DE2160903A1

DE2160903A1 - Freilaufkupplung

Info

Publication number: DE2160903A1
Application number: DE19712160903
Authority: DE
Inventors: Donald L Horseheads N Y Miller (V St A)
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1970-12-08
Filing date: 1971-12-08
Publication date: 1972-06-22
Also published as: GB1326988A; IT941878B; US3726373A; SU416966A3

Description

Freilaufkupplung

Die Erfindung betrifft Freilaufkupplungen.

Insbesondere betrifft die Erfindung Freilaufkupplungen, welche im > wesentlichen aus einem Eingangskörper und einem Ausgangskörper be-* stehen, und bei welchen einer der beiden Körper mit einer Zwischenbzw. Mittelkupplung verbunden ist. Diese Kupplung wiederum ist in Eingriff mit dem anderen der beiden Körper bewegbar bzw. kann sich von diesem lösen.

Es sind kraftschlüssige Kupplungen bekannt, welche nach Maßgabe der Relativ-Drehbewegung zwischen einem antreibenden und einem angetriebenen Körper selbsttätig einrücken und/oder ausrücken, und welche Freilaufeigenschaften besitzen. Kupplungen dieser bekannten Fora werden am häufigsten, wenn auch nicht ausschließlich, für Motorenanlasser verwendet. Selbsttätiges Einrücken bzw. Aus-

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rücken, bedeutet lediglich, daß ein axial bewegbarer Kupplungskörper ohne äußere Antriebsmittel in einen entsprechenden Körper einrückt bzw. sich von diesem löst. Es werden die innerhalb der Kupplung aus der Beschleunigung oder aus der Rotationsenergie abgeleiteten KrIfte verwendet, um die selbsttätigen Einrück- und Ausrückjkräfte hervorzurufen. Eine Eigenschaft dieser Kupplungen besteht darin, daß einer der Kupplungskörper über eine Schraubverbindung

jmit einem der antreibenden und angetriebenen Körper in Verbin-I
dung steht, und zwar gewöhnlich mit dem antreibenden Körper. Die

ι Schraubverbindung kann eine Reaktionskraft mit einer axialen Kraft-

komponente auslösen; diese kann so bestimmt werden, daß der be-'wegbare Kupplungskörper in der gewünschten Richtung verlagert wird.

j Eine Vorrichtung zur Erzeugung der erwähnten axialen Kraftkompo-

jnente besteht in der Verwendung eines Reibungs- bzw. Friktionsjverzögerers, welcher am bewegbaren Kupplungskörper einen Widerstand im Drehsinn anlegt. Dieser Widerstand reicht nicht aus, die Drehbewegung zu unterbinden, ist indessen genügend groß, um die axiale Reaktionskraft an der Schraubverbindung wirksam werden zu lassen. An der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung darstel- ι lenden Kupplung sollen Freilaufmittel vorgesehen sein, so daß der )

angetriebene Lastteil bezüglich d*s antreibenden Körpers zu ge- j

wissen Zeiten freilaufen kann. Bei passiven bzw. mittelbaren Be- ;

lastungen geschieht dies gewöhnlich kurz nach Beendigung bzw. <

nach Abschalten des Antriebesj während es bei aktiven Lasten ' mit Eigenantrieb, so bei Fahrzeugnotoren, bei dessen Anspringen bzw. Anlaufen geschieht.

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ORlGW INSPECTED

j Ein wesentlicher Nachteil der Verwendung von Friktionsverzögeren* ; bekannter Art besteht darin, daß die Friktionsverbindung während der Oberlauf- bzw. Freilauflage nicht aufhört. Die Friktionsver- ι bindung führt zum Entstehen großer Hitze und zu Abnutzung, was die Lebenserwartung der Freilaufkupplung wesentlich herabsetzt.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Freilaufkupplung der eingangs erwähnten Art mit gegenüber den Friktionsverzögerern verbesserten Mitteln zu versehen, um die zur axialen Bewegung erwünschten Kraftkomponenten zu erzeugen. '

Es gilt ferner als bekannt, Magnete zu verwenden, welche wahlweise die zur axialen Versetzung dienenden Kraftkomponenten auslösen. Bekannte Magnetvorrichtungen unterliegen jedoch dem Nachteil, daß sie beim Freilauf bzw. Oberlauf sehr stark erhitzen, da bei den als bekannt anzusehenden Magnetvorrichtungen sich drehende Magnetfelder innerhalb einen der beiden relativ zueinander drehbaren Kupplungskörper verwendet werden, um die erwünschte Axklkraftkomponente auszulösen. Diese Magnetfelder besitzen bei hoher Frei- ä laufgeschwindigkeit die Neigung, in den Friktionsverzögerern vergleichbarer Weise in starkem Ausmaß Hitze zu erzeugen.

!Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung ferner darin, eine Kupplung der eingangs erwähnten Art mit Magnetmitteln zu\ersehen, jwelche die erwünschten axialen Kraftkomponenten auslösen, welche jedoch ohne mit sich drehenden Magnetfeldern wirksam sind, um die erwünschten Yerschiebekräfte zu erzeugen.

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Die den Gegenstand der Erfindung darstellenden Kupplungen weisen einen Antriebskörper und einen Abtriebskörper auf; der Antriebsund der Abtriebskörper sind drehbar. Ein axial verlagerbarer Mittelkörper ist an einem der drehbaren Körper angeschlossen und axial zu diesem bewegbar. Der andere der beiden drehbaren Körper und der Mittelkörper sind je mit Drehmomente übertragenden Elementen ausgestattet, vorzugsweise mit Klauenzähnen, um bei Eingriff der Zähne eine kraftschlüssige Verbindung zu erhalten. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß Magnetvorrichtungen am Mittelkörper und an dem in Eingriff mit ihm bewegbaren, drehbaren Ψ Körper angeordnet sind, um eine axial gerichtete Kraftkomponente am Mittelkörper zu erzeugen. Diese Kraftkomponente besitzt die Neigung, den Mittelkörper axial gerichtet zu verlagern, was von der Richtung und von der Relativ-Rotationsgeschwindigkeit des Mittelkörpers und seines in Eingriff mit ihm bewegbaren Drehkörpers abhängt. Nach einer Ausführungsform sind die Permanentmagnete in radialem Abstand zueinander, während sie gemäß einer zweiten Ausführungsform axial im Abstand zueinander angeordnet sind. Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird durch die Wahl des

eine
fc axialen Abstandes/weitere Kraftkomponente erzeugt, welche den Eingriff des Mittelkörpers und seines mit ihm in Eingriff gelangenden Drehkörpers unterstützt, wenn nahezu synchrone Drehung vorliegt.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

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Fig. 1 stellt in Seiten-Teilschnittansicht eine Ausführungsform gemäß der Erfindung dar. Die Permanentmagnete sind axial im Abstand zueinander angeordnet;

Fig. 2 stellt in Teil-Schnittansicht eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung dar, bei welcher die Perma- '' nentmagnete unter radialem Abstand zueinander angeordnet sind. Die Kupplung ist gemäß Fig. 2 in ausgerückter Position;

Fig. 3 stellt die Kupplung gemäß Fig. 2 in eingerückter Position dar; und

Fig. 4 ist eine Schnittansicht unter Darstellung der Permanenttmagnete der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform.

Die in Ejg. 1 dargestellte Kupplung ist in ausgerücktem Zustand wiedergegeben. Die Kupplung 10 weist ein erstes, drehbares Element bzw. einen Drehkörper 12, einen zweiten Drehkörper 14 und eine Mittelkupplung 16 auf. Die Mittelkupplung 16 ist mit Hilfe einer Keilverbindung 18 am Außenumfang des ersten Drehkörpers angebracht.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform befindet sich die Mittelkupplung 16 in Anlage an eine* Anschlagring 20 des Drehkörpers 12. Der Anschlagring 20 begrenzt die Axialbewegung der Mittelkupplung 16 in vom zweiten Drehkörper 14 abgewandter

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Richtung. Der Drehkörper 14 und die Mittelkupplung 16 sind je mit komplementären Klauenzähnen 22 und 24 versehen, welche sich

bei dieser Ausführungsform axial aufeinander zugewandt erstrecken, Ein erster Permanentmagnet 26 ist innerhalb der Mittelkupplung 16 fixiert gehalten. Ein Haltering 28 befindet sich innerhalb des axial sich erstreckenden Teils 30 der Mittelkupplung 16, während elastische Spannmittel in Form einer Schraubenfeder 32 zwischen dem Haltering 28 und dem Anschlagring 20 zusammengedrückt sind. Auf diese Weise erteilt die Feder der Mittelkupplung 16 eine in Fig. 1 nach links gerichtete, axiale Spannung.

