PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3035751C2 12.10.1989
Titel Selbsttätig wirkende Freilaufkupplung
Anmelder Ingersoll-Rand Co., Woodcliff Lake, N.J., US
Erfinder Barrows, Robert E., Fincastle, Va., US
Vertreter Schroeter, H., Dipl.-Phys., 7070 Schwäbisch Gmünd; Lehmann, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 22.09.1980
DE-Aktenzeichen 3035751
Offenlegungstag 02.04.1981
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 12.10.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.10.1989
IPC-Hauptklasse F16D 41/00

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine selbsttätig wirkende Freilaufkupplung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Solche Freilaufkupplungen werden z. B. bei Motoranlassern verwendet, bei denen das Anlasserdrehmoment in einer Rotationsrichtung angelegt wird, während in der gleichen Rotationsrichtung nach dem Start des Motors ein Freilaufzustand ermöglicht ist.

Eine Freilaufkupplung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs ist aus der DE-AS 11 75 496 bekannt. Diese Kupplung geht im Überholzustand in den ausgerückten Zustand über und verharrt auch bei hohen Drehzahlen in diesem Zustand, und zwar aufgrund der Abstimmung von zwei miteinander in Wechselwirkung stehenden Druckfedern, die die Kupplungszähne der Zahnringe miteinander in Eingriff halten. Einer der Kupplungsringe ist auf einem Steilgewinde gelagert, so daß beim Überholzustand oder Freilaufzustand der Kupplung dieser Kupplungsring von dem Gegenring abgewiesen und axial verschoben wird. Überdies ist die bekannte Freilaufkupplung willkürlich schaltbar.

Daneben sind durch die DE-AS 10 76 998 und die DE-PS 3 99 514 Freilaufkupplungen bekannt, die in Ausrückrichtung wirkende Federn aufweisen, so daß bei hohen Drehzahlen die Zähne der Zahnringe voneinander getrennt gehalten werden und ein verschleißarmer Betrieb möglich ist.

Bei der Freilaufkupplung der eingangs genannten bekannten Art ist der Verharrungszustand im Freilaufbetrieb von der Wechselwirkung der Federn abhängig. Da die gegenseitige Abstimmung der Federn nur ungenau möglich ist und vor allem nicht dauerhaft einzuhalten ist, besteht bei dieser bekannten Kupplung die Gefahr, daß im Überholzustand die Zähne der Zahnringe sich nicht vollständig und dauerhaft voneinander lösen, sondern ständig aufeinanderschlagen, was zu einem hohen Verschleiß führt.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Freilaufkupplung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die bei hohen Drehzahlen verschleißarm arbeitet und ein ständiges Aufeinanderschlagen der Kupplungszähne verhindert.

Diese Aufgabe wird bei einer Kupplung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Im Überholzustand wird also durch den Reibschluß der Druckfeder an der Innenwand der Hülse die ansonsten permanent vorhandene Rückstellwirkung der Feder aufgehoben, so daß in diesem Betriebsbereich der entsprechende Zahnring sicher von dem anderen Zahnring entfernt gehalten und ein fortwährendes Schlagen der Kupplungszähne verhindert ist.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Freilaufkupplung;

Fig. 2 eine seitliche Teilschnittansicht des angetriebenen Zahnrings bzw. der entsprechenden Kupplungsklaue;

Fig. 3 eine Teilstirnansicht des Zahnrings bzw. der Kupplungsklaue gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ein Eingriffszahnprofil;

Fig. 5 eine seitliche Teilschnittansicht des antreibenden Zahnrings bzw. der antreibenden Kupplungsklaue;

Fig. 6 eine Teilstirnansicht des Zahnrings bzw. der Antriebsklaue gemäß Fig. 5.

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel für eine Freilaufkupplung für einen Luftanlasser. Diese Freilaufkupplung ist jedoch in gleicher Weise für elektrische Anlasser oder andere ähnliche Vorrichtungen geeignet, die Freilaufeigenschaften benötigen.

In der Fig. 1 ist eine Antriebswelle 1 gezeigt, die sich horizontal durch das axiale Zentrum der Kupplungsvorrichtung erstreckt. Die Antriebswelle 1 wird mit einer beliebigen herkömmlichen Einrichtung gedreht oder angetrieben, wie einem Luftmotor oder Elektromotor; sie kann über irgendein geeignetes Getriebe oder eine andere Reduktionseinrichtung angetrieben werden. Für Zwecke dieser Erfindung genügt es anzumerken, daß die Antriebswelle in vorgegebener Richtung mit einer Geschwindigkeit angetrieben ist, die bei einem Luftanlasser oder einem elektrischen Anlasser ausreicht, um den Motor mit seiner Startdrehzahl zu drehen. In der Fig. 1 ist die Rotationsrichtung im Gegenuhrzeigersinn gesehen von der linken Seite der Antriebswelle dargestellt.

