührungsflächen zu den jeweils benachbarten Klemmkörpern Kreiszylinderflächen sind, die mit der äußeren kreiszylindrischen Klemmfläche der Klemmkörper eine gemeinsame Krümmungsmittellinie haben.Overrunning clutch The invention relates to an overrunning clutch with between the cylindrical inner surface of the outer part and the cylindrical Outer surface of the inner part arranged tiltable clamping bodies, which by at least a spring washer is held in contact with the cylindrical surfaces of both parts and their contact surfaces with the respectively adjacent clamping bodies are circular cylindrical surfaces are that have a common with the outer circular cylindrical clamping surface of the clamping body Have center of curvature.

Bei einer bekannten Freilaufkupplung dieser Art sind die Klemmkörper als zylindrische Walzen ausgebildet, die jedoch im Bereich ihrer Berührungslinie mit dem Innenteil von der Zylinderform etwas abweichen, wodurch eine innere Klemmfläche gebildet ist, die einen kleineren Krümmungsradius hat als die übrigen Flächen. Durch diese Ausbildung fällt der Massenschwerpunkt der Klemmkörper nicht mit der gemeinsamen Krümmungsmittellinie der beiden seitlichen Berührungsflächen und der äußeren Klemmfläche zusammen. Außerdem ist durch die Ausbildung der Klemmkörper als im wesentlichen zylindrische Walzen die Anzahl der bei gegebenem Kupplungsumfang unterzubringenden Klemmkörper verhältnismäßig klein. Deswegen werden die wenigen vorhandenen Klemmkörper bei gleicher Gesamtbelastung der Kupplung wesentlich höher belastet als in dem Fall, in welchem bei gleichem Kupplungsumfang eine wesentlich größere Anzahl von Klemmkörpern untergebracht werden kann. Weiter ist bei dieser bekannten Freilaufkupplung .die an sich schon sehr hohe Flächenpressung an der Berührungsstellz des Klemmkörpers mit dem Innenring noch dadurch erhöht, daß diese innere Klemmfläche des Klemmkörpers einen kleineren Krümmungsradius hat als die äußere Klemmfläche. Dadurch tritt eine außerordentlich hohe örtliche Beanspruchung ein, die sehr schnell zur Zerstörung des Innenteiles der Freilaufkupplung bzw. der inneren Klemmfläche der Klemmkörper führt. Die Verhältnisse liegen am Außenteil wesentlich günstiger, weil dort die sich berührenden Flächen gleichsinnig gekrümmt sind, was bei gegebenem Anpreßdruck eine geringe Hertzsche Pressung ergibt. Am Innenteil dagegen drücken zwei gegensinnig gekrümmte Flächen aufeinander, wodurch die Hertzsche Pressung bei gegebenem Anpreßdruck sehr hoch wird. Diese ungünstige Beanspruchung wird noch durch den kleinen Krümmungsradius der inneren Klemmfläche der Klemmkörper verstärkt. Die Berührungsstellen der inneren Klemmflächen der Klemmkörper mit dem Innenteil sind die höchstbelasteten Stellen der Freilaufkupplung.In a known overrunning clutch of this type, the clamping bodies are designed as cylindrical rollers, which, however, are in the area of their line of contact with the inner part differ slightly from the cylindrical shape, creating an inner clamping surface is formed, which has a smaller radius of curvature than the other surfaces. By this training does not coincide with the common center of gravity of the sprags Center of curvature of the two lateral contact surfaces and the outer clamping surface together. In addition, the design of the clamping body as essentially cylindrical rollers the number of to be accommodated for a given clutch circumference Clamping body relatively small. Therefore, the few existing clamps with the same total load on the coupling, the load is significantly higher than in the case in which a significantly larger number of sprags with the same coupling circumference can be accommodated. Next is with this known overrunning clutch .die already very high surface pressure at the contact point of the clamp body with the inner ring still increased in that this inner clamping surface of the clamping body has a smaller radius of curvature than the outer clamping surface. This causes a extremely high local stress, which leads to destruction very quickly of the inner part of the overrunning clutch or the inner clamping surface of the clamping body leads. The conditions are much more favorable on the outer part, because there the touching surfaces are curved in the same direction, which is with a given contact pressure results in a low Hertzian pressure. On the other hand, two press in opposite directions on the inner part curved surfaces on top of each other, causing the Hertzian pressure at a given contact pressure becomes very high. This unfavorable stress is compounded by the small radius of curvature the inner clamping surface of the clamping body reinforced. The points of contact between the inner The clamping surfaces of the clamping bodies with the inner part are the most heavily loaded points the overrunning clutch.

