DE19636628C1 - Freewheel mechanism for belt drive decoupled from crankshaft of IC engine - Google Patents
Freewheel mechanism for belt drive decoupled from crankshaft of IC engineInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Freilauf, umfassend einen Innenring, der von einem Außenring mit radialem Abstand umschlossen ist, wobei in dem durch den Abstand gebildeten Spalt zumindest ein Klemmkörper angeordnet ist, der radial innen- und außenseitig Klemmflächen aufweist, die kraftschlüssig an die einander zugewandten Klemmbahnen von Innen- und Außenring anlegbar sind und wobei der Klemmkörper durch eine sich in Umfangsrichtung des Spalts erstreckende, elastisch verformte Spiralfeder gebildet ist.The invention relates to a freewheel, comprising an inner ring by a Outer ring is enclosed with a radial distance, in which by the distance formed gap is arranged at least one clamping body, the radially inside and has clamping surfaces on the outside, which non-positively to each other facing clamping sheets of inner and outer ring can be created and where the clamping body by a extending in the circumferential direction of the gap, elastically deformed coil spring is formed.
Ein solcher Freilauf ist aus der US 3,061,060 und der GB 107,422 bekannt, wobei die Spiralfedern kreisringförmig in sich geschlossen ausgebildet sind.Such a freewheel is known from US 3,061,060 and GB 107,422, wherein the coil springs are formed in a ring shape in itself.
Ein weiterer Freilauf ist aus der DE 44 42 404 A1 bekannt. Zwischen dem Innen- und dem Außenring ist ein Kunststoffkäfig angeordnet, der aus Stirnringen und diese Stirnringe miteinander verbindenden Stegen besteht, wobei zwischen einander benachbarten Stegen Taschen für gegen die Klemmflächen angefederte Klemmkörper vorgesehen sind. Der Kunststoffkäfig ist mit radialen Vorsprüngen versehen, die in Ausnehmungen des Innenrings zur Verdrehsicherung des Kunststoffkäfigs eingreifen. Die Vorsprünge sind einstückig mit den Stegen des Kunststoffkäfigs ausgeführt. Zur Lagerung von Innen- und Außenring aufeinander, ist zu beiden Seiten des Kunststoffkäfigs jeweils ein Wälzlager angeordnet.Another freewheel is known from DE 44 42 404 A1. Between the interior and the outer ring is arranged a plastic cage made of end rings and there are webs connecting these end rings to one another, with between mutually adjacent webs pockets for sprung against the clamping surfaces Clamping bodies are provided. The plastic cage has radial protrusions provided that in recesses of the inner ring to prevent rotation of the Intervene in the plastic cage. The projections are in one piece with the webs of the Plastic cage. For storing the inner and outer ring on top of each other, a roller bearing is arranged on both sides of the plastic cage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Freilauf der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die gegenseitige Abstützung von Innenring und Außenring aufeinander verbessert ist und daß der Freilauf besonders kompakte Abmessungen in axialer Richtung aufweist.The invention has for its object a freewheeling of the aforementioned Art to develop in such a way that the mutual support of the inner ring and Outer ring is improved on each other and that the freewheel is particularly compact Has dimensions in the axial direction.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.This object is achieved with the features of claim 1. The subclaims refer to advantageous refinements.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, daß die Spiralfeder aus zumindest zwei separat erzeugten Federsegmenten besteht, die einander in Umfangsrichtung mit Abstand benachbart zugeordnet und gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind und daß in Umfangsrichtung zwischen den Stegen Lager zur gegenseitigen Abstützung von Innenring und Außenring angeordnet sind. Die elastische Verformung der Spiralfeder und die daraus resultierende Vorspannung entsteht dadurch, daß der Spalt zwischen dem Innen- und dem Außenring kleiner ist als der Außendurchmesser der Spiralfeder. Dadurch werden die einzelnen Windungen leicht schräggestellt an die Klemmbahnen von Innen- und Außenring angelegt. Die einzelnen Windungen der Spiralfeder werden bei der Montage zwischen den Innen- und den Außenring durch eine elastische Verformung des Federdrahts schräggestellt, so daß die Rückstellmomente im Federdraht das Anlegen der einzelnen Windungen an Innen- und Außenring sicherstellen. Werden der Innen- und der Außenring relativ zueinander in Überholrichtung des Freilaufs gedreht, kommt es nach Überwindung der Reibkräfte der Federwindungen am Innen- und/oder Außenring zum Durchrutschen/Überholen des Freilaufs. Das Drehmoment beim Durchrutschen läßt sich dabei unter anderem durch die Wahl der radialen Weite des Spalts, des Durchmessers des Federdrahts und/oder der Verformung der Spiralfeder vor dem Einbau beeinflussen. Werden der Innen- und der Außenring demgegenüber in Sperrichtung zueinander gedreht, so bewirken die Reibkräfte der Spiralfeder am Innen- und/oder Außenring ein Aufstellen der montagebedingt schräggestellten Federwindungen, so daß der Freilauf das Sperrmoment überträgt. In the context of the present invention, it is provided that the spiral spring is made of there is at least two separately generated spring segments which are in each other Circumferentially spaced adjacent and even in Are arranged distributed in the circumferential direction and that in the circumferential direction between the web bearings for mutual support of the inner ring and outer ring are arranged. The elastic deformation of the coil spring and the resulting resulting prestress arises from the fact that the gap between the inside and the outer ring is smaller than the outer diameter of the coil spring. Thereby the individual turns are slightly inclined to the clamping tracks from Inner and outer ring created. The individual turns of the coil spring are when installing between the inner and outer ring by an elastic Deformation of the spring wire inclined so that the restoring moments in Spring wire the application of the individual turns on the inner and outer ring to ensure. Are the inner and outer rings relative to each other in Turned overrunning direction of the freewheel, it comes after overcoming the frictional forces the spring turns on the inner and / or outer ring to Slipping / overtaking the freewheel. The torque when slipping can be selected, among other things, by the choice of the radial width of the gap, the Diameter of the spring wire and / or the deformation of the coil spring before Affect installation. In contrast, the inner and outer ring in Turned in the opposite direction to each other, so the frictional forces of the coil spring on The inner and / or outer ring must be set up for inclined installation Spring turns, so that the freewheel transmits the locking torque.