Das rechte Ende der Antriebswelle 1 ist mit einer geraden Kerbverzahnung 2 versehen, die im Eingriff mit einem antreibenden Stirn- bzw. Scheibenkupplungsring 3 steht. Der antreibende Scheibenkupplungsring ist als im wesentlichen ringförmiges Glied dargestellt, das an seiner inneren Oberfläche mit einer passenden geraden Kerbverzahnung 4 versehen ist, die die gerade Kerbverzahnung 2 berührt und von dieser angetrieben ist. Der Fachmann erkennt, daß die Verwendung der geraden Kerbverzahnungen 2 und 4 die freie axiale Versetzung des antreibenden Scheibenkupplungsrings 3 bezüglich der Antriebswelle 1 ermöglicht.

Die linke Seite des antreibenden Scheibenkupplungsrings 3 ist, wie in der Fig. 1 gezeigt, mit einer Stirn- bzw. Scheibenklaue 5 versehen. Die Gestaltung der Stirnklaue ist am besten in den Fig. 4, 5 und 6 erkennbar, wobei in der Fig. 5 die Seitenansicht, in der Fig. 6 die Endansicht und in der Fig. 4 ein typisches Zahnprofil dargestellt sind. Stirnklauen dieser Beschaffenheit sind auf dem Fachgebiet wohl bekannt und benötigen keine weitere Erläuterung. Eine angetriebene Stirnklaue 6 ist an dem angetriebenen Stirnkupplungsring 7 vorgesehen, der links von dem antreibenden Stirnkupplungsring 3 konzentrisch um eine Antriebswelle 1 herum angebracht ist. Der äußere Umfang des angetriebenen Stirnkupplungsrings 7 ist mit einer passenden Schräg-Keilverzahnung 8 ausgestattet, die ihrerseits mit einer Schräg-Keilverzahnung 9 auf der angetriebenen Welle 10 im Eingriff steht.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle 1 konzentrisch innerhalb eines ausgehöhlten Teils der angetriebenen Welle 10 angebracht. Die Antriebswelle 1 weist einen im wesentlichen gleichförmigen Durchmesser mit einer geraden Kerbverzahnung 2 an einem Ende und einer geeigneten Freistichnut 11 zwischen der Kerbverzahnung und dem übrigen Teil der Welle. Die angetriebene Welle 10 ist auf drei unterschiedliche Durchmesser gegengebohrt. Der erste Durchmesser 12 bietet ein Spiel für die darin aufgenommene angetriebene Welle. Der etwas größer als der erste Durchmesser 12 ausgebildete zweite Durchmesser 13 bietet ein Spiel bzw. eine lichte Weite für den antreibenden Stirnkupplungsring. Ein dritter Durchmesser 14 bietet ein Spiel bzw. eine lichte Weite für den angetriebenen Stirnkupplungsring 7 und dessen äußere Schräg-Kerbverzahnung 8. Die Schräg-Kerbverzahnung 9 erstreckt sich von dem dritten Durchmesser 14 einwärts und steht im Eingriff mit der passenden Schräg-Kerbverzahnung 8 des angetriebenen Stirnkupplungsrings 7. Der Durchmesserunterschied zwischen dem zweiten Durchmesser 13 und dem dritten Durchmesser 14 bildet eine Schulter 15, die eine axiale Verschiebung des antreibenden Stirnkupplungsrings nach rechts, wie in Fig. 1 gezeigt, beschränkt bzw. verhindert. Die an dem antreibenden Stirnkupplungsring 3 geformte entsprechende und dazu passende Schulter 16 ist dadurch gebildet, daß der Durchmesser des antreibenden Stirnkupplungsrings an der der antreibenden Stirnklaue 5 entgegengesetzten Seite vermindert ist.

