DE3035751A1

DE3035751A1 - Freilaufkupplung

Info

Publication number: DE3035751A1
Application number: DE19803035751
Authority: DE
Inventors: Robert E. Fincastle Va. Barrows
Original assignee: Ingersoll Rand Co
Current assignee: Ingersoll Rand Co
Priority date: 1979-09-24
Filing date: 1980-09-22
Publication date: 1981-04-02
Also published as: CA1138794A; DE3035751C2; GB2059519B; JPS5683624A; FR2465922A1; US4261452A; SE8005913L; GB2059519A; JPH0155326B2; FR2465922B1

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen, wie Motoranlasser, die eine Einrichtung benötigen mit welcher das Anlasserdrehmoment in einer Rotationsrichtung angelegt werden kann, während in der gleichen Rotationsrichtung nach dem Start des Motors ein Freilaufzustand ermöglicht ist. Bisher waren derartige bekannte Vorrichtungen problembehaftet und kostspielig und zeigten übermäßige Abnutzungserscheinungen aufgrund einer unvollständigen Ausrückung oder der Kupplungsrücks-tellkräfte, wie sie durch eine herkömmlicherweise angelegte Federkraft hervorgerufen werden.

Das Hauptziel der Erfindung besteht darin, eine Freilaufkupplung zu schaffen, die bei minimaler Abnutzung im Freilauf mit sehr hoher Drehzahl betrieben werden kann. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Freilaufkupplung zu schaffen, die eine axiale Verschiebung des Ausgangswellenteils ermöglicht, wie sie für den Zwangseingriff mit dem Anlasserritzel erforderlich ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine ineinandergreifende bzw. verriegelnde Stirnbzw. Scheibenkupplung zu schaffen, die in ihre Eingriffsstellung federvorgespannt ist und mittels einer Schrauben- bzw. Schräg-Keilverzahnung in ihre ausgerückte Stellung getrieben wird, wenn der Antrieb in den Freilauf gebracht wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Zurückhalten der Kupplungseingriff sfeder im Freilaufzustand zu schaffen, wodurch diese Feder zur Rückführung der Stirnkupplungsklauen in den Eingriffszustand unwirksam wird. Ein Hauptziel der Erfindung besteht darin, eine einfache, wirtschaftliche und verlässliche Freilaufkupplung zum Gebrauch mit Luftoder Elektroanlassern oder ähnlichem zu schaffen. Diese und andere Ziele werden mit einer Freilaufkupplung erreicht, die eine Eingangswelle aufweist, sowie ein erstes

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Kupplungsglied, das zur Verschiebung entlang und Rotation mit der Eingangswelle angebracht ist, eine Ausgangswelle, die in wenigstens teilweise konzentrischer Beziehung zur Eingangswelle angebracht ist, ein zweites Kupplungselement, das mittels einer Schrauben-Keilverzahnung zur Verschiebung und Drehung um die Ausgangswelle angebracht ist, wobei das erste Kupplungsglied und das zweite Kupplungsglied zusammenwirken, um den Antrieb zwischen der Eingangs-- und der Ausgangswelle zu bewirken.

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

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung;

Fig. 2 eine seitliche Teilschnittansicht des

angetriebenen Stirn- bzw. Scheibenkupplungsbackens ;

Fig. 3 eine Teilstirnansicht der angetriebenen Scheibenkupplungsklaue;

Fig. 4 ein Eingriffszahnprofil für die angetriebene Klaue bzw. Backe;

Fig. 5 eine seitliche Teilschnittansicht der Antriebsklaue; und

Fig. 6 eine Teilstirnansicht der Antriebsklaue.

Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel für eine Luftanlasser-Freilaufkupplung. Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung ist jedoch in

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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 Stirn-

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klaue 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 ausgebildete zweite Durchmesser 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

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eine axiale Verschiebung des antreibenden Stirnkupplungsrings nach rechts, wie in Fig. 1 gezeigt, beschränkt bzw. verhindert. Die an dem antreibenden Stirhkupplungsring 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-Kerbverzcihnung 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.

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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 Luftkolben— anordnung, wie sie herkömmlicherweise bei Anlassern mit Zwangseingriff verwendet werden.

Es ist erkennbar, daß nach dem Starten des Motors die angetriebene Welle 10 entgegen dem Ohrzeigersinn beschleunigt wird, so daß die Antriebswelle 1 überholt wird. Die Freigabewirkung bzw. der Lösuncfsvorgang 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.

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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 d.en angetriebenen Stirnkupplungsring 7 in seine eingerückte Position, wie in der Fig. 1 gezeigt, zurückzuführen.

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Claims

PATENTANW' LTE

HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN

DIPL.-PHYS. DIPL.-ING. 3 Q 3 5 7 5

INGERSOLL-RAND COMPANY

ir-80 U/m

22. 9. 198o

Freilaufkupplung

Patentansprüche

M .j Freilaufkupplung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangswelle (1) vorgesehen ist, ein erstes Kupplungselement (3), das zur Drehung mit und zur Bewegung entlang der Eingangswelle angebracht ist, daß eine Ausgangswelle (10) in wenigstens teilweise konzentrischer Beziehung zur Eingangswelle angeordnet ist, daß ein zweites Kupplungselement (7) mittels einer Schräg-Keilverzahnung (8) zur Drehung um und zur Bewegung entlang der Ausgangswelle montiert ist, und daß das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement derart zusammenwirken, daß sie den Antrieb zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle bewirken.

