DE102008038053A1

DE102008038053A1 - Schaltbare Freilaufkupplung

Info

Publication number: DE102008038053A1
Application number: DE200810038053
Authority: DE
Inventors: Michael Bogner
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-08-16
Filing date: 2008-08-16
Publication date: 2010-02-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine schaltbare Freilaufkupplung (1) mit in einem Schaltkäfig (4; 4'; 4''; 4''') geführten Klemmkörpern (5), welche zwischen zwei Umfangsflächen eines Drehantriebsgliedes (2) und eines Drehabtriebsgliedes (3) angeordnet sind, wobei die eine Umfangsfläche (7) kreiszylindrisch ausgebildet ist und die andere Umfangsfläche Klemmrampen (8, 9) aufweist, welche die Einstellung der Klemmkörper (5) in zwei Kupplungseinrückstellungen für die beiden Drehrichtungen ermöglichen, mit einer Schalteinrichtung (11) für den Schaltkäfig (4; 4'; 4''; 4'''), mit welcher die Klemmkörper (5) in Abhängigkeit von der Drehbewegung zumindest eines der Drehglieder (2, 3) in Richtung auf die jeweilige Kupplungseinrückstellung durch ein Federelement (16; 16'; 16''; 16''') vorgespannt und in dieser Stellung gehalten sind. Um ein Überholen des Drehabtriebsgliedes in Richtung der ursprünglich eingeleiteten Drehrichtung des Schaltkäfigs zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass im Schaltkäfig (4; 4'; 4''; 4''') jeweils wenigstens ein Klemmkörper (5) und ein Federelement (16; 16'; 16''; 16''') angeordnet sind, wobei das Federelement (16; 16'; 16''; 16''') den Klemmkörper (5) mit einer Kraft entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung des Schaltkäfigs (4; 4'; 4''; 4'''), des Drehantriebsgliedes (2) und des Drehabtriebsgliedes (3) beaufschlagt, wobei die Überholrichtung des Drehabtriebsgliedes (3) gleich der ursprünglich eingeleitete Drehrichtung des Schaltkäfigs (4; 4'; 4''; 4''') ist und ...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Schaltbare Freilaufkupplung mit in einem Schaltkäfig geführten Klemmkörpern, welche zwischen zwei Umfangsflächen eines Drehantriebsgliedes und eines Drehabtriebsgliedes angeordnet sind, wobei die eine Umfangsfläche kreiszylindrisch ausgebildet ist und die andere Umfangsfläche Klemmrampen aufweist, welche die Einstellung der Klemmkörper in zwei Kupplungseinrückstellungen für die beiden Drehrichtungen ermöglichen, mit einer Schalteinrichtung für den Schaltkäfig, mit welcher die Klemmkörper in Abhängigkeit von der Drehbewegung zumindest eines der Drehglieder in Richtung auf die jeweilige Kupplungseinrückstellung durch ein Federelement vorgespannt und in dieser Stellung gehalten sind.
Hintergrund der Erfindung
Aus der DE 41 34 353 A1 ist eine als Rollenfreilauf ausgebildete Kupplung bekannt. Sie dient zur Übertragung eines zwischen zwei Bauelementen in beiden Drehrichtungen wirksamen Drehmoments mit einem Außenring, der an seiner inneren Mantelfläche mit durch Ausnehmungen hergestellten rampen förmigen Klemmbahnen versehen ist, wobei die Klemmbahnen, ausgehend von einem Bereich größter radialer Erstreckung der Ausnehmungen paarweise symmetrisch gekrümmt oder eben bis zu einem Bereich geringster radialer Erstreckung verlaufen, mit einem an seiner äußeren Mantelfläche eine zylindrische Klemmbahn aufweisenden Innenelement, mit Klemmrollen, die paarweise zwischen den Klemmbahnen von Außenring und Innenelement, parallel zu deren Längsmittelachse verlaufend, angeordnet sind und zwischen denen jeweils eine Druckfeder für eine Vorspannung der beiden Klemmrollen in Richtung des rampenförmigen Endes der Klemmbahn sorgt, und mit einer Entsperreinrichtung, über die die Klemmkörper in den Bereich der Ausnehmungen mit größter radialer Erstreckung verlagerbar sind. Bei dieser Freilaufkupplung stimmt die jeweilige Richtung der Entsperrbewegung mit der Richtung der Verstellbewegung überein.