Generell besteht die Möglichkeit, daß die Spiralfeder innenumfangsseitig drehfest mit dem Innenring und relativ verdrehbar zum Außenring, außenumfangsseitig drehfest mit dem Außenring und relativ verdrehbar zum Innenring oder innerhalb des Spalts relativ verdrehbar zum Innen- und Außenring angeordnet ist.In general, there is the possibility that the spiral spring is non-rotatably on the inner circumference with the inner ring and relatively rotatable to the outer ring, on the outer circumferential side rotatably with the outer ring and relatively rotatable to the inner ring or within the gap is arranged relatively rotatable to the inner and outer ring.
Ist die Spiralfeder kreisringförmig in sich geschlossen ausgebildet, bedarf es zur konzentrischen Lagerung von Innenring und Außenring relativ zueinander Lager, die als Wälz- oder Gleitlager ausgebildet und in axialer Richtung jeweils benachbart zur stirnseitigen Begrenzung der Spiralfeder angeordnet sind.If the spiral spring is designed to be closed in a ring shape, it is necessary for concentric bearing of inner ring and outer ring relative to each other bearing, which are designed as roller or slide bearings and each in the axial direction are arranged adjacent to the end boundary of the coil spring.
Demgegenüber ist der erfindungsgemäße Freilauf derart ausgebildet, daß die Spiralfeder aus zumindest zwei separat erzeugten Federsegmenten besteht, die einander in Umfangsrichtung mit Abstand benachbart und gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind und daß in Umfangsrichtung zwischen den Federsegmenten Lager zur gegenseitigen Abstützung von Innenring und Außenring angeordnet sind. Hierbei ist von Vorteil, daß der Freilauf mit integrierter Lagerung besonders kompakte Abmessungen in axialer Richtung aufweist, wobei die Lager als Wälz- oder Gleitlager ausgebildet sind.In contrast, the freewheel according to the invention is designed such that the Spiral spring consists of at least two separately generated spring segments that circumferentially spaced apart and evenly in Are arranged distributed in the circumferential direction and that in the circumferential direction between the spring segments bearing for mutual support of the inner ring and Outer ring are arranged. The advantage here is that the freewheel with integrated Storage has particularly compact dimensions in the axial direction, wherein the bearings are designed as roller or plain bearings.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, daß zumindest eine der Klemmflächen der Spiralfeder die angrenzende Klemmbahn flächig anliegend berührt. Hierbei ist von Vorteil, daß die Herz'sche Pressung zwischen den Klemmflächen des Klemmkörpers und den Klemmbahnen von Innen- und Außenring reduziert wird. Die Gebrauchsdauer des Freilaufs wird dadurch verlängert.According to an advantageous embodiment, it can be provided that at least one of the clamping surfaces of the spiral spring the adjacent clamping surface touched. The advantage here is that the Herz's pressure between the clamping surfaces of the clamping body and the clamping tracks from inside and Outer ring is reduced. The service life of the freewheel is thereby extended.
Zumindest eine der Klemmbahnen kann eine Oberflächenprofilierung aufweisen, die zu der Oberfläche der innerhalb des Spalts angeordneten elastisch verformten Spiralfeder kongruent gestaltet ist. Hierbei ist von Vorteil, daß sich während der Montage des Freilaufs eine selbsttätige Schrägstellung der einzelnen Federwindungen der Spiralfeder ergibt. At least one of the clamping tracks can have a surface profile, those elastically deformed to the surface of those disposed within the gap Coil spring is congruent. The advantage here is that during the Assembly of the freewheel an automatic inclination of the individual Spring turns of the spiral spring results.
Der Innen- und/oder der Außenring können stirnseitig zur Vereinfachung der Montage mit einer axial/radial angeordneten Profilierung versehen sein. Die Federwindungen der Spiralfeder werden dadurch während der Montage des Freilaufs selbsttätig schräg gestellt.The inner and / or the outer ring can be used to simplify the front Assembly be provided with an axially / radially arranged profiling. The Spring turns of the coil spring are thereby during the assembly of the Freewheel automatically inclined.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Innenring auf der der Spiralfeder zugewandten Seite eine Oberflächenprofilierung auf, wobei die Spiralfeder mit dem Innenring formschlüssig verbunden ist und den Außenring reibungsbehaftet und relativ verdrehbar berührt. Der Außenumfang der Spiralfeder und/oder der Innenumfang des Außenrings können mit einer reibungsverringernden Oberflächenbeschichtung versehen sein, um die Reibkräfte und die daraus resultierende Umwandlung der Reibungsenergie in Wärme sowie das Drehmoment beim Durchrutschen/Überholen des Freilaufs auf ein Minimum zu begrenzen.According to an advantageous embodiment, the inner ring has the Coil spring side facing a surface profile, the Spiral spring is positively connected to the inner ring and the outer ring touched with friction and relatively rotatable. The outer circumference of the coil spring and / or the inner circumference of the outer ring can with a friction-reducing surface coating to provide the frictional forces and the resulting conversion of frictional energy into heat as well the torque when slipping / overtaking the freewheel to a minimum limit.
