DE2151293A1

DE2151293A1 - Progressiv schaltender Freilauf

Info

Publication number: DE2151293A1
Application number: DE19712151293
Authority: DE
Inventors: R Cadet
Original assignee: Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: NTN Europe SA
Priority date: 1970-10-16
Filing date: 1971-10-14
Publication date: 1972-05-25
Also published as: SE375140B; GB1352239A; US3753477A; FR2109439A5; DE2151293B2

Description

Progressiv schaltender Freilauf

Die Erfindung bezieht sich auf einen progressiv schaltenden Freilauf, dessen Antriebsdrehmoment bei niedriger Drehzahl Null ist.

Es sind Freiläufe bekannt, die aus einem Aussenring und einem Innenring bestehen, zwischen denen Klemmklötze gleiten oder eine Klemmwirkung ausüben, je nach der relativen Drehrichtung der beiden Ringe zueinander, unabhängig von den Absolutwerten der Drehzahl der einzelnen Ringe. Damit der Freilauf sicher arbeitet und die Klemmung bei der Umkehr der Bewegungsrichtung so schnell wie möglich eintritt, müssen die Klemmklötze durch Federn ständig reibend am Innen- und am Aussenring gehalten werden. Diese Federn sorgen andererseits für den Kontakt sämtlicher Klemmklötze, damit das Kiemmoment so hoch wie möglich wird.

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Diese Anordnungen weisen Nachteile auf:

- der treibende Ring nimmt den angetriebenen Ring durch Reibung an den Klenunklötzen mit, wenn dieser frei oder an ein nicht gebremstes Gerät gekoppelt ist; das ist das "Antriebsdrehmoment" des Freilaufs;

- die Abnützung in dem Freilauf ist hoch, weil Reibung auftritt;

- die Schmierung des Freilaufs ist sehr heikel und ist für das gute Arbeiten des Frei lauf s von größter Wichtigkeit;

- die Montage kann Schwierigkeiten bereiten, da der Aussenring und der Innenring getrennt in zwei verschiedenen Unter-Gruppen aufgebaut werden, bevor die beiden Unter-Gruppen zusammengesetzt werden.

Es sind auch Ausführungen bekannt, bei denen die Klemmklötze durch ein gemeinsames elastisches Organ gegen den Innenring gelegt werden, während jeder Einstellkäfig fehlt, wobei die unsymmetrische Form dieser Klemmklötze eine Neigung unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft hervorruft. Eine solche Bauweise vermeidet zwar vorteilhafterweise das Antriebsmoment, weil die Klemmklötze unter dem von dem elastischen Organ ausgeübten Druck in nicht klemmender Lage gehalten werden, es fehlt ihr jedoch an Feinfühligkeit wegen der gegenseitigen Berührung der Klemmklötze und wegen ihres gemeinsamen elastischen Organs, das eine Klemm- und Reibungswirkung ausübt, die eine höhere anfängliche Zentrifugalkraft erfordert, um die zum Klemmen führende Drehbewegung der Klemmklötze einzuleiten. Daraus

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ergibt sich bei Beginn dieser Bewegung eine gleichzeitige Blockierung aller Klenraiklötze, woraus ein zu heftiges Einrücken des Freilaufs resultiert.

Der erfxndungsgemässe Freilauf ist von den Nachteilen dieser bekannten Bauweisen frei und liefert eine Lösung für die an sich widersprüchlichen Forderungen eines schnellen, jedoch progressiven Einrückens. Der Freilauf besteht aus einer Reihe von in einem Käfig gehalterten Klemmklötzen, die sich zwischen Innenring und Aussenring befinden und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmklötze in ihrer relativen Lage und gegen den Einstellkäfig durch einzelne elastische Organe gehalten werden, die dem Einfluß der Zentrifugalkraft entgegenwirken, wobei der Käfig mit einem der Ringe kraftschlüssig verbunden ist, und die bewirken, daß der Kontakt zwischen den Klemmklötzen und den Ringen sich erst von einer vorgegebenen Drehzahl ab einstellt, die die Schwenkung einer begrenzten Zahl von Klemmklötzen herbeiführt, bei denen die Rückstellkraft der einzelnen elastischen Organe am geringsten ist und durch die Zentrifugalkraft ausgeglichen wird.