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D-7070 SCHWÄBISCH GMÜND GEMEINSAME KONTEN: D-8000 MÜNCHEN

Telefon: (07171) 56 90 Deutsche Bank AG Postscheckkonto K. LEHMANN Telefon: (089)725 20 71 H.SCHROETER Telegramme: Schroepat München 70/37 369 München Lipowskystmße 10 Telegramme: Schroepat iiocksgasse 49 Telex: 7248 868 pagd d (BLZ 700 700 10) 167941-804 Telex: 5 212 248 pawe d

2. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement über eine gemeinsame Klauenfläche (5,6) zusammenwirken.

3. Freilaufkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Klauenfläche rampenförmige Zähne (5,6) aufweist.

4. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeich n'et , daß das erste Kupplungselement (3) mittels einer geraden Keilverzahnung (2) an der Eingangswelle angebracht ist.

5. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Kupplungselement (7) mittels einer Schräg-Keilverzahnung (8) an der Ausgangswelle (10) angebracht ist, daß die Schräg-Keilverzahnung (8) das zweite Kupplungselement in Eingriff mit dem ersten Kupplungselement während dessen Antriebsmodus zwingt und das zweite Kupplungselement außer Eingriff mit dem ersten Kupplungselement in dessen Freilaufmodus.

6. Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kupplungselement (8) durch Federeinrichtungen (17) zum ersten Kupplungselement (3) hin gedrängt wird.

7. Freilaufkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Federeinrichtung (17) in einer Schalenvorrichtung (18) gehalten ist, und daß die Federeinrichtung sich innerhalb der Schaleneinrichtung im Freilaufmodus durch Zentrifugalkraft ausdehnt, so daß die Federeinrichtung durch

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die Schalenvorrichtung durch Reibung zurückgehalten wird und daher die Wirkung der Feder aufgehoben wird. . ■

8. Freilaufkupplung für einen Anlassermotor, mit einer Eingangswelle, die eine gerade Keilverzahnung um wenigstens einen Teil ihres Umfangs herum aufweist, und mit einem antreibenden Stirnkupplungsring, der konzentrisch um die Antriebswelle herum angeordnet ist und eine passende gerade Keilverzahnung an seinem inneren Umfang aufweist, die mit der geraden : Keilverzahnung der Antriebswelle zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet , daß der antreibende Stirnkupplungsring eine Rampenzahn-Klauenfläche zu .seinem einen Ende (5) hin aufweist, sowie eine passende Schulter (15) zu seinem anderen Ende hin, daß ein angetriebener Stirnkupplungsring (7) konzentrisch um die Eingangsantriebswelle (T) zur freien Rotation um diese angebracht ist, daß der angetriebene Stirnkupplungsring (7) eine Rampenzahn-Klauenfläche (6) aufweist, die zu der Rampenzahn-Klauenfläche (5) des antreibenden Stirnkupplungsrings (5) paßt, daß der angetriebene Stirnkupplungsring (7) eine passende Schräg-Keilverzahnung (8) auf seinem Umfang aufweist, daß eine angetriebene Ausgangswelle (10) konzentrisch um die Eingangswelle (T), den antreibenden Stirnkupplungsring (3) und den angetriebenen Stirnkupplungsring (7) herum angebracht ist, daß die angetriebene Ausgangswelle (10) an einer inneren Oberfläche eine Schräg-Keilverzahnung (9) aufweist, die zu der angepaßten Keilverzahnung (8) des angetriebenen Stirnkupplungsrings (7) paßt, daß die Schräg-Keilverzahnung (9) einen Schraubenwinkel aufweist, der den angetriebenen Stirnkupplungsring in Eingriff mit dem antreibenden Stirnkupplungsring (3) drückt, und zwar

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über deren jeweilige Rampenzahn-Stirnklauen (5,6) während des Antriebsmodus der Freilaufkupplung, sowie außer Eingriff während des Freilaufmodus der Freilaufkupplung, daß der angetriebene Stirnkupplungsring (7) überdies zu dem antreibenden Stirnkupplungsring (3) hin durch eine Schraubenfeder (17) gedrückt wird, die auf sein eines Ende einwirkt, daß die Schraubenfeder (17) durch eine Schalenvorrichtung (18) in Eingriff mit dem angetriebenen Stirnkupplung sring (7) gehalten wird, daß die Feder-Schalenvorrichtung (18) konzentrisch innerhalb der Ausgangsantriebswelle (10) angebracht ist, und daß der antreibende Stirnkupplungsring (3) durch Wechselwirkung der passenden Schulter (15) und einer entsprechenden Schulter (16) an der Ausgangsantriebswelle (10) an einer axialen Verschiebung zum anderen Ende der angetriebenen Ausgangswelle (10) hin gehindert ist.

9. Freilaufkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (17) durch Zentrifugalkraftausdehnung in der Schalenvorrichtung (18) während des Betriebs der Freilaufkupplung im Freilaufmodus gehalten ist.

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