Der Spalt zwischen dem Innen- und dem Außenring kann zur Umgebung hin abgedichtet und mit einem Schmiermittel befüllbar sein. Ist der Spalt mit einem Schmiermittel befüllt, ist die Ausgestaltung, bei der die Spiralfeder mit dem Innenring formschlüssig drehfest verbunden ist und den Außenring reibungsbehaftet und relativ verdrehbar berührt, von hervorzuhebendem Vorteil. Während des Betriebs des Freilaufs wird das Schmiermittel unter Einwirkung der Fliehkräfte in Richtung des Außenrings geschleudert und bewirkt eine Schmierung der äußeren Klemmfläche der Spiralfeder und der Klemmbahn des Außenrings. Ein Verschleiß in diesem Bereich ist daher vernachlässigbar gering und der Freilauf weist folglich gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während seiner gesamten Gebrauchsdauer auf.The gap between the inner and outer ring can go to the environment sealed and can be filled with a lubricant. Is the gap with one Filled with lubricant is the configuration in which the spiral spring with the Inner ring is non-rotatably connected and the outer ring touched by friction and relatively rotatable, a noteworthy advantage. During the operation of the freewheel, the lubricant is affected by the Centrifugal forces are thrown in the direction of the outer ring and cause lubrication the outer clamping surface of the coil spring and the clamping track of the outer ring. A Wear in this area is therefore negligible and freewheeling consequently exhibits consistently good usage properties during its total service life.
Die Klemmbahnen weisen jeweils eine an den Windungsdurchmesser der Spiralfeder angepaßte, hohlkehlenförmig in Umfangsrichtung umlaufende Form auf, wobei die Hohlkehle zumindest des Außenrings einen größeren Radius aufweist als die Spiralfeder. Da der Federquerschnitt der Spiralfeder durch die montagebedingte Verformung zu einer Ellipse deformiert wird und sich dadurch der Radius der äußeren Klemmfläche an der Klemmbahn des Außenrings vergrößert, wird der Krümmungsradius der Klemmbahn des Außenrings um zumindest 0,2 Millimeter größer gewählt als der Radius der Spiralfeder. Dadurch wird vermieden, daß die Spiralfeder unter Betriebslast auf dem Rand der Hohlkehle aufliegt und in diesem Bereich einer unerwünscht hohen Flächenlast ausgesetzt ist. Außerdem läßt sich durch gegenüber dem Federradius vergrößerte Hohlkehlenradien von Innen-und/oder Außenring in axialer Belastungsrichtung eine gewünschte Kraft- Wegkennlinie realisieren, die insbesondere unter schwingungstechnischen Gesichtspunkten vorteilhaft sein kann. Hierdurch lassen sich beispielsweise Axialtilgerwirkungen erzielen.The clamping tracks each have a winding diameter of Spiral spring adapted, circumferential shape in the shape of a groove on, the fillet of at least the outer ring having a larger radius has than the coil spring. Since the spring cross section of the coil spring through the assembly-related deformation is deformed into an ellipse and thereby the Radius of the outer clamping surface on the clamping ring of the outer ring increased, the radius of curvature of the clamping path of the outer ring is at least 0.2 Selected millimeters larger than the radius of the spiral spring. This will avoid that the coil spring rests under operating load on the edge of the fillet and in this area is exposed to an undesirably high area load. Furthermore can be increased by fillet radii of Inner and / or outer ring in the axial direction of load a desired force Realize characteristic curve, especially under vibration Points of view can be advantageous. This allows, for example Achieve axial inertia effects.
Die Spiralfeder weist einen Windungsdurchmesser auf, der größer ist als die radiale Weite des Spalts zwischen Innen- und Außenring. Durch diese Ausgestaltung entsteht die elastische Vorspannung in der Spiralfeder während des Einbaus in den Spalt und die Klemmflächen der Spiralfeder werden an die Klemmbahnen von Innen- und Außenring leicht angelegt. Bevorzugt ist der Windungsdurchmesser der Spiralfeder um 0,05 bis 0,3 Millimeter größer als die radiale Weite des Spalts. Das Betriebsverhalten des Freilaufs wird durch das Verhältnis des Durchmessers der Feder zur radialen Weite des Spalts maßgeblich beeinflußt. Je größer das Verhältnis ist, desto größer ist die Vorspannung innerhalb der Spiralfeder und das Drehmoment beim Durchrutschen des Freilaufs, das zu überwinden ist. Das Verhältnis muß in jedem Fall größer als 1 sein und beträgt bevorzugt 1,001 bis 1,02.The coil spring has a winding diameter that is larger than that radial width of the gap between the inner and outer ring. Through this Design creates the elastic bias in the coil spring during the Installation in the gap and the clamping surfaces of the coil spring are connected to the Clamping tracks of the inner and outer ring easily created. The is preferred Coil diameter of the coil spring is 0.05 to 0.3 millimeters larger than that radial width of the gap. The operating behavior of the freewheel is determined by the Ratio of the diameter of the spring to the radial width of the gap is decisive influenced. The larger the ratio, the greater the preload inside the coil spring and the torque when the freewheel slips, that has to be overcome. In any case, the ratio must be greater than 1 and is preferably 1.001 to 1.02.