Bei einer anderen bekannten Freilaufkupplung sind die Verhältnisse am Innenteil nicht so ungünstig, weil bei dieser die innere Klemmfläche eines jeden Klemmkörpers einen größeren Krümmungsradius hat als die äußere Klemmfläche.In another known overrunning clutch, the conditions are on the inner part not so unfavorable, because with this the inner clamping surface of each Clamping body has a larger radius of curvature than the outer clamping surface.

Ein Nachteil der bekannten Freilaufkupplungen besteht darin, daß der Massenschwerpunkt des Profilquerschnitts eines jeden Klemmkörpers nicht mit der Krümmungsmittellinie der Berührungsflächen benachbarter Klemmkörper, die zugleich Krümmungsmittellinie für die äußere Klemmfläche des Klemmkörpers ist, zusammenfällt. Dadurch kann bei hohen Drehzahlen eine ein Drehmoment auf den einzelnen Klemmkörper ausübende Fliehkraftwirkung eintreten, z. B., wenn der Klemmkörper bereits abgenutzt ist oder wenn die gesamte Kupplung außer ihrer Rotation um die eigene Achse noch eine Umlaufbewegung um eine Zentralachse nach Art eines Planetengetriebes ausführen muß. Auch bei Rüttelschwingungen und seitlichen Stößen, wie sie z. B. in Verbindung mit Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugen nicht zu vermeiden sind, entstehen, wenn Krümmungsmittellinie und Schwerpunkt nicht zusammenfallen, Paare gegeneinander versetzter paralleler Massenkräfte, d. h. Kippmomente, die die einzelnen Klemmkörper verdrehen. Wenn eine solche Verdrehung der einzelnen Klemmkörper gegeneinander unter der Wirkung von Zentrifugalkräften, Rüttelkräften oder seitlichen Stoßkräften eintritt, dann werden entweder die inneren Klemmflächen der Klemmkörper mit erheblichen Kräften gegen den relativ zu den Klemmflächen umlaufenden Innenteil der Kupplung gedrückt oder aber die Klemmkörper werden in entgegengesetzte Richtung gedreht, wodurch sich die inneren Klemmflächen der Klemmkörper vom Innenteil lösen. Im ersteren Fall entstehen bei hohen Relativdrehzahlen zwischen Innen- und Außenteil der Kupplung hohe Reibkräfte, die sehr schnell zu einer Zerstörung des Innenteiles oder der inneren Klemmflächen der Klemmkörper durch zu starke Erwärmung führen, so daß eine solche Freilaufkupplung nur mit begrenzten Differenzdrehzahlen verwendet werden kann. Im zweiten Fall ergibt sich ein noch schwerer wiegender Nachteil. Wenn eine solche Freilaufkupplung bestimmungsgemäß von der Freilaufstellung in die Kupplungsstellung kommt, dann erfolgt der Eingriff der inneren Klemmflächen der einzelnen Klemmkörper am Innenteil ungleichmäßig. Dadurch werden einzelne Klemmkörper überlastet, weil sie so lange die gesamte Klemmkraft übertragen müssen, bis auch die übrigen Klemmkörper an der Lastübertragung teilnehmen, was dann eintritt, wenn diejenigen Klemmkörper, die zuerst gegriffen haben, unter den hohen, auf sie wirkenden Anpreßkräften so weit gegenüber dem Innenteil gekippt worden sind, daß auch die übrigen Klemmkörper an der Kraftübertragung teilnehmen können. Auf diese Weise wird der Innenteil der Kupplung und die innere Klemmfläche der Klemmkörper durch Überbeanspruchung vorzeitig zerstört.A disadvantage of the known overrunning clutches is that the The center of gravity of the profile cross-section of each clamp body does not match the Center of curvature of the contact surfaces of adjacent clamping bodies, which at the same time The center of curvature for the outer clamping surface of the clamping body is coincident. As a result, a torque can be exerted on the individual clamping bodies at high speeds exerting centrifugal effect occur, z. B. when the sprag is already worn out is or if the entire coupling apart from its rotation around its own axis is still perform a revolving movement around a central axis in the manner of a planetary gear got to. Even with shaking vibrations and lateral impacts, such as B. in connection with internal combustion engines and vehicles cannot be avoided, arise, if the center of curvature and the center of gravity do not coincide, pairs against each other offset parallel inertia forces, d. H. Tilting moments affecting the individual sprags twist. If such a twisting of the individual sprags against each other under the effect of centrifugal forces, shaking forces or lateral impact forces occurs, then either the inner clamping surfaces of the clamping body with considerable forces pressed against the relative to the clamping surfaces circumferential inner part of the coupling or else the sprags are in opposite directions Direction rotated, whereby the inner clamping surfaces of the clamping bodies detach from the inner part. In the former Case arise at high relative speeds between the inner and outer part of the clutch high frictional forces, which very quickly lead to the destruction of the inner part or the inner part Lead clamping surfaces of the clamping body by excessive heating, so that such Overrunning clutch can only be used with limited differential speeds. in the in the second case there is an even more serious disadvantage. If such Freewheel clutch as intended from the freewheel position to the clutch position comes, then the engagement of the inner clamping surfaces of the individual clamping bodies takes place unevenly on the inner part. As a result, individual sprags are overloaded because they have to transmit the entire clamping force until the rest of the clamp bodies participate in the load transfer, which occurs when those sprags who grabbed first, under the high pressure acting on them like that have been tilted far in relation to the inner part, that the remaining clamping bodies can participate in the power transmission. In this way the inner part becomes the Coupling and the inner clamping surface of the clamping body prematurely due to excessive stress destroyed.