Aus der DE 10 2004 023 331 A1 ist ein schaltbarer Freilauf, mit einer Welle und mit einem Außenring bekannt, die in einem abgeschalteten Zustand des Freilaufs in beiden Richtungen gegeneinander drehbar sind und die in eingeschaltetem Zustand des Freilaufs in einer Richtung gegeneinander drehbar und gegen Gegeneinanderdrehen in umgekehrter Richtung gesperrt sind, mit Sperrelementen, die zwischen der Welle und dem Außenring angeordnet sind und die in eine Abschaltstellung und in eine Einschaltstellung bringbar sind, wobei die Sperrelemente in der Abschaltstellung außer Funktion sind und in der Einschaltstellung in einer Richtung gegen ein Drehen der Welle gegenüber dem Außenring sperren. Diese Freilaufkupplung weist einen Sperrelemente-Käfig auf, welcher die Sperrelemente in ihrem Abstand zueinander hält und der durch Schwenken in eine Abschaltstellung die Sperrelemente in die Abschaltstellung und durch Schwenken in eine Einschaltstellung die Sperrelemente in die Einschaltstellung bringt.
Schließlich ist aus der DE 44 47 480 A1 eine als Klemmgesperre bezeichnete Freilaufkupplung bekannt, welche aus einem Gehäuse mit einer inneren zylindrischen Klemmfläche, mit gegenüber dem Gehäuse drehbaren Antriebselementen und Abtriebselementen besteht, die koaxial zu der zylindrischen Klemmflä che angeordnet sind, wobei das Abtriebselement mit der Klemmfläche zugewandten Klemmrampen versehen ist, auf denen – aus zwei, in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Klemmrollen gebildete – Klemmrollenpaare angeordnet sind, deren beide Klemmrollen mittels eines zwischen ihnen angeordneten Federelementes voneinander weg gegen die Klemmfläche und die Klemmrampe angefedert sind, wobei das Abtriebselement mit Anschlägen für – zwischen zwei einander benachbarten Klemmrollenpaaren eingreifende – Klauen des Antriebselementes versehen ist. Die Klauen weisen an ihren den Anschlägen zugewandten Seiten Anlagen für je eine Klemmrolle eines Klemmrollenpaares auf, wobei ein Umfangsspiel zwischen den Anschlägen und den Klauen größer als ein Umfangsspiel zwischen den Anlagen und den Klemmrollen ausgebildet ist. Entsprechend dem Anwendungsbereich, nämlich der Sitzverstellung, ist bei dieser Freilaufkupplung vorgesehen, dass das Abtriebselement ein dünnwandiges Blechteil mit den daran spanlos angeformten Klemmrampen und Anschlägen aufweist. Hierdurch sind die Abtriebselemente erheblich leichter als andere bekannte Abtriebselemente, was für den Bereich der Sitzverstellung mit Vorteilen verbunden ist.
Bei diesen und anderen bekannten schaltbaren Freiläufen ist eine Betätigung des Schaltkäfigs entgegengesetzt zu der Überholrichtung der durch den Innenring und den Außenring gebildeten Drehantriebs- und Drehabtriebsglieder notwendig. Daher ist es bei den bislang bekannten schaltbaren Freilaufkupplungen nicht möglich, einen Antrieb über den Schaltkäfig zu realisieren und gleichzeitig ein Überholen von Innenring und Außenring in Antriebsrichtung zu gewährleisten. Es ist jedoch für verschiedene Anwendungen ein lang gehegter Wunsch, eine derartige Konfiguration zu ermöglichen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schaltbare Freilaufkupplung zu schaffen, bei welcher ein Überholen von Antriebsglied und Abtriebsglied in Antriebsrichtung ermöglicht ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe dadurch lösen lässt, dass die Bewegung der Klemmkörper entgegengesetzt zu der Bewegungs- bzw. Drehrichtung von Schaltkäfig, Antriebsglied und Abtriebsglied erfolgt.
Die Erfindung geht daher gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 aus von einer schaltbare Freilaufkupplung mit in einem Schaltkäfig geführten Klemmkörpern, welche zwischen zwei Umfangsflächen eines Drehantriebsgliedes und eines Drehabtriebsgliedes angeordnet sind, wobei die eine Umfangsfläche kreiszylindrisch ausgebildet ist und die andere Umfangsfläche Klemmrampen aufweist, welche die Einstellung der Klemmkörper in zwei Kupplungseinrückstellungen für die beiden Drehrichtungen ermöglichen, mit einer Schalteinrichtung für den Schaltkäfig, mit welcher die Klemmkörper in Abhängigkeit von der Drehbewegung zumindest eines der Drehglieder in Richtung auf die jeweilige Kupplungseinrückstellung durch ein Federelement vorgespannt und in dieser Stellung gehalten sind. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist zudem vorgesehen, dass im Schaltkäfig jeweils wenigstens ein Klemmkörper und ein Federelement angeordnet sind, wobei das Federelement den Klemmkörper mit einer Kraft entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung des Schaltkäfigs, des Drehantriebsgliedes und des Drehabtriebsgliedes beaufschlagt, wobei die Überholrichtung des Drehabtriebsgliedes gleich der ursprünglich eingeleitete Drehrichtung des Schaltkäfigs ist, und wobei die Klemmrampen umfangsbezogen gegenläufig neben einem kreiszylindrischen Abschnitt angeordnet sind.
Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass sich die Klemmkörper jeweils entgegengesetzt zu der Drehrichtung von Schaltkäfig, Antriebsglied und Abtriebsglied bewegen. Hierdurch entspricht die Überholrichtung von Antriebsglied und Abtriebsglied der Drehrichtung des Schaltkäfigs. Dabei wirken die Funktionsteile Schaltkäfig, Federelement und Klemmkörper als mechanischer Flip-Flop, also als eine bi-stabile Kippstufe. Das Federelement ist dabei derartig ausgestaltet und im Schaltkäfig angeordnet, dass die Bewegung des Schaltkäfigs in eine Richtung die Bewegung des Klemmkörpers in die genau entgegengesetzte Richtung bewirkt, welches auf verschiedenste Weise möglich ist. Anders formuliert werden der Schaltkäfig und die Klemmkörper durch eine entsprechende Anfederung in einen bi-stabilen Zustand gebracht, wobei die Anfederung des jeweiligen Klemmkörpers im Schaltkäfig derart ist, dass sich der Klemmkörper bei einer Betätigung des Schaltkäfigs entgegen der Betätigungsrichtung des Schaltkäfigs bewegt.
Eine derartige Ausgestaltung ist für verschiedene technische Anwendungen von besonderem Vorteil, insbesondere für eine Start-Stopp fähigen OAP (Overrunning Alternator Pulley; Generator-Freilauf-Riemenscheibe), für eine Fail-Safe-Sperre, für ein Schaltelement für automatisch betätigte Türen und Klappen und dergleichen.
In Weiterbildung der Freilaufkupplung gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Antriebsglied durch einen Innenring und das Abtriebsglied durch einen Außenring der Freilaufkupplung gebildet ist. Auch eine dazu inverse Variante ist möglich.
In anderen praktischen Weiterbildungen kann vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung des Schaltkäfigs durch wenigstens einen nach radial innen gerichteten Schaltfinger gebildet ist, welcher durch am Innenring angeordnete und axial von diesem abstehende Mitnehmer im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn bewegbar ist.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Schaltweg des Schaltkäfigs größer ist als der Abstand der Mittelpunkte der Klemmkörper in den unterschiedlichen Schaltpositionen.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass das Federelement als Doppel-S-Feder ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung lässt sich noch dadurch ergänzen, dass die Doppel-S-Feder zwei jeweils in unmittelbarer Nähe der Klemmrampen angeordnete konkave Abschnitte aufweist, welche durch einen mittig angeordneten konvexen Abschnitt miteinander verbunden sind. In einer besonders praktischen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Doppel-S-Feder an einer axial hinteren Wandung des Schaltkäfigs abstützt.
Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass das Federelement als Doppel-C-Feder ausgebildet ist, weiche endständig zwei konvexe Abschnitte aufweist, welche durch einen mittleren, konkaven Abschnitt miteinander verbunden sind.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Schaltkäfig hufeinsenförmig ausgebildet ist, wobei an einem nach innen in Richtung zu dem jeweiligen Klemmkörper weisenden Dom eines Hufeisenteils des Schaltkäfigs eine Druckfeder und an deren unterem Ende eine Wippe angeordnet ist, welche den Klemmkörper quer zur möglichen Bewegungsrichtung mit einer Kraft beaufschlagt. Diese Ausgestaltung lässt sich noch dadurch weiterbilden, dass die Schenkel des hufeisenförmigen Teils des Schaltkäfigs mit einer Längsleiste desselben verbunden sind, wodurch der jeweilige Klemmkörper zusammen mit der Druckfeder und der Wippe in dem gebildeten Innenraum des Schaltkäfigs aufgenommen ist.
Ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegt es vorzusehen, dass der Schaltkäfig als radial über den Außenring überstehende Klammer ausgebildet ist, wobei zwei radial äußere Schenkel der Klammer im Winkel zueinander angeordnet sind, wobei der Berührungspunkt dieser Schenkel den radial höchsten Punkt und ein Dach bildet, an welchem ein Federelement angeordnet ist, dessen unteres Ende den Klemmkörper quer zur möglichen Bewegungsrichtung mit einer Kraft beaufschlagt.
Ebenso praktisch ist eine Weiterbildung der Erfindung, bei welcher vorgesehen ist, dass der wenigstens eine Klemmkörper als Kugel oder als Zylinderrollen ausgebildet ist.