Alle Federwindungen innerhalb des Spalts sind gleichsinnig geneigt angeordnet, wobei die Federwindungen bei gesperrtem Freilauf mit einer gedachten, in der Drehachse errichteten Radialebene einen Klemmwinkel einschließen, der 3 bis 8 Grad beträgt. Durch einen derartigen Klemmwinkel sind einerseits geringe Reibkräfte der Klemmflächen der Spiralfeder an den Klemmbahnen von Innen- und/oder Außenring beim Durchrutschen/Überholen des Freilaufs bedingt und andererseits ein rasches Ansprechen des Freilaufs in Sperrichtung. Insbesondere beim Einsatz des erfindungsgemäßen Freilaufs in der Schwingungstechnik ist von Vorteil, daß das Drehmoment in Sperrichtung nicht schlagartig innerhalb eines kleinen Winkelbereichs ansteigt. Der Freilauf weist in Sperrichtung eine elastische Drehwinkel-/Drehmomentkennlinie auf. Bei Drehbewegungen des Innen- und Außenrings in Sperrichtung relativ zueinander, wird das Sperrmoment progressiv ansteigend, allmählich übertragen. Dabei läßt sich der Anstieg des Drehmoments als Funktion des Drehwinkels unter anderem durch die Wahl des Federdrahtdurchmessers, dem E-Modul der Feder, dem Radius von Außen- und Innenring in Relation zum Federdurchmesser und dem Radius der Hohlkehlen von Innen- und Außenring in Relation zum Federdurchmesser beeinflussen.All spring windings within the gap are inclined in the same direction, the spring windings when the freewheel is locked with an imaginary one in the Radial plane established axis of rotation include a clamping angle, the 3 to 8 Degrees. With such a clamping angle, on the one hand, there are few Frictional forces of the clamping surfaces of the coil spring on the clamping tracks of the inside and / or Outer ring caused by slipping / overtaking the freewheel and on the other hand, a quick response of the freewheel in the reverse direction. Especially when using the freewheel according to the invention in vibration technology is from Advantage that the torque in the reverse direction is not abrupt within a small angular range increases. The freewheel has an elastic in the reverse direction Angle of rotation / torque characteristic. With rotating movements of the interior and Outer ring in the reverse direction relative to each other, the locking torque is progressive increasing, gradually transferred. The increase in torque can be seen as a function of the angle of rotation, among other things by the choice of Spring wire diameter, the elastic modulus of the spring, the radius of the outside and Inner ring in relation to the spring diameter and the radius of the fillets of Influence the inner and outer ring in relation to the spring diameter.
Der erfindungsgemäße Freilauf kann in einem von der Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine entkoppelten Riementrieb Verwendung finden, der einen Nabenring und eine Riemenscheibe aufweist, die durch zumindest ein Lager und den Freilauf aufeinander abgestützt sind, wobei die Nabe oder die Riemenscheibe mit einem Kurbelwellendrehschwingungstilger verbunden sein kann. Dieser umfaßt beispielsweise einen Nabenring und einen den Nabenring mit radialem Abstand umschließenden Schwungring, wobei in dem durch den Abstand gebildeten Ringspalt ein Federkörper aus elastomeren Werkstoff angeordnet ist. Bei Verbrennungskraftmaschinen wird die Kurbelwelle durch instationäre Gas- und Massenkräfte zu Schwingungen angeregt. Da die einzelnen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine nur während ihrer Arbeitshübe Arbeitskräfte erzeugen, ist das effektive Drehmoment, das auf die Kurbelwelle ausgeübt wird, abhängig von der Winkelstellung der Kurbelwelle. Dies verursacht eine periodische Schwankung der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle. Die an der Kurbelwelle auftretenden Schwingungen lassen sich in Torsionsschwingungen und Drehungleichförmigkeiten unterteilen. Die Drehungleichförmigkeiten treten im unteren Drehzahlbereich auf. Hier führt die Kurbelwelle, als starrer Körper, niederfrequente Drehschwingungen aus, die der Drehbewegung überlagert sind. Die Drehungleichförmigkeiten werden dadurch auf Nebenaggregate übertragen, die von der Kurbelwelle angetrieben werden.The freewheel according to the invention can be in one of the crankshaft Internal combustion engine decoupled belt drive use the has a hub ring and a pulley through at least one bearing and the freewheel are supported on one another, the hub or the Pulley to be connected to a crankshaft torsional vibration damper can. This includes, for example, a hub ring and a hub ring radial distance enclosing flywheel, in which by the distance formed annular gap, a spring body made of elastomeric material is arranged. In internal combustion engines, the crankshaft is replaced by unsteady gas and Mass forces stimulated to vibrate. Since the individual cylinders of the Internal combustion engine only generate workers during their work strokes, the effective torque that is exerted on the crankshaft is dependent from the angular position of the crankshaft. This causes a periodic one Fluctuation in the angular velocity of the crankshaft. The one on the crankshaft Vibrations occurring can be in torsional vibrations and Divide rotational irregularities. The rotational irregularities occur in the lower speed range. Here the crankshaft, as a rigid body, low-frequency torsional vibrations, which are superimposed on the rotary motion. As a result, the rotational irregularities are transferred to auxiliary units, which are driven by the crankshaft.
Die Torsionsschwingungen entstehen demgegenüber im mittleren bis oberen Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine. In diesen Drehzahlbereichen wird die Kurbelwelle über ihre gesamte Länge mit einer hohen Frequenz tordiert.In contrast, the torsional vibrations occur in the middle to upper Speed range of the internal combustion engine. In these speed ranges the crankshaft is twisted at a high frequency over its entire length.