Bei einer bekannten Freilaufkupplung liegt zwar der Querschnittsschwerpunkt eines jeden Klemmkörpers auf der Krümmungsmittellinie der äußeren Klemmfläche des Klemmkörpers, wodurch ungünstiger Beanspruchung durch Massenkräfte, die unter dem Einfluß der Fliehkraft auftreten könnten, entgegengewirkt werden soll. Bei dieser Kupplung sind jedoch die Berührungsflächen benachbarter Klemmkörper keine Kreiszylinderflächen, so daß der Platzbedarf der Klemmkörper in Umfangsrichtung der Kupplung sich mit der Kipplage der Klemmkörper ändert. Dies ist nachteilig mit Bezug auf die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe einer gleichmäßigen Lustverteilung in der Kupplung bzw. einer hohen Belastbarkeit und langen Lebensdauer der Kupplung.In a known overrunning clutch, the cross-sectional center of gravity is indeed of each clamp body on the center line of curvature of the outer clamping surface of the Clamping body, which causes unfavorable stresses due to inertia forces that are below the Influence of centrifugal force could occur, should be counteracted. At this Coupling, however, the contact surfaces of adjacent sprags are not circular cylindrical surfaces, so that the space required by the clamping body in the circumferential direction of the coupling is with it the tilted position of the sprags changes. This is disadvantageous with respect to that of the invention underlying task of an even distribution of pleasure in the clutch or a high load capacity and long service life of the coupling.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Freilaufkupplung derart auszubilden und zu gestalten, daß die Nachteile der bekannten Freilaufkupplungen vermieden werden, so daß die Kupplung sich zur Übertragung hoher Drehmomente und für hohe Differenzdrehzahlen eignet und daß sie eine lange Lebensdauer besitzt, wobei die Freiiaufkupplung außerdem unempfindlich ist gegen Fliehkraftwirkungen, Rüttelschwingungen und seitliche Stöße.The purpose of the present invention is now to provide a one-way clutch to train and design in such a way that the disadvantages of the known one-way clutches can be avoided, so that the clutch is capable of transmitting high torques and suitable for high differential speeds and that it has a long service life, The free clutch is also insensitive to the effects of centrifugal force, Shaking vibrations and side impacts.