Ein Vorteil der erfxndungsgemässen Ausbildung ist es, daß ein vormontiertes Aggregat aus Käfig und Klemmklötzen völlig unabhängig von den Ringen hergestellt werden kann, mit denen es leicht zusammengebaut und aus denen es aus getauscht werden kann. Dieses Aggregat kann bei Vorrich tungen anstelle von Kugellagern eingebaut werden.

Die Klemmklötze sind vorteilhafterweise als Winkel ausgeführt, wobei sich die Klemmprofile am Ende eines der Schenkel dieses Winkels bzw. an der entgegengesetzten Seite nahe der äusseren Winkelkante befinden; der andere Schenkel stellt ein Gegengewicht gegen das Kippen dar,

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und dieser Schenkel erhält die Klemmprofile und besitzt in seiner Mitte eine Bohrung, in der sich der Unterstützungspunkt des elastischen Organs befindet.

Eine Konsequenz der erfindungsgemässen Bauweise eines Freilaufs ist, daß das Antriebsmoment Null ist, wenn ein Ring mit einer Drehzahl umläuft, die kleiner ist als eine gegebene Drehzahl (welche Drehzahl sich durch die Konstruktionseinzelheiten bestimmen läßt)j je nach der Bauweise lassen sich die folgenden beiden Möglichkeiten verwirklichen:

- Das von dem treibenden Aussenring auf den angetriebenen Innenring übertragene Antriebsmoment ist Null, wenn der Innenring mit einer unter einer vorgegebenen Drehzahl V 1 liegenden Drehzahl umläuft. Wenn in diesem Fall der Innenring antreibt, überträgt er das Antriebsmoment auf den angetriebenen Aussenring, wenn die Drehzahl des Innenrings über der gleichen vorgegebenen Drehzahl V 1 liegt.

- Das von dem treibenden Innenring auf den angetriebenen Aussenring übertragene Antriebsmoment ist Null, wenn der Aussenring mit einer unter einer vorgegebenen Drehzahl V 1 liegenden Drehzahl umläuft. Wenn in diesem Fall der Aussenring antreibt, überträgt er das Antriebsmoment auf den angetriebenen Innenring, wenn die Drehzahl des Auseenrings über der gleichen vorgegebenen Drehzahl V 1 liegt.

Das Fehlen eines Antriebs bei niedriger Drehzahl setzt nicht nur die Dauer des xabungsbehafteten Arbeitans herab und vereinfacht damit die Schmierungsprobleme, sondern hat auch eine besondere Bedeutung bei bestimmten

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Betriebsbedingungen.

Ausführungsformen des erfindungsgemässen Freilaufs» sind in der nachstehenden Beschreibung an Hand von Zeichnungen erläutert, die folgendes darstellen:

Fig. 1 eine Teilansicht eines Freilaufs mit treibendem Innenring für den Fall einer Innenringdrehzahl, die unter der Grenzdrehzahl V 1 für die Blockierung liegt;

Fig. 2 der gleiche Freilauf, jedoch für den Fall einer Innenringdrehzahl, die über der Grenzdrehzahl V für die Blockierung liegtj

Fig. 3 einen Schnitt längs der"Linie III-III des gleichen Freilaufs;

Fig. 4· eine Seitenansicht eines Klemmklotzes;

Fig. 5 eine Teilansicht¹ von einem Freilauf ohne Antrieb von dem treibenden Aussenring für den Fall einer Drehzahl des Aussenrings unter der Drehzahl Vl;

Fig. 6 den gleichen Freilauf für den Fall einer Drehzahl des Aussenrings über der Drehzahl Vl;

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII des gleichen Freilaufs;

Fig. 8 eine Seitenansicht eines Klemmklotzes;

Fig. 9 bis 13 eine Anwendungsmöglichkeit und eine Möglichkeit des Arbeitens dieses Freilaufs.

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Obereinstimmende Bezugszeichen kennzeichnen in allen Figuren die gleichen Bauelemente.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Freilauf gezeichnet, der aus einem Aussenring 1, einem Innenring 2, aus Klemmklötzen 3 und einem Halterungskäfig 4 für die Klemmklötze besteht. Blattfedern 5 sind an dem Käfig U befestigt; sie greifen in die Bohrungen 10 der Klemmklötze 3.