Durch die schwingungstechnische Entkopplung von Kurbelwelle und Nebenaggregateantrieb wird der Einfluß der Drehschwingungen auf die Nebenaggregate sehr stark reduziert. Nebenaggregate sind beispielsweise durch eine Lichtmaschine und/oder eine Wasserpumpe gebildet. Die Entkopplung der Riemenscheiben von der Kurbelwelle wird durch den Einsatz eines Freilaufs bedingt. Zwischen der Kurbelwelle und der Riemenscheibe wird ein Freilauf eingebaut, der in Kurbelwellendrehrichtung sperrt und entgegen der Kurbelwellendrehrichtung freischaltet. Durch den Freilauf wird das Drehmoment der Kurbelwelle nur bei zunehmender Winkelgeschwindigkeit übertragen. Nimmt die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle demgegenüber ab, so schaltet der Freilauf frei und der Riementrieb mit den Nebenaggregaten läuft durch die Massenträgheit mit annähernd unveränderter Winkelgeschwindigkeit weiter. Schlupf zwischen der Riemenscheibe und dem Riemen wird dadurch nahezu vollständig ausgeschlossen. Der abrasive Verschleiß am Riemen ist vernachlässigbar gering.Due to the vibration decoupling of the crankshaft and Auxiliary drive is the influence of the torsional vibrations on the Auxiliary units very much reduced. Auxiliary units are for example an alternator and / or a water pump is formed. The decoupling of the Pulleys from the crankshaft are made using a freewheel conditionally. There is a freewheel between the crankshaft and the pulley installed, which locks in the direction of crankshaft rotation and against Activates the crankshaft direction of rotation. The freewheeling torque the crankshaft only with increasing angular velocity. Takes the rotational speed of the crankshaft, on the other hand, switches off Freewheel free and the belt drive with the auxiliary units runs through the Mass inertia continues with almost unchanged angular velocity. Slip between the pulley and the belt becomes almost as a result completely excluded. The abrasive wear on the belt is negligible.
Durch die nur geringen Überholwege des Freilaufs zur Entkopplung der Riemenscheibe von der Kurbelwelle, werden hohe Anforderungen an dessen Schaltgenauigkeit gestellt. Zwischen der Drehgeschwindigkeitsänderung und dem Umschalten des Freilaufs in einen anderen Schaltzustand darf nur eine sehr kurze Zeit verstreichen, um die Drehschwingungen effizient vom Nebenaggregateantrieb zu entkoppeln. Bei Abnehmen der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle schaltet der Freilauf schnell aus dem gesperrten Schaltzustand in den freilaufenden Schaltzustand um. Bei Zunehmen der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle schaltet der Freilauf ebenfalls schnell aus dem freilaufenden Schaltzustand in den gesperrten Schaltzustand um.Due to the small overtaking distances of the freewheel for decoupling the Pulley from the crankshaft, high demands on it Switching accuracy provided. Between the change in rotational speed and the Switching the freewheel into another switching state may only be a very short one Time elapses to get the torsional vibrations efficiently from the accessory drive to decouple. When the speed of rotation of the crankshaft decreases, it switches the freewheel quickly from the locked switching state to the freewheeling Switching state around. As the speed of rotation of the crankshaft increases the freewheel also quickly switches from the freewheeling switching state to the locked switching state.
Um die Materialbelastungen beim Umschalten vom freilaufenden in den gesperrten Schaltzustand des Freilaufs zu reduzieren, wird ein schlagartiger Anstieg des übertragbaren Moments von Null auf einen Maximalwert vermieden. Bei dem erfindungsgemäßen Freilauf wird das übertragbare Moment durch einen leicht reibungsbehafteten, freilaufenden Schaltzustand allmählich auf den Maximalwert gesteigert.To the material loads when switching from the free running to the locked To reduce the switching state of the freewheel, a sudden increase in transmissible moments avoided from zero to a maximum value. In which Freewheel according to the invention, the transmissible torque is easy frictional, free-running switching state gradually to the maximum value increased.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Freilaufs werden nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 10 weiter erläutert.Exemplary embodiments of the freewheel according to the invention are explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 10.
Diese zeigen jeweils in schematischer Darstellung:These each show a schematic representation:
In Fig. 1 ein erstes Beispiel eines Freilaufs, bei dem die Spiralfeder entsprechend dem Stand der Technik kreisringförmig gestaltet und endlos ausgebildet ist;In Fig. 1 a first example of a free-wheel, wherein the coil spring according to the prior art circular annular shape and is formed endlessly;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem Federsegmente innerhalb des Spalts angeordnet und der Innen- und der Außenring durch zwei Lager aufeinander abgestützt sind; Fig. 2 shows a second embodiment in which spring segments are arranged within the gap and the inner and outer rings are supported on one another by two bearings;
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Enden der Federwindungen am Innenring in Sperrichtung fest fixiert sind, während die entsprechenden Enden der Feder in Freischaltrichtung über federnde Elemente die Federwindungen am Innenring aneinander drücken. Fig. 3 shows an embodiment in which the ends of the spring windings on the inner ring are fixed in the locking direction, while the corresponding ends of the spring in the unlocking direction press spring springs on the inner ring against each other.
