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Title:
CLAMPING BODY FREE-WHEEL DEVICE FOR COUPLING IN BOTH DIRECTIONS OF ROTATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/111483
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a clamping body free-wheel device for coupling in both directions of rotation, comprising an inner (1) and at least one outer clamping race (2) that are linked with driving and driven engine elements of an internal combustion engine, e.g. a pulley or a gear wheel and a starter generator. Between said clamping races (1) and (2) clamping bodies (3, 4, 5) are disposed which have inner (6) and outer clamping contours (7). At least one of the clamping contours comprises two spaced apart supports (8, 9) that effect, when the clamping bodies (3, 4, 5) are tilted in both directions of rotation, a clamping of the clamping bodies between the clamping races (1, 2) by means of pressure lines (16, 18) extending along the clamping bodies, thereby coupling the components. The device further comprises at least one cage (13), disposed between the clamping races (1, 2), which is provided with adequate recesses for the clamping bodies (3, 4, 5). The clamping bodies (3, 4, 5) are biased in one direction of tilting by means of a spring (12) and have one inertia element (17, 17a) each whose center of gravity is located off-center outside the pressure lines (16, 18) in such a manner that the centrifugal force acting upon the center of gravity of the inertia element (17, 17a) tilts the clamping bodies (3, 4, 5) against the spring resistance.