Besonders vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass die Freilaufkupplung Bestanteil eines Start-Stopp fähigen Generator-Freilauf-Riemenscheibe, einer Fail-Safe-Sperre oder eines Schaltelements für automatisch betätigte Türen oder Klappen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
1 einen Radialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Freilaufkupplung gemäß der Erfindung,
2 die Freilaufkupplung der 1 in einer ersten Schaltposition,
3 die Freilaufkupplung der 1 in einer zweiten Schaltposition,
4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Federelements der Freilaufkupplung gemäß der Erfindung,
5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Federelements der Freilaufkupplung gemäß der Erfindung,
6 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Federelements der Freilaufkupplung gemäß der Erfindung, und
7 ein viertes Ausführungsbeispiel eines Federelements der Freilaufkupplung gemäß der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In den 1 bis 3 ist jeweils eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen schaltbaren Freilaufkupplung 1 jeweils als Ausriss eines Radialschnittes in verschiedenen Schaltzuständen dargestellt. Die Freilaufkupplung 1 weist einen als Drehantriebsglied fungierenden Innenring 2, einen diesen konzentrisch umgebenden, als Drehabtriebsglied fungierenden Außenring 3 und einen zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 angeordneten Schaltkäfig 4 auf, in dem mehrere Klemmkörper 5 angeordnet sind.
Der Innenring 2 ist drehfest mit einer nicht dargestellten Antriebswelle verbunden. Die Klemmkörper 5, von denen in 1 bis 3 nur einer dargestellt ist, sind jeweils als Kugeln 6 ausgebildet und stützen sich an einer inneren kreiszylindrischen Umfangsfläche 7 des Außenringes 3 und an Klemmrampen 8, 9 ab, die an der radial äußeren Oberfläche des Innenringes 2 in Umfangsrichtung ausgebildet sind. Zwischen den spiegelbildlich zueinander angeordneten Klemmrampen 8, 9 befindet sich ein im wesentlichen kreiszylindrischer Abschnitt 10, dessen radialer Abstand zur kreiszylindrischen Oberfläche 7 des Außenrings 3 größer oder gleich dem Durchmesser der Kugeln 6 ist, so dass kein Drehmoment von dem Innenring 2 zu dem Außenring 3 wird, wenn sich die Kugeln 6 jeweils im Bereich dieses kreiszylindrischen Abschnittes 10 befinden.
Der Schaltkäfig 4 weist einen als Schalteinrichtung dienenden und nach radial innen gerichteten Schaltfinger 11 auf, welcher durch am Innenring 2 angeordnete und axial von diesem abstehende Mitnehmer 12, 13 im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn bewegt werden kann, wodurch eine entsprechende Verschiebung des Schaltkäfigs 4 im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn bewirkt wird. In Umfangsrichtung weist der Schaltkäfig 4 jeweils einen in Richtung zur Kugel 6 gerichteten Anschlag 14, 15 auf. Diese Anschläge 14 und 15 wirken mit einem in 1 nicht und in den 2 und 3 nur schematisch dargestellten Federelement 16 zusammen, wobei das Federelement 16 in noch zu beschreibender Weise die Kugel 6 mit einer Kraft beaufschlagt und eine Bewegung dieser Kugel 6 zu den Klemmrampen 8, 9 hin bzw. von den Klemmrampen 8, 9 weg bewirkt.
In 1 ist eine Schaltposition der Freilaufkupplung 1 dargestellt, in welcher der als Kugel 6 ausgebildeter Klemmkörper 5 mittig auf dem kreiszylindrischen Abschnitt 10 des Innenrings 2 und zwischen den Klemmrampen 8, 9 angeordnet ist. In dieser Position ist der Schaltkäfig 4 mit seinem Schaltfinger 11 ebenfalls in mittiger Stellung angeordnet, wobei sich der Schaltfinger 11 zwischen den beiden Mitnehmern 12, 13 befindet.
Das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung 1 beruht auf dem Prinzip eines mechanischen Flip-Flops, also einer bi-stabilen Kippstufe. Der Schaltkäfig 4 und der jeweilige Klemmkörper 5 werden durch eine geeignete Anfederung in einen bi-stabilen Zustand gebracht; die Anfederung des Klemmkörpers 5 im Schaltkäfig 4 ist dabei derart, dass sich der Klemmkörper 5 bei einer Betätigung des Schaltkäfigs 4 entgegen der Betätigungsrichtung des Schaltkäfigs 4 bewegt.
Wird der Schaltkäfig 4 aus der in 1 dargestellten Position im Uhrzeigersinn gedreht, so bewegt das in 1 nicht dargestellte Federelement 16 den Klemmkörper 5 entgegen dem Uhrzeigersinn, bis dieser 5 an der Klemmrampe 8 zwischen Innenring 2 und Außenring 3 blockiert wird. Eine Drehmomentübertragung im Uhrzeigersinn wird ermöglicht. Dreht man den Schaltkäfig 4 entgegen dem Uhrzeigersinn, so drückt das Federelement 16 den Klemmkörper 5 entgegengesetzt der Bewegungsrichtung des Schaltkäfigs 4, also im Uhrzeigersinn, bis dieser 5 an der Klemmrampe 9 zwischen Innenring 2 und Außenring 3 blockiert wird, wodurch eine Drehmomentübertragung entgegen dem Uhrzeigersinn ermöglicht wird. Außerdem kann der Außenring 3 bei dieser Konstruktion den Schaltkäfig 4 und den Innenring 2 jeweils in Bewegungsrichtung überholen und dadurch die Drehmomentübertragung aufheben.