Erfindungsgemäß ist dies dadurch erreicht, daß der Schwerpunkt des Profilquerschnitts eines jeden Klemmkörpers in der gemeinsamen Krümmungsmittellinie für die äußere Klemmfläche und die seitlichen Berührungsflächen der Klemmkörper liegt. Vorteilhaft im Sinn der gestellten Aufgabe ist dabei, wenn in an sich bekannter Weise die innere Klemmfläche eines jeden Klemmkörpers einen größeren Krümmungsradius hat als die äußere Klemmfläche.According to the invention this is achieved in that the focus of the Profile cross-section of each clamp body in the common center line of curvature for the outer clamping surface and the lateral contact surfaces of the clamping bodies lies. It is advantageous in the sense of the task at hand if it is known per se Make the inner clamping surface of each clamp body a larger radius of curvature has than the outer clamping surface.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand dargestellt und beschrieben. Es zeigt Fig.1 die Stirnansicht einer Freilaufkupplung, Fig.2 den Profilquerschnitt eines Klemmkörpers und Fig.3 die Längsansicht eines Klemmkörpers.The subject of the invention is shown and described in the drawing. FIG. 1 shows the front view of a one-way clutch, and FIG. 2 shows the profile cross-section of a clamp body and FIG. 3 shows the longitudinal view of a clamp body.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Freilaufkupplung sind der Innenteilt und der Außenteil 2 als Ringe ausgebildet. Zwischen dem Innenteil und dem Außenteil liegen prismatische Klemmkörper 3, die durch die radial nach außen wirkende Kraft eines Schraubenfederringes 4 in Berührung mit den Kupplungslaufringen 1, 2, also in Kupplungsbereitschaft gehalten werden. Wie aus Fig.2 ersichtlich ist, hat eine äußere kreiszylindrische Klemmfläche 5 eines jeden Klemmkörpers zur Anlage an der zylindrischen Innenfläche des Außenteiles 2 der Kupplung den Krümmungsradius 6. Die seitlichen zylindrischen Berührungsflächen 7 und 9 zu den jeweils benachbarten Klemmkörpern haben die Krümmungsradien 8 und 10. Die Flächen 5, 7 und 9 haben eine gemeinsame Krümmungsmittellinie 16.In the one-way clutch shown in Fig. 1, the inner part and the outer part 2 are designed as rings. Between the inner part and the outer part there are prismatic clamping bodies 3, which are held in contact with the coupling races 1, 2, that is to say ready for coupling, by the force of a helical spring washer 4 acting radially outward. As is apparent from Figure 2, has an outer circular-cylindrical clamping surface 5 of each clamping body to rest on the cylindrical inner surface of the outer part 2 of the coupling the radius of curvature 6. The lateral cylindrical contact surfaces 7 and 9 to the respective adjacent clamping bodies, the curvature radii of 8 and 10 The surfaces 5, 7 and 9 have a common center line 16 of curvature.

Erfindungsgemäß liegt der Schwerpunkt 11 des Profilquerschnitts eines jeden Klemmkörpers 3 in der Krümmungsmittellinie 16.According to the invention, the center of gravity 11 of the profile cross-section is a each clamping body 3 in the center line of curvature 16.

Bei diesem Ausführungsbeispiel der Kupplung ist die Klemmfläche 12 eines jeden Klemmkörpers, die zur Anlage an der zylindrischen Außenfläche des Innenteiles 1 bestimmt ist, gleichfalls als Kreiszylinderfläche ausgebildet und besitzt einen Krümmungsradius 13, der in bekannter Weise größer ist als der Krümmungsradius 6 der kreiszylindrischen Klemmfläche 5.In this exemplary embodiment of the coupling, the clamping surface is 12 of each clamping body, which is to rest on the cylindrical outer surface of the inner part 1 is determined, also designed as a circular cylinder surface and has a Radius of curvature 13 which, in a known manner, is greater than the radius of curvature 6 the circular cylindrical clamping surface 5.

Wie aus Fig.3 ersichtlich ist, hat jeder Klemmkörper an seinen Stirnseiten je eine Aussparung 14 zur Aufnahme eines Federringes 4. Diese Aussparungen sind so ausgebildet, daß der Schwerpunkt 15 des herausgearbeiteten Materials jeweils auf der Krümmungsmittellinie 16 liegt wie der Profilschwerpunkt l1. Dadurch wird erreicht, daß die Lage des Schwerpunktes des Klemmkörpers durch die Aussparungen nicht verändert wird, sondern auf der Krümmungsmittellinie 16 bleibt.As can be seen from Figure 3, each clamp body has on its end faces one recess 14 each for receiving a spring washer 4. These recesses are designed so that the center of gravity 15 of the worked out material, respectively on the center of curvature 16 lies like the profile center of gravity l1. This will achieved that the position of the center of gravity of the clamp body through the recesses is not changed, but remains on the center line of curvature 16.