Inventors:
MICHAEL UWE (DE)
BOGNER MICHAEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/005174
Publication Date:
December 23, 2004
Filing Date:
May 14, 2004
Export Citation:
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Assignee:
INA SCHAEFFLER KG (DE)
MICHAEL UWE (DE)
BOGNER MICHAEL (DE)
International Classes:
F16D41/069; F16D41/07; F16D41/08; F16D43/18; (IPC1-7): F16D41/08; F16D41/06; F16D41/07; F16D43/18
Foreign References:
US4089395A1978-05-16
US5064037A1991-11-12
US5524742A1996-06-11
Attorney, Agent or Firm:
INA-SCHAEFFLER KG (Herzogenaurach, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Klemmkörperfreilaufeinrichtung zum Kuppeln in beide Drehrichtungen mit zumindest einer Innen (1) und zumindest einer Außenklemmbahn (2), die mit treibenden und angetriebenen Maschinenelementen einer Brennkraftmaschine, z. B. einer Riemenscheibe oder einem Zahnrad ei nerseits und einem Startergenerator andererseits, verbunden sind, mit zwischen den Klemmbahnen (1 und 2) angeordneten Klemmkörpern (3, 4,5), die innere (6) und äußere Klemmkonturen (7) aufweisen, wobei zu mindest eine der Klemmkonturen zwei beabstandete Stützen (8,9) auf weist, die beim Kippen der Klemmkörper (3,4, 5) in beide Drehrich tungen ein Klemmen der Klemmkörper zwischen den Klemmbahnen (1, 2) mittels entlang der Klemmkörper verlaufenden Stützlinien (16,18) und damit ein Kuppeln der Bauteile miteinander bewirken, und mit zumindest einem zwischen den Klemmbahnen (1,2) angeordneten Käfig (13), der entsprechende Ausnehmungen für die Klemmkörper (3,4, 5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkörper (3,4, 5) in eine Kipp richtung mittels zumindest einer Feder (12) belastet sind und dass die Klemmkörper (3,4, 5) je eine Masse (17,17a) aufweisen, deren Schwer punkt außerhalb der Stützlinien (16,18) derart außermittig angeordnet ist, dass die im Schwerpunkt der Masse (17,17a) angreifende Fliehkraft ein Kippen der Klemmkörper (3,4, 5) gegen die Federkraft bewirkt.
2. Klemmkörperfreilaufeinrichtung zum Kuppeln in beide Drehrichtungen mit zumindest einer Innen (1) und zumindest einer Außenkl'emmbahn (2), die mit treibenden und angetriebenen Maschinenelementen einer Brennkraftmaschine, z. B. einer Riemenscheibe oder einem Zahnrad ei nerseits und einem Startergenerator andererseits, verbunden sind, mit zwischen den Klemmbahnen (1,2) angeordneten Klemmkörpern, die in nere und äußere Klemmkonturen aufweisen, die beim Kippen der Klemmkörper in eine Drehrichtung ein Klemmen der Klemmkörper zwi schen den Klemmbahnen (1,2) mittels einer entlang der Klemmkörper verlaufenden Stützlinie und damit ein Kuppeln der Bauteile miteinander bewirken, und mit zumindest einem zwischen den Klemmbahnen (1,2) angeordneten Käfig, der entsprechende Ausnehmungen für die Klemm körper aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass einige erste Klemm körper in ihrer Klemm/Kipprichtung mittels zumindest einer Feder be lastet sind und dass einige zweite Klemmkörper je eine Masse aufwei sen, deren Schwerpunkt außerhalb der Stützlinie derart außermittig an geordnet ist, dass die im Schwerpunkt der Masse angreifende Fliehkraft ein Kippen der Klemmkörper gegen die Federkraft bewirkt.
3. Klemmkörperfreilauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass die Masse (17a) als getrenntes Bauteil ausgeführt ist und mit dem jeweiligen Klemmkörper (5), vorzugsweise mittels eines Federele mentes (19), verbunden ist.
4. Klemmkörperfreilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass eine Zusatzmasse vorgesehen ist, die mit je einem Klemmkörper verbunden ist.
5. Klemmkörperfreilauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der Käfig (13) Anschläge für die Massen (17,17a) oder Zusatzmassen aufweist, die die Bewegung der Massen oder Zusatzmassen in radialer Richtung begrenzen.
6. Klemmkörperfreilauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass im Bereich der Klemmkonturen (6,7) zwi schen den Klemmkörpern (3,4, 5) und dem Käfig (13) je eine Feder (12, 14) angeordnet ist, die die Klemmkörper in dieselbe Kipprichtung be lasten.
7. Klemmkörperfreilauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass im Bereich der Klemmkörper zwischen den Klemmkörpern (4) und dem Käfig (13) einerseits eine Feder (12) und andererseits eine Abstützung (15) angeordnet sind, die in dieselbe Kipprichtung der Klemmkörper (4) gerichtet sind.
8. Klemmkörperfreilauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Klemmkörper in einer Reihe und die zweiten Klemmkörper in einer daneben vorgesehenen Reihe angeordnet ist.
9. Klemmkörperfreilauf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Klemmkörper und die zweiten Klemmkörper als getrennte Klemmkörperfreiläufe ausgeführt sind.
10. Klemmkörperfreilauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Klemmkörper und die zweiten Klemmkörper einander ab wechselnd in einem Klemmkörperfreilauf verbaut sind.
Description:
Bezeichnung der Erfindung Klemmkörperfreilaufeinrichtung zum Kuppeln in beide Drehrichtungen Beschreibung Gebiet der Erfindung Klemmkörperfreilaufeinrichtung zum Kuppeln in beide Drehrichtungen mit zu- mindest einer Innen-und zumindest einer Außenklemmbahn, die mit treiben- den und angetriebenen Maschinenelementen einer Brennkraftmaschine, zum Beispiel einer Riemenscheibe oder einem Zahnrad einerseits und einem Star- tergenerator andererseits, verbunden sind, mit zwischen den Klemmbahnen angeordneten Klemmkörpern, die innere und äußere Klemmkonturen aufwei- sen, wobei gegebenenfalls zumindest eine der Klemmkonturen zwei beabstan- dete Stützen aufweisen, die beim Kippen der Klemmkörper in eine, gegebenen- falls beide Drehrichtungen ein Klemmen der Klemmkörper zwischen den Klemmbahnen mittels entlang der Klemmkörper verlaufenden Stützlinien und damit ein Kuppeln der Bauteile miteinander bewirken, und mit zumindest einem zwischen den Klemmbahnen angeordneten Käfig der entsprechende Ausspa- rungen für die Klemmkörper aufweist.