Um ein zuverlässiges Umschalten zu ermöglichen, ist der Schaltweg des Schaltkäfigs 4 vorteilhafterweise größer als der Abstand der Kugelmittelpunkte in den unterschiedlichen Schaltpositionen. Der Abstand der beiden Klemmram pen 8, 9 zueinander muss nicht den dargestellten Größen- bzw. Längenverhältnissen entsprechen, diese dienen lediglich dem besseren Verständnis der Funktionsweise.
2 zeigt die erfindungsgemäße Freilaufkupplung 1 in geschalteter Position, in welcher eine Drehmomentübertragung im Uhrzeigersinn möglich ist. Die Vorgänge beim Schalten sind hierbei folgende:
Das Drehmoment wird in den Schaltkäfig 4 im Uhrzeigersinn eingeleitet (Pfeil A), der Schaltkäfig 4 dreht sich im Uhrzeigersinn weiter, wodurch das Federelement 16 den Klemmkörper 5 entgegen dem Uhrzeigersinn auf die in den 1 bis 3 linke Klemmrampe 8 drückt (Pfeil B). Im Anschluss an die erfolgte Relativbewegung zwischen Schaltkäfig 4 und Innenring 2 kommt der Schaltkäfig 4 mit seinem Schaltfinger 11 am Mitnehmer 13 zum Anliegen. Das Drehmoment wird somit vom Schaltkäfig 4 auf den Mitnehmer 13 und somit auch auf den Innenring 2 übertragen (Pfeil C). Der Innenring 2 leitet wiederum über die Klemmrampe 8 eine Kraft in den Klemmkörper 5 ein, der Klemmkörper 5 gibt eine entsprechende Kraftkomponente an den Außenring 3 weiter und verspannt die Anordnung. Das Drehmoment wird somit vom Schaltkäfig 4 über den Innenring 2 über die Klemmkörper 5 auf den Außenring 3 übertragen (Pfeil D).
Erfordert der Betrieb eine schnellere Drehbewegung des Außenrings 3 gegenüber dem Schaltkäfig 4 und dem Innenring 2, so kann problemlos ein Überholen stattfinden. Der Klemmverbund zwischen dem Innenring 2, dem Schaltkäfig 4 und dem Außenring 3 wird für die Dauer der höheren Drehzahl des Außenringes 3 gelöst. Sinkt die Drehzahl des Außenrings 3 wieder auf die Drehzahl des Innenringens 2 bzw. des Schaltkäfigs 4 ab, so wird der genannte Klemmverbund wieder wirksam.
3 zeigt die erfindungsgemäße Freilaufkupplung 1 in umgeschalteter Position, bei welcher eine Drehmomentübertragung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn möglich ist. Das Drehmoment wird am Schaltkäfig 4 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn eingeleitet (Pfeil E), der Schaltkäfig 4 dreht sich entsprechend weiter. Durch die Bewegung des Schaltkäfigs 4 entgegen gesetzt dem Uhrzeigersinn drückt das Federelement 16 den Klemmkörper 5 im Uhrzeigersinn zur Klemmrampe 9 (Pfeil F). Im Anschluss an die erfolgte Relativbewegung zwischen Schaltkäfig 4 und Innenring 2 kommt der Schaltfinger 11 des Schaltkäfigs 4 am in den 1 bis 3 linken Anschlag 12 zur Anlage.
Das Drehmoment wird somit vom Schaltkäfig 4 auf den Mitnehmer 12, und somit auch auf den Innenring 2 übertragen (Pfeil G). Der Innenring 2 leitet wiederum über die Klemmrampe 12 eine Kraft in den Klemmkörper 5 ein, welcher eine entsprechende Kraftkomponente an den Außenring 3 weitergibt und die Anordnung verspannt. Das Drehmoment wird somit vom Schaltkäfig 4 über den Innenring 2 an den Außenring 3 übertragen (Pfeil H). Erfordert der Betrieb eine schnellere Drehbewegung des Außenrings 3 gegenüber dem Schaltkäfig 4 und dem Innenring 2, kann problemlos ein Überholen stattfinden. Der Klemmverband wird dabei für die Zeitdauer der höheren Drehzahl gelöst. Sinkt die Drehzahl des Außenrings 3 wieder ab, wird der Klemmverband wieder wirksam.
In den 4 bis 7 sind Ausführungsbeispiele von vier Schaltkäfigen 4, 4', 4'' und 4''' mit unterschiedlich ausgestalteten Federelementen 16, 16', 16'' und 16''' dargestellt, welche jeweils als mechanischer Flip-Flop fungieren und ein Verschieben der Klemmkörper 5 entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung des Schaltkäfigs 4, 4', 4'', 4''' ermöglichen.