Der Käfig 4 ist mit dem Innenring 2 kraftschlüssig verbunden. Der Käfig weist in gleichmässigen Abständen Öffnungen auf, in die die Klemmklötze eingeführt sind. Damit die Klemmklötze sich hin und her bewegen können, ist ein ausreichend grosses Spiel J vorgesehen. Die Bauteilgruppe Käfig/Klötze wird auf dem Innenring 2 in Längsrichtung durch einen Anschlagring oder Sicherungsring 6 oder eine andere geeignete Einrichtung festgehalten.

Die Klemmklötze (Fig. Ό besitzen zwei gekrümmte Stützflächen 8 und 9, die sich an dem Innen- und Aussenring des Freilaufs abstützen. Diese Flächen können der Einfachheit der Herstellung halber zylindrisch ausgeführt sein. Die Mittelpunkte dieser beiden Zylinderflächen werden so verschoben, daß je nach der Stellung des Klemmklotzes 3 eine Klemmung zwischen dem Innenring und dem Aussenring des Freilaufs stattfinden kann. An einer Seite des Klemmklotzes befindet sich ein Ansatz 7, der eine Massenunsymmetrie herstellt, so daß unter der Wirkung der Zentrifugalkraft der KLemmklotz die Neigung hat, sich in der in der Figur angegebenen Richtung zu verdrehen. In der Mitte des Klemmklotzkorpus ist eine Bohrung 10 vorgesehen, in die das freie Ende einer Feder 5 eingreift.

Die Klemmklötze 3 werden mit dem Innenring 2 mit Hilfe 209822/054 1

der Federn 5 in Kontakt gehalten, die in beliebiger Weise an dem Ring M- befestigt sind, etwa durch eine Quetschverbindung, durch Schweissung, Anbringung an einem Punkt des Käfigs usw.. Die Federn 5 üben infolge ihrer unsymmetrischen Wirkung eine Kraft aus, die der auf die Ansätze 7 wirkenden Zentrifugalkraft entgegengesetzt ist und die den Ansatz 7 aif den Käfig zu führen sucht.

In dieser Stellung ist der die Spitzen der Klemmklötze umschliessende Durchmesser kleiner als der Innendurchmeeeer dee Aussenrings, und es besteht kein Kontakt zwischen dem Innenring und dem Aussenring; unabhängig von der Drehzahl des Aussenrings (Fig. 1) ist das Antriebsmoment Null.

Wenn die Drehzahl des Innenrings zunimmt, führen die der Zentrifugalwirkung unterworfenen Ansätze 7 der Klemmklötze 3 zu einer Anhebungsbewegung der Klemmklötze 3, deren elastischer Rückstellkraft die Zentrifugalkraft das Gleichgewicht hält, und der Durchmesser des die Spitzen der Klemmklötze umschliessenden Kreises wächst so lange (Fig. 2), bis die Klemmklötze den Aussenring berühren (Drehzahl Vl). Von dieser Drehzahl an besteht also die Möglichkeit einer Freilaufwirkung, d.h., daß wenn die Drehzahl des Aussenrings 1 über der Drehzahl des Innenrings 2 liegt, gleiten die Klemmklötze auf dem Innenring (Übertragung eines Antriebsmoments von dem Aussenring auf den Innenring). Wenn die Drehzahlen von Aussenring und Innenring 2 übereinstimmen, erfolgt keine Gleitbewegung mehr und daher keine Reibung (übertragenes Moment Null). Wenn der Innenring 2 sich schneller zu drehen sucht als der Aussenring 1, entsteht, wenn die Klemmklötze die Ringe berühren und sie die oben angegebene

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Form haben, eine Klemmwirkung zwischen dem Innenring 2 und dem Aussenring 1; da der Aussenring sich dann mit der gleichen Drehzahl dreht wie der Innenring, erfolgt eine Momentübertragung von dem Innenring auf den Aussenring«

In den Fig. 5 bis 8 ist ein Freilauf gleichen Typs und nach dem gleichen Prinzip wie der vorstehend genannte Freilauf arbeitend gezeigt, ausser daß dabei die Funktionen des Innenrings und des Aussenrings 1 vertauscht sind.