Hintergrund der Erfindung Ein gattungsbildender Klemmkörperfreilauf zum Kuppeln in beide Dreh- richtungen mit Klemmkörpern, die eine innere und eine äußere Klemmkontur aufweisen, wobei zumindest eine der Klemmkonturen zwei beabstandete Stüt- zen aufweist, ist aus der US-4,089, 395 C bekannt. Dieser Klemmkörperfreilauf weist zwei radial beabstandete Käfige auf, wobei der äußere Käfig Reibflächen aufweist, die an der Außenklemmbahn anliegen und der innere Käfig reib- schlüssig mit dem Gehäuse des Klemmkörperfreilaufes in Wirkverbindung steht. Die Käfige bewirken je nach relativer Drehrichtung der Innen-und Au- ßenklemmbahn und des Gehäuses ein Kippen der Klemmkörper und damit ein Freigeben beziehungsweise Kuppeln der Innen-mit der Außenklemmbahn in der einen und der anderen Richtung.

Diese Ausgestaltung des Klemmkörperfreilaufes ist wegen der beiden Käfige, der Reibflächen zu der Außenklemmbahn und der reibschlüssigen Verbindung mit dem Gehäuse des Freilaufes aufwendig, verschleißbehaftet und wartungs- intensiv.

Aufgabe der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Klemmkörperfreilauf zum Kuppeln in beide Drehrichtungen zu schaffen, der einfach im Aufbau und in der Herstel- lung sowie betriebssicher und kostengünstig ist.

Zusammenfassung der Erfindung Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa- tentanspruchs 1 und die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 2 gelöst.

Gemäß Patentanspruch 1 geht die Erfindung von Klemmkörpern entsprechend, der US-4, 089, 395 aus, wobei zumindest eine der Klemmkonturen zwei beabstandete Stützen aufweist, die beim Kippen der Klemmkörper in beide Drehrichtungen ein Klemmen der Klemmkörper zwischen den Klemmbahnen bewirken.

Erfindungsgemäß erfolgt das Klemmen in der einen Richtung mittels Feder- kraft, während das Klemmen in der entgegengesetzten Drehrichtung mittels einer an den Klemmkörpern angebrachten Masse erfolgt, deren Schwerpunkt außerhalb der Stützlinien derart außermittig liegt, dass die im Schwerpunkt angreifende Fliehkraft ein Kippen der Klemmkörper gegen die Federkraft be- wirkt.

Gemäß Patentanspruch 2 geht die Erfindung aus, von Klemmkörpern, die inne- re und äußere Klemmkonturen aufweisen und beim Kippen in eine Drehrich- tung ein Klemmen der Klemmkörper zwischen den Klemmbahnen bewirken.

Erfindungsgemäß sind dabei erste Klemmkörper in ihrer Klemmkipprichtung federbelastet und zweite Klemmkörper mit je einer Masse versehen, deren Schwerpunkt derart außermittig angeordnet ist, dass die Fliehkraft ein Kippen der Klemmkörper in ihre Klemmkipprichtung, die der der ersten Klemmkörper entgegengerichtet ist, bewirken. Die ersten und zweiten Klemmkörper können dabei nebeneinander innerhalb eines Klemmkörperfreilaufes angeordnet sein oder nebeneinander in getrennten Klemmkörperfreiläufen mit eigenen Gehäu- sen oder sie können auch innerhalb eines Klemmkörperfreilaufes in einer Rei- he verteilt hintereinander angeordnet sein.

Durch diese besonderen Ausgestaltungen der Klemmkörper wird erreicht, dass beispielsweise bei Verwendung des/der Klemmkörperfreilaufe (s) in Verbindung mit einem Startergenerator dieser beide Funktionen, nämlich das Starten der Brennkraftmaschine einerseits und beim Betrieb der Brennkraftmaschine das Erzeugen von elektrischer Energie andererseits, ausführen kann. Beim Starter- betrieb wird eine Kupplung, zwischen der Innenklemmbahn und der Außen- klemmbahn mittels Kippen der Klemmkörper oder der ersten Klemmkörper mit Hilfe der Federn sichergestellt. Nach Erreichen einer vorgebbaren Grenzdreh- zahl, d. h. nach Anspringen der Brennkraftmaschine wird die Wirkung der Fe- dern durch die Fliehkraft im Schwerpunkt der Massen aufgehoben und über- troffen, so dass die Klemmkörper entgegen der durch die Federn erzeugten Kipprichtung in die Gegenkipprichtung verschwenkt werden. Dadurch erfolgt ein Kuppeln der Außenklemmbahn, die beispielsweise mit einer Riemenschei- be verbunden ist, mit der Innenklemmbahn, die mit der Welle des Startergene- rators verbunden ist, in entgegengesetzter Kraft-/Drehrichtung.