Fig. 4 einen Ausschnitt aus den Fig. 1 und 2, bei dem der freigeschaltete und der gesperrte Zustand des Freilaufs dargestellt sind; Fig. 4 shows a detail from Figures 1 and 2, wherein the unlocked and the locked state of the free wheel are shown.
Fig. 5 eine Federwindung, die mit ihrer äußeren Klemmfläche die hohlkehlenförmige Klemmbahn des Außenrings berührt; Fig. 5 is a spring coil which touches with its outer clamping surface, the groove-shaped clamping web of the outer ring;
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer durch den erfindungsgemäßen Freilauf entkoppelten Riemenscheibe. Fig. 6 shows an embodiment of a pulley decoupled by the freewheel according to the invention.
Fig. 7 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel aus Fig. 6 entlang der Linie A-A; Fig. 7 is a section through the embodiment of Figure 6 along the line AA.
Fig. 8 ein weiteres Beispiel einer entkoppelten Riemenscheibe; Fig. 8 is another example of a decoupled pulley;
Fig. 9 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel aus Fig. 8 entlang der Linie A-A;9 shows a section through the embodiment of Figure 8 along the line AA..;
Fig. 10 einen Ausschnitt der stirnseitigen Profilierung zur Montagevereinfachung des Freilaufs. Fig. 10 shows a detail of the end profile to simplify assembly of the freewheel.
In Fig. 1 ist ein Beispiel eines Freilaufs gezeigt, bei dem die Spiralfeder 9 entsprechend dem Stand der Technik, kreisringförmig gestaltet und endlos ausgebildet ist.In Fig. 1 an example of a freewheel is shown, in which the spiral spring 9 according to the prior art, circularly shaped and endless.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines beanspruchten Freilaufs gezeigt, bei dem der Innenring 1 von einem Außenring 2 mit radialem Abstand umschlossen ist. In dem durch den Abstand gebildeten Spalt 3 ist eine als Klemmkörper 4 ausgebildete Spiralfeder 9 angeordnet. Die Spiralfeder 9 ist radial innen- und außenseitig mit Klemmflächen 5, 6 versehen, die kraftschlüssig an die aneinander zugewandten Klemmbahnen 7, 8 von Innen- 1 und Außenring 2 anlegbar sind.In FIG. 2, an embodiment is shown of a claimed freewheel, in which the inner ring 1 is enclosed by an outer ring 2 at a radial distance. In the gap 3 formed by the distance, a spiral spring 9 designed as a clamping body 4 is arranged. The spiral spring 9 is provided radially on the inside and outside with clamping surfaces 5 , 6 which can be non-positively applied to the mutually facing clamping tracks 7 , 8 of the inner 1 and outer ring 2 .
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Spiralfeder 9 mit ihrer inneren Klemmfläche 5 formschlüssig mit der Klemmbahn 7 des Innenrings 1 verbunden, wobei der Innenring 1 auf der der Spiralfeder 9 zugewandten Seite eine Oberflächenprofilierung 13 aufweist, die beispielsweise durch eine Rändelung des Außenumfangs des Innenrings 1 gebildet ist. Eine Relativbewegung des Innenrings 1 bezogen auf die Klemmfläche 5 der Spiralfeder 9 in Umfangsrichtung ist daher während des Betriebs des Freilaufs ausgeschlossen. Eine reibungsbehaftete Relativbewegung in Umfangsrichtung findet in diesem Ausführungsbeispiel lediglich zwischen der äußeren Klemmfläche 6 der Spiralfeder 9 und der Klemmbahn 8 des Außenrings 2 statt. In this exemplary embodiment, the spiral spring 9 is positively connected with its inner clamping surface 5 to the clamping track 7 of the inner ring 1 , the inner ring 1 having a surface profile 13 on the side facing the spiral spring 9 , which is formed, for example, by knurling the outer circumference of the inner ring 1 . A relative movement of the inner ring 1 with respect to the clamping surface 5 of the spiral spring 9 in the circumferential direction is therefore excluded during the operation of the freewheel. A frictional relative movement in the circumferential direction takes place in this embodiment only between the outer clamping surface 6 of the coil spring 9 and the clamping track 8 of the outer ring 2 .
Die radiale Weite des Spalts 3 zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 ist kleiner als der Außendurchmesser der Spiralfeder 9. Die einzelnen Windungen 15 der Spiralfeder 9 werden bei der Montage zwischen dem Innen- 1 und dem Außenring 2 durch die elastische Verformung des Federdrahts schräggestellt, so daß die Rückstellmomente im Federdraht das Anlegen der einzelnen Windungen 15 an Innen- 1 und Außenring 2 sicherstellen.The radial width of the gap 3 between the inner ring 1 and the outer ring 2 is smaller than the outer diameter of the spiral spring 9 . The individual turns 15 of the spiral spring 9 are inclined during assembly between the inner 1 and the outer ring 2 by the elastic deformation of the spring wire, so that the restoring moments in the spring wire ensure the application of the individual turns 15 to the inner 1 and outer ring 2 .
Drehen sich der Innenring 1 und der Außenring 2 in Pfeilrichtung Ü relativ zueinander, so kommt es nach Überwindung der Reibkräfte der Federwindungen 15 mit ihren äußeren Klemmflächen 6 am Außenring 2 zum Überholen des Freilaufs. Der Freilauf befindet sich im freigeschalteten Zustand.If the inner ring 1 and the outer ring 2 rotate relative to one another in the direction of arrow Ü, then after overcoming the frictional forces of the spring windings 15 with their outer clamping surfaces 6 on the outer ring 2, the freewheel is overtaken. The freewheel is in the unlocked state.