Der zweite Drehkörper 14 weist einen zweiten Permanentmagnet 34 auf. Dieser ist radial in gleicher Lage wie der erste Permanentmagnet 26 vorgesehen, befindet sich jedoch axial im Abstand zu diesem. Der erste und der zweite Permanentmagnet werden durch geeignete Mittel, so durch Klebemittel oder durch Kitt gehalten und weisen eine gleiche Anzahl von Magnetpolen auf, welche unter gleichem Abstand entlang der Permanentmagnete 26 und 34 vorgesehen sind. Man erreicht dies, indem mehrere einzelne Magnetkörper innerhalb der Mittelkupplung 16 und des zweiten Drehkörpers 14 angeordnet werden. Man kann auch so vorgehen, daß die ersten . und zweiten Magnetkörper aus einem geeignet zubereiteten, magnetisch-keramischem Material gebildet sind, welches mehrere Magnetpole aufweist. Dieses Material ist in jeder zweckmäßigen Form

j verwendbar, so als Ringkörper. Eine Ausführungsform eines ge- j eigneten, magnetisch-keramischen Material* ist unter der Be- j zeichnung "Indiana General Corporation Indox 5 Ceramic Multi Pole Permanent Magnets" bekannt.

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Der erste Drehkörper 12 ist durch geeignete Mittel mit der Welle 36 verbunden; im vorliegenden Fall wird ein herkömmlicher Bolzen 38 verwendet, welcher sich durch den ersten Drehkörper 12 und durch die Welle 36 erstreckt. Der zweite Drehkörper 14 ist in vergleichbarer Weise durch geeignete Mittel mit der Welle 14 verbunden, so durch die dargestellte Bolzenverbindung 42.

In Fig. 2 und 3 ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, welches radial im Abstand zueinander befindliche erste und zweite Magnete aufweist. Die Kupplung 110 dieser Ausführungsform besteht aus einem ersten Drehkörper 112, aus einem zweiten Drehkörper 114 und aus einer mittleren Kupplung 116. Die mittlere Kupplung 116 ist mit Hilfe von an ihrer Außenseite befindlichen Schrägkeilen 118 mit dem ersten Drehkörper 112 verbunden. Die Schrägkeile 118 wirken mit entsprechenden Keilen des ersten Drehkörpers 112 zusammen. Die mittlere Kupplung 116 ist fernerhim mit Klauenzähnen 124 ausgestattet, welche mit entsprechenden, komplementären Klauenzähnen 122 des zweiten Drehkörpers 114 zusammenwirken. Gemäß Darstellung erstrecken sich die Klauenzähne 122 und 124 axial aufeinander zu gewandt und sind ( mit komplementären Auflaufflächen 120 versehen. An der mittleren Kupplung 116 befindet sich ein erster Magnet 126.

Bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform besteht die mittlere Kupplung 116 aus einem im wesentlichen ringförmigen Element, an dessen Außenumfang Keile 118 vorgesehen sind, während am radialen Innenumfang ein erster Permanentmagnet 126 durch geeignete Mittel, so durch Kittbindung angebracht ist.

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BAD ORIGINAL

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Die Klauenzähne 124 befinden sich an einem Endteil der mittleren

; Kupplung 116. Der erste Drehkörper 112 weist einen ringförmigen, axial sich erstreckenden Teil mit schräg verlaufenden Keilen 119 auf, welche sich am radialen Innenumfang erstrecken und zur Verbindung mit dem mittleren Kupplungskörper dienen.

Der zweite, das Drehmoment übertragende Drehkörper 114 ist mit ; einem Wellenstummel 128 versehen, welcher sich axial über die Klauenzähne 122 erstreckt. Der zweite Permanentmagnet 134 ist am Wellenstummel 128 fixiert.

Fig. 4 stellt eine Schnittansicht von Linie 4-4 in Fig. 2 dar. In dieser Ansicht sind die Lage des ersten Drehkörpers 112 bezüglich der mittleren Kupplung 116 und des ersten Permanentmagneten 126 bezüglich des zweiten Permanentmagneten 134 wiedergegeben. Der erste Permanentmagnet 126 ist mit mehreren Magnetpolen versehen, welche in gleichem Abstand zueinander ausgerich-

tet sind. Der Permanentmagnet ist als massiver Ring dargestellt. Es kann beispielsweise ein Ring aus Keramikmaterial verwendet fc werden, in welchen Magnetpartikel eingebettet sind, um die er- ; wünschte Polstellung zu erreichen. Der zweite Permanentmagnet 134 ist gleichfalls als Ring ausgebildet, welcher die gleiche Anzahl von Magnetpolen wie der erste Permanentmagnet 126 aufweist.