Bei der Ausgestaltung nach Patentanspruch 2 Kuppeln nach Hochlaufen der Brennkraftmaschine die zweiten Klemmkörper aufgrund ihrer exzentrischen Masse ein und die ersten Klemmkörper Kuppeln durch Verdrehen der Außen- klemmbahn zur Innenklemmbahn in die andere Drehrichtung aus.

Es ist zwar bekannt, DE-26 32 072 A, die Klemmkörper auf einer Achse in ei- nem Käfig schwenkbar zu lagern und mittels Federkraft zu klemmen. Dadurch dass der Schwerpunkt der Masse der Klemmkörper außerhalb der Achse liegt, unterliegen die Klemmkörper auch der Fliehkraft, so dass sie ab einer be- stimmten Drehzahl gegen die Federkraft verschwenken und von beiden Klemmbahnen abheben, also die Klemmwirkung der Klemmkörper aufheben.

Es handelt sich also nicht um einen Klemmkörperfreilauf zum Kuppeln in beide Drehrichtungen. Die Klemmkörper sind nicht frei schwenkbar, sondern auf ei- ner Achse gelagert und die Krafteinwirkung der Fliehkraft führt nicht zu einem Kippen der Klemmkörper in eine zweite Klemmrichtung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Masse als getrenntes Bauteil ausgebildet ist und mit dem jeweiligen Klemmkörper, vorzugsweise mittels eines Federelements, verbunden ist. Dadurch kann der Hebelarm der Masse gegenüber der Stützlinie verlängert und die Masse ver- kleinert werden, ohne die Wirkung der Masse zu verändern.

Darüber hinaus ist es auch möglich, eine Zusatzmasse vorzusehen, die mit dem Klemmkörper verbunden ist.

Der Käfig kann dabei Anschläge für die Masse oder Zusatzmasse aufweisen, die die Bewegung der Massen oder Zusatzmassen in radialer Richtung be- grenzen. Dadurch können die Kräfte auf die Klemmkörperkonturen und die Innen-und Außenklemmbahn verringert bzw. begrenzt werden.

Die Anschläge bieten sich insbesondere dann an, wenn die Massen bzw. Zu- satzmassen über Federelemente mit den Klemmkörpern verbunden sind, da dann die Genauigkeit der Anschläge nicht so bedeutsam ist und über die Fe- derelemente eine Krafteinwirkung auf die Klemmkörper erhalten bleibt.

Die Federn sind bevorzugt als Druckfedern ausgebildet und bevorzugt im Be- reich der Klemmkonturen der Klemmkörper angeordnet. Sie können aber auch als Zugfedern ausgebildet und an anderen Stellen angreifen, vorausgesetzt, sie bewirken ein Kippen der Klemmkörper in die entsprechende Klemmrich- tung. Statt einer Feder je Klemmkörper kann auch eine Abstützung zwischen den Klemmkörpern und dem Käfig vorgesehen sein, so dass eine Feder je Frei- laufeinheit ausreicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind.