Bewegen sich der Innen- 1 und der Außenring 2 demgegenüber in Pfeilrichtung S, so werden die Federwindungen 15 mit ihren äußeren Klemmflächen 6 an der Klemmbahn 8 des Außenrings 2 reibungsbedingt mitgeschleppt, leicht aufgestellt und dadurch zwischen den Klemmbahnen 7, 8 verkeilt. Bis zur nächsten Drehrichtungsumkehr in Richtung Ü überträgt die Spiralfeder 9 das Drehmoment zwischen Innen- 1 und Außenring 2.If, on the other hand, the inner ring 1 and the outer ring 2 move in the direction of the arrow S, the spring windings 15 are dragged along with their outer clamping surfaces 6 on the clamping track 8 of the outer ring 2 due to friction, easily set up and thereby wedged between the clamping tracks 7 , 8 . Until the next reversal of the direction of rotation in the direction Ü, the spiral spring 9 transmits the torque between the inner ring 1 and outer ring 2 .
Die Spiralfeder 9 besteht aus zwei separat erzeugten Federsegmenten 10, 11, die einander in Umfangsrichtung mit Abstand benachbart zugeordnet und gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. In Umfangsrichtung zwischen den Federsegmenten 10, 11 sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei als Gleitlager ausgebildete Lager 12 zur gegenseitigen Abstützung von Innenring 1 und Außenring 2 angeordnet. Die Anschläge 24 sind erforderlich, um einerseits eine umfangsgerichtete Relativverschiebung des Innenrings 1 zur Spiralfeder 9 zu verhindern und andererseits die Lager 12 in ihrer Position zu halten.The spiral spring 9 consists of two separately generated spring segments 10 , 11 , which are adjacent to one another in the circumferential direction at a distance and are arranged uniformly distributed in the circumferential direction. In this exemplary embodiment, two bearings 12 designed as slide bearings for mutual support of inner ring 1 and outer ring 2 are arranged in the circumferential direction between the spring segments 10 , 11 . The stops 24 are necessary, on the one hand, to prevent a circumferential relative displacement of the inner ring 1 relative to the spiral spring 9 and, on the other hand, to hold the bearings 12 in their position.
Eine Ausgestaltung gemäß Fig. 2 weist durch die Kombination des Freilaufs mit der integrierten Lagerung 12 nur geringe Abmessungen in axialer Richtung auf. An embodiment according to FIG. 2 has only small dimensions in the axial direction due to the combination of the freewheel with the integrated bearing 12 .
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Enden der Spiralfeder 9 am Innenring 1 über ein Anfederungs- und Klemmelement 26 derart fixiert werden, daß sich die einzelnen Federwindungen 15 am Innenring 1 in Sperrichtung mit steifer Federcharakteristik gegeneinander abstützen, während in Überholrichtung die Federsegmente 10, 11 mit einer weichen Federcharakteristik aneinandergedrückt werden. Hierdurch können die Auswirkungen von Verschleiß an den Federwindungen 15 über die Betriebsdauer kompensiert werden. Fig. 3 shows an embodiment in which the ends of the spiral spring 9 on the inner ring 1 are fixed via a sprung and clamping element 26 such that the individual spring turns 15 on the inner ring 1 are supported against each other in the locking direction with a rigid spring characteristic, while in the overtaking direction, the spring segments 10 , 11 can be pressed together with a soft spring characteristic. As a result, the effects of wear on the spring windings 15 can be compensated for over the operating period.
In Fig. 4 ist die zuvor beschriebene Funktion des Freilaufs bildlich dargestellt. Es ist zu erkennen, daß die Federwindungen 15 mit der gedachten Radialebene 16 im freigeschalteten Zustand des Freilaufs, Pfeilrichtung Ü, einen größeren Winkel begrenzen als im gesperrten Zustand mit Klemmwinkel 17, Pfeilrichtung S. Die Freilaufrichtung Ü ist mit durchgezogenen Linien, die Sperrichtung S gestrichelt gezeigt.The function of the freewheel described above is illustrated in FIG. 4. It can be seen that the spring turns 15 with the imaginary radial plane 16 in the unlocked state of the freewheel, arrow direction U, limit a larger angle than in the locked state with the clamping angle 17 , arrow direction S. The freewheel direction Ü is dashed with solid lines, the locking direction S. shown.
Außerdem ist in Fig. 4 die Oberflächenprofilierung 13 gezeigt, die eine formschlüssige Verbindung des Innenrings 1 mit der Spiralfeder 3 bewirkt.In addition, the surface profile 13 is shown in FIG. 4, which brings about a positive connection of the inner ring 1 with the spiral spring 3 .
In Fig. 5 ist ein Ausschnitt aus dem Außenring 2 gezeigt, dessen Klemmbahn 8 hohlkehlenförmig ausgebildet ist, wobei die Klemmbahn 8 einen größeren Radius aufweist als die Spiralfeder 9. Dadurch wird eine ausgezeichnete Führung der Spiralfeder 9 in axialer Richtung durch die Klemmbahn 8 bewirkt und eine gleichmäßige Flächenpressung bei axialen Relativverlagerungen der Spiralfeder 9 bezogen auf den Außenring 2.In Fig. 5 a detail is shown from the outer ring 2, the clamping web is formed groove-shaped 8, wherein the clamping rail 8 has a larger radius than the coil spring 9. This results in an excellent guidance of the coil spring 9 in the axial direction by the clamping track 8 and a uniform surface pressure in the case of axial relative displacements of the coil spring 9 in relation to the outer ring 2 .