Diese Einrichtung arbeitet folgendermaßen:

Wenn der Aussenring 1 stillsteht oder sich mit einer unterhalb der Drehzahl V 1 liegenden Tourenzahl dreht, wobei der Innenring mit beliebiger Drehzahl umläuft, ergibt sich kein Kontekt zwischen dem Innenring 2 und dem Aussenring 1, an dem sich der Käfig mit Klemmklötzen befindet: Arbeitsweise mit Antriebsmoment Null. Wenn der Aussenring mit einer über der Drehzahl V 1 und unter der Drehzahl des Innenrings liegenden Drehzahl umläuft, berühren die Klemmklötze den Innenring 2: es erfolgt eine Übertragung eines Antriebsmoments von dem Innenring 2 auf den Aussenring 1. Wenn die beiden Ringe mit der gleichen, über der Drehzahl V 1 liegenden Drehzahl umlaufen, ist das übertragende Moment Null. Wenn der Aussenring 1 schneller umzulaufen sucht als der Innenring 2, erfolgt eine Klemmung zwischen den beiden Ringen und der Aussenring 1 und der Innenring 2 laufen mit der gleichen Drehzahl um: es erfolgt eine Momentübertragung von dem Aussenring 1 auf den Innenring 2.

Noch einmal zu dem Freilauf nach den Fig. 1 bis 4 zurückkehrend: wenn der Aussenring stillsteht und der Innenring Drehzahlen bis zur Drehzahl V 1 aufweist, erfolgt

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nichts, bis die ersten Klemmklötze, deren Zentrifugalkraft der elastischen Rückstellkraft das Gleichgewicht hält, in Kontakt mit dem Aussenring 1 gelangen und klemmen. Die an den Aussenring angeschlossene Vorrichtung wird angetrieben. Der Antriebsstoß wird dadurch abgeschwächt, daß die Klemmklötze mit Federn unterschiedlicher Stärke ausgestattet werden. Bei der Drehzahl V 1 treten drei gleichabständige Klemmklötze in Kontakt mit dem Aussenring und klemmen. Ist das aufzunehmende Moment zu hoch, gleiten die Klemmklötze und der Antrieb der mit dem Aussenring verbundenen Vorrichtung setzt ein. Wenn die Drehzahl des Innenrings weiter zunimmt, geraten drei andere Klemmklötze in Kontakt und so fort, bis die Zahl der Klemmklötze ausreicht, um das Moment in seinem gesamten Betrag ohne Gleiten übertragen zu können. Der Stoß beim Aufnehmen des Moments wird somit abgeschwächt.

Die gleichen Überlegungen gelten für den in den Fig. 5 bis 8 beschriebenen Freilauf.

Um die Eigenschaften dieses Freilaufs besser verstehen zu können, soll an Hand eines die Erfindung nicht beschränkenden Beispiels eine Anwendungsmöglichkeit für einen derartigen Freilauf beschrieben werden. Es handelt sich um eine Verbindung zwischen Motor und Wechselgetriebe mit Fliehkraftkupplung für ein Kraftfahrzeug.

Fig. 9 gibt schematisch eine derartige Anlage wieder. Auf einer Antriebswelle 11 sind eine Fliehkraftkupplung 13 und der Aussenring 1 des Freilaufs angebracht. Der andere Teil der Fliehkraftkupplung 13 befindet sich auf einer Scheibe If, die leer auf der Getriebewelle 12 drehtj auf der Scheibe 14 sind ausserdem der Innenring 2 des Freilaufs sowie die Scheibe 15 der mechanisch betätigten

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Kupplung angebracht. Die Getriebewelle 12 steht mit der Kupplungsscheibe 16 in Verbindung.

Wenn der Motor sich im Leerlauf dreht, ist die Fliehkraftkupplung ausgerückt. Der Ring 1 dreht sich, überträgt aber kein Drehmoment auf die Welle 12, denn da der Innenring 2 die Drehzahl Null hat, entsteht kein Antriebsdrehmoment. Bei einem bekannten Freilauf würde das Antriebsdrehmoment das gesamte bewegliche Aggregat 2, IM-, 15, 16, 12 in Drehung versetzen und die Drehzahlübertragung auf ein in Bewegung befindliches Organ fände unter schlechten Voraussetzungen statt. Diese Betriebsphase ist in Fig. 10 dargestellt, in der 1 die sich drehende Motorwelle und 2 die stillstehende Abtriebswelle darstellt. Da das Antriebsdrehmoment Null ist, bleibt der Innenring unabhängig von der Drehzahl der Welle 1 in Ruhe.