In 4 ist der Schaltkäfig 4 aus den 1 bis 3 in einer teilweise geschnittenen Aufsicht dargestellt, wobei die dargestellte Position des Schaltkäfigs 4 der Darstellung gemäß 2 entspricht. Dementsprechend wurde der Schaltkäfig 4 bereits nach rechts weisend angetrieben und der Klemmkörper 5 nach links auf die Klemmrampe 8 des Innenrings 2 gedrückt, wodurch eine Kraftübertragung zwischen Innenring 2 und Außenring 3 gewährleistet ist. Der Klemmkörper 5 nimmt also die maximal entfernte Position zur Klemmrampe 9 ein. Der als Kugel 6 ausgebildete Klemmkörper 5 liegt dabei am in der Abbildung linken Anschlag 14 des Schaltkäfigs 4 an.
Ändert sich dann die Eingangsdrehrichtung, wird also der Schaltkäfig 4 in der 4 nach links bewegt, so wird eine weitere, linksgerichtete Bewegung des Klemmkörpers 5 durch die Klemmrampe 8 verhindert. Das Federelement 16 wird demnach zunächst zusammengedrückt. Nachdem der Scheitelpunkt einer als Federelement 16 fungierenden doppel-S-förmigen Feder 17 über den Scheitelpunkt des Klemmkörpers 5 geschoben wurde, dekomprimiert sich die Doppel-S-Feder 17 wieder und drückt hierbei den Klemmkörper 5 nach rechts. Die Drehrichtung und somit auch die Wirkungsweise der Freilaufkupplung 1 hat sich umgekehrt.
Die Doppel-S-Feder 17, welche sich an einer axial hinteren Wandung 18 des Schaltkäfigs 4 abstützt, weist zwei jeweils in unmittelbarer Nähe der Klemmrampen 8, 9 angeordnete konkave Abschnitte 19, 20 auf, die durch einen mittig angeordneten konvexen Abschnitt 21 miteinander verbunden sind. Der Klemmkörper 5 wird im Laufe der Drehbewegung des Schaltkäfigs 4 durch die Klemmrampen 8, 9 abgebremst. Da sich der Klemmkörper 5 nicht weiter drehen kann, der Schaltkäfig 4 aber weiter bewegt wird, schnappt die Feder 17 um und drückt den Klemmkörper 5 in die entgegengesetzte Richtung. Hierdurch wird ein Umschnappen der Feder bewirkt.
In 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schaltkäfigs 4' in einer Aufsicht auf den Innenring 2 dargestellt, wobei die dargestellte Position des Schaltkäfigs 4' der Darstellung gemäß 1 entspricht. Dementsprechend befindet sich der Schaltkäfig 4' in mittiger Position zwischen in der 5 nicht dargestellten Klemmrampen, ebenso wie der Klemmkörper 5. Das Federelement 16' ist hierbei als Doppel-C-Feder 22 ausgebildet. Diese ist quasi geometrisch umgekehrt wie die Doppel-S-Feder 17 der 4 aufgebaut und weist endständig zwei konvexe Abschnitte 23, 24 auf, welche durch einen mittleren konkaven Abschnitt 25 verbunden sind. Dieser konkave Abschnitt 25 bildet eine Tasche, in welcher der als Kugel 6 ausgebildete Klemmkörper 5 in der in 5 dargestellten Schaltposition angeordnet ist. Auch die Doppel-C-Feder 22 bewirkt eine Bewegung des Klemmkörpers 5 entgegengesetzt zu der Bewe gungsrichtung des Schaltkäfigs 4'.
In 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Schaltkäfigs 4'' in einer Aufsicht auf den Innenring 2 dargestellt, wobei die dargestellte Position des Schaltkäfigs 4'' der Darstellung gemäß 1 entspricht. Dementsprechend befindet sich der Schaltkäfig 4'' ebenso wie der Klemmkörper 5 in mittiger Position zwischen den in 6 nicht dargestellten Klemmrampen. Der Schaltkäfig 4'' ist im Gegensatz zu den kastenförmigen Schaltkäfigen 4 und 4' im Bereich der Klemmkörper 5 hufeinsenförmig ausgebildet, wobei an einem zum Klemmkörper 5 weisenden Dom 26 eines Hufeisenteils 27 des Schaltkäfigs 4'' eine Druckfeder 28 angeordnet ist, an deren unterem Ende eine Wippe 29 angeordnet ist, welche den als Kugel 6 ausgebildeten Klemmkörper 5 mit einer Kraft quer zur möglichen Bewegungsrichtung des Klemmkörpers 5 beaufschlagt. Auch diese Anordnung mit Hufeisenteil 27, Druckfeder 28 und Wippe 29 bewirkt eine Bewegung des Klemmkörpers 5 entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung des Schaltkäfigs 4''. Die Schenkel 30, 31 des Hufeisenteils 27 sind mit einer Längsleiste 32 des Schaltkäfigs 4'' verbunden und schließen damit den jeweiligen Klemmkörper 5 ein.