Die Freilaufkupplung wirkt in der Weise, daß bei einer Relativdrehung des Innenteiles 1 in Pfeilrichtung 18 der Klemmschluß sich löst und der Innenteil 1 an den Klemmkörpern 3 vorbeigleiten kann. Dabei wird durch den außermittig am Punkt 17 angreifenden, nach außen gerichteten Druck des Federringes 4 ein linksdrehendes Kippmoment auf den Klemmkörper ausgeübt und die Klemmfläche 12 in Berührung mit der Außenfläche des Innenteiles 1 gehalten. Tritt eine Relativdrehung des Innenteiles entgegen der Pfeilrichtung 18 ein, so wird die Klemmfläche 12 jedes Klemmkörpers vom Innenteil mitgenommen und der Klemmkörper klemmt sich entsprechend dem zu übertragenden Drehmoment zwischen Innen- und Außenteil ein.The overrunning clutch acts in such a way that when the inner part 1 rotates relative to one another in the direction of arrow 18, the clamping connection is released and the inner part 1 can slide past the clamping bodies 3. The outward pressure of the spring ring 4 acting off-center at point 17 exerts a counterclockwise tilting moment on the clamping body and the clamping surface 12 is held in contact with the outer surface of the inner part 1 . If a relative rotation of the inner part occurs against the direction of the arrow 18, the clamping surface 12 of each clamping body is carried along by the inner part and the clamping body is clamped between the inner and outer part according to the torque to be transmitted.

Dadurch, daß die Krümmungsmittellinie der Klemmfläche 5 zugleich Krümmungsmittellinie der Berührungsflächen 7 und 9 ist, bleibt bei Änderung der Winkelstellung der Klemmkörper ihr Platzbedarf in Umfangsrichtung erhalten, da dieser der Summe der Krümmungsradien 8 und 10 entspricht und der Teilkreis sich nicht ändert. Wenn der Schwerpunkt 11 jedes Klemmkörpers in der Krümmungsmittellinie 16 der Klemmfläche 5 liegt, entsteht durch die im Schwerpunkt angreifende Fliehkraft auch bei hoher Drehzahl kein Kippmoment an den Klemmkörpern. Die Reibung in der Freilaufkupplung wird dann bei sich ändernder Drehzahl weder größer noch kleiner.Characterized in that the center line of curvature of the clamping surface 5 is also the center line of curvature of the contact surfaces 7 and 9 remains when changing the angular position of the clamping body Get their space requirements in the circumferential direction, since this is the sum of the radii of curvature 8 and 10 and the pitch circle does not change. If the center of gravity is 11 each clamping body lies in the center line of curvature 16 of the clamping surface 5, arises due to the centrifugal force acting in the center of gravity, no overturning torque even at high speed on the sprags. The friction in the overrunning clutch then changes as it changes Speed neither higher nor lower.

Durch Wahl eines Krümmung sradius 13 für die am Innenteil 1 anliegende Klemmfläche 12, der größer ist als der Radius 6 für die äußere kreiszylindrische Klemmfläche 5, kann die Hertzsche Pressung am Innenteil t derjenigen am Außenteil 2 angeglichen werden. Dadurch ist ohne Vergrößerung der Abmessungen die Übertragung wesentlich größerer Drehmomente möglich.By choosing a curvature radius 13 for the one lying on the inner part 1 Clamping surface 12, which is larger than the radius 6 for the outer circular cylindrical Clamping surface 5, the Hertzian pressure on the inner part can t that on the outer part 2 must be aligned. This means that the dimensions are not increased the Transmission of much larger torques possible.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. One-way clutch with between the cylindrical Arranged inner surface of the outer part and the cylindrical outer surface of the inner part tiltable sprags, which by at least one spring washer in contact with the cylindrical surfaces of both parts are held and their contact surfaces the adjacent sprags are circular cylindrical surfaces, which with the outer circular cylindrical clamping surface of the clamping body a common center line of curvature have, characterized in that the center of gravity (11) of the profile cross-section of each clamping body (3) in the common center line of curvature (16) for the outer clamping surface (5) and the lateral contact surfaces (7, 9).

2. Overrunning clutch according to claim 1, characterized in that in a known manner the inner Clamping surface (12) of each clamping body (3) a larger radius of curvature (13) has as the outer clamping surface (5). Publications considered: French Patent Nos. 623 476, 756 885, 1049 731; British Patent No. 204 620; USA: Patent Nos. 2,388,424, 2,631,706, 2,638,195, 2,691,435, 2,711,238.