Ein Gang wird eingelegt, und beim Beschleunigen des Motors verbindet man mit Hilfe der Fliehkraftkupplung 13 den Motor mit dem Schaltgetriebe, bis kein Gleiten in der Fliehkraftkupplung 13 mehr auftritt. Der Aussenring 1 und der Innenring 2 haben somit die gleiche Drehzahl. Die Reibung der Klemmklötze, die jetzt den Aussenring berühren, ist Null.

Diese Betriebsweise ist in Fig. 11 dargestellt.

Wenn man den Motor als Bremse benutzt, sucht der Innenring 2 schneller zu laufen als der Aussenring 1. Die Klemmklötze üben Klemmwirkung aus, und das Motorgetriebe bleibt alt dem Motor verbunden· Der Freilauf überträgt das Dreh moment auch wenn die Fliehkraftkupplung ausgerückt ist.

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Diese Betriebsweise ist in Fig. 12 dargestellt.

Wenn das Fahrzeug bei stillstehendem Motor angehalten ist und man das Fahrzeug mit dem Getriebe anlassen will, so tritt eine Kopplung zwischen Getriebe und Kupplung nur oberhalb der Drehzahl V 1 ein. Bei der Drehzahl V 1 würde die Mitnahme sehr hart einsetzen, wenn nicht ein allmählicher Abgleich durch die Haltefedern an den Klemmklötzen vorgesehen wäre.

Diese Betriebsweise ist in Fig. 13 dargestellt, in der die mitgenommene Welle mit 1 und die in Drehung befindliche Antriebswelle mit 2 bezeichnet ist. Der Freilauf überträgt kein Drehmoment, solange die Drehzahl von 2 niedriger ist als Vl.

Die Abnützung des Freilaufs ist weitestgehend herabgesetzt, weil Reibung nur während der Obergangsperioden beim Gangwechsel auftritt.

Schmierungsprobleme haben daher eine weit geringere Bedeutung.

Im Stillstand können die beiden Teile des Freilaufs leicht herausgenommen werden, weil ein funktionsbedingtes Spiel zwischen den Klemmklötzen und dem zugeordneten Ring besteht: daher lassen sich die beiden Teile des Freilaufs als getrennte Baugruppen montieren und anschliessend zusammensetzen, ohne daß an den Freilaufelementen eingegriffen werden müßte.

Patentansprüche;

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Claims

Pate nt ansprOche:

Progressiv schaltender Freilauf mit einer Reihe von in einem Käfig gehalterten Klemmklötzen, die sich zwischen einem Innenring und einem Aussenring befinden,

dadurch gekennzeichnet, daß die KLemmklötze (3) in ihrer relativen gegenseitigen Lage und gegen den Käfig (¹O durch einzelne elastische Organe gehalten werden, die dem Einfluß der Zentrifugalkraft entgegenwirken, wobei der Käfig (4) mit einem der Ringe (1, 2) kraft schlüssig verbunden ist und die KLemmklötze (31 die Ringe durch eine unter der Wirkung der Zentrifugalkraft auftretende Schwenkbewegung erst von einer Drehzahl ab berühren, die zu Beginn für eine begrenzte Zahl von Klemmklötzen vorgegeben ist, bei denen die Rückstellkraft des einzelnen elastischen Organs am kleinsten ist und durch die Zentrifugalkraft ausgeglichen wird.

Ereilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmklötze (3) Winkelform haben, daß die KLeHmprofile (8, 9) sich an einem Schenkel des Winkels bzw. an der entgegengesetzten Seite in der Nähe der ausseren Winkelkante befinden, wobei der andere Schenkel ein Gegengewicht gegen die sppbewegung darstellt, und daß der mit den Klemmprofilen (8, 9) versehene Schenkel in seiner Mitte eine Bohrung ClO) aufweist,

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in der sich der Unterstützungspunkt des elastischen Organs befindet.

Freilauf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen elastischen Organe der Klenunklötze (3) als flache Blattfedern (5) ausgebildet sind, die mit ihrem einen Ende kraftschlüssig mit dem Käfig (40 verbunden sind und mit ihrem anderen Ende in die Aufnahmeöffnung (10) des Klemmklotzes (3) eingreifen.

Freilauf nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Käfig (¹O befestigten Federn (5) die Klemmklötze (3) auf dem angetriebenen Ring festhalten und jenseits einer vorgegebenen Drehzahl den Kontakt der Klemmklötze (3) mit dem mitgenommenen Ring herstellen.

Der Patentanwalt

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