In 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines Schaltkäfigs 4''' in seitlicher Ansicht dargestellt, wobei die dargestellte Position des Schaltkäfigs 4''' der Darstellung gemäß 3 entspricht. Dementsprechend befindet sich der Schaltkäfig 4''' in seiner gegen den Uhrzeigersinn gedrehten Position, während der Klemmkörper 5, der ebenfalls als Kugel 6 ausgebildet ist, in den Uhrzeigersinn gedrückt ist und an der in der in der Abbildung rechten Klemmrampe 9 anliegt. Dabei verklemmt der Klemmkörper 5 den Innenring 2 und den Außenring 3 der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung 1''' miteinander, so dass vom Innenring 2 über den Klemmkörper 5 ein Drehmoment auf den Außenring 3 übertragen werden kann.
Der Schaltkäfig 4''' ist im Gegensatz zu den kastenförmigen Schaltkäfigen 4, 4' als radial über den Außenring 3 überstehende Klammer 33 ausgebildet, wobei zwei radial äußere Schenkel 34, 35 der Klammer 33 im Winkel zueinander an geordnet sind, und zwar derart, dass ihr Berührungspunkt den radial höchsten Punkt sowie eine Art Dach 36 bildet. An diesem Dach 36 ist radial innen zu dem Klemmkörper 5 weisend ein Federelement 16''' angeordnet, dessen unteres Ende den Klemmkörper 5 mit einer Kraft quer zur möglichen Bewegungsrichtung des Klemmkörpers 5 beaufschlagt, und zwar derart, dass eine Verschiebung des Schaltkäfigs 4''' in eine Richtung eine Verschiebung des Klemmkörpers 5 in die entgegen gesetzte Richtung bewirkt.
In allen Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 7 fungiert der Innenring 2 als Drehabtriebsglied und der Außenring 3 als Drehabtriebsglied. Es ist aber auch im Rahmen der Erfindung möglich, dass der Außenring 3 als Drehantriebsglied und der Innenring 2 als Drehabtriebsglied ausgebildet ist. Ebenso ist es möglich, die Klemmrampen 8, 9 in die kreiszylindrische Umfangsfläche 7 des Außenrings 3 einzuarbeiten und entsprechend die radial äußere Umfangsfläche des Innenrings 2 vollständig kreiszylindrisch auszugestalten.
Wesentlich für die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Freilaufkupplung 1 ist, dass die Überholrichtung des Außenrings 3 in der selben Richtung wie die ursprünglich eingeleitete Drehrichtung des Schaltkäfigs 4, 4', 4'', 4''' liegt, während diese bei bislang bekannten schaltbaren Freilaufkupplungen stets entgegen gesetzt zu der ursprünglich eingeleiteten Drehrichtung ist. Eine derartige Ausgestaltung ist für verschiedene technische Anwendungen von besonderem Vorteil, insbesondere für einen Start-Stopp fähigen OAP (Overrunning Alternator Pulley; Generator-Freilauf-Riemenscheibe), für eine Fail-Safe-Sperre, für ein Schaltelement für automatisch betätigte Türen und Klappen und dergleichen.