In Fig. 6 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer durch den Freilauf entkoppelten Riemenscheibe 19 gezeigt. Durch die Riemenscheibe 19 können Nebenaggregate einer Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise eine Lichtmaschine und/oder eine Lenkhilfepumpe und/oder ein Klimaverdichter und/oder eine Wasserpumpe angetrieben werden. Der Freilauf ist zwischen der hier nicht dargestellten, mit dem Nabenring 18 verbundenen Kurbelwelle und der Riemenscheibe 19 angeordnet, sperrt in Kurbelwellendrehrichtung und schaltet entgegen der Kurbelwellendrehrichtung frei. Durch den Freilauf wird das Drehmoment der Kurbelwelle nur bei zunehmender Winkelgeschwindigkeit übertragen. Nimmt die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle demgegenüber ab, so schaltet der Freilauf frei und der Riementrieb sowie die dadurch angetriebenen Nebenaggregate laufen durch die Massenträgheit mit annähernd unveränderter Winkelgeschwindigkeit weiter.In Fig. 6 a first embodiment of a decoupled by the freewheel pulley 19 is shown. Auxiliary units of an internal combustion engine, for example an alternator and / or a power steering pump and / or an air conditioning compressor and / or a water pump, can be driven by the pulley 19 . The freewheel is arranged between the crankshaft (not shown here) connected to the hub ring 18 and the pulley 19 , locks in the direction of rotation of the crankshaft and disengages counter to the direction of rotation of the crankshaft. The torque of the crankshaft is only transmitted when the angular velocity increases. If, on the other hand, the speed of rotation of the crankshaft decreases, then the freewheel releases and the belt drive and the auxiliary units driven thereby continue to run at an almost unchanged angular speed due to the inertia.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Lager 12 als Wälzlager ausgebildet und in der Radialebene der Spiralfeder 9 angeordnet. Dadurch werden Taumelbewegungen verhindert.In this embodiment, the bearing 12 is designed as a roller bearing and is arranged in the radial plane of the spiral spring 9 . This prevents wobbling.
Der Torsionsschwingungsdämpfer 20 umfaßt einen Schwungring 21, der durch einen Federkörper 23 aus elastomeren Werkstoff auf dem Nabenring 18 abgestützt ist. Der Nabenring 18 des Torsionsschwingungsdämpfers 20 bildet gleichzeitig den Außenring 2 des Freilaufs mit der Klemmbahn 8.The torsional vibration damper 20 comprises a flywheel 21 which is supported on the hub ring 18 by a spring body 23 made of elastomeric material. The hub ring 18 of the torsional vibration damper 20 simultaneously forms the outer ring 2 of the freewheel with the clamping track 8 .
In dieser Figur ist die an die Oberfläche der Spiralfeder 9 angepaßte, im Querschnitt betrachtet hohlkehlenförmige Gestalt der Klemmbahnen 7,8 zu sehen.This figure shows the shape of the clamping tracks 7, 8, which is adapted to the surface of the spiral spring 9 and viewed in cross-section in the form of a groove.
In Fig. 7 ist das Ausführungsbeispiel aus Fig. 5 entlang der Linie A-A geschnitten gezeigt. FIG. 7 shows the exemplary embodiment from FIG. 5 cut along the line AA.
In Fig. 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer entkoppelten Riemenscheibe gezeigt, das im wesentlichen die gleichen vorteilhaften Gebrauchseigenschaften aufweist wie das Ausführungsbeispiel aus Fig. 6. FIG. 8 shows a second exemplary embodiment of a decoupled belt pulley, which has essentially the same advantageous usage properties as the exemplary embodiment from FIG. 6.
Abweichend vom Ausführungsbeispiel aus Fig. 6 besteht das Lager 12 in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Gleitlager, das den Außenring 2 des Freilaufs relativ drehbeweglich gegenüber dem Nabenring 18 des Torsionsschwingungsdämpfers 20 abstützt.Deviating from the embodiment of Fig. 6, 12 is the bearing in this embodiment of a sliding bearing of the freewheel supporting the outer ring 2 relatively rotatable relative to the hub ring 18 of the torsional vibration damper 20th
Das Oberflächenprofil 13 der Klemmbahn 7 des Innenrings 1 ist durch einen gezahnten, separat erzeugten Ring 25 gebildet, der die Windungen 15 der Spiralfeder 9 formschlüssig berührt.The surface profile 13 of the clamping track 7 of the inner ring 1 is formed by a toothed ring 25 which is produced separately and which contacts the windings 15 of the spiral spring 9 in a form-fitting manner.
In Fig. 9 ist ein Schnitt durch das Ausführungsbeispiel aus Fig. 8 entlang der Linie A-A gezeigt. FIG. 9 shows a section through the exemplary embodiment from FIG. 8 along the line AA.
In Fig. 10 ist ein Ausschnitt aus der stirnseitigen Profilierung 27 von Innen- und Außenring 1, 2 gezeigt, wobei sich durch die stirnseitigen Profilierungen 27 der Ringe 1, 2 während der Montage der Spiralfeder 9 innerhalb des Spalts 3 eine selbsttätige Schrägstellung der einzelnen Federwindungen 15 der Spiralfeder 9 ergibt.In Fig. 10 a section of the end profile 27 of the inner and outer ring 1 , 2 is shown, wherein the end profiles 27 of the rings 1 , 2 during assembly of the coil spring 9 within the gap 3 an automatic inclination of the individual spring turns 15 of the coil spring 9 results.
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