Im eingerückten Zustand, wie in der Fig. 1 gezeigt, wird der angetriebene Stirnkupplungsring 7 nach rechts gegen den antreibenden Stirnkupplungsring 3 mittels einer Rückholfeder 17 gedrückt, die in einem Federlager 18 gehalten ist, das seinerseits in der Bohrung mit dem dritten Durchmesser der angetriebenen Welle 10 mittels eines Schnapprings 19 gehalten ist. Im Antriebsbetrieb, wie in der Fig. 1 gezeigt, wird die Antriebswelle 1 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, und die angetriebene Welle 10 wird in gleicher Weise entgegen dem Uhrzeigersinn mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle 3 gedreht, und zwar mittels der Stirnbackenkupplung, die über die gerade Kerbverzahnung 2, die dazu passende gerade Kerbverzahnung 4, den antreibenden Stirnkupplungsring 3, den antreibenden Stirnbacken 5, den getriebenen Stirnbacken 6, den getriebenen Stirnkupplungsring 7, die passende Schräg-Kerbverzahnung 8, die Schräg-Kerbverzahnung 9 und schließlich die angetriebene Welle 10 antreibt. Der angetriebene Stirnkupplungsring 7 wird mittels der Rückholfeder 17 und dem Zusammenwirken der passenden Schräg-Kerbverzahnung 8 mit der Schräg-Kerbverzahnung 9 in Berührung mit dem antreibenden Stirnkupplungsring 3 gehalten, so daß eine Kraft erzeugt wird, die den angetriebenen Stirnkupplungsring 7 nach rechts in der Fig. 1 drückt. Dies entspricht der typischen Anlaß-Betriebsweise.

Es sollte angemerkt werden, daß die gerade Kerbverzahnung 2 und die dazu passende gerade Kerbverzahnung 4 die axiale oder horizontale Verschiebung der angetriebenen Welle 10 nach rechts in der Fig. 1 ermöglichen, so daß der Eingriff eines Anlasserritzels (nicht gezeigt) mit einem Schwungrad oder einer ähnlichen Verbindung des zu startenden Motors ermöglicht ist. Die axiale Verschiebung der angetriebenen Welle 10 kann in irgendeiner herkömmlichen Weise erfolgen, beispielsweise durch eine mechanische Gabel- und Gestängeanordnung, einen Elektromagneten oder eine Luftkolbenanordnung, wie sie herkömmlicherweise bei Anlassern mit Zwangseingriff verwendet werden.

Es ist erkennbar, daß nach dem Starten des Motors die angetriebene Welle 10 entgegen dem Uhrzeigersinn beschleunigt wird, so daß die Antriebswelle 1 überholt wird. Die Freigabewirkung bzw. der Lösungsvorgang der Stirnkupplungsbacken 5 und 6 verschiebt den angetriebenen Stirnkupplungsring 7 nach links in der Fig. 1, wobei die Wirkung der Schraubenkerbverzahnung unterstützt. Während die angetriebene Welle bezüglich der Antriebswelle 1 weiter beschleunigt wird, neigt die Wirkung der Schräg-Kerbverzahnungen 8 und 9 zu einer weiteren Trennung der Stirnbacken 5 und 6. Wenn die angetriebene Welle eine hohe Drehgeschwindigkeit erreicht, wird überdies die Rückholfeder zentrifugal nach außen geworfen, so daß sie das Federlager 18 berührt und dabei durch Reibung die Rückholfeder festgehalten und daran gehindert wird, den angetriebenen Stirnkupplungsring 7 wieder in Eingriff mit dem antreibenden Stirnkupplungsring 3 zurückzuführen. Daraus ergibt sich ein neuartiger und ungewöhnlicher Vorteil, da die rasche Abnutzung der Stirnkupplungsbacken während des Freilaufes verhindert wird.

Nachdem der Motor angelassen worden ist und seine Laufgeschwindigkeit erreicht hat, kann die angetriebene Welle nach links in der Fig. 1 durch herkömmliche Einrichtungen, wie vorstehend beschrieben, zurückgezogen werden. Nach dem Ausrücken des Starterritzels verlangsamt sich die angetriebene Welle und erreicht schließlich eine ausreichend geringe Geschwindigkeit, die es der Rückholfeder ermöglicht, sich von den Wänden des Federlagers zu lösen und den angetriebenen Stirnkupplungsring 7 in seine eingerückte Position, wie in der Fig. 1 gezeigt, zurückzuführen.


Anspruch[de]
  1. Selbsttätig wirkende Freilaufkupplung mit ineinander eingreifenden, drehbaren Zahnringen, die axial gegeneinander verschiebbar und unter Federkraft miteinander in Eingriff bringbar sind und die im Überholzustand voneinander lösbar sind und in diesem Zustand verharren, dadurch gekennzeichnet, daß im angetriebenen Teil (10) der Freilaufkupplung innerhalb einer Hülse (18) eine in Einrückrichtung auf den zugehörigen Zahnring (7) wirkende Druckfeder (17) vorgesehen ist, die sich im Überholzustand unter der Wirkung von Zentrifugalkräften aufweitet und reibschlüssig an die innere Umfangsfläche der Hülse (18) anlegt.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com