1: Freilaufkupplung
2: Innenring, Drehantriebsglied
3: Außenring, Drehabtriebsglied
4: Schaltkäfig
4': Schaltkäfig
4'': Schaltkäfig
4''': Schaltkäfig
5: Klemmkörper
6: Kugel
7: Kreiszylindrische Umfangsfläche des Außenringes 3
8: Klemmrampe
9: Klemmrampe
10: Kreiszylindrischer Abschnitt des Innenrings 2
11: Schaltfinger, Schalteinrichtung
12: Mitnehmer
13: Mitnehmer
14: Anschlag
15: Anschlag
16: Federelement
16': Federelement
16'': Federelement
16''': Federelement
17: Doppel-S-Feder
18: Axial hintere Wandung des Schaltkäfigs 4
19: Konkaver Abschnitt der Feder 17
20: Konkaver Abschnitt der Feder 17
21: Konvexer Abschnitt der Feder 17
22: Doppel-C-Feder
23: Konvexer Abschnitt der Feder 22
24: Konvexer Abschnitt der Feder 22
25: Konkaver Abschnitt der Feder 22
26: Dom
27: Hufeisenteil
28: Druckfeder
29: Wippe
30: Schenkel
31: Schenkel
32: Längsleiste
33: Klammer
34: Schenkel
35: Schenkel
36: Dach
A: Pfeil
B: Pfeil
C: Pfeil
D: Pfeil
E: Pfeil
F: Pfeil
G: Pfeil
H: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4134353 A1 [0002]
- DE 102004023331 A1 [0003]
- DE 4447480 A1 [0004]

Claims

Schaltbare Freilaufkupplung (1) mit in einem Schaltkäfig (4; 4'; 4''; 4''') geführten Klemmkörpern (5), welche zwischen zwei Umfangsflächen eines Drehantriebsgliedes (2) und eines Drehabtriebsgliedes (3) angeordnet sind, wobei die eine Umfangsfläche (7) kreiszylindrisch ausgebildet ist und die andere Umfangsfläche Klemmrampen (8, 9) aufweist, welche die Einstellung der Klemmkörper (5) in zwei Kupplungseinrückstellungen für die beiden Drehrichtungen ermöglichen, mit einer Schalteinrichtung (11) für den Schaltkäfig (4; 4'; 4''; 4'''), mit welcher die Klemmkörper (5) in Abhängigkeit von der Drehbewegung zumindest eines der Drehglieder (2, 3) in Richtung auf die jeweilige Kupplungseinrückstellung durch ein Federelement (16; 16'; 16''; 16''') vorgespannt und in dieser Stellung gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Schaltkäfig (4; 4'; 4''; 4''') jeweils wenigstens ein Klemmkörper (5) und ein Federelement (16; 16'; 16''; 16''') angeordnet sind, wobei das Federelement (16; 16'; 16''; 16''') den Klemmkörper (5) mit einer Kraft entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung des Schaltkäfigs (4; 4'; 4''; 4'''), des Drehantriebsgliedes (2) und des Drehabtriebsgliedes (3) beaufschlagt, wobei die Überholrichtung des Drehabtriebsgliedes (3) gleich der ursprünglich eingeleitete Drehrichtung des Schaltkäfigs (4; 4'; 4''; 4''') ist, und wobei die Klemmrampen (8, 9) umfangsbezogen gegenläufig neben einem kreiszylindrischen Abschnitt (10) angeordnet sind.
Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehantriebsglied durch einen Innenring (2) und das Drehabtriebsglied durch einen Außenring (3) der Freilaufkupplung (1) gebildet ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (11) des Schaltkäfigs (4; 4'; 4''; 4''') durch wenigstens einen nach radial innen gerichteten Schaltfinger (11) gebildet ist, welcher durch am Innenring (2) angeordnete und axial von diesem abstehende Mitnehmer (12, 13) im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn bewegbar ist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltweg des Schaltkäfigs (4; 4'; 4''; 4''') größer als der Abstand der Mittelpunkte der Klemmkörper (5) in den unterschiedlichen Schaltpositionen ist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (16) als Doppel-S-Feder (17) ausgebildet ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppel-S-Feder (17) zwei jeweils in unmittelbarer Nähe der Klemmrampen (8, 9) angeordnete konkave Abschnitte (19, 20) aufweist, welche durch einen mittig angeordneten konvexen Abschnitt (21) miteinander verbunden sind.
Freilaufkupplung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Doppel-S-Feder (17) an einer axial hinteren Wandung (18) des Schaltkäfigs (4) abstützt.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (16') als Doppel-C-Feder (22) ausgebildet ist, welche endständig zwei konvexe Abschnitte (23, 24) aufweist, welche durch einen mittleren, konkaven Abschnitt (25) miteinander verbunden sind.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkäfig (4'') hufeinsenförmig ausgebildet ist, wobei an einem Dom (26) eines Hufeisenteils (27) des Schaltkäfigs (4'') eine Druckfeder (28) und an deren (28) unterem Ende eine Wippe (29) angeordnet ist, welche den Klemmkörper (5) quer zur möglichen Bewegungsrichtung mit einer Kraft beaufschlagt.
Freilaufkupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (30, 31) des hufeisenförmigen Teils (27) des Schaltkäfigs (4'') mit einer Längsleiste (32) des Schaltkäfigs (4'') verbunden sind.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkäfig (4) als radial über den Außenring (3) überstehende Klammer (33) ausgebildet ist, wobei zwei radial äußere Schenkel (34, 35) der Klammer (33) im Winkel zueinander angeordnet sind, wobei der Berührungspunkt dieser Schenkel (34, 35) den radial höchsten Punkt und ein Dach (36) bildet, an welchem ein Federelement (16''') angeordnet ist, dessen unteres Ende den Klemmkörper (5) quer zur möglichen Bewegungsrichtung mit einer Kraft beaufschlagt.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Klemmkörper (5) als Kugel (6) oder Zylinderrolle ausgebildet ist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufkupplung (1) Bestanteil eines Start-Stopp fähigen Generator-Freilauf-Riemenscheibe, einer Fail-Safe-Sperre oder eines Schaltelements für automatisch betätigte Türen oder Klappen ist.