Auch die Pole des zweiten Permanentmagneten 134 sind in gleichem

Abstand zueinander an diesem angebracht. Wahlweise können die ersten und zweiten Permanentmagneten aus einer Anzahl einzelner Permanentmagnetkörper bestehen. Für die beste Arbeitsweise der

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Kupplung gemäß der Erfindung ist es gemäß Darstellung erforderlich, daß sich die Magnetpole an den ersten und zweiten Magneten abwechseln, was eine gerade Anzahl von Magnetpolen erforderlich macht.

'. Die Arbeitsweise der Kupplung gemäß der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fign. 2, 3 und 4 erläutert. Die nachfolgende Beschreibung ist in gleicher Weise auf die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform anwendbar, wenn man der axialen Verlagerung anstelle der radialen Verlagerung Rechnung trägt. Wenn zwischen den ersten und zweiten Drehkörpern eine leichte Relativbewegung stattfindet dann bewegen sich die Magnetpole ^! eines Permanentmagneten langsam entlang der Magnetpole des anderen Permanentmagneten. Es sei angenommen, daß sich der Drehkörper 112 in der Pfeilrichtung A bewege, während sich der Drehkörper 114 in der Pfeilrichtung B bewege, jedoch langsamer ist als der Drehkörper 112. Wenn man den Drehkörper 114 als Bezugsteil ' verwendet, dann bewegt sich der Drehkörper 112 mit der Differentialgeschwindigkeit (A-B) entlang des Drehkörpers 114 in Rich-

tung des Pfeils A. Die Magnetpole (N & S) des Permanentmagneten i

t - i

J 126 nähern bzw. entfernen sich abwechselnd bezüglich der gleich-

j namigen und ungleichnamigen Magnetpole am Permanentmagneten 134. Wenn sich die Magnetpole des Permanentmagneten 126 von den ungleichnamigen Magnetpolen des Permanentmagneten 134 entfernen !

und sich in Richtung der gleichnamigen Magnetpole bewegen, dann j hat die Anziehungskraft zwischen ungleichnamigen Magnetpolen und i

! ' die abstoßende Kraft zwischen gleichnamigen Magnetpolen zur

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BAD ORIGINAL

-ΙΟΙ Folge, daß an der mittleren Kupplung 116 eine im Drehsinn wirkende Verzögerungskraft ausgeübt wird. Als Folge davon wird die Schraubverbindung. 118, 119 in Richtung des zweiten Drehkörpers 114 vorwärts bewegt. Falls die Verweilzeit als Funktion der Anzahl der Magnetpole und der Rotations-Differentialgeschwindigkeit

(A-B) ausreichend groß ist, dann bewegt sich die mittlere Kuppj
lung 116 genügend, so daß die Klauenzähne 124 in die Klauenzähne

j 122 eingreifen. Jede weitere Belastung des zweiten Drehkörpers 114 vollendet diesen Eingriff. Falls die Geschwindigkeit (A-B) indessen groß ist, verbleibt die mittlere Kupplung 116 im Abstand vom Drehkörper 114. Dieser Zustand ist natürlich nicht erwünscht.

Wenn man denselben Drehsinn annimmt und wenn man davon ausgeht, daß der zweite Drehkörper 114 einer Winkelbeschleunigung unterliegt, ist die Differentialgeschwindigkeit (wobei der Drehkörper 114 wiederum als Bezugsteil verwendet wird) B-A. Bei dieser Beziehung trennen sich die Auflaufflächen der Zähne, wobei die mittlere Kupplung 116 in vom Drehkörper 114 abgewandter Richtung gedrückt wird. Wenn sich der zweite Drehkörper 114 weiterhin beschleunigt, dann hat die bestehende Verweilzeit zur Folge, daß während der Beschleunigung eine Axialkraft besteht, welche in vom zweiten Drehkörper 114 angewandter Richtung wirkt. Die mittlere Kupplung 116 besitzt also die Neigung, sich vom zweiten Drehkörper 114 zu entfernen. Zusätzliche, einer Abweichung entgegenwirkende Federn (unter Bezugsnummer 32 in Fig. 1 dargestellt) können eine geringfügige, dem Eingriff entgegenwirkende Spannung auslösen. Bei konstanten Überlaufgeschwindigkeiten besitzt die mittlere

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Kupplung 118 die Neigung, infolge der Wirkung der sich drehenden Magnetpole bezüglich des ersten Drehkörpers 112 zu flattern.Diese: Bewegung ist indessen im wesentlichen ausgeglichen.