Es zeigen : Figur 1 einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht eines Klemmkör- perfreilaufes in der einen Klemmstellung, Figur 2 einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht eines Klemm- körperfreilaufes gemäß Figur 1 in der entgegengesetzten Klemmstellung, Figur 3 einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht eines modifizier- ten Klemmkörperfreilaufes in der einen Klemmrichtung, Figur 4 einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht eines Klemmkör- perfreilaufes gemäß Figur 3 in der entgegengesetzten Klemmrichtung und Figur 5 einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht eines Klemmkör- perfreilaufes mit modifizierter Massenanbindung.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen In den Figuren 1 bis 5 ist, soweit im einzelnen dargestellt, mit 1 eine Innen- klemmbahn und mit 2 eine Außenklemmbahn bezeichnet, zwischen denen Klemmkörper angeordnet sind. In den Figuren 1 und 2 sind die Klemmkörper mit 3 bezeichnet, in den Figuren 3 und 4 modifizierte Klemmkörper mit 4 und in Figur 5 weiter modifizierte Klemmkörper mit 5. Die Klemmkörper 3,4 und 5 wei- sen innere Klemmkonturen 6 und äußere Klemmkonturen 7 auf. Alle Klemm- körper 3 bis 5 haben an der inneren Klemmkontur 6 zwei Stützen 8 und 9. Die Klemmkörper 3 weisen auch an der äußeren Klemmkontur 7 zwei Stützen 10 und 11 auf, während die Klemmkörper 4 an der äußeren Klemmkontur 7 nur eine Stütze 10 haben. Die Klemmkörper 5 weisen ebenfalls je zwei Stützen auf, die aber nicht so ausgeprägt sind, dass sie mit Bezugszeichen versehen wur- den.

Die Klemmkörper 3 bis 5 stehen neben ihrer inneren Klemmkontur 6 mit einer Druckfeder 12 in Wirkverbindung, die sich andererseits (in Figur 5 dargestellt) an einem Käfig 13 abstützt. Die Klemmkörper 3 weisen auch neben der äuße- ren Klemmkontur 7 eine Druckfeder 14 auf, die sich, nicht dargestellt, ebenfalls an dem Käfig abstützt. Die Klemmkörper 4 gemäß den Figuren 3 und 4 haben anstelle der Druckfeder 14 eine Abstützung 15, die von der Wirkung her die Druckfeder 14 ersetzt. Die Klemmkörper 3 und 4 sind gemäß den Figuren 1 und 3 mittels der Druckfedern 12 und 14 bzw. der Druckfeder 12 und der Ab- stützung 1+5 in eine Klemmrichtung gekippt, so dass sich zwischen den Stützen 8 und 10 eine erste Stützlinie 16 ergibt, die durch die Klemmkörper führt. Wie weiterhin den Figuren 1 bis 4 zu entnehmen ist, weisen die Klemmkörper 3 und 4 außermittig bzw. außerhalb der Stützlinie 16 Massen 17 auf, die ab einer bestimmten vorgebbaren Drehzahl des Klemmkörperfreilaufes ein Kippen der Klemmkörper 3 und 4 gegen die Kraftrichtung der Druckfedern 12 und 14 und der Abstützung 15 in die entgegengesetzte Richtung gemäß den Figuren 2 und 4 bewirken. Dadurch kommen die Stützen 9 und 11 in Figur 2 bzw. 9 und 10 in Figur 4 in Wirkverbindung mit der Innenklemmbahn 1 und der Außenklemm- bahn 2, so dass ein Kuppeln des Klemmkörperfreilaufes in die andere Kraft- richtung erfolgt. Die Anlage der letztgenannten Stützen erzeugen eine zweite Stützlinie, die mit 18 bezeichnet ist.

Wie insbesondere Figur 5 zu entnehmen ist, kann an dem Klemmkörper 5 eine Masse 17a angreifen, die als getrenntes Bauteil ausgeführt und mittels eines Federelements 19 mit dem Klemmkörper verbunden ist. Diese Masse 17a bzw. eine nicht dargestellte Zusatzmasse ist innerhalb einer Aussparung 20 des Käfigs 13 angeordnet, so dass die Aussparung 20 einen Anschlag für die Mas- se 17a bzw. Zusatzmasse bildet.

Bezugszeichenliste 1 lnnenklemmbahn 2 Außenklemmbahn 3 Klemmkörper 4 Klemmkörper 5 Klemmkörper 6 innere Klemmkontur 7 äußere Klemmkontur 8 Stützen 9 Stützen 10 Stützen 11 Stützen 12 Druckfeder 13 Käfig 14 Druckfeder 15 Abstützung 16 erste Stützlinie 17 Masse 17a Masse 18 zweite Stützlinie 19 Federelement 20 Aussparung