Durch die Kupplung gemäß der Erfindung konnten demnach die eingangs gestellten Aufgaben gelöst werden. Es wurde ein Verzögerungsmechanismus geschaffen, welcher den Eingriff einer mittleren Kupplung in einer Kupplung mit Freilauf erleichtert. Die Freilaufkupplung gemäß der Erfindung ist in der Lage, die mechanische Verbindung des Antriebs- und des Abtriebskörpers ohne Übertragung von Drehmoment zu beenden, weshalb die Kupplungsteile keinerlei Erwärmung unterliegen. Durch Verwendung von Permanentmagneten mit abwechselnden Polstücken sowohl am mittleren Kupplungskörper als auch am zweiten Drehkörper ist der diesen Magneten zugeordnete Magnetfluß mit geschlossenen Magnetschleifen versehen, und zwar im wesentlichen unabhängig von den nicht magnetischen Teilen der Freilaufkupplung. Es kann also auf die sich drehenden Magnetfelder verzichtet werden, welche bislang zur äußerst starken Erhitzung bekannter Kupplung bei Verwendung eines einzelnen Magneten geführt haben. Die Verwendung abwechselnd einander gegenüberliegender Pole bzw. Polkörper bedeutet, daß die Magnetpole einer Richtung der ersten Magnetvorrichtung nahe an den entgegengesetzt gerichteten Magnetpolen der zweiten Magnetvorrichtung zu liegen kommen, wodurch die Anziehungskraft zwischen diesen Magnetpolen auf ein einem Maximum besteht. \

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Claims

I IDU3U0

Patentanwalt·

Dr. Ing. H. Negendank

Dipl. !ng. H. Ho'xk Dipl. Phys. V/. Schmitz 8 Mltneheri 15, Mozertrfr.23 The Bendix Corporation Tel. 5360586

Executive Offices

Bendix Center 7. Dezember 1971

Southfield,Mich.4807 5,USA Anwaltsakte M-1834

Patentansprüche

ίΐλ

λ Freilaufkupplung mit einem drehbaren Antriebskörper und einem axial mit diesem fluchtenden, drehbaren Abtriebskörper, mit einem Mittelkörper, welcher über eine Verbindung mit einem der beiden drehbaren Körper verbunden ist, wobei die Verbindung eine gegenseitige Axialbewegung zwischen Mittelkörper und einem der drehbaren Körper zuläßt und der Mittelkörper in den anderen, drehbaren Körper eingreifen kann, um ein Drehmoment zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Magnetvorrichtungen (26,34) sowohl am Mittelkörper (16) als auch am ^! anderen, drehbaren Körper (14) angebracht sind, wobei die einander gegenüberliegenden Pole der Magnetvorrichtungen abwechselnd in Kreisform angeordnet sind, wodurch die erste Magnetvorrichtung (12) und der daran angebrachte Mittelkörper (16)

nach Maßgabe der Relativ-Drehgeschwindigkeit und der Richtung der drehbaren Körper (12,14) in Richtung eines Mitlaufs in der Drehgeschwindigkeit des anderen, drehbaren Körpers (14) oder dieser Richtung entgegengesetzt verlagerbar sind.

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2. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß _;

i die eine gegenseitige Axialbewegung zwischen dem Mittelkörper ,

(16) und einem (12) der drehbaren Körper ermöglichende Verbindung (18) elastische Mittel (32) aufweist, welche den Mittel- [ körper (16) in vom anderen Drehkörper (14) abgewandter Rieh- ; tung verspannen.
3. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Schraub-Keilkörper (118) für die Relativ-Axialbewegung zwischen dem Mittelkörper (116) und einem (112) der Drehkörper.
4. Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Magnetvorrichtungen (26,34) axial im Abstand zueinander angeordnet sind.
5. Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- '■ kennzeichnet, daß die ersten und zweiten Magnetvorrichtungen

(126,134) im wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung im Ab- ; stand zueinander angeordnet sind.

ι i

ι
6. Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge-

kennzeichnet, daß der Mittelkörper (16) und der andere Drehkörper (14) mit zur Übertragung des Drehmoments dienenden : Klauenzähnen (22,-24) versehen sind. |
7. Freilaufkupplunghach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Drehkörper (114) einen Wellenstummel (128) aufweist, welcher sich über die Klauenzähne (122,124) er-

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streckt, daß die zweitef&gnetvorrichtung (134) am Wellenstummel befestigt ist, und daß der Mittelkörper (126) in radialem Abstand dazu den Wellenstummel überlappt.
8. Freilaufkupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Magnetvorrichtungen (26,34) mehrere Permanentmagnet-PoIstücke aufweisen.

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